电力市场的阻塞管理

电力市场的阻塞管理

South China University of Technology

摘要

当今时代，电力在我们的生活之中发挥着越来越重要的作用。本文就以此为题，站在电网公司的角度，作为用户与发电厂商的重心媒介，来解决电网公司在一定的原则约束下进行电力调度所遇到的各种问题。

据问题，我们初建立了两个准备模型：首先是基于多元线性回归的各线路潮流值与各发电机组之间的关系模型，我们先利用SPSS软件做散点矩阵图分析线性相关性，后用MATLAB解得了相应系数。然后根据电力阻塞管理原则，建立阻塞费用模型。随之遵照电网公司的运营模式，通过预测负荷需求值，依市场交易规则，据电网欲以最低购电费用下向发电厂商买电目标，我们建立了（0,1）整数规划模型，利用LinGo求解，从而得出最优购电清算价。进一步地，考虑到各线路潮流限值，又坚守安全第一。故当超过潮流限值时，必须重新进行电力分配，其中以阻塞费用最低为目标；但若前者的电力重新分配不可行，则退而求其次，使用安全裕度，重新进行模型规划，并且此模型在建立的过程中，紧密结合前面所建模型。

我们对问题建立起了可靠性较高，合理性较好的模型。其中，对于问题三，我们利用贪婪算法在C++上的实现，最终得出了最优分配方案，且清算价应为303元/MWh；对于问题四，在最低阻塞费用的目标下，在不使用安全裕度的目标下，问题有解，并且最低阻塞费用为2897.425元。对于问题五，重复问题三四模型后，我们最终得到清算价为356元，考虑到潮流极限值后，在不使用安全裕度的情况下无解。使用安全裕度后，按规划以每条线路上潮流的绝对值超过限值的百分比尽量小等约束，后利用LinGo软件得出了最优分配方案。

关键词：电力阻塞多元线性回归散点矩阵图（0,1）整数规划贪婪算法LinGo

一、问题重述

我国电力系统的市场化改革正在积极、稳步地进行。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。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。

（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、问题分析

（一）问题一的分析

问题一是求解多个变量之间的相互关系问题。考虑到本题研究的是电力市场的阻塞管理问题，所以我们在研究每条线路上的有功潮流与各机组的关系时,应以有功潮流为因变量，然后可以利用SPSS统计软件对有功潮流与各机组出力之间的关系进行分析，从而建立起一定的模型。

（二）问题二的分析

问题二是建立一个赔偿机制模型，它要主要是考虑到两部分，序内容量与序外容量部分。对于序内容量不能出力部分，由于电网与发电厂商已经有约在前，而现在不能履行合约，所以发电厂商的所有损失，电网应当全权负责；而对于序外容量出力部分，如果此时的段价高于清算价，则厂商将蒙受损失，电网亦应该补偿其损失。

（三）问题三的分析

问题三是明显的规划问题。解决此问题的方案的主要是根据题设而列出目标方程与约束条件，然后进行求解。依题意知问题的目标是电网付予各发电机组的

费用和最低，又因下一时刻的所需电量由预测而得已定，按交易规则，其实际是使最终的清算价最低；而该目标需要满足的一定的约束条件，来自于各机组的段容量、段价及爬坡速率。目标与约束确定后，利用Lingo 软件或其它软件算法可将问题解决。

（四）问题四的分析

对于问题四，分析知其实际是在问题一、二与三上的进一步综合强化。对于是否会引起输电阻塞的判断，只需将问题三所解得的结果结合问题一所拟出的近似表达式，即可预测各输电线上的有功潮流，然后让之与输电线路上的有功潮流限值作比较，从而可判出是否需要重新进行电机出力分配。若需分配，考虑输电阻塞处理原则，坚守安全第一，最好不要超过输电线路的潮流极限值；如此不行时，再考虑使用安全裕度。而模型的建立中为求经济，目标是使输电阻塞费用最低。

（五）问题五的分析

问题五的解决只需重复问题三四的方法即可。

三、模型的假设

（1）假设题设所给的数据真实可靠。

（2）在规划建模中，各机组的出力的改变是通过它们的爬坡率的积累效应来实现的，我们再次假设各机组始终能以给定爬坡率值来改变出力值。 （3）假设在输电线上的功率损耗可以忽略不计。 （4）假设每条线路上的有功潮流完全取决于电网的结构和各机组的出力，与其他因素无关，并且每条线路上的有功潮流与各机组的出力之间满足一定的回归关系。

四、符号定义与说明

ij UP 第j 条线路在第i 个方案的有功潮流，其中0,1,2,...,32;1,2,...,6i j ==

ik MO 第k 台发电机组在第i 个方案的出力，其中0,1,2,...,32;1,2,...,8i k ==

ij P 第i 台发电机组在第j 段的报价

CP 最终的清算价

LO 预测负荷需求值

i LO 第i 台发电机组的预测出力值

i LOP 第i 台发电机在前一时刻的出力值

ij C 第i 台发电机组在第j 段的容量 ij LOA 第i 台发电机组在第j 段的调整出力 i CS 第i 台发电机组的爬坡速率 i M 第i 台机组的爬坡时间 i CV 第i 台机组的爬坡量

ij S 第i 台发电机组在第j 段的状态，并且定义1ij S =表示第i 台发电机组