（电力系统及其自动化专业论文）电力系统超前调度理论与算法研究.pdf

山东大学博士学位论文 用内点法进行求解，加快了模型的求解速度。 ( 2 ) 针对基于等响应风险约束超前调度方法中系统响应风险水平的选择 问题，提出了计及用户停电损失的超前调度方法。该方法通过用户停电损失 评价率( i n t e r r u p t e de n e r g ya s s e s s m e n tr a t e ，l e a r ) 指标和系统的电量不足期 望( e x p e c t e de n e r g yn o ts u p p l i e d ，e e n s ) 指标将调度所对应的用户停电损失 期望( e x p e c t e dc u s t o m e ri n t e r r u p t i o nc o s t ，e c o s t ) 体现于目标函数中，在 寻求扩展目标函数最小的同时刚好确定系统需维持的响应风险水平及备用配 置方案；延续了基于等响应风险约束超前调度中对响应风险指标的解析化处 理方法，构建模型形成 0 ，1 ) 混合整数优化问题；将超前调度物理模型上的解 耦方法与算法上的分解计算方法相结合，成功地求解了由混合整数优化问题 转化而成的二次优化问题，提高了模型的计算效率。 ( 3 ) 在计及用户停电损失超前调度方法的单母线模型的基础上提出了计 及网络安全约束及用户停电损失的超前调度方法。该方法将网络安全约束纳 入到计及用户停电损失的超前调度模型中，同时考虑了时间耦合约束、空间 关联约束以及状态耦合约束，使调度在概率、安全与时间耦联上有机结合， 更加符合电力系统的运行实际；模型中将事故后机组的输出功率以及切负荷 功率作为独立变量进行决策，旋转备用配置由事故前后机组输出功率的最大 调整量确定，蕴含信息更加全面；在采用原对偶内点法进行求解时，通过将 耦合变量与非耦合变量的分离，构建了k k t 条件牛顿修正方程的快速求解方 法，使内点法的迭代效率提高，从而加快了模型的求解速度，增强了模型的 可行性。 ( 4 ) 在深入分析温室气体配额交易排放控制策略的基础上提出了温室 气体配额交易框架下的超前调度方法。该方法在超前调度中计及了发电过程 所伴随的温室气体排放问题，能够适应当前电力系统节能减排工作的需要； 充分利用燃料市场与排放配额交易市场的价格信息，导出了温室气体排放影 响因子，对机组的发电成本曲线进行修正；方法实现简单，无需增加任何附 加约束，仅需在调度目标中引入环境影响因子即可完成，故对以往超前调度 算法具有很好的继承性。 x 摘要 总之，本文工作在继承前人成果的基础上，在优化模型和算法上、风险 与经济的折中上、可靠性与决策的关联上，对电力系统超前调度的研究取得 一定的进展。尽管如此，面对当今复杂电力系统，如何研究电力系统运行中 各元件的概率规律、经济规律，以及能源开发应用的策略，使本文的研究能 在实际中得以实现，都需要进一步深入地开展工作。 关键词：电力系统；超前调度；旋转备用；可靠性；经济性；备用责任；温 室气体排放；内点法 x i a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ee x p a n s i o no fg r i ds c a l e ，t h ei n t r o d u c t i o no fm a n e tc o m p e t i t i o nm e c h a n i s m ， t h ec u s t o m e r sh i g h e rr e q u i r e m e n to fp o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t ya n dt h ei n c r e a s i n g c o n c e r n sa b o u te n v i r o n m e n ta n de n e r g yi s s u e s ，t h ep o w e rs y s t e ma d v a n c e dd i s p a t c h t h e o r i e sa n da l g o r i t h m sa r ef a c i n gn e wc h a l l e n g e s a m o n gt h e s ec h a l l e n g e s ，t h es p i n n i n g r e s e r v ea l l o c a t i o nb e c o m e st h er e s e a r c hf o c u sb e c a u s eo fi t sd i r e c tc o n n e c t i o nt op o w e r s y s t e mo p e r a t i n gr e l i a b i l i t ya n de c o n o m y f o ra d v a n c e dd i s p a t c h ，m o r es p i n n i n gr e s e r v e m e a n sh i g h e ro p e r a t i n gr e l i a b i l i t y ，b u tt h eo p e r a t i n ge c o n o m i co b j e c t i v ew i l lb ei n h i b i t e d a tt h es a m et i m e ，a n dv i c ev e r s a f u r t h e r ，t h eo p e r a t i n gr e l i a b i l i t yl e v e lw i l lb ed i f f e r e n t w h e nt h es a m es p i n n i n gr e s e r v ec a p a b i l i t yi sa l l o c a t e dt od i f f e r e n tg e n e r a t o r s i n p r e v i o u ss t u d i e s ，t h ed e t e r m i n i s t i cm e t h o d sf o rs p i n n i n gr e s e r v ea l l o c a t i o na r ee a s yt o u n d e r s t a n da n di m p l e m e n t h o w e v e r ，i ti sh a r dt oq u a n t i f yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e s p i n n i n gr e s e r v ea n ds y s t e mo p e r a t i n gr e l i a b i l i t ya sw e l la st of i n do u tt h ec a u s eo f s p i n n i n gr e s e r v e a l l t h e s ew i l l r e s u l t i ni m p r o p e rs p i n n i n gr e s e r v ea l l o c a t i o na n d s p i n n i n g r e s e r v er e s p o n s i b i l i t ya l l o c a t i o n t h e r e f o r e ，t h et r a d i t i o n a ld e t e r m i n i s t i c s p i n n i n g a l l o c a t i o nm e t h o d sc a n n o ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so ft h e p o w e rs y s t e m d e r e g u l a t i o n e s p e c i a l l y ，t h ei n c r e a s eo fi n t e r m i t t e n tr e n e w a b l ep o w e rs o u r c e si np o w e r s y s t e mi n t e n s i f i e st h ec o n f l i c tb e t w e e ns y s t e mo p e r a t i n gr e l i a b i l i t y a n de c o n o m y t h e r e f o r e ，i nt h ec u r r e n ts i t u a t i o n ，t a k i n gs p i n n i n gr e s e r v ea l l o c a t i o ni n t oa c c o u n ta n d f o c u s i n go nt h ec o o r d i n a t i o no fp o w e rs y s t e mo p e r a t i n gr e l i a b i l i t ya n de c o n o m y ，t o p r o p o s en e wa d v a n c e dd i s p a t c hm o d e la n da l g o r i t h m ，w h i c hc a nf o ll o wp o w e rs y s t e m c h a n g i n gt r e n da n db es u i t a b l ef o re l e c t r i c a lm a r k e to p e r a t i o n ，h a ss i g n i f i c a n tt h e o r e t i c a l a n dp r a c t i c a lm e a n i n g s a sm e n t i o n e da b o v e ，t h i st h e s i sa r o u n ds p i n n i n gr e s e r v ea l l o c a t i o np r o b l e m ， r e v i e w i n gt h eh i s t o r yo fa d v a n c e dd is p a t c h ，a i m i n ga tt h es h o r t a g eo fc u r r e n t x i i i 东大学博士学位论文 a d v a n c e dd i s p a t c hm e t h o d ，b a s e d0 ne c o n o m i ct h e o r y ，u s i n go p t i m i z a t i o ns k i l l ， d o e st h o r o u g hr e s e a r c ho na d v a n c e dd i s p a t c h t h em a i nc o n t r i b u t i o no ft h i s t h e s i sc a nb ee x t r a c t e da s ： ( 1 ) a i m i n g a tt h es h o r t a g eo ft r a d i t i o n a ld e t e r m i n i s t i ca d v a n c e dd i s p a t c h ，a n a d v a n c e dd i s p a t c hm e t h o dn a m e da d v a n c e dd i s p a t c hw i t he q u a lr e s p o n s er i s ki s p r o p o s e di nt h i st h e s i s p r o b a b i l i s t i cs p i n n i n gr e s e r v ea l l o c a t i o nm e t h o di su s e d i nt h i sm e t h o d t h er e s p o n s er i s kc a nb ek e p ti nt h ep r e d e f i n e dl e v e lu s i n gt h i s m e t h o d t h ee x p e c t e dd e m a n dn o ts u p p l i e d ( e d n s ) i n d e xi su s e dh e r et o q u a n t i f y t h er e l a t i o nb e t w e e nt h e s p i n n i n g r e s e r v ea l l o c a t i o na n ds y s t e m r e l i a b i l i t yl e v e l i nt h ec o n t e x t ，t h ee d n si sr e f o r m u l a t e dt ob es u i t a b l ef o rb e i n g i n c o r p o r a t e d i n t ot r a d i t i o n a la d v a n c e dd is p a t c ha sac o n s t r a i n t t h r o u g h i n t r o d u c i n g 0 ，1 ) v a r i a b l e st oi t se x p r e s s i nt h i sw a y ，t h ed i s p a t c hp r o c e s sa n d t h er e s p o n s er i s ke s t i m a t ep r o c e s sc a nb ei n c o r p o r a t e d t h er e s u l t e dm o d e li sa m i x e di n t e g e ro p t i m i z a t i o np r o b l e m a d d i t i o n a lc o n s t r a i n t sf o r 0 ，1 v a r i a b l e s a r et h e nb o u n d e dt ot h eo r i g i n a lp r o b l e mt oc o n v e r s em i x e di n t e g e ro p t i m i z a t i o n p r o b l e mt oq u a d r a t i co p t i m i z a t i o np r o b l e mt ou s et r a d i t i o n a la v a i l a b l eq u a d r a t i c o p t i m i z a t i o np r o g r a m s a n dt h i sa c c e l e r a t e st h ec a l c u l a t i o no ft h em o d e l f o c u s i n g o nh o wt o s p e c i f yt h es y s t e mo p e r a t i n gr e l i a b i l i t y l e v e li n a d v a n c e dd i s p a t c hw i t he q u a lr e s p o n s er i s km e t h o d ，a na d v a n c e dd i s p a t c hm e t h o d c o n s i d e r i n gc u s t o m e ri n t e r r u p t i o n c o s t si s p r o p o s e d e x p e c t e de n e r g y n o t s u p p l i e d ( e e n s ) a n di n t e r r u p t e de n e r g ya s s e s s m e n tr a t e ( i e a r ) i n d i c e sa r e i n t r o d u c e dh e r et oa s s e s st h ee x p e c t e dc u s t o m e ri n t e r r u p t i o nc o s t s ( e c i c ) i nt h e p r o p o s e dm e t h o d ，t h ee x p e c t e dc u s t o m e ri n t e r r u p t i o nc o s t sb e c a u s eo fs p i n n i n g r e s e r v ei n s u f f i c i e n c ya r ea d d e dt ot h eo b j e c t i v ef u n c t i o n t h r o u g ht h i sw a y ，t h e p r e d e t e r m i n e do p e r a t i n gr e l i a b i l i t yl e v e li s n ol o n g e rn e c e s s a r y i n s t e a d ，t h e o p t i m a lr e l i a b i l i t yl e v e la sw e l la ss p i n n i n gr e s e r v ea l l o c a t i o nc a nb ed e c i d e d d u r i n gt h eo p t i m i z i n gp r o g r e s s f u r t h e r ，p h y s i c a la n da l g o r i t h m i cd e c o m p o s e d m e t h o d sa r ec o o p e r a t e dt os o l v et h eq u a d r a t i co p t i m a lp r o b l e mw h i c hr e s u l t s x i v a b s t r a c t f r o mo r i g i n a l 0 ，1 m i x e di n t e g e ro p t i m i z a t i o n b a s e do na d v a n c e dd is p a t c hc o n s i d e r i n gc u s t o m e ri n t e r r u p t i o nc o s t sm e t h o d ， a na d v a n c e dd i s p a t c hm e t h o dc o n s i d e r i n gn e t w o r ks e c u r i t yc o n s t r a i n t sa n d c u s t o m e r i n t e r r u p t i o n c o s t si s p r o p o s e d t h et i m e c o u p l e dc o n s t r a i n t s ， s p a c e - c o u p l e dc o n s t r a i n t sa n ds t a t e - c o u p l e dc o n s t r a i n t sa r ei n c l u d e di nt h em o d e l w h i c hi sm o r ep r a c t i c a lf o rp o w e rs y s t e mo p e r a t i o n t h ep r e c o n t i n g e n c ya c t i v e p o w e ro u t p u t s ，p o s t c o n t i n g e n c ya c t i v ep o w e ro u t p u t sa n dp o s t c o n t i n g e n c yl o a d s h e d d i n ga r et r e a t e dh e r ea si n d e p e n d e n tv a r i a b l e si nt h i sm e t h o d b e c a u s eo ft h e l a r g es i z eo ft h em o d e l ，ad e c o m p o s e dm e t h o df o rs o l v i n gp r i m a l d u a li n t e r i o r p o i n t k k tc o n d i t i o n ，w h i c hm a k e sf u l lu s eo fw e a kc o u p l e dn a t u r ei n t i m e - c o u p l e da n ds t a t e - c o u p l e dc o n s t r a i n t s ，i sp r o p o s e d t h i sm e t h o dc a ns p e e d u pt h ec a l c u l a t i o n ，a n de n h a n c et h ee f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o s e dm e t h o d b a s e do n a n a l y s i so fc a p - a n d - t r a d eg r e e n h o u s eg a s e se m i s s i o nc o n t r o l p o l i c i e s ，ac o m p r o m i s i n g a d v a n c e d d i s p a t c h m e t h o du n d e r c a p - a n d t r a d e f r a m e w o r ki sp r o p o s e d t h ep r o p o s e dm e t h o dt a k e sg r e e n h o u s eg a s e se m i s s i o n i n t oa c c o u n t ，a n dt h i si ss u i t a b l ef o rp o w e rs y s t e me n e r g yc o n s e r v a t i o na n d e m i s s i o nr e d u c t i o nr e q u i r e m e n t s a ne m i s s i o na f f e c t i o nf a c t o ri sd e d u c e du s i n g f u e lp r i c e ，e m i s s i o na l l o w a n c ep r i c ea n de m i s s i o nc h a r a c t e ro fg e n e r a t o r s t h e e m i s s i o na f f e c t i o nf a c t o rc a nb eu s e dt om o d i f yt h eg e n e r a t o r sg e n e r a t i o n - c o s t c u r v e s f o rt h ep r o p o s e dm e t h o d ，n oa d d i t i o n a lc o n s t r a i n t sa r en e e d e d ，a n dt h e o n l yc h a n g eo fa d v a n c e dd i s p a t c hm o d e li st om o d i f yt h eo b j e c t i v ef u n c t i o nw i t h e m i s s i o na l l o w a n c ef a c t o r s ，s ot h em e t h o di se a s yt oi m p l e m e n t t os u mu p ，a b s o r b i n gt h ea d v a n t a g e so fc u r r e n tr e s e a r c h e s ，t h i st h e s i s d e v e l o p sa d v a n c e dd i s p a t c hi nm o d e la n da l g o r i t h m ，t r a d e o f fb e t w e e nr e s p o n s e r i s ka n do p e r a t i n ge c o n o m ya n dr e l a t i o n s h i pb e t w e e no p e r a t i n gr e l i a b i l i t ya n d d e c i s i o n h o w e v e r ，f a c i n gt h eq u i c kd e v e l o p m e n to fc u r r e n tc o m p l e xp o w e r s y s t e m ，t h e r ea r es t i l lm a n yw o r k s t od o ，s u c ha st h ec a l c u l a t i o no fp o w e rs y s t e m c o m p o n e n t sf a u l tr a t e si nr e a l t i m e ，p o w e rs y s t e mo p e r a t i o ne c o n o m i cr u l e s ，a s i j j 东大学博士学位论文 w e l la se n e r g yu t i l i z a t i o ns t r a t e g i e s k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m s ，a d v a n c e dd i s p a t c h ，s p i n n i n gr e s e r v e ，o p e r a t i n g r e l i a b i l i t y ，o p e r a t i n ge c o n o m y ，s p i n n i n gr e s e r v er e s p o n s i b i l i t y ，g r e e n h o u s eg a s e s e m i s s i o n ，i n t e r i o rp o i n tm e t h o d x v i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 聋逾l 日。期：尘生必。 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：斟导师签名：捌丑日 期：姚弘 绪论 1 1 课题背景与意义 第1 章绪论 在电力系统中，实现安全、可靠条件下的经济运行对国民经济意义重大， 因此，从2 0 世纪3 0 年代起，电力系统的经济调度，无功优化，最优潮流， 机组组合等问题就得到了广泛地研究与应用，逐步形成了电力系统的运行调 度理论体系f l 】f 列。而有功调度作为电力系统运行调度理论体系中的重要组成部 分，直接关联电力系统中的供需平衡，对电力系统的安全、可靠、经济运行 有着不可替代的作用。本质上，电力系统的有功调度是一个多维度、多层次、 复杂系统工程的运筹学问题，其特点及复杂程度决定了采用大系统理论的分 解协调优化( 或称为递阶优化) 方法是简化有功调度系统设计流程、提高系 统运行效率的有效途径【3 】。按照有功调度时间尺度的长短，可将有功调度( 短 期) 分为日前调度、超前调度( 或小时前调度) 与在线调度( 与控制协调) 三个组成部分。 超前调度在有功调度体系中处于承上启下的核心部位，是连接日前调度 与在线调度( 控制) 的桥梁和纽带。一方面，随着调度计划执行时刻的临近， 系统的实际运行条件与日前调度时所假设的运行条件会有所不同，需要超前 调度对日前调度结果进行修正：另一方面，由于在线调度( 控制) 处于控制 时间级，是电力系统自动发电控制( a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l ，a g c ) 功 能的执行过程，其执行周期相对较短( 分钟级) ，无法统筹系统所有运行条件 进行决策，只能依靠超前调度为其做好必要的前期准备。由此可见，与超短 期负荷预报1 4 相配合的超前调度环节直接影响系统有功调度的运行效果。从 模型上说，超前调度属于动态调度的范畴，在兼顾系统运行可靠性与经济性 目标的同时，超前调度还需满足机组输出功率上下限、输出功率变化速率上 限、输电元件传输功率上限等电力系统自身的技术性约束，以及能源供给、 ljj 东大学博士学位论文 排放限额等系统外部的运行条件约束，其数学模型还是复杂的。由于超前调 度与实时控制有紧密关系，要求在小时前( 通常3 0 6 0 分钟前) 动态滚动进 行，因而在模型的解算技术上( 计算速度与处理问题规模) 有苛刻的要求， 在模型精度与计算速度问必须折中，这一问题的研究一直是电力学术界与和 工业界十分关注的焦点之一，提出了诸多有效的模型和求解方法【5 】【9 1 。 尽管如此，随着电力工业体制改革的进展、电力系统规模的扩大、用户 对供电可靠性要求的提高、环境保护与能源问题的日益突出，电力系统的超 前调度理论与算法面临着新的挑战，而这集中体现在超前调度中供电可靠性 与供电经济性间的协调问题上。超前调度中，供电可靠性与经济性两个指标 通过旋转备用紧密联系在一起：旋转备用配置较多时，系统的供电可靠性较 高，响应风险【lo 】较低，但系统供电的经济性会受到影响，燃料的利用效率较 低；而若系统旋转备用配置较少，虽然可以提高系统供电的经济性，却会降 低系统供电的可靠性，使系统的响应风险增加，从而导致用户遭受停电损失 的风险加大。此外，对于相同的备用容量，分布在不同的机组上其效果也是 不同的。在以往的研究中，旋转备用所采用的确定性配置方法【1 1 】【1 2 1 ( 如最大 机组容量法) ，尽管容易理解且实现简单，却无法量化备用配置与可靠性间的 对应关系，难以找到备用产生的根源，从而造成备用配置不当( 过多与过少) ， 责任归属不明的后果，无法适应电力工业市场化改革的需要。而随机性、波 动性更强的间歇式可再生电源在电力系统的应用激化了系统运行可靠性与经 济性间的矛盾，进一步突出了备用配置方法是否合理的重要。因此，在当前 形势下，以超前调度为线索，以旋转备用配置为焦点，对供电可靠性与经济 性的协调问题进行探讨，进行适应电力系统运行趋势变化、符合市场机制操 作的超前调度模型和方法的研究是迫切而又具有重要的理论与实践意义的。 1 2 课题研究现状回顾与评述 电力系统优化调度领域的研究历史较长，研究成果丰富。下面紧扣本文 研究内容，首先对电力系统有功调度的发展历程进行回顾，从根源上寻找超 2 绪论 前调度产生的必然。然后就目前电力工业市场化改革、c 0 2 排放控制策略的 实施对有功调度尤其是对超前调度的影响分别予以介绍。 1 2 1 垄断模式下有功调度发展回顾及超前调度理念的提出 垄断模式下，国内外学者对电力系统的有功优化调度理论进行了深入、 系统地研究，有诸多优秀成果和成熟经验。电力系统有功调度的概念可追溯 到上世纪2 0 年代甚至更早，当电力系统拥有两台或更多在线的发电机组且机 组容量之和大于系统的负荷需求时，有功调度问题便自然而然地浮现出来【1 3 】。 至3 0 年代初期，依据等耗量微增率进行负荷分配的观念已逐渐形成【1 4 】，19 3 4 年，s t e i n b e r gm j 和s m i t ht h 给出了等耗量微增率准则的证明【15 1 ，对电力 系统有功调度理论的发展起到了里程碑式的作用，该准则在输电损耗可忽略 或认为是常数时，应用十分有效和简捷。然而，随着电力系统规模的不断扩 大，电力网络覆盖区域的扩展，输电损耗可以忽略的假设被认为是不合理的， 对此，在1 9 3 0 年，e s t r a d ah 首先提出了在经济调度中需考虑网络损耗影响 的观点【1 6 】。而文 1 5 】则尝试将网络损耗计算与等耗量微增率准则相结合，但 由于模型复杂，其方法在当时并没有得到广泛应用。直到4 0 年代，g e o r g ee e 提出了网损修正的思想【1 7 】，使该领域有了突破。5 0 年代，k i r c h m a y e rl k 和s t a g ggw 对前人工作进行了总结，建立了以协调方程为核心的扩展等耗 量微增率准则【埔】，从此，围绕着经济调度中协调方程式的形式以及网损和网 损微增率的计算，人们作了大量理论与实践上的研究和探索【1 9 1 【2 1 1 。由于电力 系统发展情况以及计算水平的限制，此时经济调度多采用单母线模型，所考 虑约束仅限于系统的供需平衡以及机组的输出功率上下限约束，而忽略了诸 如网络安全、系统运行可靠性等其他方面的约束条件，这一阶段被称为电力 系统运行调度研究的经典阶段【l 】。 由于以协调方程为核心的经典有功调度方法难以计及网络的安全约束， 再加之2 0 世纪6 0 年代电网大面积停电事故经常发生，引起人们对电网安全 运行问题的重视。5 0 年代末6 0 年代初，随着潮流计算计算机算法的广泛应 用， g a r p e n t i e rj 提出了最优潮流的概念【22 1 ，将支路潮流约束等不等式约束 1 lj j 东大学博士学位论文 引入到负荷经济分配问题中，并采用非线性规划方法对模型进行了求解。虽 然文章所采用的高斯赛德尔迭代法求解的最终收敛效果并不理想，但其所提 出的最优潮流模型，为后人指出了考虑安全性经济调度研究的发展方向。此 后，最优潮流技术得到迅速发展，形成以直流潮流及其灵敏度算法、交流潮 流及其灵敏度算法为基础的多种最优潮流优化模型【2 1 ，并涌现出线性规划法 2 3 1 、简化梯度法【2 4 1 、牛顿法【2 5 1 等一系列有效的求解方法，特别是具有多项式 时间复杂度的线性、非线性内点法在电力系统优化潮流中的成功应用，使快 速求解最优潮流问题成为可能【2 6 h 2 引。至今，最优潮流仍是电力系统优化领域 中最为活跃的研究方向之一1 2 9 1 ，可以说，最优潮流的内容涵盖了电力系统静、 动态优化调度的各个方面。 而在最优潮流发展的同时，一些学者也致力于经典调度算法的网络扩展 研究，其中较为成功的尝试之一便是文【3 0 1 在1 9 8 5 年基于经典调度发展出的 安全校正技术。文章所提出的模型将考虑网络安全约束的经济调度分为两个 阶段：第一阶段不考虑网络传输功率的限制，对系统按单母线模型进行调度； 第二阶段首先对第一阶段调度结果进行评估，如果在一定安全准则下存在越 限的支路，则通过对发电机有功增量矢量的调整消除线路的过载，调整依据 为调整后结果相对于第一阶段调度结果的偏离量最小。文【31 】也提出了与文 【3 0 相类似的调度一修正再调度的安全经济调度方法，不同点在于该文是在检 测到预调度结果的支路越限后，通过修改相应机组的成本函数，削弱导致输 电元件过载机组在经济性上的优势，然后重新进行调度，使调度结果向满足 安全性要求的方向趋近，依次迭代，最终满足所有约束。文 3 2 】则采用了一种 逐步增加发电机出力的最优解搜索方法。其核心思想为除了节点的有功平衡 约束，该算法保证每步的解对其他约束均可行，发电机的出力一个接一个且 一步接一步地增加，直到所有节点的负荷均得到满足。在逐步满足负荷的每 一步，总是选择有剩余容量且不会引起线路过载且微增费用最小的机组，按 步长增加其出力。该文还对此方法的严谨性进行了证明。基于传统经典调度 模型所发展出的安全经济调度方法多注重继承经典优化调度方法的快速性， 其优势也在于对于特定问题的计算速度快，收敛性好，实用性较好，但这类 4 绪论 启发式算法在处理新的约束( 如排放约束、爬坡约束等时间耦合约束) 时往 往力不从心，需要做较大改动，方法的通用性受到限制。 另方面，随着国民经济的不断发展，现代化产业结构的调整，使得电 力系统的负荷特征发生了明显的变化，最突出的就是负荷峰谷差越来越大， 陡升、陡降段落明显，这对静态优化调度方法提出了挑战。在6 0 年代初期， 电力工作者就逐步认识到仅考虑某一时间断面下系统的运行状况进行调度决 策难以计及负荷未来变化对当前优化调度的要求，影响调度结果的可行性 3 3 1 3 4 1 ，于是便开始了对动态优化调度方法的探索【3 5 卜【37 1 。19 8 0 年，r o s sd w 和k i ms 【3 8 1 在分析静态优化调度与动态优化调度优缺点的基础上，给出的与 超短期负荷预测相结合的动态经济发电分配模型，提出调度要将系统未来发 电计划与负荷变化协调起来，在某一定时间范围内进行整体优化的基本思想， 强调向前看的能力。该文是动态优化调度思想的首次明确提出，开拓了动态 优化调度的实用性前景。随后，w o o dw g 在文【l2 中提出了计及旋转备用配 置方法的动态经济调度模型，奠定了动态调度中确定性备用配置方法的基础， 意义深远，其所采用的从模型上对动态经济调度问题解耦求解的“前瞻后顾 的方法也为动态经济调度的实用化提供了新的思路。此后，围绕着动态调度 模型与算法涌现出了大量的研究成果f ”1 。 动态优化调度中包含了电力系统调度周期内多个时段的运行状态，问题 规模随时段数的增加而迅速增长，对其求解具有难度。文【4 0 1 尝试采用拉格朗 日松弛方法对动态经济调度问题进行整体求解，然而，算法的计算效率与收 敛效果与给定的初始条件及拉格朗日乘子的修正策略有关。文【4 1 】则将机组输 出功率变化速率约束等效为附加在原目标函数上的惩罚项，然后采用共轭梯 度法对扩展问题进行求解，但算法的计算效率受到罚因子选取的影响。文【4 2 】 首先松弛各时段间的时间耦合约束，在获得静态调度解的基础上再对其重新 考虑，并将优化问题线性化处理后利用单纯形法进行求解。文【4 0 - 文【4 2 均 试图对动态经济调度整体求解，但都面临问题规模庞大计算负担过重的困难， 难以直接在线应用。针对此问题，学者们就从动态调度时间关联约束耦合性 相对较弱的特点出发，提出了物理模型上或算法上解耦的实用性求解方法。 1 l i 东大学博士学位论文 物理模型上解耦的求解方法倾向于每次求解只针对一个时段进行调度，如文 【5 、文【6 】就基于负荷曲线的瓶颈分析，针对负荷曲线上不易调度的陡升陡降 段落，以及高负荷水平上行段落和低负荷水平下行段落等，提出了积留量法 和两级协调方程式法，效果较好。而文【8 则考虑了调峰过程中a g c 机组与 非a g c 机组的协调问题，使模型更加符合系统的运行实际。从算法上对模型 分解求解的方法是解决动态优化调度规模庞大问题的另一途径。文【7 】、文【4 3 】 就对动态最优潮流问题中时间关联约束进行了分析，在采用原对偶内点法或 预测校正内点法对模型求解时，利用k k t 条件牛顿修正方程的特殊分块形 式，将大规模修正方程分解为若干子方程进行求解，降低了计算规模。而文 【4 4 】则针对动态经济调度问题，以机组输出功率变化速率约束为例，建立了 d a n t z i g w o l f e 分解的主从优化问题及其迭代机制来求解，将问题分解，降低 每次迭代求解的规模，是对动态优化调度分解求解方法的有益探索。 在动态优化调度方法发展的同时，针对机组投运、负荷在投运机组间的 经济分配以及负荷频率控制( l o a df r e q u e n c yc o n t r o l ，l f c ) 三者的时间尺度 不同，学者们提出了在发电追踪负荷变化，实现电力系统自动发电控制的过 程中，应采用分层优化，分解协调的思想，并随即开展了此方面的研究。其 中，z a b o r s z k yj 等人在l9 7 9 19 8 3 年间进行了具有开创性和实际意义的工作， 对电力系统的自动发电控制体系作了较详细的总结。就电力系统的a g c 功 能，作者作了以下三个方面的工作：第一，将负荷预报分为不同的时间级， 即日调度时间级，预调度时间级和在线调度时间级，并且给出了对应这三个 时间级的负荷预报方法【4 5 】；第二，基于不同时间级的负荷预报，提出了协调 不同时间级动态优化调度的算法【4 0 】；第三，实施实时的跟踪控制，即以不同 时间级动态优化调度轨线为目标，用最优控制论中的p o n t r y a g i n 极大值方法 进行求解【4 6 1 。作者所发表的【4 0 】、【4 5 和【4 6 这三篇文章，已形成了电力系统 有功调度的分层优化思想，在现代自动发电控制的发展过程中值得重视。然 而，作者在研究中没有考虑系统运行的安全性及可靠性约束，并且其动态优 化调度轨迹的算法还不能令人满意。8 0 年代后期，i n n o r t am 和m a r a n n i n