（电力系统及其自动化专业论文）江苏电网日调度计划自动生成与安全校核系统.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t h ep r o c e s so fp o w e rm a r k e ti st h ei n e v i t a b l et e n d e n c yo fp o w e ri n d u s t r y , a n dt h ei s s u eo fs e c u r i t y ds t a b i l i t yi st h em o s ti m p o r t a n tf a c t o ri np o w e rs y s t e m i np o w e rm a r k e tw i t hc o m p e t i t i o n , t h e m l l , v j l n u n lo ft h ep r o f i tw i l lb e 恤g o a lo fe v e r yc o m p e t i t o r , t h e r e f o r et h es e c u r i t ya n ds t a b i l i t yo ft h e s y s t e mu n d e rt h ec o n d i t i o no fp o w e r m a r k e tw i l lb e c o m ei n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t 1 ti ss i g n i f i c a n tt oa d d r e s s t h ei s s u e so fs e c u r i t yc h e c k i n ga n do p t i m a la d j u s t m e n tt od a i l ye l e c t r i cp o w e rg e n e r a t i o ns c h e d u l e sa n d c o n g e s t i o nm a n a g e m e n ti nc h i n ab e c a u s eo ft h ew e a k n e s so ft h ee l e e f a i ep o w e rn e t w o r ks l l t l e t u r e $ i n c l f i n aa n dt h er e q u i r e m e n t so f t h es e c u r i t yc h e c k i n ga n do p t i m a la d j u s t m e n tt od a i l yg e n e r a t i o ns c h e d u l e s i no r d e rt oa d a p tt ot h ed e m a n do f t h ef l l t u r ep o w e rm a r k e ti ne a s tc h i n a , s o m ew o r kh a sb e e nd o n ei n t h i sp a p e r ： 1 ) t h e s t r u c t u r e ，t h er u c t i o nd e s i g no fs e c u r i t yc o r r e c t i o nm o d u l ei ne n e r g ym a n a g e m e n t s y s t e ma r ep a r t i c u l a r l yd i s c u s s e d , m a i n l yi n c l u d e d ：e m sd a t ai n t e r f a c e ，d a t ae x c h a n g e p l a t f o r ma n da p p l i c a t i o nm o d u l e s ； 2)two a r i t h m e t i c so fd a i l yd i s p a t c hs c h e d u l e sa r ed i s c u s s e db a s e do n “p l a n n e d p a t t e r n a n d m a r k e tp a t t e r n o f t h ee a s tc h i n ap o w e rm a r k e to p e r a t i o nr u l e s ； 3 ) t a k i n g i n t oa c c o u n tt h eo p e r a t i o ne h a r a c t e r i s t i eo f p o w e rm l l l k e ti ne a s tc h i n a , t h i sp a p e r p r e s e n t s aa l g o r i t h mb a s e do ns e n s i t i v e i t ya n di n t e r i o rp r o g r a m m i n g , w h i c ha i m st o c n s u r et h es e c u r i t yo p e r a t i o no fp o w e rs y s t e mb ya d j u s t i n gt h ed i s p a t c hs e h , x l u l i n gt o a l l e v i a t eo v e r l o a d t h i sa l g o r i t h mh a sb e e ni m p l e m e n t e di nt h ej i a n g s up o w e rg r i d , h i g h c o n v e r g e n c es p e e da n dr e a s o n a b l e , i ts o l v e st h ec l i m b i n g ( f a l l i n g ) r e s t r i c t i o np r o b l e ma n d a c c o r d sw i t ht h en l so f t h ep r a c t i c a ls y s t e m 4)ther e s u l t so f s y s t e mo p e r a t i o nd e m o n s t r a t et h a tt h ea l g o r i t h mp r o p o s e di se f f e c t i v ea n d v a l u a b l e t h i si st h eu s e f u le x p l o r eh o wt ot l i i n ka b o u tn e t w o r ks e c u r i t yc o r r e c t i o no f d a i l yd i s p a t c hs c h e d u l i n gi np o w e rm a r k e t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp o w e rm a r k e ta n d i m p r o v e m e n to f m a r k e tr u l e r si no u l c o u n t r y , w es h o u l dd e e p l yr e s e a r c ho nt h i sa s p e c t k e y w o r d s ：d a i l yd i s p a t c hs c h e d u l i n g ；s e c u r i t yc o r r e c t i o n ；e n e l g ym a n a g e m e n ts y s t e m ( e m s ) ； s e n s i t i v i t ya n a l y s i s ；i n t e r i o rp r o g r a l i n g 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所里交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 一躲举耻日期：蛆石3 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：埤导师签名：j 墨叁望二一日 第一章绪论 1 1 课题的研究背景与意义 第一章绪论 近年来，江苏电网的快速发展使得电网规模越来越大，运行e l 益复杂。江苏电网地处华东电网 腹部。东联上海、南邻浙江、西接安徽；现由8 条5 0 0 千伏省际联络线分别与上海、浙江、安徽相 联；3 条5 0 0 千伏线与山西阳城电厂相联；1 条5 0 0 千伏直流线路与三峡电厂相联。截止2 0 0 6 年底， 江苏电网共有统调发电厂8 9 座，机组2 8 5 台，合计装机容量4 7 6 0 万千瓦，其中火电机组容量4 6 4 8 1 万千瓦，其中核电机组l o o 万千瓦，抽水蓄能机组l o 万千瓦，风力发电机组1 9 万千瓦。5 0 0 k v 线 路8 1 条，总长度7 4 1 2 6 公里( 含省际联络线) ，2 2 0 k v 线路6 8 2 条，总长度1 3 5 1 9 9 公里。5 0 0 k v 变电所、开关站2 2 座，变压器3 5 台，变电容量2 7 2 5 万千伏安，2 2 0 k v 变电所、开关站2 5 8 座，变 压器4 6 9 台，变电容量6 5 7 0 万千伏安( 不含电厂2 2 0 k v 升压变容量) 。最大统调发电出力3 8 5 4 万 千瓦，最大统调用电负荷3 8 2 8 万千瓦。 传统的e m s 系统中状态估计软件、调度员潮流软件、静态安全分析软件以及安全约束调度软件 实现了实时运行系统的安全校核及优化调度，但无法解决日调度计划的安全校核及优化问题。目前 经常采取的方法是凭运行方式人员的经验以及结合离线计算进行日调度计划的安全校核以及发电计 划调整，但在复杂情况下很难给出一个合理的、科学的安全校正方案，所以非常有必要建立一套日 调度计划安全校核及优化调整系统【1 3 】。 2 0 0 4 年5 月华东区域电力市场开始模拟试运行，2 0 0 6 年4 月份和1 2 月分别进行了两次调电试 运行，预计待有关配套政策出台后，将于2 0 0 7 年1 0 月将正式投入运行。华东区域电力市场正式运 行后，电网潮流变化将加剧，局部电网的安全稳定问题将更加突出。 针对频繁变化的电网变化情况，利用e m s 中实时数据和高级应用软件的强大分析功能，对电网 次日运行方式的进行预先分析，并对制定的日调度计划进行适当地、必要地修正，做出合理而有效 的( 优化) 修正调度计划，使其能够满足系统的安全稳定运行条件，为电网运行分析人员安排次日 运行方式提供决策依据和参考。这样，一方面防止了因不恰当的发电计划而造成系统不安全或不稳 定运行，另一方面也避免了一些不必要的经济和物力的损失。 目前江苏省调的日调度计划制定存在一定的不足，主要体现在： 1 ) 只根据预计用电负荷、外网受电计划、机组开机方式和人为设定的发电负荷率安排各发 电企业的次日发电计划，与根据购电合同和市场竟标确定的年度、月度发电计划以及实 际完成进度脱节，不能适应电力市场发展的要求； 2 ) 由于分配算法存在缺陷，电厂的日发电计划曲线与日预计用电负荷曲线形状不吻合； 3 ) 未根据电网检修方式进行安全校核，日调度计划可操作性不强，不能很好地指导实时调 度，实时调度执行与日调度计划偏差较大。 因此，建立新一代能量管理系统( e m s ) 是江苏电网生产运行的迫切需求，为今后进一步改进 电网调度水平、保证电网安全、适应电力市场运行等要求奠定坚实的基础，具有很强的现实意义和 较高的工程应用价值。 东南大学工程硕士论文 1 2 能量管理系统( e m s ) 系统 能量管理系统( e m s ) 作为一个完整的概念，在2 0 世纪7 0 年代中期才正式提出。它是以计算 机为基础的现代电力系统的综合自动化系统，主要针对发电和输电系统，用于大区级电网和省级电 网的调度中心。 一般来说。e m s 系统按功能可分为计算机、操作系统、支持系统、数据采集与监控( s c a d a ) 、 能量管理( 发电控制与发电计划) 和网络分析( 调度员潮流、实时网络状态分析、负荷预报、网络 安全分析等) 等六大部分，在更广泛的意义上e m s 还包括调度员培训仿真系统( d t s ) 。 数据收集与监控是e m s 与电力系统联系的总接口，它实时采集电力系统数据并对其进行监视报 警控制( s u p e r v i s o r y c o n t r o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n ，简称s c a d a ) ，s c a d a 向能量管理和网络分析 级软件提供实时数据。 能量管理级软件利用从s c a d a 获取的频率、时差、机组功率和联络线功率等实时数据进行调 度决策，主要目标是提高控制质量和改善运行的经济性。它向s c a d a 送机组的控制信息，向网络 分析送负荷和发电计划作为初始数据。 网络分析软件又称为高级应用软件，其特点是利用电力系统全面信息进行分析和决策，主要目 标是提高运行的安全性，高级应用软件使e m s 的决策能做到安全性与经济性的统一。高级应用从 s c a d a 取实时量测值和开关状态信息，返送量测及其质量信息。 经过三十多年的发展，e m s ( 能量管理系统) 已经扩展为一个包括s c a d a 、a g c 、p a s 、d t s 的强大系统，为电网调度运行人员分析电网、掌握电网运行特性提供了必要的技术支持。s c a d a 和a g c 功能相对而言比较成熟和稳定，但p a s 和d t s 在实际应用时仍存在许多可研究和探讨的问 题。 目前国内外的p a s 各分析软件的核心算法相对成熟，一般都实现了实时网络状态分析、调度员 潮流、静态安全分析、优化潮流等功能，利用实时电网数据或已保存的历史数据，对当前的电网模 型进行状态分析，并对预想运行方式进行潮流计算，实现电网的安全分析，为电网运行提供参考和 决策依据，以提高电网运行的安全性和经济性。 在传统e m s 系统设计中，各种电网高级应用软件与s c a d a 系统捆绑在一起，高度耦合，各种 应用软件配置在一个专用的e m s 局域网中。随着应用系统逐步走向成熟、并且日益庞大和复杂，随 之而来也开始暴露出各种各样的缺点和不足，同时新应用与老系统的集成以及各种分立的应用系统 之间相互融合和集成的需求随着电力市场的发展而越来越迫切，从而使得应用系统的开放性等问题 日益突出。 为了适应不断发展的电网的生产运行需要，省电力调度中心建设了多个自动化系统，如：能量 管理系统( e m s ) 、调度生产管理信息系统( d m i s ) 、电能量自动计量计费系统、继电保护管理系统、 功角测量系统、电力市场技术支持系统等等。这些系统往往来自不同的软件和硬件提供商，信息模 型没有统一的标准，访问接口相互之间不透明，造成各系统之间资源难以共享、信息交换困难。 为了e m s 各应用之间的交互正确无误，需要对所交换的信息有一致的理解；同时为了防止阶段 性的集成工程变成范围稍大一些的“自动化孤岛”，企业范围内的信息语义应为统一的数据模型。为 此，从二十世纪9 0 年代初开始，c c a p i ( 控制中心应用程序接口) 工作小组研究并开发了控制中心 2 第一章绪论 应用中数据表示的公共信息模型c 1 m 、控制中心a p i 以及应用之间的信息传递，以建立一个使电力 企业运行环境中的应用可“即插即用”的框架。 i e c6 1 9 7 0 标准采用计算机领域的新技术，结合其他标准化组织的成果，提出了一套规范化的公 共模型和软件接口即c i m 和c i s ，遵循i e c6 1 9 7 0 设计的e m s 集成框架和高级应用模块可实现在 一个或多个集成平台上控制中心应用软件的灵活组合，以减少向系统增加新应用时所需要的费用和 时间，同时有效地保护了先期的投资，避免了由于随着电力工业快速发展而不断有新的功能要求而 导致在升级时完全替换掉老系统，晟好地满足电力公司安全、经济运行的需要，使e l m s 系统可持续 地、快速地升级和移植，从而实现真正意义上的开放式e m s ，提高我国电网调度自动化水平。 近年来，研究和应用i e c6 1 9 7 0 系列标准已成为国内外调度自动化技术发展中的热点和潮流。 该标准的广泛使用使来自不同厂家的e m s 系统内部各种应用进行集成，可以使e m s 系统与调度中 心内部其它系统进行互联，以期实现异构环境下软件产品的即插即用，使e m s 系统与其它系统能互 联互通互操作。目前c i m 已经相当成熟和稳定，经历了国内外多次互操作实验后，这一标准得到了 充分测试和验证【4 1 l 】。 同时，目前的e m s 普遍存在无法处理电网模型发生变化的问题： 1 ) 当电网模型发生变化后，e m s 系统难以对模型变化前保存的数据进行进一步分析； 2 ) 如果想对未来方式进行事先分析，难以在实时数据基础上修改电网模型进行电网超实时分 析，使得真正意义上的未来方式研究遇到很大困难。 目前的国内e m s 几乎都不具备负荷预计和日调度计划自动生成功能。随着国家电力体制深入， 区域电力市场正在形成。在新的形势下，必须既要充分考虑机组购电合同的完成情况和电价因素， 又要满足电网运行的安全性和稳定性要求。因而，利用e m s 中网络分析软件的强大分析功能，对次 日发电计划进行安全校核，提高系统运行的稳定性，充分利用电网的输送能力已成为必需。同时综 合考虑年度发电计划、月度发电计划、电价、电费结算方式、负荷预计、发电机调节性能等因素的 日发电计划分配算法还有待研究。 1 3 日调度计划综述 调度计划的目的是在满足安全和一定质量要求的条件下，依据电厂的发电能力、电网的输送能 力和用户的需求，预先制定系统的运行方式，尽可能提高系统运行的经济性，以最低的运行费用保 证对用户可靠而满意的供电【1 2 1 4 1 。 调度计划主要包括以下几部分主要内容： 1 ) 负荷经济分配：其目的主要是在满足总负荷的情况下，通过更好的协调负荷在各机组间的分 配，来达到燃料耗量最小的目的。其经典的解决方法是等耗量微增率法，它根据各机组的耗量特性 曲线来对发电负荷进行合理的分配。在考虑了网损后，可通过引入网损修正因子来对等耗量微增法 进行扩展。 2 ) 机组组合：机组组合用于确定计划期内的机组开停表。该问题是发电计划中的难点，其目标 是在满足一天的电力负荷变化和安全备用的条件下，合理安排火电机组的启停计划，使全天的燃料 费用最小。机组组合问题是经济负荷分配、区域交换计划、自动发电控制和最优潮流的基础，一个 3 东南大学工程硕士论文 不合理的开停机计划将难以被其他算法所接受，并且可能完全抵消其它算法的优化效果。目前比较 实用的方法主要有优先次序法、动态规划法和整数规划法等 3 ) 负荷预测：由于发电计划制定将来的系统运行方式，所以首先要预测将来的负荷作为制定发 电计划的依据。负荷预测的精度直接影响发电计划的准确性，进而影响系统的运行成本和发电计划 的效益，由于增大备用容量、发电再计划再调度和计划外开停机都会增加运行成本，所以提高预测 的精度可以降低备用容量，减少i 瞄时功率调整和避免计划外开停机。 4 ) 发电与输电协调：除了发电的经济性外，网络也有经济性，表现为网络传输损失的多少。有 的电厂靠近燃料基地，发电的经济性好，但送电到负荷中心引起较大的网损；有些电厂靠近负荷中 心，发电经济性较差，但增加功率却能使网损下降。发电与输电协调就是解决发电与输电的综合经 济性最优问题。 随着世界范围内电力市场的逐步引入与推广，我国的电力系统也已经逐步向电力市场转化。相 应地，电力系统中安全与经济的概念也在发生着深刻的变化。这种转变也为电力市场下调度计划与 原有的调度计划带来了较大的差别。主要因为电力市场环境下的调度计划是在“三公”( 公开、公平、 公正) 原则下，以电价为依据来确定机组组合和机组出力的，而非以发电成本费用来确定。因此， 我国的调度员很有可能在注重管安全的同时，也将要将要注重管经济。 但是，值得注意的是，电力市场条件下，系统的安全性因素不但没有削弱，反而变得更加复杂 和重要。这是因为限制系统运行在最经济状态的，往往是安全因素。因此，在电力市场条件下，为 了真正实现系统的经济运行，就必须对系统的安全性能进行比过去更为细致和全面的考察与评估。 例如在传统的发电计划中，系统运行方式和机组出力都相对稳定，由于没有经济因素的刺激， 调度人员往往不会对调度计划作大的调整，调度计划的结果一般都可以保证系统的安全性。而电力 市场运行模式中，追求经济上的最大效益将成为最优先考虑的因素。这时，由于机组报价曲线的不 规则性，所制定出来的调度计划往往产生严重的安全性问题。因此，对从经济性原则出发所制定出 来的交易计划，必须进行安全校核，以保证系统的运行状态不仅经济而且安全。 一般来说，安全校核的应用场合主要分为在线实时调度和离线调度计划生成两种。 实时在线调度中的安全校核，往往以调整量最小为目标，以使系统快速回到安全的运行状态。 在我国当前的电力市场运营规则中，由于尚没有对安全校核所作出的出力调整给出相应的经济补偿 与惩罚规定，因此常规安全校核方法也完全适用于目前电力市场情况下的实时调度应用。 离线调度计划的编制还主要是在考虑机组出力检修、负荷预测结果、长期购电合同以及电力市 场中标电量等综合因素的情况下依靠相关软件计算得出。如果在编制过程中发现不安全现象，需要 人工进行调整，难以取得理想的调度计划。 传统的调度计划问题既涉及机组组合，也涉及经济功率分配。从数学上本质上看，发电计划属 于高维、离散、非线性混合整数优化问题，很难找到理论上的最优解。但由于能带来巨大的经济效 益，多年来，此类问题吸引了众多学者的探索和研究，形成了各种各样的优化方法。诸如启发式方 法、混合整数规划法、动态规划法、拉格朗日松弛法及遗传算法等【1 4 1 6 。 1 ) 启发式方法 启发式方法是早期使用的机组组合优化方法。典型的启发式方法是优先顺序法，这种方法是首 先对机组依据发电费用指标进行排序，然后根据系统负荷需求按照发电费用指标由小到大的顺序投 4 第一章绪论 切机组。启发式方法没有严格的理论依据，依靠直观的判断或经验寻找最优解，计算速度快，占用 内存少，但往往找不到最优解，可以说，它是以计算精度为代价来换取计算速度的。 2 ) 动态规划法 动态规划法是一个处理多阶段决策问题的方法，它将整个调度交易周期分解为若干个时段，每 一时段为动态规划过程的一个阶段，各阶段的状态是该时段所有可能的开停机状态组合从初始阶段 开始，从前向后计算各阶段各状态的累计费用，再从最后阶段累计费用最小的状态开始，由后向前 回溯，依次记录各阶段累计费用最小的状态，从而确定最优机组组合。动态规划法作为一种组合优 化算法，对目标函数的性态无特殊要求，理论上可求得全局最优解，但对机组较多的电力系统，计 算量太大，常出现“维数灾”。同时，对于机组带负荷速率及与时间有关的约束条件较难处理。 3 ) 混合整数规划法 发电计划的数学模型属于混合整数优化问题，应采用混合整数规划法解决，但这种规划的求解 十分困难。常用的混合整数规划法有分支定界法、b e n d e r s 分解法等。分支定界法实际上是一种决策 树方法，其基本思想是隐含枚举，即只对可行的机组组合进行枚举。它以求相应的线性规划最优解 为基础，若其解不符合整数条件，则将原问题分解为几部分，每部分增加新的约束，压缩原来的可 行域，逐步逼近整数展优解。混合摧数规划法适合机组组合和发电计划的数学模型，理论上能找到 全局最优解。但涉及至0 状态枚举，即使采用各种技术来限制状态的枚举数，计算量仍然很大，对大 规模电力系统难以实用。 4 ) 拉格朗日松弛法 拉格朗日松弛法适用于解决大系统的优化问题，它在电力系统的应用研究始于7 0 年代，8 0 年 代开始推广，9 0 年代成为解决机组组合问题的主流算法。早期的应用结合分支定界法，后来逐步抛 弃了分支定界法的框架。拉格朗日松弛法在解决机组组合问题时，通常将约束条件划分为两类：一 类是系统耦合约束；另一类是机组本身的约束。系统耦合约束作为惩罚项加入目标函数，形成拉格 朗日函数，与机组本身的约束构成对偶问题。对偶问题是一个极大极小问题，对应不同的拉格朗日 乘子，拉格朗日函数有不同的最小值，这些最小值中的最大者为最优解。在求解对偶问题中的极小 值时，按照单台机组分解为一系列子问题，一般用动态规划法求解。而拉格朗日乘子的调整则通常 用次梯度法。拉格朗日松弛法是一类有较成熟理论基础的优化组合算法，适合解决大规模电力系统 的优化组合问题，它能克服维数障碍，它不仅较好地求解经济负荷分配问题，也可求解机组组合问 题，还在水火电联合优化运行方面广泛应用，该方法的主要缺点是存在对偶间隙，对某些约束条件 较难处理。在电力市场环境下，当目标函数中的购电成本按全网统一边际成本计算时，该方法难以 直接应用。但该方法中的拉格朗日乘子为边际成本的实际经济意义，对研究电力市场竟价算法很有 启发。 5 ) 遗传算法 遗传算法是模拟自然界生物进化过程的组合优化算法，近年来在电力系统得到广泛的应用。文 献( 1 2 ) 将遗传算法应用于机组组合问题，加入特殊的算子，克服了简单遗传算法过早收敛的不足。遗 传算法具有算法灵活，对目标函数无特殊要求，理论上可以较大的概率找到最优解等优点。但计算 量大，所需时间长，作为一种随机优化方法，不能保证得到全局最优解，在电力市场环境下，解的 随机性不符合市场规则的严肃性和市场出清价的唯一性。 5 东南大学工程硕士论文 1 4 本文主要工作 江苏省调的新一代能量管理系统( e m s ) 能够支持对未来方式的研究，并具有强大的网络分析 功能。论文对江苏电网日调度计划自动生成及安全校核系统的四个比较重要的子系统进行了分析研 究，将年和月度发电计划、负荷预计、日发电计划、电气检修综合管理系统和e m s 中的安全分析功 能有机结合，提出了根据电网检修方式对次日调度计划进行安全分析的整体解决方法和相应的实用 算法，使e m s 中的安全分析功能更加实用化。为电网决策提供有力的参考，为电网运行分析人员提 供符合运行要求的电网分析结果，从而在电力市场环境下，充分发挥电网的输送能力，保证系统的 安全、稳定、经济运行。 1 ) 详细分析研究了系统的总体结构和各主要模块的功能和分布的安全区域，以及各功能模块之 间的数据交换情况。 调度实时信息平台按照华东电网统一的接口规范，对数据库结构、数据文件名称、数据交换的 格式和内容进行规定。可根据运行华东电力日前竟价市场开展的进度和总体要求，有选择地应用“计 划模式”或“市场模式”，并简要分析了两种模式的区别。 为利用好e m s 中的安全校核功能，设计实现了电网检修设备提取、稳定限额管理、负荷预测和 母线负荷预测、机组启停和备用容量安排模块，把设备检修申请单中的文本性描述提取为电网设备 的标准调度命名，将稳定限额归纳为标准的调度命名描述，生成反映电网拓扑结构变化和开机方式 文件，从而为日调度计划的安全校核打下了基础。 2 ) 发电计划的编制 发电计划编制的分配算法是本系统的一核心内容。本论文汲取了已有算法的经验和教训，创新 提出了两步走的计划生成方案。首先以等电量进度为目标，结合负荷需求计算出各机组的应发电量， 然后按照发电量比例产生与统调发电曲线形状相同的初始机组发电曲线，再采用迭代修正的方法生 成符合所有约束条件的全网机组发电计划。该算法避免了不收敛的问题，能够提供灵活方便的手段 控制各机组的发电进度，取得了良好的运行效果。 3 ) 电网安全校核 论文认真分析了实际运行的客观需要，对e m s 系统高级应用软件中的安全约束调度模块进行进 一步的开发和完善，形成了独立的安全校核模块，采用基于灵敏度分析和非线性内点方法的混合算 法，对设备或断面越限进行校正，使之适合日调度计划安全校核的实际需要。 6 第二章系统的总体结构和模块设计 2 1 引言 第二章系统的总体结构和模块设计 电网日发电计划的制定是保障电网安全稳定运行、实现三公调度的重要一环，也是电网调度运 行的一项重要的日常工作。长期以来，在电网日调度计划的生成过程中，对于计划电量的跟踪和从 计划电量到机组发电曲线的分配算法缺乏深入的研究，在制定日发电计划时对于电量控制缺乏有效 的调节手段，受各种条件的限制，对于计划曲线的安全校核也难以实现连续9 6 点的计算校核。同时， 根据华东电力市场运营规则中。日前竞价交易”有关内容规定：省调负责将本省调度管辖范围 内机组的年度发电合同电量和月度竞价交易中标电量分解到执行日9 6 个交易点，形成a 类机组合同 分解计划和b 类机组合同分解计划；负责本省( 市) 执行日9 6 个交易点的用电负荷预测和母线节点 负荷预测。 为解决上述问题和适应华东电力市场运营的要求，改进发电计划制定的方法手段，江苏省调于 2 0 0 5 年提出了“日调度计划的自动生成及其安全校核”项目的建设方案。该系统根据购电合同和市 场竞标制定的年度、月度发电计划，综合考虑机炉检修、负荷预计、经济等因素生成日发电计划， 并根据电网检修计划安排进行安全校核和修正。该系统将中长期发电量计划、负荷预测、日发电计 划、电气检修综合管理系统和n i s 中的安全分析功能有机结合，通过日常工作流程形成智能化工作 链。安全校核功能通过该工作链自动启动e i i s 安全分析软件来实现。 该系统主要由发电计划编制、安全校核、调度实时信息平台、电网拓扑结构变化和开机方式四 大部分组成，功能分布涉及安全i 区、区及区，可根据运行华东电力日前竞价市场开展的进度 和总体要求，有选择地应用“计划模式”或“市场模式”( 1 、华东电力日前竞价市场运行，应用“计 “市场模式”，省调主要负责省内电厂合同电量的分解，不负责本省的发用电平衡。2 、华东电力日 前竟价市场不运行，应用“计划模式”。省调即负责省内电厂合同电量的分解，还要负责本省的发用 电平衡) “计划模式”和“市场模式”主要区别： l 、在“市场模式。下，省调不负责本省的发用电平衡，主要负责按时向华东网调上报：全省用电 负荷预测、母线节点负荷预测、省内电厂合同电量的分解( a 类和b 类机组进行不同处理) ，电 气设备检修计划、机组启停计划、备用容量安捧、稳定限额等数据。并对华东电网日前竞价市 场的出清结果进行省内安全校核，检查越限情况，并对通过调整发电机有功出力对越限进行校 正计算，减缓或消除越限，最终形成修正后的发电计划，下发给各发电企业执行。 2 、在“计划模式”下，省调要负责本省的发用电平衡，只需向华东网调上报全省用电负荷预测、 大机组启停计划和重要电气设备检修计划等数据。接受华东网调提供的区外受电数据，负责编 制本省日发电计划，进行安全校核，检查越限情况，并对通过调整发电机有功出力对越限进行 校正计算，减缓或消除越限，最终形成修正后的发电计划，下发给各发电企业执行。 7 东南大学工程硕士论文 2 2 系统的总体结构 系统总流程结构蔫譬篓慧篙茗嚣鐾蠹怒 癌! 全i 区，弧s 图2 1 江苏电网日调度计划自动生成与安全校核系统结构图 江苏电网日调度计划自动生成与安全校核系统结构如图2 1 所示。 其主要有： l 、江苏省调d m i s 系统 江苏省调d m i s 系统运行于安全区，完成电网日调度计划和电网运行方式信息生成。 主要包括：从检修申请单库提取电网电气设备检修安排信息；稳定限额管理；中长期合同管理； 日调度计划生成。 2 ，江苏省调e m s 系统 江苏省调能量管理系统( i b i s ) 系统用于保障电网的安全稳定运行，主要由数据采集和监视控制 ( s c a 队) 、自动发电控制( a g c ) 及高级应用软件等功能模块组成。 该相同运行于安全i 区，采用了胖服务器，瘦客户机的c s 结构，具有开放、统一、标准的平台， 8 第二章系统的总体结构和模块设计 采用i e c6 1 9 7 0 相关标准设计，利用先进的c o r b a 技术，能够支持对未来方式的研究。系统能够 提供的网络分析软件主要包括：状态估计( s e ) 、母线负荷预测( b l f ) 、系统负荷预测( l f ) 、调度 员潮流( d p f ) 、静态安全分析( s a ) 、优化潮流( o p f ) ( 包括电压无功控制、安全约束调度( s c d ) ) 等。 负荷预测须能够实现短期和超短期负荷预测，可预测未来一天或一周内9 6 4 8 点( 可调) 负荷，同 时应具备历史负荷查询比较、负荷数据分析等功能。超短期负荷预测可实现对未来4 小时内每5 分 钟的负荷预测，平均误差应小于1 。负荷预测要根据各地实际情况，考虑各种影响负荷变化的因素， 如气象、社会活动、节假日等，采用实用的预测理论，自动实现并可进行人工修正。 安全校核可分为稳态校核、n - 1 校核、分区校核、断面校核、电压稳定性校核等多种校核方式， 使交易计划在满足电网安全的前提下进行优化。执行交易计划并依据交易计划控制a g c 及实现其他 辅助服务功能。记录机组起停、有功无功出力及开关动作情况。为电能量考核结算系统提供带时标 的系统环境数据，包括：频率曲线、实际负荷曲线、实际出力曲线、备用容量曲线、电压曲线等。 为即时信息系统和市场分析与预测系统提供负荷预测数据和分钟级的电网实时数据。 3 、江苏省调实时信息平台 江苏省调实时信息平台运行于安全区，计划编制模块和安全校核模块之间、华东网调与省市 调之间数据交换通过“调度实时信息平台”进行传送。 d m i s 送到e m s 的数据有： 1 ) 机组启停计划； 2 ) 重要电气设备停电计划； 3 ) 稳定限额更改情况； 4 ) 日发电计划。 e m s 送到d m i s 的数据有： 1 ) 修正后的日发电计划； 2 ) 稳定断面越限和校正情况。 2 3 系统的功能模块 2 3 1 气象信息 天气变化会对江苏电网用电负荷产生很大的影响，通过研究发现天气变化对用电负荷变化产生 影响主要体现为以下一些气象要素：温度、湿度、气压、天气状况、风向风速和降雨量。为了获取 这些气象要素更加详细的实况和预报数据以便利用数据挖掘技术分析天气变化与负荷变化的关系， 江苏省调开发建设了江苏省电力调度气象信息系统。 该模块主要分为三个组成部分：气象信息预报与实时采集处理系统、电力调度气象信息传输平 台、电力调度气象信息网站。 1 ) 气象信息预报与实时采集处理系统 气象预报系统采用基于m m s ( v 6 ) 、g r a p e s 数值预报模式，通过对模式进行本地化研究，对雷 9 东南大学工程硕士论文 达、卫星、自动站等气象资料进行同化处理，可以做到全省1 3 个地区各气象要素每小时的数值预报。 全省1 3 个地区天气实况信息通过各地的自动气象站每小时一次采集汇总获得并采用一系列技 术措施保证资料的稳定性和完整性。为了保障通信传输的可靠性和资料的及时性，调度中心与省气 象台之间采用光纤专用通道的方式进行网络互联。 2 ) 电力调度气象信息传输平台 气象信息模块通过对气象数据的不断积累为我们研究电力生产与气象的关系创造了良好的条 件。在以往短期、一周、一旬和一月文字预报的基础上增加了全省1 3 个地区每小时的温度、湿度、 气压、风向风速、降雨量和云量的数值预报及天气实况信息，利用高速稳定的光纤数据传输技术实 现了实况气象数据和卫星云图的实时传输，各种气象数据经采集归类后存入数据仓库中。 “电力气象数据对比分析”子模块通过对电网负荷与温度、湿度、气压实况数据在同一坐标下 进行曲线相似日的比较，分析一天当中气温、湿度和气压的变化对电网负荷所产生的影响，特别在 天气出现剧烈变化时我们可以较直观地看出负荷的变化规律和特点。“负荷与气象数据规则对比分 析”子模块通过对一段时间内的电网负荷分时段计算出极值并与相应时间段内的温度、湿度、气压 的极值数据进行对比分析，找出这一段时间以来天气的变化和负荷变化的对应关系，通过各种条件 的组合比较帮助我们进行电力负荷与气象要素相关性的分析。 3 ) 电力调度气象信息网站 电力调度气象信息网站可提供江苏省1 3 个地区未来3 6 小时每小时的温度、湿度、气压、风向 风速、降雨量和天气状况的预报和实况数据以及综合天气预报、卫星云图、台风预报、重要天气公 告等信息。 系统投运以来丰富并积累了许多宝贵的历史气象资料，为更加精细地研究负荷变化规律创造了 条件。 2 3 2 日用电负荷预涓 目前负荷预测实用的算法主要有：线性外推法、线性回归法、时间序列法、卡尔曼滤波法、人 工神经网络法、模糊系统法、灰色系统法和专家系统方法等。各种算法均有一定的适用场合，没有 一个算法适用于各种负荷预测模型而精度比其它算法都高，并且算法本身的规律或经验不能够直观 的反映给负荷预测人员。 数据挖掘理论为负荷预测提供了更为先进的方法选择，软计算是数据挖掘的有效实现方法，江 苏省调在这方面进行了较为深入的研究。鉴于数据挖掘和软计算在电力系统广阔的应用前景和在负 荷预测方面扎实的研究基础，自主开发了“基于数据挖掘和软计算的短期负荷预测系统”。 通过对历史负荷曲线的分析比较，结合历史上典型的天气变化情况，初步找出负荷与天气之间 的大致规律，确定采用基于数据挖掘和软计算的负荷特征点变化量预测的日负荷曲线绘制算法。该 算法在预测理论上有较大的突破，在具体设计中充分融合了长期从事负荷预测工作的专家的丰富而 有效的经验，预测准确度较之以往预测软件有一定的提高，取得了良好的效果。 基于数据挖掘理论和软计算方法的江苏电网短期负荷预测系统，设计了专业的负荷气象特性 分析工具，为负荷预测工作人员积累经验提供了极其方便的手段；通过对江苏电网负荷特性的变化 规律的充分研究，融合运行人员长期积累的丰富经验，采用全新的设计思想、先进的预测算法、合 1 0 第二章系统的总体结构和模块设计 理的参数调整、人性化的操作过程，一定程度上提高了软件预测的准确度。 该系统由六大子系统构成，即：( 1 ) 预测算法子系统，( 2 ) w e bs e r v i c e s 服务子系统，( 3 ) 气 象数据服务子系统，( 4 ) 负荷预测图形界面子系统，( 5 ) 负荷气象特性分析子系统。( 6 ) 数据发布 与数据管理子系统 2 3 3 年度，月度合同电量管理 年度、月度合同电量管理是华东电力市场和电网日常生产中的一项重要内容。合同电量的分配 情况不仅直接影响到各电厂的经济利益，对电厂的报价行为有很大影响，从而间接影响日前竞价市 场的出清结果和电价。 在目前华东电力市场中，采取的交易模式为“部分竞价”的交易模式，竞价电量的比例年初由 国家电力监管委员会确定，2 0 0 6 年为全年总电量的1 0 左右。 年度合同电量管理分为年度基数合同和双边交易合同两个部分： 1 ) 年度基数合同 年度基数合同电最管理用于规范省( 市) 电力公司与发电企业间年度发电基数合同的签订和执 行。年度发电合同总量由政府职能部门依据国家能源政策、环保政策、产业政策，实施资源优化配 置，提高能源综合利用效率，坚持“公开、公平、公正”的原则确定，同时应满足国家电力监管委 员会确定的竞争比例的要求。 a 类竞价机组的年度基数合同电量= 政府职能部门确定的年度基数发电利用小时数额定容量 x ( 1 一核定的综合厂用电率) 竞价电量比例。 年度交易合同电量由电网经营企业与本省发电企业之间通过协商确定。一般是根据年用电负荷 曲线所确定的比例系数及机组的检修计划将年度合同电量分解到月度。目前江苏电网的年度基数合 同的分解计算由省调d m i s 系统中月度发电量计划模块完成。 2 ) 双边交易合同 双边交易合同由电力交易中心负责按月分解，录入省调d m i s 系统的双边交易合同管理模块。 调度部门及时跟踪分析年度、月度合同电量的执行情况，并进行滚动调整。 当发生下列情况时，省( 市) 电力公司可调整年度基数合同电量： ( 1 )有权部门认可的年度计划外跨省( 市) 电量进入本省( 市) 电网； ( 2 ) 重大天气异常变化、重大水情异常变化； ( 3 ) 本省( 市) 需求市场发生重大变化； ( 4 )新机组实际投产时间与计划时间相比有较大变化： ( 5 ) 合同双方协商一致的其他情况。 在目前的“部分竞价”交易模式中，存在着这样一种认识，即应逐步提高竞价电量在总发电量 中的比例，最终取消合同电量管理部分，实现完全的竞价交易。但是，合同电量管理这种方式在电 力市场中也具有相当的存在价值。这是因为：电网稳定运行需要一种基本的运行方式，即要求发电机 组开机方式应具有比较合理的地理分布和组合，以保证系统中的电压稳定，联络线传送功率不会过 载。如果将所有发电量均放到日前竞价交易市场中，由于交易结果的不确定性，很可能会使电网的 基本运行方式难以得到满足，造成对交易结果的大幅度修改。 1 1 东南大学工程硕士论文 2 3 4 电同拓扑结构变化识别和开机方式管理 电气设备状态变化指的是与全网某一时刻电气设备的状态比较。若电气设备状态发生变化，则 必须申报变化后的状态( 运行或停役) ，电气设备的参考状态可根据e m s 的建模情况予以确定。 一般而言，电气设备状态的变化主要来自于四个方面： 1 ) 计划检修，此类数据可来自于省调d m i s 的检修管理系统； 2 ) 电气设备故障、缺陷导致的临时停役，此类数据可来自于调度日志的设备缺陷： 3 ) 为配合基建、检修工作或为抑制短路电流超标而做的方式调整( 如线路出串运行、母线分排 运行) ，此类信数据来自于电网运行方式调整说明； 4 ) 新设备启动、退役，此类数据可来自于调度日志的操作信息。 设备检修计划从d m i s 的检修管理系统中提取，启动检修申请单流程，生成设备检修信息。由 于现在m i s 系统中的设备