[理学]建模案例课件-电力市场的输电阻塞管理.ppt

B题 电力市场的输电阻塞管理 我国电力系统的市场化改革正在积极、稳步地进行2003年 3月国家电力监管委员会成立，2003年6月该委员会发文列出 了组建东北区域电力市场和进行华东区域电力市场试点的时 间表，标志着电力市场化改革已经进入实质性阶段可以预 计，随着我国用电紧张的缓解，电力市场化将进入新一轮的 发展，这给有关产业和研究部门带来了可预期的机遇和挑战 电力从生产到使用的四大环节——发电、输电、配电和用电 是瞬间完成的我国电力市场初期是发电侧电力市场，采取 交易与调度一体化的模式电网公司在组织交易、调度和配 送时，必须遵循电网“安全第一”的原则，同时要制订一个电 力市场交易规则，按照购电费用最小的经济目标来运作市 场交易-调度中心根据负荷预报和交易规则制订满足电网安全 运行的调度计划――各发电机组的出力（发电功率）分配方 案；在执行调度计划的过程中，还需实时调度承担AGC（自 动发电控制）辅助服务的机组出力，以跟踪电网中实时变化 的负荷设某电网有若干台发电机组和若干条主要线路，每条线路 上的有功潮流（输电功率和方向）取决于电网结构和各发电机 组的出力电网每条线路上的有功潮流的绝对值有一安全限值 ，限值还具有一定的相对安全裕度（即在应急情况下潮流绝对 值可以超过限值的百分比的上限）。

如果各机组出力分配方案 使某条线路上的有功潮流的绝对值超出限值，称为输电阻塞 当发生输电阻塞时，需要研究如何制订既安全又经济的调度计 划l 电力市场交易规则： 1. 以15分钟为一个时段组织交易，每台机组在当前时段开始 时刻前给出下一个时段的报价各机组将可用出力由低到高分 成至多10段报价，每个段的长度称为段容量，每个段容量报一 个价（称为段价），段价按段序数单调不减在最低技术出力 以下的报价一般为负值，表示愿意付费维持发电以避免停机带 来更大的损失2. 在当前时段内，市场交易-调度中心根据下一个时段的负荷 预报,每台机组的报价、当前出力和出力改变速率，按段价从 低到高选取各机组的段容量或其部分（见下面注释），直到 它们之和等于预报的负荷，这时每个机组被选入的段容量或 其部分之和形成该时段该机组的出力分配预案（初始交易结 果）最后一个被选入的段价（最高段价）称为该时段的清 算价，该时段全部机组的所有出力均按清算价结算 注释： a) 每个时段的负荷预报和机组出力分配计划的参照时刻均 为该时段结束时刻 b) 机组当前出力是对机组在当前时段结束时刻实际出力的 预测值 c) 假设每台机组单位时间内能增加或减少的出力相同，该 出力值称为该机组的爬坡速率。

由于机组爬坡速率的约束 ，可能导致选取它的某个段容量的部分 d) 为了使得各机组计划出力之和等于预报的负荷需求，清 算价对应的段容量可能只选取部分市场交易-调度中心在当前时段内要完成的具体操作过程如 下：1、监控当前时段各机组出力分配方案的执行，调度AGC 辅助服务，在此基础上给出各机组的当前出力值2、作出下一个时段的负荷需求预报3、根据电力市场交易规则得到下一个时段各机组出力分 配预案计算当执行各机组出力分配预案时电网各主要线路上的有 功潮流，判断是否会出现输电阻塞如果不出现，接受各 机组出力分配预案；否则，按照如下原则实施阻塞管理： l 输电阻塞管理原则： （1）调整各机组出力分配方案使得输电阻塞消除 （2）如果（1）做不到，还可以使用线路的安全裕度输 电，以避免拉闸限电（强制减少负荷需求），但要使每 条线路上潮流的绝对值超过限值的百分比尽量小 （3）如果无论怎样分配机组出力都无法使每条线路上的 潮流绝对值超过限值的百分比小于相对安全裕度，则必 须在用电侧拉闸限电 （4）当改变根据电力市场交易规则得到的各机组出力分 配预案时，一些通过竞价取得发电权的发电容量（称序 内容量）不能出力；而一些在竞价中未取得发电权的发 电容量（称序外容量）要在低于对应报价的清算价上出 力。

因此，发电商和网方将产生经济利益冲突网方应 该为因输电阻塞而不能执行初始交易结果付出代价，网 方在结算时应该适当地给发电商以经济补偿，由此引起 的费用称之为阻塞费用网方在电网安全运行的保证下 应当同时考虑尽量减少阻塞费用你需要做的工作如下：1.某电网有8台发电机组，6条主要线路，表1和表2中的方案0 给出了各机组的当前出力和各线路上对应的有功潮流值，方 案1~32给出了围绕方案0的一些实验数据，试用这些数据确定 各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式2.设计一种简明、合理的阻塞费用计算规则，除考虑上述电 力市场规则外，还需注意：在输电阻塞发生时公平地对待序 内容量不能出力的部分和报价高于清算价的序外容量出力的 部分 3.假设下一个时段预报的负荷需求是982.4MW，表3、表4和 表5分别给出了各机组的段容量、段价和爬坡速率的数据，试 按照电力市场规则给出下一个时段各机组的出力分配预案4.按照表6给出的潮流限值，检查得到的出力分配预案是否会 引起输电阻塞，并在发生输电阻塞时，根据安全且经济的原 则，调整各机组出力分配方案，并给出与该方案相应的阻塞 费用 5.假设下一个时段预报的负荷需求是1052.8MW,重复3~4的工作。

一、问题分析 本题是一个输电阻塞管理的优化调度问题，目的 是在根据电力市场交易规则制订的各机组出力分配预 案引起输电阻塞时，对该分配预案进行优化调整，使 得因调整引起的阻塞费用在电网安全运行的保证下尽 量的少，即实现购电总费用最小的经济目标 在电力市场交易规则和市场交易-调度中心具体 操作下，我们要解决的是如何调整各机组出力分配方 案，使其在市场交易过程中既安全又经济 问题一：根据给出的32组数据，求出各线路的有功潮 流关于各机组当前出力的近似表达式，每一条线路的有功潮流值是关于8个发电机组出力的 多元函数，这样我们首先考虑其是一个多元的线性关系， 于是我们想到用多元线性回归分析来寻求变量间关 系的近似表达式，这样可以根据多元线性回归给出 有功潮流关于各机组出力的近似表达式，然后对其 检验看是否可以信赖 问题二：给出一个简明，合理的计算阻塞费用的规则 ，不只是要考虑电力市场规则，还要注意序内不出力 和序外高于清算价的出力对序内容量不出力部分和序外容量出力部分的损失 给以相应的补偿，根据具体情况，给两者的损失前 均加个权重，确定权重的大小，给出阻塞费用的计 算公式问题三：0方案作为当前方案时，要求给出下一时段 预报负荷需求为982.4MW的各机组的分配预案。

我们 就要根据电力市场规则设计一个算法，用计算机编 程来解决这个问题 问题四：利用问题三的结果，把得到的各个机组的分 配预案代到第一问得到的各线路潮流值关于各机组出 力的表达式，求出其有功潮流值，与各个线路的潮流 限值比较，判断是否发生阻塞，若发生阻塞则就要按 市场调度中心给出的输电阻塞管理规则进行方案调整 首先要考虑调整各个机组的分配预案，从而消除 阻塞，但在消除阻塞的过程中要考虑相应的阻塞费用 ，应使其尽量小 若不能消除阻塞，则考虑使用安全裕度输电， 但这时要求使每条线路的潮流的绝对值超过限值的 百分比尽量小 如果用以上两种方案都不能解决输电阻塞，那 只有采取拉闸限电，但要使拉闸限电消除阻塞时所 限电量最小，这时的阻塞费用最小 我们可以根据上面调整顺序建立相应的处理模型 问题五：表面上看它是第三和第四问的重复，但又 可能有不同的意义，即三、四问是一种阻塞情况， 而第五问又是一种阻塞情况，所以我们要把第四问 的三个处理各种情况阻塞的模型建立完善 二、符号约定 T 为一个时段的时间； R 下一时段预报的负荷需求 ；fi 第i条线路的有功潮流; xj 第j机组的出力; vj 第j机组爬坡速率; di 第i条线路有功潮流的限值; wi 第i线线路的相对对安全裕度; Njk 第j机组第k段的段容量 ; Qjk 第j机组第k段报价; Dj 第j机组在出力分配预案中的出力; P 出力分配预案的清算价; K0j 预案中第j机组最后被选入的段序数; M0j 第j机组当前出力; Bj 第j机组序内不能出力的部分 Cjk 第j机组第k段序外出力(k≥k0j); S 阻塞费用; Mj 发生发电阻塞时，调整出力分配方案后的第j机 组出力; Hi 第i线路上有功潮流绝对值超过限值的 百分比; Z1,Z2 取0或1. 约定 ： i表示线路序号，i=1，2，… ，6j表示机组序号，j=1，2，… ，8k表示机组段序号，k=1，2，… ，10 三、模型假设 ① 每个时段的负荷预报和机组出力分配计划的参照 时刻均为该时段结束时刻 ② 当前时段即是以各机组以0方案出力的时段 ③ 机组当前出力是对机组在当前时段结束时刻实际 出力的预测值 ④ 每台机组单位时间内能增加或减少的出力相同， 该出力值称为该机组的爬坡速率⑤ 对于所有机组，若两段的段价相同，段容量大的 优先选择，段容量相同的按机组序数选择。

四、模型建立与求解 1.各线路上有功潮流关于各机组出力的近似表达式 由于每条线路上的有功潮流值是由各机组的出力 分配也即多个变量决定的，利用Matlab中提供的多元 线线性回归归函数regress（ ）对对之求解，得到各线线路 上有功潮流值值关于各机组组出力的近似表达式如下:利用所得到的方程对方案0的有功潮流进行了验证 ，并给出了相对误差，其结果如下：线 路1234560方案的有功潮流值164.78140.87-144.25119.09135.44157.69表达式求出的潮流值164.7192140.8278-144.20119.050135.367157.615相对误差（10-4）3.69222.9953.45583.3685.37734.7441从六个方程的残差图形也可看出，这个回归方程 是极显著的各个数据的残差离零点均较近，这就说 明这个回归方程是可以信赖的 2.设计简明、合理的阻塞费用计算规则 首先指出一个事实:序外出力的报价不会低于清算价 事实上，由电力市场规则可知网方是按段价从低 到高选取各机组的段容量或其部分，直到它们之和等 于预报的负荷因为各机组受当前出力和爬坡速率的 限制，可能某些机组有低于清算价的容量存在，但是 这样的机组已经达到了爬坡限值，不能再增加出力， 这样为了达到负荷预报值不得不找其他机组可用的高 价段容出力。

所以在调整的时候如果出现序外出力部 分的报价低于清算价的情况，就和电力市场交易规则 矛盾 为管理输电阻塞而调整出力预案，必然会导致 一些序内容量不能出力，一些序外容量在低于或等 于报价的情况下出力，这样网方需对序内容量不能 出力部分和序外容量低于报价出力部分给以对两部 分均公平的经济补偿，补偿费用即为阻塞费用若 不发生用电侧拉闸限电，则序内容量不出力部分=序 外容量出力部分 对序内容量不出力部分而言，发电商的损失也 即其收入减少部分的费用为： 不出力部分容量×清算价； 对报价高于清算价的序外容量出力部分而言，发 电商的损失也即其预想收入与实际收入之差部分的费 用为：各机组序外出力部分容量×（各机组相应各段 的报价-清算价）之和 对序内容量不出力部分和序外容量出力部分的补偿 费用之和即是总的阻塞费用若对序内容量不出力的部分按其损失费用的权重 a进行补偿，而对序外容量低于其报价的出力部分按 其损失费用的权重b进行补偿，且使a+b=1，则认为阻 塞费用对这两部分公平分配 当a=0,b=1时，不补偿序 内容量不出力部分，而对序外容量出力部分则是损失 多少就补偿多少； 当a=1,b=0时，不补偿序外容量低于 报价出力部分，而对序内容量不出力部分则是损失多 少就补偿多少； 当a=0.5,b=0.5 时，对序外容量出。