如何解析电力市场的输电阻塞管理

1电力市场的输电阻塞管理摘要本模型根据下一时段的负荷预报、每台机组的报价、当前出力以及交易规则建立了一个分配预案模型。当执行分配预案时，如果有线路出现输电阻塞，遵循电网“安全第一”的原则和输电阻塞管理原则建立了输电阻塞管理的优化模型。就题目所给的五个问题本文建立了四个模型。模型1通过一个物理学的公式，用差值的计算方法求出了有功潮流关于各机组出力的近似表达式，巧妙的避开了因改变量相对较小，误差不可忽略时而使拟和精度很低的情况，并通过一个数学公式给出了阻塞费用的计算规则。在模型3中引入了一个定理,使得只要计算较少的负荷差的优化选取即可求得最优方案，同时根据爬坡速率的限制给出了可以选取的范围，大大减少了运算量。对于模型4建立了一个优化模型，求解阻塞费用时，根据安全且经济的原则，建立了以阻塞费用、电网系统的稳定性和安全性为目标的多目标函数，但通过将电网系统的稳定性和安全性的约束转换为“损失的钱数”的约束，将问题最终转化为求各项“钱数”之和最少的单目标优化问题，有效的降低了问题求解的难度，并且模型具有很高的推广性。针对982.4MW的负荷需求，通过调整各机组的出力分配方案可以使输电阻塞消除，通过matlab编程求出最小的阻塞费用为3957.5元，但对于1052.8MW的负荷需求，无论怎样调整各机组的出力分配方案都不能消除输电阻塞，此时要使用线路的安全裕度输电，同样用matlab编程求出“钱数”之和最小为4643.5元。2一、问题重述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。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。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。我们要做的工作有：（电力市场交易规则和输电阻塞管理原则见原题。）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有功潮，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、模型假设1.设各机组在运行期间能正常运行，不会出现因故障等情况而停机且模型只考虑网方的费用支出，不考虑电力厂的利润。2.设在一个时段内用电量不会相差太大，设用电量为一定值。3.设对于任一时段，机组)8,,2,1(ii的出力只要在该时段的最后时刻满足方案即认为满足要求，而不考虑中间变化是否满足。4.设机组)8,,2,1(ii的报价正常，没有因企业追逐利润而出现的策略报价等情况。5.设调度中心当前时段采用的调度方案是最优的。三、符号说明P下一时段预报的总负荷iP0第i台机组在当前时段的实际出力3iP第i台机组在下一时段的预测出力'iP第i台机组在下一时段的实际出力jY第j条线路的预测潮流值'jY第j条线路的实际潮流值jYmax第j条线路上有功潮流绝对值的安全限值j第j条线路上安全限值的相对安全裕度i第i台机组的爬坡速率jm第j条线路的有功潮流的绝对值超过限值的百分比四、模型分析本问题是一个电力市场的输电阻塞管理问题，即在电力市场输电阻塞管理中，电力交易调度中心如何给出下个时段的各机组的出力分配预案，以及发生输电阻塞时如何实施阻塞管理。由于下个时段各机组的出力分配预案和下个时段的负荷预报、每台机组的报价、当前出力、以及出力改变速率有关。我们可以跟据下个时段的负荷预报、每台机组的报价、当前出力、可用出力以及出力改变速率，依据电力市场交易规则构造一个数学模型来给出下个时段各个机组的出力分配预案。发生输电阻塞时就需要遵循“安全第一”的电网原则以及输电阻力管理规则来调整原来的各机组出力分配预案。而在调整根据电力市场交易规则得到的各机组出力分配预案时，就会造成网方和发电方的利益冲突。一方面是由于序内容量不能出力而对发电方造成的损失。网方要给予一定的经济赔偿。另一方面由于段价高于清算价而对发电方造成的损失。网方也要给予经济赔偿。这两方面费用称为阻塞费用。因此在调整电力分配预案时就要考虑在安全运行的前提下尽量减少阻塞费用。我们可以以阻塞费用最小为目标，在考虑安全第一、有功潮流和爬坡速率等约束下。建一个优化模型来求最佳的阻塞调度方案。五、模型建立及求解模型1为了便于处理和分析，我们首先引入以下的定理定理：在电网结构一定的情况下，即RU,一定的情况下，如果P不变，则PW。并称RUP221为变换因子。证明（见附录4）：对于本问题题目给出了各机组出力和各线路上对应的有功潮流值的一些实验数据，要求用这些实验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。根据引入的定理很容易就能得出如下的关系式：481iiijjPaY式中ija为机组i对线路j的变换因子。当电机组i的出力有变化iP，而其他机组的出力不变时，线路j有变化jY由表达式81iiijjPaY解得：ijijPYa对于n组不同的变化iP，从而求出n个不同的变换因子kija),,2,1(nk。加和求平均就可得出机组i对线路j的变换因子：naankkijij1，6,,2,1,8,,2,1ji对于本题，由题中表1可知，当第i台机组出力变化而其它机组的出力不变都给出了四组数据，所以取4n。下面给出第一台机组对第一条线路的权重11a的计算过程。取0方案为基准数据，具体计算如下：0791.002.1303.111111pYa；0758.063.973.022211pYa；0812.077.3815.333311pYa；0794.032.2501.244411pYa；可求得：0789.04411111kkaa判断有无异常数据：0023.014)(4121111kkaa根据物理中的拉依达准则[2]：50857.030721.031111aa由于)4,3,2,1(]0857.0,0721.0[11kak，所以没有异常数据需要剔除。其它的具体计算与此相同不在重复。（实际计算我们是编程用计算机处理的，具体程序见附录1）。具体的计算结果如下：表1变换因子ija1j2j3j4j5j6j1i0.0789-0.0583-0.0681-0.0373-0.00470.23602i0.03070.11810.0698-0.10950.2352-0.07293i0.0489-0.0018-0.15340.2020-0.0661-0.08144i0.11980.0332-0.0118-0.0202-0.04120.09615i-0.02870.08320.1271-0.0135-0.07000.04346i0.1183-0.11540.00560.00210.0647-0.00457i0.1262-0.0146-0.00740.14930.00170.17388i-0.00710.0937-0.19960.0743-0.0133-0.0043由此得到有潮功率jY关于机组)8,,2,1(ii的出力iP的近似表达式：jiiiijjYPPaY00816,,2,1j模型2由题目可知，阻塞管理的关键是给出一个合理、简明的阻塞费用计算规则。而电网要付的阻塞费用可分成两部分：一部分是由于电网阻塞而调整各机组出力，使得部分机组的出力少于预算分配方案，从而对机组造成一定的经济损失。网方要给予一定的经济赔偿。也就是对序内容量不出力部分的赔偿；记为wC；另一部分是由于调整出力方案，使的个别机组出力比预算方案多，当额外增加的段容量所对应的段价高于清算价时，由于统一按清算价处理而对机组造成一定的经济损失。网方要给予一定的补偿。这就是对序外容量出力部分的赔偿。记为bC；要解决的问题就是给出wC、bC的计算规则。只有当调整后的机组出力低于分配预案出力时，电网公司才会支付序内容量不能出力部分的补偿，否则不予补偿。因此定义一个0—1变量来描述是否需要给予补偿。iiiiPPPP''01其中iP表示第i台机组的预测出力，'iP表示第i台机组的实际出力。6由上面的分析可知对序内容量不出力部分的赔偿wC可用公式表示为：81')(iiiwPPC其中是对序内容量不能出力部分的补偿系数，由于序内容量不能出力的部分仍由电机厂所保留，所以不能完全按清算价q给予补偿，我们取q5.0对序外容量出力部分的赔偿dC可用公式表示为：)('81'iiiidPPC其它超出部分的且01''qfPPijii'表示只有当电力公司的实际出力'iP大于分配预案出力且超出部分的段价高于清算价时电力公司才支付序外容量出力部分赔偿dC；8,,2,1ii是对序外容量的补偿系数。由于对于一个序外容量，其未被入选的原因就是该段报价高，所以在阻塞调整时，对其进行补偿时不能取段价与清算价的差。因为这样就可能会导致电力公司采用策略性报价的情况。所以我们应使其低于报价与清算价的差用公式可表为：)(5.01qfiji式中1ijf表示序外容量在高于清算价出力部分的报价。由上可知阻塞费用的计算规则为：81''81')()(iiiiiiibwzPPPPCCC由此公式，只要知道相关信息即可方便的求出阻塞费用。模型3本模型考虑的网方的购电费用dC，即以dC最小为目标给出一个出力分配预案。由电力市场交易规则，对某一时段的全部机组出力都按清算价结算。所以有：81iidqPC式中q代表清算价。对某一时段来讲q为一定值，其大小就等于该时段内所选中段容量中最高的段价。可表示为：7'ijfMaxq其它段被选入时机组的如果0'jiffijij其中)10,2,1,8,2,1(jifij表示机组i在j段的报价10,,2,1,8,,2,1'jifij表示被选入段的段价。由于负荷的要求对于机组)8,,2,1(ii的出力iP应满足：81iiPP对于某一固定时段，清算价为定值。所以有：qPPqqPCiiiid8181这样以dC为最小目标的求分配预案可转化为以q为最小目标求分配预案。同时由于受到爬坡速率的限制，由假设（3）对于任一时段，机组)8,,2,1(ii的出力只要在该时段的最后时刻满足方案即认为满足要求，而不考虑中间变化是否满足。可知要使机组i的出力iP满足方案要求，需满足：150iiiPP综上可得问题的优化模型：'ijfMaxqMin..ts2151081iiiiiPPpP这是一个非线性规划的离散模型，可由计算机编程求解（见附录2）。具体的求解流程如下：由市场交易规则可知，市场交易调度中心在调配各机组出力时，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。考虑到下