（电力系统及其自动化专业论文）电力市场环境下电网安全经济调度研究.pdf

四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 第二，针对双边交易模式下，以购电费用最小为目标函数的安全经济调度问题 进行了分析。在介绍双边交易定义基础上，构造了以电网购电费用最小为目标函数， 并且必须满足区域间双边交易要求，同时考虑区域内线路传输限制的安全经济调度 模型，并使用s c o p e 程序中以线性规划法为基础的最优潮流，以i e e e 3 0 节点和四 川电网为例进行计算，结果优化后的总购电费用较优化前均得到降低，且系统中存 在双边交易时优化后的总购电费用比无双边交易时优化后的总购电费用商 ” 第三，讨论了在现有放松管制的电力系统中，如何实现区域问固定的双边合同， 以更好地提高区域网经济效益。建立了以电网购电费用最小为目标的多区域系统安 全经济调度模型，在区域间存在双边交易基础上同时考虑区域间联络线及各个区域 内每条线路的传输容量限制。该模型算法在i e e e 3 0 测试系统与四川实际电网上均 进行了验证，结果表明，在区域网中跨省电力市场交易模式下，该方法具有较大的 实用性。 第四，与垄断模式下网问功率交换计划多为固定双边合同不同，在电力市场模 式下，要充分考虑经济性，在其他电网也实现了电力市场的前提下，应当根据购电 成本最低的原则来制定交换功率计划，而区域间交换合同的制定。应按照利益最大 化原则确定。实际的市场运作中，可通过代理交易商交易模式实现本区域与其他区 域的市场交易。本文从系统经济性的角度。考虑网络安全约束条件，基于最优潮流 方法，研究经纪人交易模式中最优交易计划的制定，并通过i e e e 3 0 节点和四川实 际电网的验算证明，发电区域报价升高且影响发电方和需求方的供给与支付意愿 时，区域间交易量通常会下降。而需求区域报价升高且影响发电方和需求方的供给 与支付意愿时，区域间交易量通常会升高。 本文依据国家9 7 3 项目及四川电网外送能力研究等实际工程项目，在借鉴国内 外研究成果的基础上，对市场环境下的安全经济调度问题进行了探索，研究结果为 电网公司开展不同市场目标下的多区域系统安全经济调度提供决策依据，该成果具 有重要的理论意义与实用价值。 关键词：安全经济调度电力市场最优潮流线性规划法最大传输能力 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 0 a s t u d yo fs e c u r i t y c o n s t r a i n e de c o n o m i cd i s p a t c hi n p o w e rm a r k e t m a j o r ：p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n c a n d i d a t e ：w uy u nx i a s u p e r v i s o r ：l i u r u ny o n g r e a l i z i n gt h es a f ea n de c o n o m i co p e r a t i o no fe l e c t r i cp o w e rs y s t e mh a sg r e a t m e a n i n gt 0t h ed e v e l o p m c n to fc o u n t r y se c o n o m y s ot h ee l e c t r i cp o w e rt e e h n i e i a ma n d s c h o l a r sa l w a y sp a ym u e l aa t t e n t i o nt ot h ee l e c t r i cp o w e rs v s t e ms e c u r i t ye c o n o m i c d i s p a t e l ap r o b l e m a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fp o w e rm a r k e t , s e c u r i t ye c o n o m i c d i s p a t c hp r o b l e mf a c e sm a n yi i c wp r o b l e m s ：f i r s t , b e c a u s eo ft h e 嬲y i 咖1 m r yo ft h e s t i l l c r u t ea n dd i s t r i b u t i o no fe l e c t r i c a ls o i l r c e $ 。t or e a l i z et h ec o n f i g u r a t i o no fe l e c t r i c p o w e ri i e s o u r c co fw h o l ec o u n t l y ，t i 】ce x c h a n g eo fe l e c t r i ci x l w c rb e t w e e na r e a sw h i c h m o s to ft h ef o r mi sb i l a t e r a lt r a n s a c t i o ni sg e t t i n g1 1 1 0 1 = ea n dm o r ef r e q u e n t , s ot h e e c o n o m i cd i s p a t c hm u s ta d a p ti t s e i ft ot h i sd e m a n d ；s e e o n c t , f o rm a x i m u mp r o f i t , t h e r e w i l lb r i n ga n t i n o m yb e t w e e nt h es e c u r i t yo ft r a n s m i s s i o nn e t w o r ka n dt h ef r e e t r a n s m i s s i o no fe l e c t r i cp o w e r , t h a ti si ng i v e nt r a n s m i s s i o nn e t w o r k , i ft h ef r e e i r a n s m i s s i o no fe l e c t r i cp o w e ri st o oe m p h a s i z e d ，t h ee l e c t r i cs y s t e mw i l lb r e a k d o w n ； w h e r e a s i f t h es e c u r i t y o f t r a n s m i s s i o n n e t w o r k i s t o o e m p h a s i z e d , t h e m a r k e t w i l l b e l o s t i np o w e rm a r k e te n v i r o n m e n t , s y s t e mo p e r a t o rw i l lr e d u e et h es e c u r i t ym a r g i no f t r a n s m i s s i o ns y s t e mf o ri n 0 1 ep r o f i tb yc o n s i d e r i n gt h a tt h ep r e c o n c e i v e dc o n t i n g e n c y m a yn o tr e a l l yh a p p e n t h e r e f o r e , t h et r a n s m i s s i o nl i m i t so fl i n e si n a r e aa n dt i e s b e t w e e na 1 e , a sm u s tc o n s i d e ra to n et i m ei nt h em o d e lo fs e e u r i t ye c o n o m i cd i s p a t e l a b e 臀na n 瑚 i nt h i sp a p e r , f i r s tw ei n t r o d u c et h ed e f m i t i o no fp o w e rs y s t e ms e e u r i t ye c o n o m i c d i s p a t c hu n d e rp o w e rm a r k e te n v i r o n m e n ta n dt h e0 p fp r o b l e m ( w h i c hc a l lc o n s i d e r s e c u r i t ya n de c o n o m ya tt h es a m et i m e ) ，d e s c r i b es e v e r a lc l a s s i e a la l g o r i t h n 强o f0 p f s t r e s st h ea n a l y s i so fl i n e a rp r o g r a m m i n gu s e db yt h i sp a p e r t h e nw e ：c a l c u l a t et h et o t a l t r a n s m i s s i o nc a p a c i t ya n ds e c u r i t yd i s p a t c hp r o b l e mu n d e ra l lk i r i d so fm a t h e m a t i cm o d e l i nt h ep o w e l t m a r k e te n v i r o n m e n tt h r o u g h e e 3 0n o d e ss y s t e ma n ds i c h u a np r a c t i c a l n e t w o r k , r e c e i v es a t i s f y i n gr e s u l t s a n dt h em a i nc o n t e n ti s 硒f o l l o w s ： ( 1 ) b a s e do nt h ed e f m i t i o no ft o t a lt r a n s m i s s i o nc a p a c i t y , w cf o u n dam a t h e m a t i c m o d e lw h i e ho b j e c t i v ei sm a x i m i z i n gt h ee x c h a n g ep o w c rb e t w e e na r e a sa n ds u b j e c tt o p o w e r f l o w e q u i l i b r i u m e q u a t i o n ，l i m i t s o f a c t i v ea n dr e a e d v e p o w e r o u t p u t o f g e n e r a t o r s ， t r a n s m i s s i o np o w e rf l o wa n dn o d e s v o l t a g e , w i t h o u tc o n s i d e r i n gt h ed y r l l a l n i cl i m i t s 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 0 u n d e rn - ic o n t i n g e n c yo f s y s t e r mt h e nw ec a l c u l a t et h es i c h u a nn e t w o r kb yu s i n go p f b a s e do nl i n e a rp r o g r a m m i n go fs c o p e t h er e s u l t ss h o wt h a ta f t e ro p t i m i z e d ，t h et o t a l t r a n s m i s s i o nc a p a e 时o fs i c h u a nn e t w o r ki si n c r e a s e d ( 2 ) a n a l y z i n gt h es e c u r i t ye c o n o m i cd i s p a t c hp r o b l e mw h i c ho b j e c t i v e i st o m i n i m i z et h ef e eo fp u r c h a s i n ge l e c t r i cp o w o ru n d e rt h eb i l a t e r a lt r a d em o d e l u n d e rt h e b i l a t e r a lt r a d em o d e l ，w ec o n s t r u c tt h es e c u r i t ye c o n o m i cd i s p a t c hm o d e lw h i c ho b j e c t i v e i st om i n i m i z et h ef e eo fp u r c h a s i n ge l e c t r i cp o w e r , w h i c hm u s ts a r i s f yt h eb i l a t e r a lt r a d e d e m a n da n dt r a n s m i s s i o nl i m i t si na l la r e a w ec a l c u l a t et h i sp r o b l e mt h r o u g hi e e e 3 0 n o d e ss y s t e ma n ds i c h u a nn e t w o r k1 1 1 cr e s u l t ss h o wt h a tt h et o t a lf e eo fp u r c h a s i n g e l e c t r i cp o w e ra f t e ro p t i m i z e di sl e s st i l a l lt h a tb e f o r eo p t i m i z e d , a n dt h et o t a lf e eo f p u r c h a s i n ge l e c t r i cp o w e r i sh i g h e rw h e nt h e r ei sb i l a t e r a lt r a d ee x i s t i n gi ns y s t e m ( 3 ) d i s c u s s i n gh o wt or e a l i z et h ef i x e db i l a t e r a lc o n t r a c t sb e t w e e n a r e a st oi m p r o v e t h ep r o f i to ft h es y s t e mi nt h ed e r e g u l a t e dp o w e rs y s t e m e s t a b l i s h i n gm u l t i a r e as y s t e m s e c u r i t ye c o n o m i cd i s p a t c hm o d e lw h i c h0 b j e c t i v ei st om i n i m i z et h et o t a lf e eo f p u r c h a s i n ge l e c t r i cp o w e r , c o n s i d e r i n gt 1 1 el i m i t so ft i e sb e t w e e na r e a sa n dt r a n s m i s s i o n l i n e si na r e ab a s e do ub i l a t e r a lh a d e sb e t w e e na r e a $ 黜m e t h o di si l l u s t r a d e dt h r o u i g h e e 3 0n o d e ss 3 7 s t e ma n ds i c h o a nn e t w o r kw h i c hh a sg r e a tp r a c t i c a l i t y ( 4 ) d i f f e r e n tf r o mt h a tm o s to ft h e t r a n s a c t i o n sb e t w e e na r e a sa r ef i xb i l a t e r a l t r a n s a c t i o n su n d e rt h em o n o p o l ym o d e l 。i np o w e rm a r k e tm o d e l 。w em u s tf 1 1 u yc o n s i d e r t h ee c o n o m y , i nt h ep r e c o n d i t i o nt h a to t h e rn e t w o r k sh a v eb e e nd e r e g u l a t e d , w em u s t c o n s t i t u t et r a d ep l a no np r i n c i p l eo fm a x i m i z i n gt h ep r o f i li nt h ea c t u a lm a r k e t , t h e t r a n s a c t i o n ab e t w e e na r e a sc a nb er e a l i z e dt h r o u 出a g e n tb r o k e rm o d e l 皿l i sp a p e r c o n s i d e r st h el i m i t so fn e t w o r ks e c u r i t yf r o mt h ep o i n to fs y s t e me c o n o m y , a n d r e s e a r c h e st h ec o n s t i t u t i o no fo p t i m a lw a d ep l a ni nt h ea g e n tb r o k e rm o d e lb a s e do no p e i tc a nb ep r o v e dt h a tw h e nt h eb i d d i n go fs u p p l ya r e ai n c r e a s e sa n di n f l u e n c e st h es u p p l y a n dp a yd e s i r e ，t h et r a n s a c t i o nb e t w e e n 删w i l ld e c r e a s e ；w h e nt h eb i d d i n go fs u p p l y a r e ad e o r e a s e sa n d c a ni n f l u e n c et h es u p p l ya n dp a yd e s i r e t h et r a n s a c t i o nb e t w e e n 卸脚 w i l li n c r e a s et h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no fm e e 3 0n o d e ss y s t e ma n ds i c h u a np r a c t i c a l n e t w o r k 0 nt h eb a s i so fs t u d yr e s u l t so fr e f e r e n c ea th o m oa n da b r o a d 。t h i sp a p e ri n n o v a t e s a n dr e s e a r c h e st h ep r o b l e mo fs e c u r i t ye c o n o m i cd i s p a t c ha c c o r d i n gt ot h en a t i o n a l9 7 3 p r o j e c ta n ds i e h u a nn e t w o r km a x i m u mo u t p u tc a p a b i l i t ys t u d y t h ep r o p o s a lg i v e s d e c i s i o nt o o lo fs e c u r i t ye c o n o m i cd i s p a t c hf o ri s 0 。w h i c hh a si m p o r t a n tm e a n i n go f t h e o r ya n dp r a c t i c a lv a l u e k e yw o r d s ：s e c u d t ye c o n o m i cd i s p a t c h 。p o w e rm a r k e t , o p t i m a lp o w e rf l o w , l i n e a r p r o g r a m m i n g ，t o t a lt r a n s m i s s i o nc a p a b i l i t y 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 第一章绪论 1 1 安全经济调度问题及其面临的挑战 实现电力系统的经济运行对国民经济发展具有重大的意义，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( e c o n o m i cd i s p a t c h , 缩写为e d ) 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3 0 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、最优潮流等问题都进行了深入的研究， 并逐步将各种优化调度的算法应用到实际电力系统中去 经典的电力系统经济调度问题是解决在系统中参加运行的机组已经预先确定的情 况下，如何将负荷优化分配给各发电机组，以达到全系统的燃料消耗量或发电成本最 小火电机组不是按照效率( 一般定义为煤耗率) 或容量分配机组负荷，而是按等微 增的原则分配机组负荷才是经济的，因此，机组的耗煤量曲线及其微增率曲线是电力 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，需要做好火电机 组经济特性曲线的编制工作 随着研究的不断深入，电力系统经济调度所包括的工作愈来愈广泛，主要的有； ( 1 ) 电力负荷预测。负荷预测准确度会直接影响到经济调度的效益，提高负荷预 测准确度可以降低备用容量、减少临时出力调整并且避免计划外开停机组负荷预测 的核心是根据预测对象的历史数据，建立数学模型来表述其发展变化的规律。 ( 2 ) 机组组合。电力系统一般情况下由水电厂承担负荷曲线的变化部分，而当水 电厂的调节能力受到限制时，火电机组必须及时开停以适应负荷的变化，这就是机组 组合问题的由来机组组合也称开停机计划，其目标是针对在指定的周期内，满足系 统负荷、安全备用容量、机组最小开停机时间等限制，考虑机组启停费用和发电费用 特性，确定机组的开停机计划，使周期内发电总费用最小。除采用传统算法外，机组 启停计划的非“0 ”即“1 ”特性，使其制定很适合采用智能优化算法，如文献【1 】提出 利用免疫智能优化算法保持种群多样性的内在机制和免疫记忆特性，该算法扩展了约 束处理技术，能更好地对可行解空间搜索，采用一种由后向前、由前及后、双向迂回 推进的精简程序改善个体可行解的局部最优性，同时利用优先级顺序法产生能较好反 映问题先验知识的初始种群，是一种高效的机组组合智能优化算法。文献 2 结合机组 组合问题的特点，提出了一种混合智能遗传算法，该算法以机组状态作为个体编码， 结合启发式方法的自适应智能变异算子求解目标函数，显著缩小了求解问题的规模， 保证了群体多样性，提高了算法的搜索效率，改善了算法的收敛性。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) ( 3 ) 水火电经济协调。水电厂水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，但从系统角度来看则希 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题，它是电网短期经 济调度研究的重要内容。 水电系统按其日调节能力划分为不变水头水电厂和变水头水电厂，而在有水力联 系的水电厂之间还存在梯级协调调度问题，这是一个复杂的优化问题，众多学者对此 进行研究，取得了大量的成果，通常的办法是根据水火电联合电力系统调度的实际情 况，按照水电站配合火电竞价上网的优化运行模式，给出求解这一模型的算法，如拉 格朗日乘子法、网络流规划法等【3 】，这些算法可以在满足梯级水电站等式约束及不等 式约束的条件下，实现系统对等值火电厂全天的购电费用最低 ( 4 ) 考虑网损的经济调度。网损的计算需要对网络结构和潮流分布情况充分了解， 网络传输损耗通常可以看成是用户负荷的一部分，并由相应的发电厂负担。也可在计 算成本时，在机组价格上加入罚因子，以反映传输损耗对机组的相对影响。 考虑网损修正的经典经济调度精度较高，但计算网损修正微增率的工作量很大； 另一方面，由于它只考虑发电机有功功率的优化调度，而没有对有功、无功进行协调 优化，因此优化后仍有可能存在电压偏离等安全问题尽管如此，考虑网损修正的经 典经济调度与最优潮流相比，其主要的优点是计算速度快，这对于实时在线应用是最 重要的，尽管最优潮流发展了近四十年，仍无法取代经典经济调度在电力调度中心位 置【4 1 ( 5 ) 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日益增 强，早在1 9 9 0 年美国就出台了法律强制要求火力发电厂通过改进生产设备，或者优化 运行方式来减少污染以及有害气体排放量1 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，或者采用考虑环保要求 的经济调度方法( 被称为环境经济调度) 前三种方法需要改进、安装或替换现有的 设备。需要大量投资，因此是长期规划涉及的问题。而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，值得重视【” 经济调度问题是一个高维、非凸、离散化、多约束的非线性优化问题。经济调度 算法的发展历经了基本负荷法、最优负荷点法以及等微增率法等三个阶段，目前仍以 等微增率法为基本的方法，当前各国电力公司采用的实时优化调度程序多数是基于经 典经济调度的数学模型。当系统有台机组、条支路、r 个时段时，经济调度问题 2 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 的规模是r 和l x t 的倍数。对大型电力系统来说这是一个非常复杂的问题。 幸运的是，机组爬坡速度约束在时间上的耦合程度相对较弱，许多研究人员抓住 这一特点提出了各种形式的解耦或松弛算法，例如，r o s s 和l 【i m 在求解时采用动态规 划法，将多维问题降为若干子问题，每个子问题由人工机组和自由机组构成一对，在 离散化机组输出功率后基于动态规划法求解，从而使问题规模和求解时间几乎与机组 数成指数关系f 6 l 。w a i g h t 等将d a n t z i gw o l f e 解耦方法与动态规划方法相结合，将经济 调度问题离散化成一系列线性规划问题进行求解m w o o d 提出一种被广泛使用的反推 形式来定界( 即确定机组爬坡速度限制) ，其中的前推使用双程启发式算法，但该算 法只能给出次优解且仅适用于单调的负荷变化曲线嘲。l e e 等人依据文献【8 】的基础， 提出采用对偶理论的算法逼近优化解阴，这种方法同文献【8 1 一样也仅适用于单调的负 荷曲线，如果约束条件增多，该方法将会变得很复杂。而t r a v e r s 和k a y e 提出用构建式 的动态规划方法( c o n s t n 】c d v ed y n a m i cp r o g r a m m i n g ) 求解该问题【l 研另外一些研究者 没有直接利用机组爬坡速度约束弱耦合的特点，而是整体求解经济调度问题，例如， v a n d e n b o s c h 基于罚函数方法求解该问题”。s o m u a h 和k h u n a i z i 先忽略机组爬坡速度 约束，用二次规划求解序列经济调度问题，在此基础上考虑机组爬坡速度约束并利用 线性规划法求解【”。b a r c e l o 和r a s t g o u f a r d 等人基于扩展安全约束经济调度求解该问题 1 3 - - 1 5 1 。i r i s a r r i 等人通过在目标函数中加屏障项求解经济调度问题【1 6 1 文献【1 7 1 提出一种 解耦且保证调度方案最优的求解方法，该方法在解算速度上与问题规模关系不大，且 可以单时段求解以便- 与a g c 相协调【l 嗣。 经济调度如果考虑静态安全约束，被称为静态安全经济调度 6 - 1 0 1 ( s e c u r i t y e c o n o m i cd i s p a t c h , 缩写为s e d ) ，它仅仅考虑静态约束，试图在一个时间断面上对目 标函数进行最优化。然而，作为机组运行人员，为保证机组设备的正常使用寿命，总 是设法使机组设备在安全寿命期限内进行调节。这一机械约束通常被转换成机组爬坡 速度约束。这一约束的引入使经济调度不能像传统e d 那样仅在一个负荷断面上求解， 而应在时间与空间的连续区域上求出各机组运行的轨迹。这类经济调度被称为动态安 全经济调度( d y n a m i cs e c u r i t ye c o n o m i cd i s p a t c h , 缩写为d s e d ) h - 1 6 1 。 将电力系统运行的安全与优化问题分开来处理是不恰当的。仅仅考虑经济特性编 制的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。如果两个区域间的传输线或功 率流超过传输线实际物理能力极限时，就要减少相应的实际发电功率，而不再考虑经 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 济性。 对安全的广义解释是保持不间断的供电，即不失去负荷。在实用中可以更确切地 用正常供电情况下，是否能保持潮流及电压等在允许限制范围之内来表示。电力系统 处于正常状态时，若忽略损耗，各用户的有功、无功负荷与发电机送出的有功、无功 功率应该相等，即满足潮流方程，它具有等式约束的形式。此外，在具有合格电能质 量的条件下，有关设备的运行状态应处于其运行限值范围之内，即没有过负荷。 综上所述，为确保电力系统正常运行，应使它同时满足等式与不等式两种约束条 件，这是进行电力系统安全分析的基本出发点。 在8 0 年代以前经济调度的一个缺点是不重视线路的安全性因素，而线路安全性问 题恰恰是系统发生事故的主要原因。之后，许多学者提出了解决这一问题的方法，即 考虑线路安全约束的经济调度，这种方法在根据系统负荷需求对发电机输出功率进行 经济调度的同时，能够考虑正常运行状态下线路安全约束，避免了线路潮流越限情况 的出现，使得在进行经济调度的同时能兼顾了系统的安全性。尽管考虑安全因素的经 济调度得到了大量的研究，但多数文献更偏重于系统经济性的考虑，对系统安全性不 够重视，使得优化后的系统多数工作在安全边界上，造成系统的安全隐患，不少文献 对系统的经济性与安全性做出协调，提出考虑安全目标的多目标经济调度问题，使得 系统有功的安全经济调度更合理【1 w 在7 0 年代末期国内外几次大的电力事故的发生。使人们越来越注意并重视只考虑 正常运行状态的安全约束的经济调度是远远不够的，必须计及n l 线路安全约束的经 济调度。因此出现了将n 一1 安全约束以预想事故约束全部引入经济调度模型，尽管这 种方法能够考虑n 一1 安全约束，但由于对实际规模的电力系统来讲，约束众多( 可以 多达几万至几十万个约束) 无法处理，并且由于其预先考虑的事故约束，使得目标函数 的寻优区域变小，尽管保证了n 1 安全性，但却失去了一定的经济性。由于预想事故 分析不可行，因此有人提出出现断线事故以后重新对功率分配进行调整计算的方法， 得到一个新的、满足该约束条件的经济调度方案。其中最为典型的是m o t a - p a l o m i n o 等 人提出以分段微分罚函数法的非传统的线性规划法来完成针对某种特定的偶然事故的 经济调度 2 0 l ，该方法利用罚函数的伪梯度作为寻优方向，不需要可行的初值且寻优速 度快，但其缺点是只针对特定的断线故障，不具有普遍性。我国学者李文沅提出的多 发电计划有功经济调度模型，将正常状态的经济调度与发生单线断线故障时的经济调 度统一协调考虑，能够一次性计算出各种状态下的发电计划与文献 2 0 l 相比能处理 各种断线故障，更具有实用性，该方法在静态优化调度中考虑了一种动态限制条件， 4 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 0 即发电机组调整速率限制。 系统留出足够的备用容量也能确保安全，因此不少学者在计及备用的安全经济调 度上进行研究。电力系统调度中的备用需求是在一定原则下适度( 应折衷考虑经济成 本) 抵御电力商品在生产、传输和销售过程中的不确定性因素的需求。通俗地讲就是 应付这些突发事件的能力，即允许多少机组同时故障，允许用户需求有多大的突发变 化，允许的频率偏差程度及持续时间等，可见这一能力的确定对系统安全运行水平有 重要影响【2 1 1 。 2 0 世纪7 0 年代，文献 2 2 提出了考虑留有可调节裕量的经济调度模型和算法，完 全基于耗量等微增率准则求解，概念清楚，计算简捷，但对各机组设置相同的调节裕 量，不满足经济性原则，因此不是最优调度结果1 9 8 2 年w o o d 提出保持耗量等微增率 准则计算简捷性的计及备用( 调节) 约束的静态经济调度方法 2 3 1 ，在求解过程中能不断 调整调节裕量以适应负荷变化，但这种方法只能获得次优解。之后出现了许多考虑备 用约束的经济调度研究，并在算法实现上取得了一定的进展。这些研究主要从三方面 出发，一是以耗量等微增率准则为出发点，集中解决模型的简捷性、算法的快速性和 工程的实用性问题：二是以现代标准的优化数学方法为出发点，集中解决模型的线性 和非线性处理问题，以使约束条件的处理更加容易【2 螂l ；三是以现代智能技术为出 发点，寻求更大范围内的最优调度结果。但人们在研究电力系统调度时，备用与实际 运行方式总是脱节，较典型的就是这些模型确定的备用会出现机组预留备用目的不明 确的现象，这些问题使市场环境下公正、公平、公开的三公原则难以执行。 在已有文献中，文献1 2 6 1 关于备用约束下经济调度的模型具有显著特点，该文基 于n _ l 原则确定机组故障约束下的经济调度模型，定义了任意一台机组故障对系统的 影响因子( i m p a c tf a c t o r ) 和覆盖因子( c o v e rf a c t o r ) 两个概念。影响因子为某机组 故障对系统负荷影响的限制程度，影响因子越小表示该机组对系统负荷影响越大；覆 盖因子为某机组故障由其它可调度机组替代的程度，覆盖因子越大表示该机组故障由 其它可调度机组替代的程度越大文中分析了对应3 s 和3 0 s 条件下不同覆盖因子对系统 备用响应及调度费用的影响规律。该文体现了唯一电力市场交易的初步思想，但文中 定义的影响因子和覆盖因子很难确定，即使确定仍存在备用配置目的不明确的问题。 目前，考虑机组各用的电力系统调度方法对用户需求突变的处理都比较完善，这 是由于人们对备用的理解主要是负荷的变化。但在运行机组发生突发性故障时，由这 些模型得到的调度计划未必可行例如，突发故障的机组本身对备用就有贡献，当该 机组故障时备用可能无法满足要求，即目前模型无法说明备用的设置是否有效。尽管 5 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 对于大型电力系统来说一个机组故障不会对备用产生明显的影响，但在电力工业解除 管制后，系统成员具有独立的经济地位，都不愿承担过多的备用责任，因此有必要明 确备用的作用，既要免去不必要的备用，又要清楚备用是如何设置的，从而体现市场 的透明性。对孤立运行的、规模较小的系统来说对此问题的研究更为必要。文献 2 7 1 初步探讨了备用的责任问题，揭示了电力系统不确定性因素是设置备用的根本原因， 在系统风险度分析的基础上明确了系统成员对备用承担的责任，从物理本质上阐明了 备用的责任问题，并提供了进一步量化备用责任的表达式。在此基础上，从电力工业 解除管制角度出发，在唯一电力市场交易概念下建立了一种新的计及备用约束的调度 模型 2 “2 9 1 ，该模型明确了由可能的机组故障引起的备用和由负荷随机性变化引起的备 用，考虑了从起始状态到调度时刻机组输出功率的速率限制及备用的响应速度约束， 由此构成了一个二次规划问题，并对1 0 机简单系统进行分析，结果表明所提出的经济 调度模型具有可行性和合理性3 0 总之，安全经济调度( s e d ) 注重在满足输电元件安全条件下，对一定负荷需求， 力求以费用最小化来安排发电方式。安全经济调度有单发电计划和多发电计划两种模 式，单发电计划是按预定的安全水平进行调度，表现出发电费用的提高。多发电计划 是按现有情况进行调度，预想事件发生时伴随发电计划的再调整，表现出发电费用的 相对节约和运行控制的复杂性。 安全经济调度最理想的境界目前共识的看法是采用最优潮流，但最优潮流计算量 大，难以适应实时的要求。 1 2 适应市场环境的安全经济调度问题及其研究现状 传统发电计划( 安全经济调度) 的目标函数只是全网总发电成本或费用最小，约 束条件仅有系统约束、机组约束；而在电力市场条件下，目标函数、约束条件等都发 生了变化。首先，电力市场中交易的目标函数变得多样化，除了全网的总发电煤耗或 费用最小之外，还可以是交易中心购电费用最小、用户总电费最小、社会总利润最大 等等，体现了参与买电、卖电各方经济效益的最大化目标函数的变化，可以使整个 问题的数学本质发生变化。其次，约束条件的要求更强，除了机组约束和系统约束外， 电量合同、双边合同、期货合同等多种贸易形式也成了约束条件( 即电能交易约束) 。 在电力市场下，制定交易计划的基础是各发电商的报价。随着市场的不断发育，市场 参与者也需对包括备用在内的各种辅助服务报价。运营模式中影响交易计划结果的因 6 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 素有交易运作方式、安排交易计划时所追求的目标、电价的定价规则、与发电商的结 算规则、与用户的结算规则及市场竞争程度等。 随着改革不断深入，安全经济调度还面临着其它诸多新课题。首先，我国电源构 成及分布的结构性问题突出。为实现全国电力资源优化配置，以双边交易形式为主的 区域电网间电力电量互供日益频繁，经济调度必须充分适应这一需求m 1 其次，垄断 经营模式下的输电系统由于计划性，通常具有充足的运行安全裕度。而在市场环境中， 系统为追求最大经济利益产生了输电网安全性与电力自由传输之间的矛盾：在特定的 输电网络下，如果过于强调电力的自由传输，就有可能引起系统崩溃；反之，如果过 于强调输电网络的安全性，会因此而失去市场【3 习在市场环境中，系统操作员( i s 0 ) 考虑到系统预想事故不一定真正发生，往往会为追求经济效益而在运行时降低输电系 统的安全裕度，因此，安全经济调度的要求更加严格，模型中必须同时考虑区域间联 络线及各个区域内各条线路的传输限制哪j 将独立运行的区域电网通过联络线互联是当代电力系统及电力市场发展的总趋 势。我国虽没有实现全国范围内的联网，但却实现了局部区域的联网如西北互联电 网、华中与华东互联电网、南方联营电网，它们分别在错峰、调鸣水i u 资源利用、 装机容量与备用容量等方面取得了明显的效益，这些都说明全国联i 冽具有j 吠的经济 潜力从我国的能源分布情况来看，水利资源主要集中于西部地l ：。煤炭资源主要集 中于北部地区，而高负荷又主要分布于东南沿海、华东、京津地区，这种能源资源分 布不平衡的特点决定了我国联网的必然性。电网的互联，为能源的有效利用与总体可 靠度的提高，只是提供了物质基础，怎样才能最好地实现呢? 这就需要寻求最优的管 理决策各网中发电系统故障的发生、负荷的变化都是随机的，于是各网出现容量不 足的事件也是随机的，当若干个网出现容量不足时，如何进行支援呢? 每个网及其内 部各发电系统的运行费用是不同的，每两个网间的传输距离、电量运输费用也是不同 的。基于这些，即须从全局最优的角度出发，确定各网间的协议方式、网间支援搭配、 优先次序及支援电量的多少。依此进一步确定支援网内部的各发电系统的容量与发电 量。所谓全局最优，就是在可靠度得到提高的前提下，保证全网的运行费用达到最低、 总装机容量达到最小。我们可以通过供应侧与需求侧两方面对电网进行综合管理来达 到全局最优。可以利用可中断负荷合同及分时电价的方法调整各网内的负荷模型，并 结合网内各发电系统的停运容量概率模型，利用裕度状态法确定各网在不同时域的备 用容量与不足容量。在制定支援电价时，要遵循互惠互利的原则，既要使送电方充分 利用水利资源，又要保持受电方参加联网的积极性，并使支援电价低的电网多发电， 7 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 0 以保证提高总体的经济效益。应根据可支援电网的数目、可支援的容量与时域、各时 域支援的电价，以及受电网的数目、需支援的容量与时域，确定各网间的协议方式与 支援原则，依此进一步确定各发电系统在各个时域上的发电容量。 网间电厂联合经济调度的优点，仅从经济观点看来，主要