基于供应链和鲁棒H∞控制的电力供应安全策略研究.doc

华北电力大学(北京)硕士学位论文基于供应链和鲁棒H控制的电力供应安全策略研究姓名：杨阳申请学位级别：硕士专业：电气工程;电力系统及其自动化指导教师：张粒子201103 琱 ， 琣 瓹 瑆 瑚 辌 百 粂 甌 瑄 辌 ： ， 制 方 法 进行 研究 。 为 同时应 对高 煤价 ，以及 电 煤生 产、 运 输时滞 和 电 能 需 求 波动 的 眑 乜 人 学顺 讧论义 国内 外 研 究现状善我国电 力 供应 安 全思 路 和建议 。 文献 】分析了 电 力 行业 的特 点 、竞 争市 场 中 电 力供应 安 全的挑 战 ， 指 出 电 力 市 场 改 革 使市 场 结 构 、投资 决策发生 巨 大变 化 ， 电 力 市场 中 的不完 美与扭 曲 ， 都对电 力 供应 安 全造 成 威 胁。需 求 方进 行研 究。 文献【 针对电 煤 供应 链的特 点 、分析了 电 煤 供应 链中 存在 的矛 盾， 制 理 论 虽 然能够 很 好 地 处理 动 态问题， 但当 面临 多种不确定因 素 时 却 显 得 无 能为 研究的 内 容和 思 路略 ； 仿 真验证； 时 盜 疛 人 学帧 汀 论文用 是不言 而 喻 的 。随 着 我 幽 经 济的 快速发 展 ， 对电力 的 需求 量 将 断 增 加 ， 对电力供 应 安全 的 挑 战不断 增 大， 必须建 立 一个 长期 、 全 面 、 行 之有 效 的 电力 供 应 安全 体系， 充 分考 虑 社会、 外交、 环境 、 体 制 等 方 面 的 问 题 ， 对经 济、 电力 、 环境 的 战略与 规 划 进行 全 方 位 的 整合 ， 用 系统 的 观 点提出 一整套 现 实有 效 的 措 施， 这需要以 整体 的 国 家能 源 政 策 和 相应 的 体 制 来 保障 。首 先 ， 政 府 应 加 快改 革煤 炭 行 业产 权 制 度， 增 强 产 权 的 透明度， 避 免 煤 炭 业监管 机构 的 混 乱 ， 与 煤 炭 业总体 发 展 进程相匹 配 。其次 ， 在 大型 煤 炭 基 地的 建 立 或 是煤 炭 企 业间 强 强 联 合 的 过程中 ， 努力 兼 顾 到 地方 利 益 的 协调与 均衡。通过以 上两 点，尽快促 进煤 炭 企 业的 股 份 制 改 造、 兼 并 和 重 组 ， 提高 产 业集中 度， 进而 形成 以 大型煤 炭 企 业集团 为 主 体 、 中 小型 煤 矿协调发 展 的 产 业组 织 结构 ， 从 而 实现 煤 炭 整合 政第 三， 加 强 运 输 系统 建 设， 扩 充 煤 炭 运 力 。第 四， 大力 发 展 新 能 源 ， 增 加 电力 供 应 的 多 样性 。第 五， 建 设特 高压 电网， 协调电源 与 电网发 展 。 第 七，发 挥 市 场 作 用 ，实现煤 电 联 动 。第 三 ，经 济波 动 的 影响。受 前几 年 经 济危 机的 影响，全 球经 济逐 步下 滑，国 内 以 上三方 面原 因 最终导致了 电煤 短 缺 。如今 的煤 炭 行业已 经实 行市 场化 ，电煤 短 缺 导致市 场化 的电煤 价 格 上涨 ，而政府 管制 的下电力 价 格 却没 有 随之 变化 ，从而导致发 电企业的发 电成 本 过 高 ，发 电企业电煤 库 存下降 ，于是发 电企业采 取 少发 电或不 发 电的方 式 以 减 少和避 免 亏损， 由此 引 发 供 电量 不 足， 电力 用 户 无 法 获 得 足够 的电量 ， 最终影响 了 电力 供 应 安 全， 如下图所 示。 时眑 疛 人 学帧 一 论艾本 文对基于双 边 交 易 方 式 的“以 煤 换 电” 策 略 进行如 下 机制 完善：惩 罚 机制际电能需 求 可能存在波动 ，会给发 电企业的利 益 带 来 风 险 ，为 此 ，需 要 在双 边 合同的基础 上增 加 惩 罚 机制 ，对大 用 户 进行约 束， 促 使 其在签 订 合同 时尽 量 准 确 预测合同 期 用 电量 的标 称 值 ， 减 少电能需 求 波动 并 在波动 发 生 时 ， 对发 电企业造 成 的风 险结算 机制 产 、 运 输时滞 ， 以及 外 部 电能 需求 波 动 的 不 确 定性 影 响。在 以上分 析 的 基础上， 为 同时 应 对电煤短 缺产 生的 结果 和 原 因 ， 即 高煤价 ， 以 图 论 文 创 新思 路示意 图 供应 链 中的 物流是 指 从 供应 商 到顾 客手中的 产 品流；资 金流包 括信 用 条 件 、支付 方 式 以及委托与所有 权 契 约 ；信 息 流包 括产 品需 求、订单传 递 、交货 状 念及库 存信 息 。 在 常 规 的 供应 链 中， 物流是 从 原 材 料供应 商 沿 供应 链 ，经 过 产 品制 造 商 、销售商 ， 最 后 传 递 给 用 户 ；资 金流和 信 息 流的 方 向 则 与其相反 ， 是 由用 户 通过 销 售商和 制 造 商 传 递 给 供应 商 。 下图 即 为 供应 链 系统 图 。 信 息 流 一 用 ，图 供应 链 系 统 图供应 链 是 由诸 多企 业 和 组织 经 物流、 资 会 流和 信 息 流连 接在 一起 组成 的 网络。由于这些企 业 和 组织 相互之 间 不 具 备 所属 关 系，而 且系 统 中的 物流、 信 息 流等 又存在 着非 线性反 馈 、延迟和 相互作 用 ，这些从 客观 上 均 造 成了 供应 链 系统 的 复杂 性。供应 链 系统 的 复杂 性可 以分为 结构 复杂 性和 运作 复杂 性。 结构 复杂 性表 现 为 供应 链系统 是 一个复杂 的 网状 结构 ，层级 众多 ，实 体 众多 ，各 层级 与各 个体 之 间 存 在 着复杂 的 关 系，是 一种 静 态 的 复杂 性， 可 通过 供应 链 系统 结构 的 重新整 合 来 降低 ；运 作复杂 性是 一种 动态 的 复杂 性， 是 供应 链 在 在 供应 、制 造 、销 售方 面 以及物流、 资 金流和 信 息 流方 面 所表 现 出 来 的 动态 行 为 。 供应 链 的 动态 性是 引 起 供应 链 不 确定 性的重要因素 。 样或 那 样的 缺 陷， 而 无法 确切 地 预 测需 求 的 波 动和 顾客 心理 反应 。 在 供应 链中 ， 不同 节 点企 业 相 互之间 的 需 求 预 测偏 差 进一步 加剧了供应 链的 放 大 效 应 ， 进一步 加剧电力行业 是 关系 到 国民经 济发 展 的 基础 行业 。 从 供应 链的 角 度 来讲 ， 这一行业的 主 要 产 品是 电能 ， 是 人们 生 活 生 产 必 须的 公用 产 品。 按 照 产 品的 原料 供应 、 产 品生 产 、 销 售 和 消费 这一条 供应 链的 主 线， 大 致可以将 其分为 电煤 供应 、 发 电、 输电、售 电和 用 电等 几个环 节 。 其中 电煤 供应 环 节 的 主 要任 务 是 生 产 和 运 输发 电所 需 的 电煤 ， 这一环 节 的 主 要成 员是 煤 炭企业 ；发 电环 节 的 主 要任 务 是 进行电能 产 品的 生 产 ，这一环 节 的 主 要 成 员是 发 电企 业 ；输电和 售 电环 节 的 主 要 任 务 是 电能 的 传 输和 销售 ， 这一环 节 的 主 要 成 员是 电网企 业 ；用 电环 节 的 主 要 任 务 是 消费 购 买的 电能 ， 这 一环 节 的 主要成 员是电 力用 户 。根 掘 经济 管理 学中的 供应链 概念 ，结合 电 力行业的 特点 ，本文总 结归 纳了 电 能供应链 的 概念 ： 电 能 供应链 是指 围 绕 着发电 企业，通过 对电 煤、 电 能 、 资金 和信 息的 控制 ，从采购 电 煤丌始 ，通过 发电 企业发出 电 能 ，由 电 网 企业输 配 和销 售电 能 ，最 后 由 电 力用 户 使 用 电 能 的 一个 由 电 煤供应、 电 能 生 产、 传 输 、 销 售和消 费组 成 的整体 网 链 结构 。 下 图即 电 能 供应链 系统 图。 帅 物 流三 猼 小 疷 一一 电 能 供应链 的 特点结合 电 力行业的 特点 ，本文分 析总 结出 电 能 供应链 有 以下 血方 面 重 要特点 ：第 一，电 能 关 系到 国计民 生 的 方 方 面 面 。 由 于电 能 与 其 它 能 量 之间 转换方 便，宜于大量 生 产、 集 中管理 、 远 距 离输 送、 自 动控制 ，使 用 电 能 较 其 它 能 量 有 显 著 优点 ，因 此 各部 门 都广 泛 使 用 电 能 。一个 国家 电 气化 水平越 高 ，电 能 在 全社 会 中的 作用 越 大，而 电 能 供应的 中断 或减少 也将影 响 国民 经济 的 各个 部 门 。 线性 离 散 供应链系 统 模 型五 ， 后 澹 ， 七 一 猶 七 瑋 郑 呤 瓾 ， 后 一 ， 式 和 式 是 供应链系 统 中制 造 商 和 销 售 商 库 存 的 标 量 方 程 ， 该系变 量 ； 七 为尼时刻市场 需 求 ， 外 部 不确 定 变 量 ， 如对 于 季节 性 波 动 较 大 的 产 品 ，时滞 省 緊 ， 】 中系 统的 控 制 是 稳 定 的 。 ，在以 煤换电策略下 ， 电能 供 应链 是 一个 闭 环 系 统：针 对内部 电煤 生 产、运输时 滞和 外部 电能 需 求 波 动 的不 确定性影 响而 导 致 的高 煤价， 基 于双 边 交 易方式 的以 煤 换电策略相 当 于 在整 个 电能 供 应链 上 增加了由大用 户 至 发 电企业的反 馈 环 节 ， 构 成闭 环 系 统。 从 控 制 理论 的角 度 来 看 ， 这 个 闭 环 反 馈 系 统将 增加发 电企业的购 煤 资 金 ， 从 而 保证 电煤 供 应量 ， 进 而 保证 大用 户 的电能 供 应量 ，应对高 煤 价， 最终 保障电力 供 应安全。 下 图即 为 存 在不 确定性的采用 以 煤 换电策略的电能 供 应链 系 统图。 啼 物 流发 电企业的电煤 库 存 状态 方程；内部 存 在电煤 生 产、运 输时 滞： 北 ， 苏浦 掌 ， 论艾五 ，舛 五 ，后 嵋 欢 籨 七发 电企业的库 存 方程由三 部 分 组成：后 时 刻的电煤 库 存 ， 尼时 刻的购 煤量 和 后 时互 ，七簂五 ，七坼 ，七哼裕疜大用 户 的成本 输出 方程：是 发 电企业支 出 的单位 发 电成本 ， 为 常 数， 单位 ：元 千瓦 时 ； 是 大用 户 支出 的单 须 支 付的标 称 成本 之 外的惩罚 成本 ， 为 变 量 ， 单位 ：元 。综 合 式， 采用 以 煤换电策略的电能 供 应链 的库 存 状态 方程的矩阵 形式为 ： 畉 件 下 ， 保 持 系统功 能 的 能 力。鲁棒 性 是 系统的 一个基本 属 性 ， 是 伴 随 不确定 性 问 题 得人们 能 够更加方 便 和 有效地来 处理 、 求 解线性 矩 阵不等式系统， 进 一步 推 动了线性 矩 阵不等式方 法在 系统和 控 制 领 域 中 的 应 用 。 尼 血 嵋 悔 吧 垦 “ 易 “ 嵋 煌 砷 嵋 籷 陨 “ 口 “ 嵋 煌 尼 幺 尼 笠 尽 尼 忍 五 冀 嵋 煌其中 ， 彳 彳 袺， 。 下 成 立 华 北 也 ，人 学 帧 一论文卅。 味玟一踠 其中 ， ， 尸 ， 逫 ， 状 态 反 馈 控 制 器 梢 酝齂 尸 计算 得出。 到 成 本 输出气产 生的系 统 增 益 恢 荷 就拢籌 ： ，即 外 部 输入需求扰动 畋 的波 动 放大 效 应 存下 具 有 内部 时滞 和 外 部 需求波 动 不确定性扰动 的线 性离 散时间 系 统 。 根 据 文 献 【 】 ，一 簊 ： 华 北 緄 力人 学 硕 一论丈约 束条件： 中 。 模 型 参数 设 定大 用 户 的单 位 销 售电价 ， 单 位 ： 元 千瓦时 ；在主频 甇 正 态 分 布 需 求 扰动 下 的 最优 电煤 供 应安全 策略 仿真 结果 敝 表 籰 ： 态 分 布 需 求 扰动 卜 的 最优 电煤 供 应安全 策略 相 关 数 据 敝 从 仿真 结果可以 看 出 ， 在采用 以 煤 换电策略 的电能供 应链 中， 面对 高煤 价 ， 以 本文 总 结链 的 概念来 分 析保 障 电 力 供 应 安 全 策 略 ； 牒 榫 牛 窖 硬 龋 泄 缌朊 禾 俊 綧】 北京： 煤 炭 工 业出 版社 ， ： 跤 栏 桑 视 碌男 问奖 系缌 踩玔 浚 虾 谀埽 ： 鹾 澹 缓 榫 赫 谐 缌 踩恼 铰匝 芯 縖 四 川 省情 ， ， ： 韵 觯 缑 汗春献饔 氤逋 换 硌芯俊 綝 】 哈