（电力系统及其自动化专业论文）电力系统概率优化调度理论研究.pdf

山东大学博士学位论文 组的调整速率为牵制条件，统筹考虑了机组的运行成本、事故状态下的出力再 调整成本以及需求侧的负荷中断赔付。这样，该模型以概率方式协调了机组事 故前后状态之间的经济性牵制，实现了经济规律引导下对机组旋转备用的优化 配置、调用以及责任的度量。由该模型提出的算法，通过对三种调度方式的对 比研究与分析，表明这一最基本的概率优化调度模型是有效的。 ( 3 ) 建立计及输电元件停运的概率优化调度模型和算法。该模型通过引入 电网安伞价值系数，构成电力系统运行调度经济性和安全性折中统一的期望优 化目标，在满足电网正常状态和一定的输电元件预想事故集合对应约束下，获 取概率的最优调度解。其中，所谓运行调度的经济性，是考虑了系统的期望运 行总成本，并考虑了输电元件停运事件状态下的发电机组再调整和负荷中断所 对应的安全校正耗费；所谓运行调度的安全性，则是考虑了输电网络在事故前 后状态所对应的期望负载严重程度。这样，该模型以概率方式实现了运行调度 中经济性与安全性的均衡协调，量化了电力系统运行调度方式所对应的安全经 济运行风险水平。由该模型提出对应的算法，通过对五种调度方式的对比研究 与分析，表明这一扩展的概率优化调度模型是有效的。 ( 4 ) 建立协调系统运行综合效益的概率优化调度模型和算法。该模型以电 力系统的期望运行效益最大为目标，综合考虑发电机组的正常运行成本和再调 度调整成本、以及需求侧负荷的正常收益与中断补偿，采用马尔可夫链对未来 调度时段由输电元件所引起的随机事件状态概率进行预测，在满足所有输电元 件停运事故发生前后状态所对应约束集下获取调度解。其中，在输电元件停运 事件发生后的紧急容许时间内，针对可能出现的电力系统安全破坏情形，在约 束集合中考虑了发电机组所允许的输出功率再调整、需求侧负荷中断、以及输 电元件的短时紧急允许过载量，并考虑相应安全校正措施的费用代价。这样， 由该模型提出对应的算法，该模型实现了电网运行状态概率预测与有功优化调 度决策的紧密结合，得到了电网期望最大运行效益的时序变化曲线，以及各个 时段下风险与效益相均衡的调度方式和事故状态下的优化校正措施。通过对该 模型所含不同调度方式的对比研究与分析，表明这一丰富电力系统概率优化调 度模型是有效的。 ( 5 ) 对概率优化调度模型复杂性分析的基础上，提出对适应大规模电网快 山东大学博士学位论文 速求解的手段。针对概率优化调度模型规模庞大，整体求解计算效率不高的实 际现状，通过吸取传统安全约束优化调度的分解处理思路，对概率优化调度模 型特点进行了分析。这样，通过从输电元件对应的随机事件集合中循环遴选关 键有效事件，实现了对问题规模的降阶处理，提高了计算效率，显现了该处理 方式对解算大系统有一定适用前景。 关键词：电力系统；概率优化调度；运行风险；期望效益；有效事件；校正费 用；马尔科夫链；柔性决策； i i i 山东大学博士学位论文 w i t ht h ee x p a n s i o na n dd e r e g u l a t i o no ft h ep o w e rs y s t e m ，w h i c hi sc o n f r o n t i n g m o r eo p e r a t i n gu n c e r t a i n t i e s ，t h u st h eo p e r a t i o nc o n d i t i o ni sb e c o m i n gm o r ea n d m o r ec o m p l i c a t e d e s p e c i a l l yt h ei n t r o d u c t i o no fm a r k e tc o m p e t i t i o nm e c h a n i s m ， w h i c hl e a d st h eo p e r a t i o no fp o w e rs y s t e mt ot h em a r g i no fs e c u r i t y , c o u p l i n gw i t h t h ec o n t i n g e n c yo fg e n e r a t o ro u t a g ea n dt r a n s m i s s i o nc o m p o n e n tf a i l u r e ，t h u st h e p o w e rs y s t e mo p e r a t i n gr i s ki si n c r e a s i n gm u c hm o r e t r a d i t i o n a lp o w e rs y s t e m d i s p a t c h i n gf r a m e w o r ki sb a s e do nt h ed e t e r m i n i s t i cm o d e la n dm e t h o d ，w h i c hc a n n o tr e f l e c tt h er e a ls y s t e mo p e r a t i n gr i s k ，s ot h ed i s p a t c h i n gr e s u l t sm a yb ee i t h e r c o n s e r v a t i v eo rr a d i c a la si td o e sn o tt a k ei n t oa c c o u n to ft h ep o s s i b i l i t yo ft h e c o n t i n g e n c y b e c a u s eo ft h ec o m p l i c a t e do p e r a t i n gc o n d i t i o na n dt h ee c o n o m i c i n t e r a c t i o no fm a r k e tp a r t i c i p a n t s ，t h et r a d i t i o n a ld e t e r m i n i s t i cp a t t e r ni sn o ts u i t a b l e f o rc u r r e n ts i m a t i o na n dn e e d st ob eu p g r a d e du r g e n t l y t h e r e f o r e ，t h ec o o r d i n a t i o n o fs e v e r i 够a n dp r o b a b i l i t yo ft h ec o n t i n g e n c yi np o w e rs y s t e mo p e r a t i n gc o n d i t i o n ， u n f o l d i n gt h er i s k e s s e n c ea n de c o n o m i cm e a n i n g ，a n dp r e s e n t i n gt h eo p t i m a l a l l o c a t i n gd i r e c t i o no ft h er e s o u r c e s ，i e c o n s t r u c t i n gt h ed i r e c t i o nb yt h ee c o n o m i c s a n dp r o b a b i l i t yt h e o r y , c o m b i n i n gt h ec o n s i d e r a t i o nb e t w e e no p e r a t i n gr i s ka n d d i s p a t c h i n gs t r a t e g y , s ot h ep o w e rs y s t e mp r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n gi nt h e r e a l - t i m eo p e r a t i n gc o n d i t i o nh a sb e c o m eau r g e n tr e s e a r c hp r o b l e m t h i st h e s i sh a si n v e s t i g a t e dt h eo p t i m a ld i s p a t c h i n gb yc o n s i d e r i n gp r o b a b i l i s t i c d i s c i p l i n a r i a na n de c o n o m i cl a wu n d e rt h er e a l - t i m eo p e r a t i n gb a c k g r o u n d b a s e d o nt h em a t h e m a t i c a lo p t i m i z a t i o nt h e o r y , t h er e s e a r c ho fp r o b a b i l i s t i co p t i m a l d i s p a t c h i n gh a sb e e nc a r r i e do u t t h em a i nr e s e a r c hw o r ka n di n n o v a t i o no ft h i s t h e s i sa r es h o w na sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o n c e p ta n df r a m eo fp o w e rs y s t e mp r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n g h a v eb e e ne s t a b l i s h e di nt h i st h e s i s b ya n a l y z i n gt h ee v o l u t i o no fp o w e rs y s t e m o p t i m a ld i s p a t c h i n gm o d e l ，i tc a nb ed e m o n s t r a t e dt h a tt h ep r o b a b i l i s t i cd i s p a t c h i n g v 山东大学博士学位论文 t h e o r yd e v e l o p sa n di n t e g r a t e s t h et r a d i t i o n a lo p t i m a ld i s p a t c h i n g ，r e l i a b i l i t y e v a l u a t i o na n do p e r a t i n gr i s kr e s e a r c h t h ei n t e n t i o no fp o w e rs y s t e mp r o b a b i l i s t i c o p t i m a ld i s p a t c h i n gi st oa s s o c i a t ep r o b a b i l i t ya n do u t c o m eo ft h ec o n t i n g e n c y , a n d g i v i n g t h eo p t i m a l d e c i s i o n m a k i n go fc o o r d i n a t i n gt h es e c u r i t y , e c o n o m ya n d r e l i a b i l i t y b a s e do nt h ed cp o w e rf l o wm o d e l ，t h ep r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n g m o d e la n ds o l u t i o nm e t h o dh a v eb e e ni n v e s t i g a t e db yc o n s i d e r i n gt h eg e n e r a t o r o u t a g ea n dt r a n s m i s s i o nc o m p o n e n tf a i l u r e t h e r e f o r e ，t h ep o w e rs y s t e mo p e r a t i n g d i s p a t c h i n gr e s e a r c h i n gl e v e lh a sb e e np r o m o t e d ( 2 ) t h ep o w e rs y s t e mp r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n gm o d e la n di t ss o l u t i o n a r i t h m e t i co fc o n s i d e r i n gg e n e r a t o ro u t a g eh a sb e e ne s t a b l i s h e d t h i sm o d e lh a st h e o b j e c t i v ef u n c t i o no ft h ee x p e c t e do p e r a t i n gc o s tm i n i m u m ，b yc o n s i d e r i n gt h e g e n e r a t o rp r o b a b i l i s t i co u t a g ec h a r a c t e r i s t i ca n dr a m p i n gr a t e ，s ot h eo p e r a t i n gc o s t ， c o r r e c t i v ec o s ta n dt h el o a di n t e r r u p t i o nc o m p e n s a t i o nh a v eb e e nt a k e ni n t oa c c o u n t a l t o g e t h e r t h e r e f o r e ，t h ee c o n o m i cr e l a t i o nh a sb e e nc o o r d i n a t e di nt h i sm o d ef o r p r e c o n t i n g e n c ya n dp o s t - c o n t i n g e n c ys t a t e s ，a n dt h eo p t i m a la l l o c a t i o no fs p i n n i n g r e s e r v e ，a l s ot h er e s p o n s i b i l i t ya m o n gt h eg e n e r a t o r sc a nb eq u a n t i f i e df o re a c h o t h e r w i t ht h ec o m p a r i s o na n da n a l y s i so ft h r e ed i f f e r e n td i s p a t c h i n gm o d e s ，t h e b a s i cp r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n gm o d e lh a sb e e nd e m o n s t r a t e de f f e c t i v e l yb y t h es o l u t i o na r i t h m e t i c ( 3 ) t h ep o w e rs y s t e mp r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n gm o d e la n ds o l u t i o n a r i t h m e t i co fc o n s i d e r i n gt h et r a n s m i s s i o nc o m p o n e n tf a i l u r eh a sb e e ne s t a b l i s h e d w i t ht h ep o w e rn e t w o r ks e c u r i t yv a l u ef a c t o r , t h ep o w e rs y s t e mo p e r a t i n ge c o n o m y a n d s e c u r i t yh a v e b e e nc o m p r o m i s i n g l yc o m b i n e di n t o o n eu n i f o r me x p e c t e d o b je c t i v ef u n c t i o n ，t h u st h ep r o b a b i l i s t i co p t i m a lr e s u l t sc a nb eo b t a i n e dw i t ht h e c o n s t r a i n t s e to fp o w e rn e t w o r kn o r m a ls t a t ea n dd e f i n i t e c o n t i n g e n c ys t a t e s t h e r e i n t o ，t h es o c a l l e dd i s p a t c h i n ge c o n o m yh a sc o n s i d e r e dt h ep o w e rs y s t e m e x p e c t e do p e r a t i n gc o s t ，w h i c hh a sa l s oi n c l u d e dt h es e c u r i t y c o r r e c t i v ec o s t so f g e n e r a t o rr a m p i n ga n dl o a di n t e r r u p t i o na tt h ec o n t i n g e n c ys t a t e t h es o c a l l e d d i s p a t c h i n gs e c u r i t yh a sb e e nr e p r e s e n t e db yt h ep o w e rn e t w o r ke x p e c t e dl o a d i n g v i 山东大学博士学位论文 s e v e r i t yo fb o t ht h ep r e c o n t i n g e n c ya n dp o s t - c o n t i n g e n c ys t a t e s t h e r e f o r e ，t h e d i s p a t c h i n ge c o n o m ya n ds e c u r i t yh a v eb e e nc o o r d i n a t e d ，a n dt h eo p e r a t i n gr i s ko f d i s p a t c h i n gm o d eh a sb e e nq u a n t i f i e d w i t ht h ec o m p a r i s o na n da n a l y s i so ff i v e d i f f e r e n td i s p a t c h i n gm o d e s ，t h ef u r t h e re v o l u t i v ep r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n g m o d e lh a sb e e nd e m o n s t r a t e de f f e c t i v e l yb yt h ec o r r e s p o n d i n gs o l u t i o na r i t h m e t i c ( 4 ) t h ep o w e rs y s t e mp r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n gm o d e la n ds o l u t i o n a r i t h m e t i co fc o n s i d e r i n gt h ec o m p o s i t i v eo p e r a t i n gb e n e f i th a sb e e ne s t a b l i s h e d t h i sm o d e lh a st h eo b j e c t i v ef u n c t i o no fp o w e rs y s t e me x p e c t e do p e r a t i n gb e n e f i t m a x i m u m ，w h i c hh a sc o n s i d e r e dt h eg e n e r a t o ro p e r a t i n gc o s ta n dt h er e d i s p a t c h i n g c o s t s ，a l s ot h el o a dn o r m a lb e n e f i ta n di n t e r r u p t i o nc o m p e n s a t i o ni nd e m a n d s i d e h a sb e e nc o n s i d e r e d w i t ht h ef o r e c a s t i n gp r o b a b i l i t i e so ft r a n s m i s s i o nc o n p o n e n t c o n t i n g e n c ys t a t e si nf u t u r ep e d o db ym a r k o vc h a i n ，t h eo p t i m a ld i s p a t c h i n gr e s u l t s c a nb eo b t a i n e dw i t ht h ec o n s t r a i n to fb o t hp r e c o n t i n g e n c ya n dp o s t - - c o n t i n g e n c y s t a t e a n df o rt h ep o s s i b l es e c u r i t yb r e a k i n gc a s ed u r i n gt h ep o s t - c o n t i n g e n c ys t a t e ， t h eg e n e r a t o ru n i tr a m p i n g ，e m e r g e n tl o a di n t e r r u p t i o na n dt r a n s m i s s i o nc o m p o n e n t s h o r t t e r m o v e r l o a d i n gw i t h i n t h ea l l o w a b l et i m eh a v e b e e ni n c l u d e di nt h e c o n s t r a i n t - s e t ，a l s ot h ec o s to ft h ec o r r e c t i v em e a s u r e sh a v e b e e nt a k e ni n t oa c c o u n t t h e r e f o r e ，t h ef o r e c a s t i n gp r o b a b i l i t yo ft h ep o w e rn e t w o r ko p e r a t i o n a lt e n d e n c y a n da c t i v ep o w e ro p t i m a ld i s p a t c h i n gd e c i s i o n m a k i n gh a v eb e e nc o m b i n e di nt h i s m o d e l ，w h i c hc a na t t a i nt h ec u r v eo fe x p e c t e do p e r a t i n gm a x i m a lb e n e f i ti nd i f f e r e n t d i s p a t c h i n gp e r i o d ，a l s ot h ec o o r d i n a t e dd i s p a t c h i n gm o d eu n d e rt h ep r o b a b i l i s t i c f r a m e w o r ko fh a r m o n i z i n gr i s kw i t hb e n e f i tc o r r e s p o n d i n gt ot h a tp e r i o da n dt h e c o r r e c t i v es t r a t e g i e sf o re m e r g e n ts t a t e s b yc o n t r a s t i n gt h ed i f f e r e n td i s p a t c h i n g m o d e s ，t h i sp r o g r e s s i v ep o w e rs y s t e mp r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n gm o d e lh a s b e e nd e m o n s t r a t e dt ob ee f f e c t i v e l y ( 5 ) b a s e do nt h ec o m p l e x i t ya n a l y s i so ft h ep r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n g m o d e l ，a ne f f i c i e n t s o l u t i o n p a t t e mh a sb e e nb r o u g h tf o r w a r d f o rt h eh u g e d i m e n s i o no fp r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n g ，i ti si n e f f i c i e n tt os o l v ei ta saw h o l e p r o b l e m e n l i g h t e n e db yt h ed e c o m p o s i n gt h o u g h to ft h et r a d i t i o n a lo p t i m a l v h 山东大学博士学位论文 d i s p a t c h i n gm e t h o d ，t h ep r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n gm o d e lc h a r a c t e r i s t i ch a s b e e na n a l y s e d t h u s ，t h ed e c r e s c e n tm o d e lh a sb e e no b t a i n e db yt h ec r i t i c a l c o n t i n g e n c ys e l e c t i n gi nc y c l i c a lp a t t e r n t h e r e f o r e ，t h ed i m e n s i o n so ft h eo r i g i n a l m o d e lh a sb e e nd e c r e a s e d ，a n dt h ec a l c u l a t i o ne f f i c i e n c yh a sb e e ni m p r o v e db yt h i s s o l u t i o np a t t e r n ，t h u si tm a yb ef e a s i b l ef o rt h el a r g ep o w e rs y s t e m k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ；p r o b a b i l i s t i co p t i m a ld i s p a t c h i n g ；o p e r a t i n gr i s k ； e x p e c t e db e n e f i t ；e f f e c t i v ec o n t i n g e n c y ；c o r r e c t i v ec o s t ；m a r k o v - c h a i n ；f l e x i b l e d e c i s i o n m a k i n g ； 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：日期：之! 皇：生2 ， 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：塑导师签名： 争： 山东大学博士学位论文 第一章绪论 1 1课题背景与意义 电力系统的安全可靠运行对于国民经济发展具有重大意义，随着电力工业 的市场化改革和电网互联规模的扩大，系统的运行工况日益复杂，不确定性因 素越来越多，电力系统的安全可靠运行面临着愈加严峻的挑战。加之近年来发 生了一系列大的停电事故，如2 0 0 3 年的“8 1 4 美加大停电【1 。2 1 ，给社会经济 造成了巨大的损失，因而对电力系统实时运行状态下的安全预警分析、风险评 估度量以及优化决策制订，成为了当前亟待研究和解决的实践课题【3 圳。 传统的电力系统运行调度理论框架一直是采用确定性模型和分析方法，因 而具有概念清楚和意义明确的特点，易于被运行调度人员掌握，在垄断垂直管 理体制下对电力系统安全稳定运行发挥过积极的作用。但是，随着电力系统市 场化改革的不断深入，发电、输电、配电和用电成为了各自独立经营的利益实 体，不同利益实体追求着自身效益的最大化，增加了系统的运行压力，使得系 统运行水平更加趋近于安全域度的边界【5 】。再加上发电机组的故障退出、输电 元件的意外停运等随机扰动因素，在日益扩大的互联电网中将会产生范围更广 泛的波及效应，影响程度也将会更加严重。由于传统的电力系统运行调度理论 分析方法中未充分考虑不确定性因素，以及没有对不确定性因素的严重性和可 能性进行有效协调，因此难以反映系统的实际运行风险水平，调度决策无法从 安全性、经济性和可靠性的全局视角进行统筹协调，难免会得出保守或是冒进 的决策方案【6 。7 】。对于目前电力系统发展中所呈现出的这种运行工况越来越复 杂，以及市场参与各方利益交互影响的特点，使得传统基于确定性方式的运行 调度理论分析框架已经难以适应当前的新形势，因此面临着适应形势发展和完 善提升的迫切需要。 为了真实度量电力系统的运行风险水平，应当充分地协调考虑电力系统运 行中的不确定性因素，并基于不确定性信息对电力系统运行风险进行评估和优 化调度决策。不管是过去垂直垄断的管制体制，还是目前的市场环境，以安全、 经济、可靠地方式实现电力系统供给与需求之间的平衡，始终是最为核心的研 1 山东大学博士学位论文 究问题，也就是电力系统的有功优化调度问题【8 】。本文的研究工作正是在运行 调度框架下，将系统运行中不确定性因素的概率特性作为了研究对象，以有功 优化调度中安全性、经济性和可靠性的统筹协调考虑为研究内容，以前瞻的优 化调度决策制定为研究目的，充分地协调考虑了电力系统运行中随机扰动事件 的可能性和严重性，综合度量了电力系统的运行风险水平与其对应的安全经济 后果代价，并构建了揭示运行风险的可视化表达方式，为电力系统的安全预警 分析以及优化校正控制提供了理论指导和必要的决策支持信息。 由此可见，本课题具有着非常强的现实背景要求，更加贴近于电力系统的 真实运行场景，对丰富和发展电力系统运行调度理论，促进电力系统安全经济 可靠运行水平的提高，推进电力工业改革和建设的步伐，都有着重要的理论研 究意义和现实参考价值。 1 2 课题研究现状回顾 在以下课题研究现状的回顾中，将有功优化调度研究中针对随机扰动事件 的处理方式作为了追溯线索，主要包括确定性方式处理、概率性评估、以及运 行条件下的风险度量分析。 因此，电力系统有功优化调度理论、可靠性评估理论、以及运行风险评估 与决策研究，是本文理论研究的主要思想来源。电力系统有功优化调度决策作 为本文研究的核心问题，本节首先对有功优化调度理论的发展过程进行了总结 回顾，包括经济调度、优化潮流、以及垄断体制和市场环境下基于确定性方式 处理随机事件的优化调度研究；然后对采用概率方式考虑电力系统随机事件的 可靠性评估和运行风险评估与决策研究进行了分析评述。 1 2 1 确定性方式下的优化调度 以下将有功优化调度研究的时间发展作为追溯线索，系统地回顾了该研究 的开展过程，针对优化调度中考虑随机事件的处理方式，总结评述了确定性方 式的相关研究内容。 山东大学博士学位论文 1 2 1 1 经典优化调度 电力系统经济调度( e c o n o m i cd i s p a t c h ，e d ) 问题，是指在不考虑输电网络 制约的情况下，在运行发电机组之间对给定负荷水平进行经济分配，以使系统 总燃料耗量达到最小。2 0 世纪3 0 年代初，mjs t e i n b e r g 提出了以优化数学理 论为基础的严格经济负荷分配方法，该方法对电力系统运行调度具有里程碑式 的作用，即著名的等耗量微增率准则【9 】。随着电力工业的发展，电力系统的规 模在不断增加，网络覆盖区域日益扩大，在此情形下，再忽略输电损耗显然是 不合理的，由此便提出了考虑网络损耗的机组经济负荷分配问题。在上世纪4 0 年代，eeg e o r g e 提出了网损修正的思想，之后lk k i r c h m a y e r 在总结以前工 作的基础上，建立了以协调方程为核心的扩展等耗量微增率准则。围绕这一准 则，人们就该方程的物理解释、网损表达以及水火电系统协调等问题进行了大 量卓有成效的研究和实际应用，标志着电力系统优化调度研究得到了进一步的 发展和完善，该阶段通常被人们称之为经典阶段l i o 】。 在上世纪5 0 年代以前，经济调度研究的缺点是没有重视输电线路的安全性 因素，而输电线路的安全问题恰恰是系统发生事故的主要原因，加之在6 0 年代 发生的几次电网的大面积停电事故，愈加引起了人们对输电网运行安全性的重 视。由此，一系列考虑输电网络安全的有功优化调度方法得到了广泛研究与发 展，如基于经典思想的安全校正技术、经典的数学优化技术、网络流技术、以 及现代数学优化技术，等。此阶段电力系统有功优化调度研究的明显特点是考 虑了潮流方程和输电元件的制约因素，依据现代数学优化理论，有功优化调度 逐渐演化成为了优化潮流( o p t i m a lp o w e rf l o w ，o p f ) 问题。作为经济调度理论 的发展与延伸，优化潮流将电力系统运行的经济性和安全性进行了结合，围绕 优化潮流的模型构建表达和解算方法等层面，在此后得到了各国学者的持续关 注和不断向前发展【1 1 14 1 。 自上世纪8 0 年代末以来，电力工业的市场化改革在世界范围内广泛开展起 来，传统垂直垄断的管理体制被打破，电力系统的供需各环节分离成为了发电 侧、输电网络和需求侧，各自成为了独立经营的利益实体。与传统垄断模式下 的电力系统运行调度相比，调度的理念已然发生了本质变化1 1 5 - 1 7 】。市场环境下 山东大学博士学位论文 的有功调度研究更侧重对市场参与各方经济利益的考虑，突出表现在优化之中 带有竞争，竞争之中又带有优化，在运行费用与收益之间具有了明晰的界定和 划分。有功优化调度研究的数学模型也随着电力工业的市场化改革而改变，目 标函数和约束条件都具有了更加多样化的表达方式，为不同的应用目的和场景 而服务，如购电费用最小化模型【18 1 、社会效益最大化模型19 1 、用户付费最小模 型【2 0 1 、输电网络的阻塞优化调度管理模型【2 1 1 ，以及电力系统输电能力的优化调 用与评估计算盼2 3 1 ，等等。 综上可见，电力系统的有功优化调度研究是伴随着经济社会的进步而不断 向前发展，市场环境下围绕该问题的研究，更加侧重了对电力系统运行经济内 涵揭示，目的在于协调市场参与各方的经济利益，因而使得传统有功优化调度 研究在模型构建表达、经济机制揭示，以及解算方法的研制开发等层面，都得 到了更进一步的纵深发展。 1 2 1 2 安全约束优化调度 在上世纪7 0 年代末期，由于国内外几次大停电事故的发生，使人们认识到 只考虑电力系统正常运行状态约束的优化调度是不充分的，应当进一步考虑随 机扰动事件所对应的安全约束集合。通过在优化潮流模型中增加随机扰动事件 状态所对应的约束，便构成了计及安全约束的优化调度( s e c u r i t y c o n s t r a i n e d o p t i m a lp o w e rf l o w ，s c o p f ) 模型【2 4 1 。 由于s c o p f 问题的规模极其庞大，求解计算的复杂度很高，因此对模型 结构特点进行分析，以及选取合适的求解处理方法，就成为了众多研究的关注 焦点2 5 圳】。其中，文献【2 6 】采用了基于网络流方法的增量校正表达方式对该问 题进行了分析计算。文献【2 7 】提出了基于线性规划方法的多发电调度计划求解 思路，通过对关键输电元件停运事件的循环判别遴选，降低了该问题整体求解 计算的规模，提高了计算效率。文献 2 8 】将该问题分解为了正常状态下的优化 调度和事故后的优化校正调度，并采用了并行计算技术对该问题进行了求解处 理。文献【2 9 】分析了输电元件停运事件状态之间所具有的覆盖效应，并基于启 发式方法寻找了主导扰动事件，从而实现了对全部事故集合的有效滤除和关键 山东大学博士学位论文 事件筛选。文献【3 0 】在文献【2 9 】基础上，进一步包含考虑了事故状态下的校正调 整措施，扩展了调度方案的寻优空间，能得到更优的决策方案。文献【3 1 】基于 奔德斯方法对该问题进行了分解处理，而文献 3 2 3 3 贝i j 采用了非线性内点算法 对该问题进行求解，并通过对迭代矩阵的稀疏性进行分析处理，提高了该问题 的整体求解计算效率。 但是，伴随电力工业发展进入市场环境后，由于发电侧、输电网络以及负 荷需求侧成为了独立经营的利益实体，彼此共同对维护电力系统安全经济运行 承担责任，因此市场环境下考虑随机扰动事件的有功优化调度研究，更加关注 由不确定性因素所引起的旋转备用容量优化配置、随机事件状态下的优化校正 措施、输电网络阻塞后的优化调度管理、社会效益损失的度量评估、需求侧负 荷的中断补偿分析、以及市场参与各方的经济损失与责任划分等内容，目的在 于对市场中辅助服务的经济价值与效用进行分析评价。 其中，文献【3 4 】对运行调度中由随机事件引起备用配置的机理进行论证分 析。文献 3 5 1 依据所定义的影响因子和覆盖因子，研究了考虑发电机组随机故 障的优化调度及备用配置问题，文献 3 6 1 在文献 3 5 】的基础上进一步论证分析了 发电机组旋转备用容量的配置有效性以及安全责任划分。文献 3 7 3 8 分别研究 了考虑输电元件预想事件的断面传输功率问题和优化切除负荷问题。文献 3 9 】 分析了市场环境下能量与备用的牵制影响规律。文献【4 0 】对市场环境下n 一1 原 则的经济效益进行了评价分析，指出备用容量配置与可中断负荷之间应寻求折 中平衡的处理方式。文献 4 1 】分析研究了市场环境下由n 1 原则引起的输电网 阻塞问题，并构建了考虑发电机组出力价格因素的安全优化校正模型。文献 4 2 】 围绕由随机事件引起旋转备用价格变化的相关因素进行了探讨。文献【4 3 】对市 场环境下旋转备用容量的成本与效益进行了分析。文献 4 4 贝j j 指出旋转备用的 分配不仅需要考虑机组的容量，还应当计及机组的可靠性因素。 综上可见，不管是传统的垄断体制还是市场环境，以确定性方式处理随机 事件的有功优化调度研究，其目的均是在刚性约束域内寻求最优的目标函数极 值，但由于未计入随机事件的发生概率，决策方案必然难以真实反映系统的实 际运行风险水平，调度计划难免会有保守倾向。因此，只有综合考虑电力系统 运行巾随机事件的发生概率与其对应的严重程度，才能为电力系统的运行优化 山东大学博