（电力系统及其自动化专业论文）电力市场中兼顾节能与环保的经济调度新模型.pdf

东北电力人学硕 ：学位论文 s i l l qii,。m!g| a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m yr e s u l t si na l li n c r e a s eo fe n e r g y d e m a n d s t h ee l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y , a sb a s i ci n d u s t r y , t a k e so nv e r yi m p o r t a n t a c t i o ni nt h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y , i t se n e r g yc o n s u m p t i o ni n c r e a s e s c o n t i n u a l l y t oa c h i e v et h el o we n e r g yc o n s u m p t i o na i mi nt h e1 it hf i v e - y e a rp l a n ， t h ee l e c t r i cp o w e ri n d u s t r yn e e d sr e d u c i n gt h ee l e c t r i cp o w e rg e n e r a t i o ne n e r g y c o n s u m p t i o ni nv a r i o u sw a y s ，砸t 1 1t h ep u r p o s eo fe n e r g y s a v i n g ，e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n , e c o n o m y , a n dt h eg u i d a n c eo fs c i e n t i f i cd e v e l o p m e n tv i e w r a t i o n a l p o w e rg e n e r a t i o nd i s p a t c h i sa b r e a k t h r o u g h t o r e d u c i n g t h ee l e c t r i c p o w e r g e n e r a t i o ne n e r g yc o n s u m p t i o n t h es t u d yo ne n e r g yc o n s e r v a t i o np o w e rg e n e r a t i o n d i s p a t c hm e t h o d s , a n dt h em e t h o dw h i c hc a nc o m b i n ei tw i t he l e e t r i c i t ym a r k e t , i s u r g e n tt os o l v ea tp r e s e n t f i r s t l y , t h ep r o c e s s e s o fm a r k e t o r i e n t e de l e c t r i c p o w e rr e f o r ma n dt h e d e v e l o p m e n to fe l e c t r i cp o w e rs y s t e md i s p a t c ha l er e v i e w e da n ds u m m a r i z e d 。t h e s i g n i f i c a n c e a n dt h er e s e a r c hs t a t u so fe n e r g yc o n s e r v a t i o n p o w e rg e n e r a t i o n d i s p a t c hh a v eb e e na n a l y z e d t og e tt h e b e t t e rd e v e l o p m e n ta n dt ol o w e re n e r g y c o n s u m p t i o n ，t h ee n e r g yc o n s e r v a t i o np o w e rg e n e r a t i o nd i s p a t c hm u s tc o m b i n ew i t h e l e c t r i c i t ym a r k e t s e c o n d l y , t h ep o w e rs y s t e me c o n o m i cd i s p a t c hm o d e li si m p r o v e d ，w h i c ho n l y c o n s i d e r st h ef e a t h e r so fc o s ta n de m i s s i o n t h ec o n c e p t i o no f e n e r g y s a v i n gf a c t o r i ss u g g e s t e d 。e s t a b l i s h e dan e wm o d e lo fe c o n o m i cd i s p a t c hc o n s i d e r i n g e n e r g y s a v i n ga n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni ne l e c t r i c 姆m a r k e t t h e n , u s e dr ne x a m p l et o v e r i f yt h ee f f e c t i v e n e s so ft h em o d e l g i v eap r e l i m i n a r ye x p l o r a t i o na n da t t e m p to n t h ei m p l e m e n t a t i o no f t h ee n e r g yc o n s e r v a t i o np o w e r g e n e r a t i o nd i s p a t c h f i n a l l ) ；t t t i sp a p e rd i s c u s s e dt h eg e n e t i ca l g o r i t h m ，w h i c hi sw i d e l yu s e di nt h e c a l c u l a t i o no fp o w e rs y s t e me c o n o m i cd i s p a t c h ，m e a n w h i l e ，m e l i o r a t e dt h ea i m f u n c t i o nw e i g h t e df a c t o r , c r o s s o v e rp r o b a b i l i t y , m u t a t i o np r o b a b i l i t y a l s oi m p r o v e d t h er e f o r m a t i v eg e n e t i c a l g o r i t h m ，a n dt h e na p p l i e di t t oe c o n o m i cd i s p a t c h f u r t h e r m o r e ，a l le x a m p l ei su s e dt ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo f t h em e t h o d k e 驴v o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ：e n e r g yc o n s e r v a t i o nd i s p a t c h ；e c o n o m i c d i s p a t c h ：g e n e t i c a l g o r i t h m l i t 论文原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。 文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法 律意义上已属于健入豹任俺形式的研究成果，瞧不包含本人已用予其他学位孛 请的论文溅成果。 本人如违反上述声明，愿意承担越下责任和后果： 1 交回学校授予的学位证书； 2 学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报； 3 本人按照学校规定的方式，对因不当取得学位给学校造成的名誉损害， 进行公开道歉； 4 本人负责因论文成果不实产生蛉法律纠纷。 论文作者签名：曼蹩渣日期：2 避& 年土月丑嚣 论文知识产权权属声明 本人在导疖指导下骈完戒的论文及穗关的职务作品，知识产权归璃东北电 力大学。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 狷。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为东北电力大学。 论文作者签名：量垒，逢 导师签名； 日麓：兰鳃塞年l 月，立舅 日嬲；三坐年王一月二三l 露 中国优秀博硕士学位论文全文数据库 和中国学位论文全文数据库妆稿声明 磷究生邦： 本入同意中整优秀博臻士学位论文全文数据库和中国学位论文全文 数据库出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生部两中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社的中国优秀博硕士学位论文会文数据库和中国科 技信息研究所的中国学位论文全文数据库投稿，希望中国优秀博硕士学 位论文全文数据库和中国学位论文全文数据库给予出版，并同意在中 国优秀博硕士学位论文全文数据库和c n k i 系列数据库以及中国学位论文全 文数据库中镬弼，同意接章程撰定孪受相关投益。 论文级别：区褊士口博士 作者签名： 量盔遣 指导教师签名： 作者联系地址( 由b 编) ： 作者联系电话： 日 期： 鲍盘年l 胃兰l 日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 本课题的研究背景和研究意义 1 1 1 我国电力市场化改革进程 电力市场怒应用计算桃、现代化的测量和通信设备，以电价作为控制电力 交易的杠杆，进萼亍负荷管理、电力系统运行，在电力生产者、电力消费者和输 配电网络管理者之间实行平等、公正的等价交换的系统的总称【l 】。自1 9 8 9 年英 国避行电力工业改革以来，世界各国的电力市场建设如火如茶。然而，经过近 2 0 年的实践，世界电力工业尽管整体上取樗了降低电价水平、改善电力投资环 境的目的，但是其中并不乏加州电力市场失败等教训。在我国，如何吸收国外 电力市场成功运行的经验，杜绝类似事件的发生，是广大电力系统专家和电力 工作者一直致力于解决的闻题。 早在2 0 世纪8 0 年代，我国一些网、省电力局开始对统一核算成本进行改 革，对其下属的发电厂和供电局实行内部承包，一些省电力局在承包中将对发 电量的考核变为峰谷考核，有的电力局还采取了以峰谷电价来考核发电厂和供 电局的方式，这就形成了模拟电力市场的雏形。 1 9 9 7 年，围家电力公司正式启动内部模拟电力市场。模拟电力市场的内容 主要包括：网、省电力公司与备发电厂签订并网调度协议、电力购销合同和经 营责任制协议；对各下属企业实行内部价格、内部利润、内部核算、内部分配 与指标考核相结合的经营责任制办法；发电厂竞价上网，对供电局按内部电价 结算，以内部利润的高低来评价发、供电企业的业绩等。 从1 9 9 8 年开始，我国确定在电力工业实行“厂网分开，竞价上网”的政策， 并确定浙江、上海、山东和东j 的辽宁、吉林、黑龙江六个电弼作为试点单位。 几年的实践表明，六个试点单位的电力市场技术支持系统的建设和运彳亍都取褥 了较大进展，模拟电力市场的运营也取得了一定的成绩，主要表现在以下几个 方面：一是经济效益显著上升，一系列的运行指标如发供电企业的等效可用系 数、非计划停运次数，供电企业的线援率、供毫可靠性等达到了新水平，企业 笨北电儿大学硬 ：学证论文 烹量i i i i i i ii i i i i m i i i i ii i i i l l l 詈皇暑詈墨 蜘成本和费用增长得到控制；= 是电阐谜度能力增强，调度自秀识求平和各矮 专业管理水平褥至0 提高；三是企业内部管理得到加强，发供电企业开始将思鼹 转为向管理要效益，通过加强管理、降低成本，获取最大的效益，更重要的是 入的观念发生了变化，竞争意识、带场意识褥翻攘强。 硒时，我蹬南方互联电鄹的商控化运营氇为我国电力市场的安旌提供了奎 费的经验。几年来，随着运行经验的不断积累以及相关政策的不断完善，一蹩 套毫蹒商业诧运营枫翎己逡渐成熟。南方电黼商盈化运茜的其体内容包括：交 弱台同与交易计划的制订，采集与计量，交易结算譬。 自2 0 0 5 年起，东北区域电力市场和华东区域电力市场相继试运行，并取褥 了宝蠹的市场运行经验。但是，东北电力市场由于平衡账户持续亏损而停摆， 牮衷奄力市场运零亍也处于初麓阶段。在这些已运行的实际电力市场中，主要以 金融链的年度合丽与其度含嗣为主，疑藕淹价交易满寒窟动，传统电力工业运 作的经验和方法依然占据着重要的位置。 在电力工效快速发展，电力体制改革已经积累了许多宝贵经验的同时，也 要看到电力市场化改革还甏临许多的问题；厂网分开不 辫底，产毂关系不踞晰， 输电系统尚未开放，电力调度自动化系统建设尚德完善餐，尤菸是邀力调度的 方式制定延续了多年来的传统方法，没能和电力市场运律紧密结合起来。 1 1 2 节栽调度的研究意义 节能发电调度，是指在傈瓣电力哥靠供应黪蓠提下，按照节毙、经济魏原 则进行电力调度。在调度过程中，优先风能、水能、焦物能等可再生发电资源， 荐调度煤炭等火力发电资源。在其体调度中，按机组能耗和污染物排放水平由 低到翥地安摊土蹭，最大袋凄蟪减少能源、资源潢耗弱污染物摊放。 与发达国家相比，我幽低效率、离能耗的传统型增长方式裙产鼗结构没鸯 褥到根本改变，涤源环境的制约作用闩益突出。为此，党的十六属蠹中全会睨 确提密将节能簿耗作为“十一五”规划的主要建设目标。按照“十一五”规划， 我厘2 0 1 0 每人均g d p 比2 0 0 0 年翻一番，同黠2 0 1 0 年每万元g d p 将在2 0 0 0 年不变价的情况下，能耗达到1 1 4 4 吨标准煤，比2 0 0 5 年的1 4 3 随下降2 0 。 作为国民经济发展的蒸础性行业，电力工业是能源消耗大户，具有很大的 第1 章绪论 葛i ii 苎皇竺! 皇= = = = = 詈詈! ! 皇兰! ! 苎鼍! 皇皇鼍竺= ! ! = ! ! = ! 詈! = 詈! ! 节能空间，然而目前一些传统和计划方式下的管理方法在一定程度上遏制了节 能工作的开展。电力工业为更好地实现“十一五”规划确定的节能降耗目标， 需要按照科学发展观的要求，以节能、环保、经济为标准，通过多种途径降低 发电能耗，例如：通过调整电源构成实现结构节能；通过建设坚强的国家电网 实现技术节能和管理节能；通过合理的发电调度实现管理节能。其中，合理的 发电调度，是实现电力工业节能降耗的突破口。 截至2 0 0 6 年底，我国电力总装机已这6 2 2 亿k w ，火电装机约为4 8 4 亿k w ， 占总装机的7 5 以上，火电机组中离耗能、低效率的小机组仍占一定比例。 根据国家环保总局2 0 0 6 年公布的数据，2 0 0 5 年我国二氧化硫排放量超过 2 5 4 9 万吨，比2 0 0 0 年增长了2 7 ，约占全世界总排放量的1 5 ，是世界第一排 放大国，其中约有一半来自燃煤电厂。弼时，一次能源的不可再生性也为其低 耗无序的使用敲响了警钟，据b p 世界能源统计2 0 0 7 分析，我国的石油、天 然气、煤炭的开采时限远低于全球化石能源的平均水平。在能源利用效率方面， 我国同样与世界发达国家存在臣大差距，主要产品能耗比世界先进水平离4 0 ， 能源利用率仅为3 3 ，比世界先进水平低l o 。 基于此，我国电力工业急需合理改进发电调度方式，改变对各类机组平均 分配利用小时数的旧调度模式，鼓励煤耗低、排放少、节水型机组发电，积极 促进节能、环保、经济调度的实旌。 1 。1 3 节能调度与电力市场的有机结合 我国现阶段电力市场主要表现为发电侧电力市场，其核心特征则是对竞价 电量部分实行竞价上网，依据所掇上网电价的高低来决定其发电的先后排序。 在竞价上网的区域电力市场中，除了优先调度的再生源机组外，对于燃煤火 电机组来说，以价格机制为主要运行决定条件【2 】。 如何推进电力市场仡改革，将实施节能发电调度与电力市场机制有机结含 起来，是值得进行深入研究的问题。 首先，从本质上看，两者都旨在降低能耗，合理科学利用能源。节能发电 调度是更多地从降低污染物排放指标角度考虑，而电力市场则更多是从运用市 场价格机制来权衡发电资源的优化配嚣。 东北电力大学钡 学位论文 i 其次，从电量价格来看，两者存在一定的差异。发电侧电力市场的基本因 素是竞价上网的电量价格，按现行做法，它仅仅是发电商年度分配电量的1 5 左右，另外大部分电量仍以合约电量的价格计算；而节能发电调度的实施效果， 除了优先调度的再生能源机组外，对于燃煤火电机组来说则能及时有效地促使 发电企业狠抓精细化管理，把发电企业内部的节能降耗工作落实到每一个环节 和每一个岗位，在更大范围内通过降低发电燃煤成本来降低上网电价，从而有 利于发挥竞争优势。 再次，从电力工业的可持续发展来看，两者殊途厨归。电力市场实行竞价 上网，必然促进电力市场化运行机制全面建立，优胜劣汰，激励低能耗的大机 组多上网发电，引导高耗能高排污的小火电机组退出现役，有利于上大压小， 优化资源配置；节能发电调度的制度实施，既是对电力市场化运行规则的 b 兖 完善，同时也是一种电力市场的监管方式，有利于加速小火电机组的淘汰。有 利于促进电力市场的规范建设。 随着电力市场化改革的深入，市场配置资源的作用明显加强，节能发宅调 度与电力市场机制完善结含，必将减少能源消耗和污染物排放，提高能源效率， 推动电力工业又好又快发展。 1 2 研究现状 我国水电资源的8 4 集中在长i 互中上游、金沙江、澜沧江流域，煤炭资源 的8 2 集中于西北和晋陕蒙地区，而主要的负荷中心则位于环渤海地区、长江 三角洲、珠江三角洲经济带，能源基地与负荷中心距离在1 0 0 0 2 0 0 0 公里之间。 这种资源与负荷的逆向分布，决定了必须远距离、大跨度输送能源，相对于一 次能源煤炭的运输，二次能源电力的输送曼显示出经济、离效、环保 的优势。随着三峡工程和能源基地大型火电厂的陆续建成，西电东送、南北豆 供、全国性的电n i l e 在逐步形成。目前，我国已经形成了一个自北到南，跨越 4 6 0 0 多公墨，覆盖多个省、市、自治区的超大规模交、直流互联电网，而且规 模还将不断扩大。 大电网的优越性显而易见，但大电网的安全稳定控制更加复杂，比较有效 的解决手段是“统一调度、分级管理”。目前“统一调度、分级管理”的原则已 第l 章绪论 经深入人心，形成了有效的电网运行管理机制，构筑了较为完善的电网五级调 度体系，为发挥大电网的优越性、促进资源优化配簧起到了积极的作用。 1 2 1 我国电力系统调度的发展历程 我国的水火电配合调度可以追溯到2 0 世纪4 0 年代，当时的东北电网已形 成水火电联合调度局面。2 0 世纪5 0 年代京津唐电网和东北电网曾经试用过经济 负荷分配计算尺，按煤耗微增率相等的原则确定各发电厂的出力。2 0 世纪6 0 年 代东北电管局和华北电管局做过大量的基础工作，编制出了各发电厂的煤耗微 增曲线。 当时投入使用的计算机程序包括火电厂煤耗微增率计算程序、b 系数修正网 损程序和水火电有功功率经济分配程序等。由于当时的电力系统规模小，以上 程序尽管存在一定的问题，如处理规模小、计算糖度不高、计算速度慢等，但 是依然取得了良好的经济效果。 2 0 世纪7 0 年代末期，经济调度工作再次受到重视，有更多的电网开展了这 方面的工作。很多电网组织各发电厂编制了微增特性曲线和厂内经济调凄方案， 为实际开展经济调度打下了坚实的基础。许多研究单位和高等院校开展了经济 调度算法研究，并开发了许多的新的应用程序，例如机组经济组合、网损修正 用b 系数、多水电厂经济调度、梯级水电厂调度、负荷预测、无功功率经济分 配和最优潮流等。 2 0 世纪8 0 年代由于微型计算机的出现，改变了长期以来经济调度程序难以 实用的面貌，计算机作为辅助分析工具正式成为调度的有力助手。随着计算机 技术的飞速发展、各种算法和开发模式的不断涌现，从2 0 世纪9 0 年代到现在， 电网经济调度己成为越来越受关注的一个问题。 随着2 0 世纪末电力市场的出现，电力经济调度的内涵发生了重要的变化， 原来由调度机构对全网设备运行方式进行最优组合的模式被各经营实体“分散 优化、调度协调”的模式所取代。因此，枫组的出力耗量特性编制工作由所属 电厂进行，电厂的初始出力计划也通过电厂以报价的形式将厂内枫组或者全厂 的出力价格序列申报至调度( 交易) 机构，调度( 交易) 机构对所获取的报价 信息进行二次优化，从而获得对各方利益均衡的发电策略。 东北电九人学硬士学位论文 i i i 根掘我国电网的实际情况，部矜地方电力市场已经进入试点或正式运行的 阶段，同时仍有很多地区在厂网分开的大格局下保持一体化的生产运作方式， 调度祝构缺乏在市场化运营中的经验。因此，研究在电力市场改革过渡时期的 经济调度策略，既是源自于国家可持续发展的要求，也是电力市场化改革的必 须，还需进一步加强。 综上所述，我国的发电调度方式可分为垂直一体化时代、电力多元投资主 体时代、市场环境下的调度时代等几个阶段。 1 垂直一体化时代 发电调度方式是建立在连接多个电厂和负荷区域电网的基础上的。我国东 北地区于2 0 世纪4 0 年代已形成了上述意义上的区域电网，伴随电网的逐步扩 大，相应发电调度方式也急需建立。1 9 8 0 年印发的动力系统调度管理规程 在真正意义上对发电调度方式提出指导性的意见和建议。该规程勰定“编制动 力系统和系统内各发电厂日负荷调度曲线”的原则是“使整个动力系统在最经 济方式下运行”，具体做法是“采用等微增供电煤耗率法进行火力发电厂间的有 功负荷分配”、“水力发电厂也按等微增率原则参加系统中各发电厂问的经济负 荷分配”，并进行“网损修正”和必要时的“煤价修正”，要求电网调度部门据 此编制包括各发电厂同负荷曲线和运行备用容量的翻运行方式。 等( 耗量) 微增率原则不仅是中国，也是全世界电力系统普遍使用的经济 调度方法。这是由于当时电网与电厂大都统归一个电力公司( 或政府部门) 所 有，电力公司供电运营的成本是所属全部电厂的发电煤耗合计成本，收入是终 端销售电价，通过发电计翎安排实现全网范围的节煤降耗，是当时发电、输电、 配电一体化电力公司运营的必然选样。在这种发电调度方式下。调度部门进行 发电调度的依据除了安全要求外，最主要的就是机组煤耗。 2 电力多元投资主体时代 到2 0 整纪8 0 年代末期，电力工业由计划经济向市场经济体制转变。电源 建设打破了由中央独资办电的局面，形成了电源建设投瓷多元化的格局。至9 0 年代中期，电力供需实现了建国以来的首次平衡，在政府的主导下电力体制改 革逐步启动，到2 0 0 2 年实现了“厂网分开、发输分离”的局面。一批大型发电 主体的形成，使得利益多元化现象更为突出、各方利益更难协调。在这种情况 第1 章绪论 i i i l l in 下，原有的经济调度因无法协调各方利益而难以执行，必须引入竞争机制，实 现资源优化配鬣。 作为电力体制改革的重要组成部分电力市场，则在上述条件下逐步建 立和形成。在逸力市场环境下，发电调度方式是发电侧市场竞价规则的体现， 发电计划安排的依据是发电侧市场竞价结果。但在厂网分开已执行而竞价上踺 尚未启动的过渡时期，电力市场竞价机制尚不完善，发电计划安排仍不能完全 由发电竞价结果来决定。再加上装机容量增加不能满足用电负荷增长带来的“缺 电”，无奈之下，我国电网调度部门只能采取维持网内同类机组闽年利用小时数 均衡的原则来安排发电计划。 按照目前的电源和用电负荷的增长速度，电力供求关系将逐渐发生转变， 因此电网调度部门已经深刻地认识到实施“三公”调度的紧追性。但由于电力 市场的相关法律法规尚未建立，电力市场规则和配套枫制尚不完善，“三公”调 度在定程度上逐渐演化成“为公平而公平”、简单平均的发电调度方式。这样， 使得嬲内同类型机组无论在煤耗、效率和摊放水平上有多大差异，都会得到基 本相同的年利用小时数。方面低效、高排放机组无需技改降耗就能吃上了早 涝保收的“大锅饭”：另一方面使得高效、低排放机组所属的新电厂本来就大的 还本付息压力更是雪上加霜，造成发电企业投资建设节能、环保、经济型电厂 的动力受到压制。 3 市场环境下的调度方式 竟价上网的发电调度方式，目的是通过市场竞争来获得全网购电成本最低。 按照匿家电监会颁布的区域电力市场运营规则，在区域电力市场启动后，网内 容量在l o 万k w 以上的瓢有火电机组将参与竞价交易，按其土网电价的报价高 低来决定获得不同数量的电量。但要达到这一理想化目的，需要具备诸多方蕊 的条件。首先，网内装机富裕。装机不足情况下，为满足负荷需求已有机组要 尽量满发，无法形成竞争基础。其次，需要完善的市场蕊则。市场规则的不完 善，会导致市场操纵力滥用，个别市场参与者控制价格谋取超额剥润。2 0 0 0 年 的美国加卅电力危机就是典型的例子。2 0 0 6 年3 月我国第一个进入正式运行的 区域电力市场东北电力市场，在正式运行开始不到1 个月，就因为所有电 厂均报价过高而不褥不挂起暂停，便尧分说明了完善市场规则的难度。 末北电力大学硕，1 j 学位论文 ：i ii = ! ! 苎= ! 苎詈! ! 詈兽 随着社会对环保要求越来越高。电力的市场竟价必然要充分兼顾环保因素。 目前，西方发达国家在电力市场化改革中对环保的考虑，主要集中在保持已有 捧放控制力度，以及弓| 入电价较高的环保电源( 主要是风电和天然气发电) 并 扩大其市场占奄率上。针对排放控制，这些国家多采取加强本已- 1 分严格的环 境监管体系、提高排放税收额度，以及引入大气排放物( 主要是二氧化碳和氮 氧化物) 的额度交易体系，以疏堵结合的方式降低传统燃煤、燃油电厂的排放。 对于环保电源主要给予免税、补贴和电量强制收购等优惠扶持政策。可以看出， j 下是这些电力市场之外的外部措施，使得发电企业不得不将节能、环保上的成 本和效益体现在其发电报价中，最后通过市场竞价中标执行了政府在节能、环 保上的导向。 只有在发电报价能有效体现电厂一次能源和环保压力的成本时，竞价上网 的发电调度方式彳能有效推动整个电网向节能、环保、经济的方向发展【3 1 。 1 2 。2 节钱调度的提出 2 0 0 6 年4 月，国家发展和改革委员会、国资源部、国家环保总局、国家 电力监管委员会等八部委联合发布的关于加快电力工业结构调整，促进健康 有序发展有关工作的通知中明确提出“调整发电调度规则，实旅节能、环保、 经济调度”。 当前，我国多数地区电网调度实行的是按照年度计划实施发电调度的方式， 即政府对各类机组下达年度发电计划，然后出电网企业按同类型机组的利用小 时数大致相当的原则安排调度。这种由政府确定总体数量，然后平均分配发电 计划的安排方式，明显存在着只求公平、忽视效率的大锅饭倾向，与通知 中“优先安排可再生、高效、污染排放低的机组发电，限制能耗高、污染大、 违反国家政策和有关规定的机组发电”的要求相悖。 现行的按照发电机组大致平均分配发电小时数的发电调度办法，在一定时 期内调动了各地、各企业投资火电项目建设的积极性，促进了电力工业快速发 展，但也导致了高效环保的大火电机组发电能力无法充分发挥，高污染、高能 耗的小火电机组却能多发电的情况，甚至有的水电、核电机组因“调度计划” 的限制而不能上网发电，造成了能源资源浪费。 第1 章鳞论 经过长时阃的研究论证，由国家发展和改革委员会牵头，国家环保总局、 电力监管委员会和国家能源办等联合制订的节能发电调度办法( 试彳亍) 在2 0 0 7 年8 月获得了国务院批准。 节能发电调度主要考虑上网祝组的能耗指标与污染物排放指标，确定发电 机组上网排序、机组发电组合方案的制订与机组负荷的分配。按照节能发电 调度办法( 试行) 中规定的办法，节能发电调度将按照分省排序、区域内优化、 区域问协调的方式，实施优化调度，努力做到单位电能生产中能耗和污染物捧 放最少。省级发展改革委( 经贸委) 将按照发电机组的能耗水平编剁本省( 区、 市) 发电排序序位表，并根据电力负荷的预测情况制定发电组合方案。节能调 度全过程实行信息公开，接受有关部门和社会监督。 实旌节能发电调度是对我国现行发电调度制度的重大改革。这项制度豹实 施，意味着高耗能高污染的发电机组能够获得的发电小时数将越来越少。客观 上有利于低效小火电机组加快关停，优化电力工业结构和布局。 对于行业丽言，机组的上网电量不仅取决于当地的电力供求形势，也取决 于电网对窀量的调度规则。节能调度的出台将打破以往“大锅饭”式的平均分 配方式，改变原有规则下各电厂所获电量指标，从而意味着行业规则的改变。 若彻底按照能耗排序，刚大机组将凭借其煤耗优势而获得较高的电量乃至 满发，面短期内按照剑造厂商提供蛉能耗参数餐 序也将有利于大容量辊组以及 同等规模下的进口机组。对于小机组而言，节能调度意味其将仅获得少量电量 甚至彻底被挤出市场。而此次节能调度办法中并未对电量转移等问题做出说明， 从而使得小火电获得补偿的机率降低，其关闭速度也将有所提高。 初步估计，实行颏的发电调度规则后，节能环保的高效机组裂用率将明显 提高，小型燃煤、燃油机组将难以上网发电。据测算，目前全国小型机组总容 量约为1 1 5 亿千瓦，如全面实施节能发电调度，加上“十一五”关停5 0 0 0 万千 瓦小杌组，到2 0 1 0 年可实现一年节约9 0 0 0 万吨原煤，减排二氧化碳2 1 6 亿吨， 二氧化硫2 2 0 万吨，这对建设资源节约型、环境友好型社会将发挥积极作用。 然而，节能发电调度这一全新的课题在实施过程中却遇到了很多困难和待 解决的问题。虽然节能发电调度办法( 试行) 中规定了相应的调度顺序和办 法，但在具体实旌过程中，实施方案和实施缨则并未臻确，很难具体落实。 东北电力大学硕士学位论文 暑= = ! 竺= ! ! ! ! 鼍! 苎! 篡= = 篁竺! i i i i - 一一一i i i 鼍 原定予2 0 0 7 年1 1 月1 日开始在广东、贵州、四川、江苏和河南五省进行的 节能发电调度试点，因为相关具体实施方案和实施细则还未正式颁布，试点工 作尚处于准备中，预计2 0 0 8 年初开始试点工作。 为了保证节能发电调度试点工作的顺利进行，国家发展改革委正在就节 能发电调度试点工作方案和节能调度办法实施细则等规范性文件在广泛 征求意见，以期尽快出台。同时，国家电监会还将会同有关部门尽快出台发电 机组调频调蜂和备用补偿的经济办法以及节能发电调度信息发布办法。 从各国电力行业的发展经验来看，市场化无疑是我国电力行业未来必将遵 循的发展道路，节能发电调度虽然可以看作是以节能减排为标准的市场运行规 则，旨在通过确立节能、环保优先的发电调度规则和市场秩序，加速高耗能、 商污染枫组的自然淘汰，但是，其制度的完善，与电力市场运行规则的结合， 仍是耳前需要重点研究的问题。 1 3 本文所做工作 近年来，虽然国家发改委等部门陆续下发了关于加快电力工业结构调整， 促进健康有序发展有关工作的通知、节能发电调度办法( 试行) 等通知和规 章制度，但我国目前尚没有明确的节能发电调度实施办法，节能调度的试点工 作也迟迟未能开展。因此，通过对节能发电调度目标和约束的研究，提出一个 以节能为前提的，符合市场运行规则的，综合考虑节能、环保、经济目标的调 度办法，是目前的当务之急。 基于此，本文主要做了以下几方面的工作： 1 对我国电力市场化的进程以及节能调度的研究意义、研究现状进行总结 与归纳。并通过分析指出节能调度的开展应负荷市场规律，应与电力市场的建 设相辅相成，促进电力市场化改革的顺利进行。 2 对电力系统经济调度的内容进行深入研究，对常见的经济调度办法进行 充分的分析。 3 根据对节能发电调度办法( 试行) 的研究，对经济调度的传统模型 进行改进，提出一种电力市场中兼顾节能与环保的经济调度新模型。对于新模 型采用模糊优纯的方法进行求解，通过对一个电力系统算例进行仿真计算，对 第1 章绪论 新模型与各单目标优化模型以及经济调度传统模型的计算结果进行比较和分 析，证明了这一调度新模型对于节能、环保、经济等各目标有较好的综合性。 4 对于简单遗传算法的要素、原理、性能等方面进行了分析，提出一种用 于电力系统经济调度的改进遗传算法。引入固定权重因子与随机确定权重因子 相结合的方法来改进传统目标函数加权法，并对交叉概率和变异概率进行自适 应调整。最后通过算例证明了该算法在电力系统经济调度计算中的有效性。 东北电力大学硕十学位论史 詈皇詈霉! = 詈= ! ! 墨= ! 詈詈詈! 苎! ! ! = 竺= 詈! = ! 烹! ! 暑墨! ! 曼暑! ! ! ! 竺詈i i ；一 i ! ! = 皇鼍 第2 章电力系统经济调度 2 。1 电力系统经济调度的内容 电力系统由于本身的特殊性，具有电能不能大量存储、必须保持发供平衡、 过渡过程十分短暂、地区性强、与国民经济关系密切等特点。在发电、输电、 配电、售电四个环节中，输、配电具有物理网的特性，带有自然垄断性，而发 电和售电这两个环节则是竞争的环节。要维持电力工业高效有序公平的运行， 必须由调度机构进行统一调度。电力系统应当在保证安全、优质的前提下尽可 能经济的运行。 通过对发电调度计划的优化安排，在提高发电效率、节约发电成本的同时 还能减少化石能源消耗及其对环境的污染，具有非常重要的意义。因此，电网 统一经济调度是实现电力系统的生产、管理、运行效益最优的基本保障。尤其 是在电力市场环境下，统一经济调度是电力系统安全运行，调节供需矛盾，提 高电能质量的前提和保证。 无论是在传统电力系统中，还是在毫力市场条件下，调度部门都是电力交 易过程中重要的一环。一方面，电网调度( 交易) 机构承担着将金融合同分解 为发电计划并遵照执行的功能；另方面，由于任何事前的电力合同通常都可 能与实际执行结果有一定差异，电网调度( 交易) 机构还承挺着实际结算的职 责。电网调度( 交易) 机构是电力市场竞争的核心，是电力市场“公平、公正、 公开”的基础。 电力系统经济调度首先要研究用户的需求即进行电力负荷预测。按照调度 计划的周期，负荷预测可分为年负荷预测、月负荷预测、周负荷预测和嗣负荷 预测等，对应的经济调度包括中长期经济调度、短期经济调度和超短期经济调 度。 另岁 ，经济调度应当编制火电机组的经济特性曲线或者获取电力市场报价 信息，按照优先级等方法安排机组的启停计划即机缀组合，按照等微增率原则 或者等报价原则等经济调度算法进行负荷分配。经济调度还需要关注输电费用 的有关情况，尽量减少输电网络的传输损失，从而制定日发电计划。在日发电 第2 章电力系统经济调度 !ii i i i i i i i i | 竺苎竺= 烹! = 墨詈! 墨葛詈詈拦鼍! 皇暑詈皇詈 计划制定之后执行过程中还需要根据实际的系统工况对计划做适当的经济调整 以满足系统运行的要求。 在水电资源丰富的地区，经济调度还应当关注水火电协调优化问题，在来 水情况和用水计划给定的情况下，调整水电出力以代替火电出力节省化石能源。 而对于水电装机容量不足的地区，其电力系统的经济调度应当将重点关注于火 电机组的经济组合，满足在一天电力负荷变化和安全备用的条件下，确定火电 杌组的开停计划，使全天的耗煤量( 费用) 最小。这两个问题都是相对比较复 杂的问题。 仅仅考虑经济特性的调度计划不定实用，因为电力系统的物理安全必须 得到保证，电力调度计划总是将安全放在第一位的。因此，实用的电力系统调 度策略应当是考虑安全约束的经济调度，主要考虑枧组的最大最小出力、机组 启停时闻、线路输送容量、机组的爬坡速率等物理约束。 电力系统经济调度实质上包含两部分的内容，一方面是在一定的负荷水平 上制定可调机缀的开停机计划，即机组组合问题；另方面是在指定的开停机 计划下将需求负荷分配到各发电机组，即经济负荷分配问题。 通过经济调度，可以正确地预测负荷，优化发电机组组合以决定系统内所 有发电设备的运行策略，从而极大限度地降低发电燃料消耗，降低网络损耗等， 使系统在满足功率平衡的条件下总的运行费用最小f 删。 电力系统经济调度所研究的内容主要包括： 1 电力负荷预测问题 按照调度计划的周期，可分为曰负荷预测、周负荷预测和年负荷预测等。 不同周期的负荷有不同的变化规律。负荷预测的精度直接影响经济调度效益， 提高预测的精度就可以降低备用容量、减少临时出力调整和避免计划外开停机 组。 2 火电机组经济特性往线的编维日和电厂内机组问的经济负荷分配 与一般概念不同，火电机组不是按照效率( 或煤耗率) 或容量分配机组负 荷，而是按等微增的原则分配各机组的负荷才是最经济的。机组的耗煤爨曲线 和它的微增率曲线是电力系统经济调度的基础资料，它们的准确性直接影响经 济调度的效益。 东北屯力大学碗 学位论文 i i i i i i i i ii i i ii i i i 3 。机组组合问题 一般情况下由水电厂承担负荷曲线的变化部分，而水电厂的调节能力受到 限制对，火电机组必须歼停以适应负薪的变化，这就是机组最优组合问题。其 目标是在满足短期电力负荷变化和安全备用的条件下，确定火电枫组豹启停计 划，使发电费用最小。 4 水火电经济协调问题 水电厂农库越大调节能力也就越强，从水电厂本身经济性来看应该尽量维 持高水位运行，用自然来水发出更多的电能，但从系统角度柬看更幂望利用水 电厂的调峰能力，这就需要充分研究水火电经济协调问蹶。水电系统按日调节 能力妊分为不变水头水电厂和交水头水电厂，而在有水利联系的水电厂间还存 在梯级协调调度闽题，这是一个复杂的优化闯题。 5 联合电力系统经济调度 随着电力网的不断扩大，临近的电力网通过联络线连接在一起运行，由此 可以错开峰荷，降低备用容量、充分利用能源，这就需要考虑联合电力系统经 济调度问题，其目的是确定各系统问的联络线交换功率计划，以协调更大范暖 的运行经济效益。 6 考虑安全约束的经济调度 仅仅考虑经济特性编制静调度计划不一定实用，因为它可能不满足系统的 安全约束。实际电力系统调度计划总是要把安全放在第一位的，因为电网事故 所造成的经济损失要远远大于经济调度带来的效益，因此必须研究考虑安全约 束的经济调度。如果两个区域闻的传输线或功率流超过传输线实际物理能力极 限时，就要减少楣应的实际发电功率，不再考虑经济性。 7 考虑网损的经济调度 网损的计算要对网络结构和潮流分布情况充分了解，通常传输损耗可以看 成是用户电力负荷的一部分，并由福应的发电厂负担。落可在计算成本时，给 机组的边界价格上加入罚因子，以反映传输损耗对机组的相对影响。 8 考虑环保要求的经济调度 在发达国家，公众对生态环境保护的意识目益增强，早在1 9 9 0 年美国就 出台了法律强裁要求火力发电厂通过改进生产设备，或者优化运行方式来减少 第2 章i b 力系壤经济渊艘 污染以及有害气体排放量【l o l 。发电厂可以通过安装净化设备、采用排放更少的 燃料、用燃烧更充分的锅炉设备来替换陈旧的设备从而减少有害气体的排放， 或者采用“环境经济调度”方法。蔚三种方法需要改进、安装或替换现有的设 备，l ；： 于需要大量的投资，困此是长期规划涉及的淹题。环境经济调度却是在 维持现有运行设备不变的情况下，通过优化运行方式，使废气排放量与燃料费 用都达到最低水平的短期规划方案。 2 2 电力系统经济调度的方法 实现电力系统的安全经济运行对国民经济发展其有重大的意义，在满足电 力系统供电可靠性和电能质量的前提下，电力系统的经济调度问题一直受到电 力工程技术人员和学者的重视。从二十世纪三十年代开始，世界各国对发电厂 的经济负荷分配、系统的安全经济调度、最饯潮流等同题鄂进萼亍了深入的研究， 并逐步将蒜种优化调度方法应用到实际电力系统中去。 传统意义上的最优经济调度主要研究多台机组之间如何进行负荷分配使发 电总费用最低的闯题。尽镑发电总费用与许多因素有关，但是燃料费用最小是 这种鼓优方案的主要因素。嗣时，需要满足负穗平衡静等式约束条件，以及发 电机出力、节点电压不能越限等不等式约束条件，因此经济调度问题是个高 维、多约束的菲线性优化闷题1 1 1 ” 。 近年来，诲多虱家出台了限制火电厂对有害气体排渡的法规，耀境经济调 度因此成了研究热点问题。处理环境经济调度闯题商多种方法，早期的方法是 把排放指标作为经济调度的约束条件，把问题转换为单目标的优化问题，这 种方法最大的缺点是很难得封排放量与燃料费用之橱的折衷关系。文献 1 5 l 采 孀线性规划的方法，每次优化仅针对其中的一个目标进行。然两，环境经济谲 度问题是个尚度非线性的优化问题，因此，传统的采用导数及梯度的方法一 般是很难收敛到全局最优解的。另外，传统的数学方法对这类问题作了很大的 麓他，丽舅无法绘出不同霜标豹折衷情况。文献 1 6 、1 7 利用加权和的方法， 把环境经济调度问题转授为单个目标的优化闻题，并进一步邋过不断变换板重 系数来寻找多目标的p a r e t o 优化解集。这种方法的不足在于，需要运行多次才 能够找到p a r e t o 解集，并且对于具有菲凸p a r e t o 边界的问题无能为力。 塞北电力人学颐十学位论文 i ii im i 近年来，这一研究的主要方向是将多个互相制约的目标同时加以考虑。一 种满意度一最大最小模糊决策的方法成功用于环境经济调度问题 1 引，不过，此 方法只能用于处理两目标闯题，对多个目标钓问题就难以适用。a b i d o 首次提 出了应用多目