电力市场的输电阻塞管理(初稿).doc

电力市场的输电阻塞管理电力市场的输电阻塞管理摘要摘要本文旨在详细分析解决 2004 年高教社杯“全国大学生数学建模竞赛”B 问 题首先，通过一些合理的基本假设，利用多元线性回归中的“全回归法”分 别给出了各线路上有功潮流关于各发电机组出力之间的近似表达式；其次，综 合考虑下一时段的预报负荷和电力市场交易规则，用相应的 C 程序给出了下一 时段的分配预案，并通过判断各线路在此在分配预案下的输送电量是否会引起 输电阻塞，来决定是否调整各机组出力分配方案在发生输电阻塞的情况下， 根据安全且经济的原则调整预案，在发生拉闸限电的情况下，用多目标规划中 的“目标达到法”来调整预案，发现预案一经调整就会产生阻塞费用最后， 对于各线路有功潮流关于各发电机组的出力近似表达式，又用“逐步回归法” 进行了改进；对于阻塞费用的计算规则，先给出简洁的算法，再根据公平、合 理的对待序内容量不出力部分和报价高于清算价的序外容量出力部分，给出了 更为公平、合理的阻塞费用计算规则关键词：关键词：回归、输电阻塞、目标、输电阻塞、分配预案、序内容量、序外容量一一 问题的重述问题的重述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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 4.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： 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 的工作二二 基本假设基本假设 1．市场交易—调度中心所给出的各机组的报价、段容量，准确及时 2．各机组的功率输出相对稳定，爬坡速率相对稳定，如有不稳定部分，可 由 AGC 自行解决 3．各线路的有功潮流限值和相对安全裕度值是准确的，能保证电网在此值 下安全运营 4．有功潮流值为正时表示输电方向与规定的正方向输电方向相同，值为负 时表示输电方向与规定正方向相反 5．发电商和网商有长时期的友好合作 6．网方有权决定在有功潮流限值以上，且在相对安全裕度以内输送电力， 或在有功潮流值的绝对值超出相对安全裕度时，拉闸限电三三 符号说明符号说明 y：y 为 n 1 的响应向量； ：为 p 1 的参数向量； x：x 为 n p 的预测矩阵； ：为 n p 的随机干扰量； ：各条线路的有功潮流值，i=0，1…5；iy：为各机组出力值，i=0，1…7；ixf:阻塞费用 其他符号将在后面陆续说明四四 问题分析问题分析 我们先给出一些定义和规则： 市场交易规则：每台机组每 15 分钟给出一个段容量和相应的段价。

段价按 断序数单调不减形成各机组出力分配预案（即初始的交易结果） ，是市场交易 —调度中心按段价从低到高依次选取各机组的段容量或其部分（选用部分有两种可能：一种是机组可用出力受爬坡速率的限制；一种是清算价所对应的段容 量只选取部分） ，直到它们之和等于预报的负荷清算价是最后一个被选取的段 容量所对应的段价，该时段全部机组的所有出力将按清算价结算 爬坡速率：每台机组单位时间内能增加或减少的出力由于机组当前出力 和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 阻塞费用：在各机组出力分配方案使线路发生输电阻塞时，调整分配方案 而产生，因网方要向序内容量不出力和序外容量在低于对应报价的清算价上出 力部分进行赔偿 下面给出各个问题的分析 对于问题对于问题 1 1： 根据题目意思，目的是找出发电机组的出力跟电网各线路上有功潮流之间 的关系因为发电机组有八个，而且这八个机组有可能都往同一条线路上输电， 所以是一个多元（八个机组）与一元（电网中的某一条线路）对应的关系首 先想到用多元线形回归来拟合，看拟合结果是否与实际情况相符合，来决定是 否再用非线性的回归方法来拟合根据竞赛题目中表 1 和表 2 所给出的数据， 我们可以用线性回归中的“多元线性回归”来给出各线路上有功潮流关于各发 电机组出力的近似表达式。

对于问题对于问题 2 2：： 根据题目意思，要求设计一种简明、合理的阻塞费用计算规则阻塞费用 是在发生输电阻塞且调整预案时产生的，网方要向各发电商的序内容量不能出 力部分或序外容量出力部分给出赔偿费用因为如果预案不需调整，序内容量 都是按照最后的清算价来买的，现在如果让序内容量不出力，就要考虑赔偿价 是按序内容量不出力部分的低于清算价的报价还是选用清算价；对于序外容量 出力部分则要考虑是按清算价还是高于清算价的报价为简明起见，第一次所 有的赔偿价都按清算价来计算，但此法，对序内容量不出力的发电商没有任何 损失，对序外容量出力的发电商来说存在不公平；第二次按各自不出力部分或 出力部分的最高报价来算，相对来说更为公平，但算法就不那么简洁了对于问题对于问题 3 3、、4 4： 根据题目所给出的假设和要求，我们主要用 C 语言程序来解决各个机组下 一时段出力分配预案、清算价，判断是否发生输电阻塞，当发生输电阻塞时调 整预案、清算价等问题如果发生拉闸限电的情况，则按多目标规划来调整预 案，解法为目标达到法其解题思想为：以各条线路的最大可输送值作为各个 线路要达到的目标，各个机组的可用出力和出力总和作为约束条件。

下面给出各机组出力分配方案的得到及调整方案的基本程序设计思想：↓依次选取段容量 直到各段容量之和等于预报负荷；同时得一个清算价 ↓ 判断各机组出力是否受爬坡限制 ↙是 ↘否 调整各机组出力使满足 市场交易规则、爬坡限 制，产生预案，产生真 正清算价接受其成为预案， 并得到相应的清算 价↘ ↙ 判断各线路是否发生输电阻塞 ↙是 否↘ 调整各个机组出力，使满 足安全第一，经济第二的 原则，产生调整后的预案 及相应的清算价 可能的输电方式： ①阻塞不阻塞；调整 ②阻塞阻塞─→相调整 对裕度内输电； ③阻塞阻塞─→拉调整 闸限电预案不需调整，接受原预案对于是否拉闸限电问题，根据现有的数据（见题目中的表 2） ，即可得出现 有的电网最大输送能力为 1046.38MW（其来源是：各线路的潮流限值乘以（1+ 该线路的安全裕度） 即 165×（1+13％）+150×（1+18％）+160×（1+9％） +155×（1+11％）+132×（1+15％）+162×（1+14％）＝1046.38MW） 所以对 于负荷预报超过 1046.38MW 的，为了输电的安全，应该拉闸限电。

通过分析竞赛题目中的原有数据可得到以下一些结果： 由于各机组受当前出力和爬坡速率的限制，在下一个时段的可用出力范围 如下表所示： 表一：各机组在下一时段可用出力范围 机组12345678 可用 出力 范围87～1 5358～8 8132～2 2860.5～ 99.5123.71～ 15295～1 5560.1～ 102.163～1 17各线路潮流限值和相对安全裕度内最大值如下表： 表二：各线路潮流限值和相对安全裕度。