电力系统动态优化调度应用研究

电力系统动态优化调度应用研究

摘要:本文基于笔者多年从事电力调度的相关工作经验,以电力系统动态优化调度与电力市场的相关关系为研究对象,论文首先分析了动态优化调度相关问题,进而分析了优化调度方法的应用现状,全文是笔者调研分析大量文献基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词:电力系统动态优化调度电力市场

电力系统是一个复杂的动态变化的系统,传统的经济调度和最优潮流已经不能适应动态系统优化调度的需求。动态优化调度是考虑系统负荷各个时间段之间的联系,而计入发电机组出力的p

1 动态优化调度

电力系统是一个复杂的动态系统,其相邻的各个时间段的运行状态之间互为约束,这种约束表现为发电机调整速度、发电机备用容量限制、火电厂燃料限制、水电厂水量限制、核电站带来的特殊要求等等,这些动态约束的制约使得静态优化调度方法无能为力。20世纪60年代初,电力工作者已经开始重视负荷变化对优化调度策略的影响,来进一步考虑负荷的改变对于系统发电费用变化的影响,因此负荷预报与动态优化调度有着密切的关系。

在20世纪70年代,W·O·stadlin首次提出了优化调度要考虑未来

负荷的变化、发电机输出功率变化速率及其调节容量的有限性,但在他建立经济负荷分配的模型中,仅仅是通过给发电机组预留一定比例的调整裕度来保证未来的负荷变化需求,这种方法还不能称得上是动态优化调度。随后一部分学者将发电机输出功率变化速度限制作为优化调度的约束来处理,用动态规划法对所建立的自动发电控制模型进行求解,尽管这种模型做到了一定程度的简化,但其模型与发电机组数成指数关系,仍无法在实际系统中应用。Ross D·W·等人提出在一段时间范围内,根据系统负荷的变化对各机组的输出功率进行整体的动态优化调度,强调前瞻未来负荷变化的重要性。作者将整个时段的负荷分成多个序列,用动态规划法对各个小时段进行优化求解。但这种离散化处理方法的弊端为步长较小时优化计算时间长,步长较大时优化的精度又不能保证。并且对于大系统而言,这种动态优化方法的计算量随发电机组数成指数增长,因此处理大系统不具有优势。

以等微增率为基础的经典经济调度方法由于其算法简单,计算速度快而得到了广泛的应用,一些学者也试图利用此方法来简化处理动态优化调度问题。Wood W G提出用序列解耦技术求解考虑旋转备用的动态优化调度,他将发电机分为两类,一类发电机已经达到输出功率极限,另一类未达到极限能够继续上下调整输出功率,通过利用可调解的发电机组跟踪负荷变化。这种方法需要不停地对前推、后推过程进行修正,计算量大。

2 优化调度方法应用探讨

在电力系统中引入市场经济的运营模式可以给社会带来可观的经济效益,促进电力系统健康有序的发展,因此电力市场化成为全球电力工业普遍发展的发展方向。实施电力系统市场化运行后,对电力系统运行的各个环节都提出了很多需要解决的技术问题。例如:面向电力市场的能量管理系统(EMS)的开发,考虑动态安全约束的最优潮流,电厂的经济效益与风险的评估,实时电价与辅助服务价格的制定,输电费用与电力转运费的确定。其中节点实时电价问题、输电费用与电力转运费计算问题、电力市场中的传输拥挤问题、电力市场环境下的电力系统优化调度等都与传统的优化调度有着密切的联系,因此优化调度理论及其计算方法在电力市场中也将发挥很大的作用。

电力市场要采用经济手段管理各成员,电价是体现管理思想的工具,所以电价的制定原则、计算贸易电价,是电力市场的重要内容。目前各国学者提出的计算基础电价的方法有三种:实时电价法,嵌入成本法,边际成本法。实时电价法能反映短期(0.5小时甚至更短时段)的生产成本及用电量信息,能更好的指导用户优化用电。嵌入成本法和边际成本法计算电价,反映的是较长时期电力生产成本及总体负荷水平,而不能反映负荷及供电能力在短期内变化所引起的生产成本的变化。

传统的嵌入成本法能够保证电网收支平衡,但它不包含任何经济

学信息,因此无法引导电网资源的最优利用和长期发展。用边际成本法计算输电电价时,以实现社会经济效益最大为目标,能够优化利用电网资源,但它不能保证电网的收支平衡,尤其不能保证建网资金的回收,一直以来都不被电网公司所接受。在1998年言茂松等人提出一种基于边际成本法的输电定价方法,在保留了边际成本法的经济学信息的同时,在优化的目标函数中嵌入了输电网建设成本的过路费率,这种方法保证电网收支平衡。用这种方法进行输电电价的结算,能够实现引导经济供电,并且有利于电网运营的收支平衡。

电网独立于电厂来提供开放的转送服务是电力市场的必要条件,而研究公平、合理的转运费用计算方法是建立转送市场必要的技术支持。我国学者韩放等人介绍了电网转运业务出现的背景及转运的定义,从理论上分析了转运类型、合同形式、成本组成及部分算法,并介绍了在输电网总成本中划分基本输电成本和转运成本的方法。同年,更详细地介绍如何计算转运费,它使用一个详细模型分析了NGC系统中7个水电网的转运交易费,以三种不同的成本分摊原则分别处理,但该文献没有考虑实际需求情况对电价带来的影响。2000年,有学者针对存在点到点转送服务的输电网,提出了考虑实际需求情况对电价带来的影响,以最优潮流来计算转送费用的计算模型和方法,将进行转送服务产生的费用分解成各种费用,如线路占用费用、有功费用、无功费用、网络安全费用等,并成功的应用内点法进行了求解。

在1999年赵晋泉等人提出了在电力市场联营交易模式下,采用基

于最优潮流的节点实时电价算法分析传输拥挤的问题,通过将拥挤成本按其造成原因分摊,利用正确的经济激励平衡各方的利益来消除拥挤现象,从而提高处于经济运行状态的系统的安全性。Cardel J B等人提出如果不考虑发电市场和输电市场的相互作用,如发电机组以边际成本参与发电竞价,可能一部分机组会利用阻塞现象并恶意地加重阻塞而提高其它高价机组的输出,达到提高部分地区的电价的目的。这种现象是正常的市场经济所不应出现的,通过签订有效的贸易合同就可以遏制这种不正常的行为发生。

在传统的电力系统优化调度过程中,进行优化调度的目标多为系统发电费用最小。而在竞争的电力市场中,进行优化调度所追求目标为参与买电、卖电各方经济效益最大化。在1999年Chao-an Li等人明确提出在竞争的电力市场中,能量交易是一个典型的两级最优化问题,第一级中心化经济分配使用优先级列表确定机组边际电价,二级的优化问题解决一系列的分散报价子问题,其中报价曲线充分考虑了机组出力约束、机组速度变化约束、机组空载等情况对机组报价的影响。这个两级优化模型使得电力市场环境下发电机组的经济效益、买电用户的经济效益都实现了最大化。将传统的优化理论与竞争电力市场中的报价竞争充分结合,最大限度地提高电力市场整体效益和各成员的利益。

3 结语

在电力网络优化调度的研究中,经典经济调度、最优潮流和动态