电力阻塞

电力市场的输电阻塞管理摘要本文研究了电力市场的输电阻塞管理问题。电网公司在组织交易、调度和配送时，遵循的是电网“安全第一，兼顾经济”的原则，制订的电力市场交易规则，是按照购电费用最小的经济目标来运作的。问题一，我们利用给出的数据，采用多元线性回归来求取有功潮流与各机组出力之间的关系。而且用题中所给的数据进行了其进行相应的误差分析与灵敏度分析，残差很小，并且分析了所得线性函数中的常数项存在的物理背景。问题二，网方对发电商的供电取舍有着宏观调控的能力，在竞价中可能会造成发电商的一定损失。网方必须对这部分损失给与发电商一定补偿，即阻塞费用。阻塞补偿=)(清pqz+清pxxjijiji81'101问题三，其目标是总费用最小。又因为各机组均受爬坡速率的限制，因此我们可以建立一线性规划模型，运用Matlab工具箱计算得到各机组的出力。问题四，根据给出各线路的潮流值，检验是否会产生输电阻塞。若产生，则按照输电阻塞管理原则，依次采取调整预案、裕度输电、拉闸限电来保证输电线路安全运行。计算结果如下：负荷需求为982.4MW时的出力分配方案：线路123456预案潮流值（MW）173.74140.97-150.83119.27136.81168.57调整后潮流值（MW）164.99149.42154.99126.27132.00159.57清算价MWp/303元清，阻塞费用为4749元。问题五，采用问题三相同的算法思想，计算各机组出力。对阻塞方案进行调整，得不到可行解。采用裕度输电，保证每条线路上的潮流绝对值超过限定值的百分比尽可能小，然后考虑经济最优，建立多目标规划模型，计算各机组出力。最后检验各线路的潮流值均未超过限值并计算得到阻塞费用。负荷需求为1052.8MW时的出力分配方案：机组12345678预案出力（mw）15081218.299.5135150102.1117调整后出力（mw）1538822899.515215560.3117线路123456调整后潮流（mw）173.41143.58155.21124.68135.3160.42清算价MWp/356元清，阻塞费用为889.55元。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。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，即各发电机组的出力（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，使各线路的潮流值的绝对值不超过相对安全裕度且阻塞费用最小。二、模型假设1、忽略电流在网络传输中的损失，即线路有功潮流等于机组出力之和；2、机组的爬坡速率是一个总体指标，各个段其变化的速率与之不等；3、每条线路上的有功潮流只取决于电网结构和各发电机组的出力，即输电线路与发电机组间满足固定的函数关系；4、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。三、问题分析电网公司在组织交易、调度和配送时，遵循的是电网“安全第一，兼顾经济”的原则，制订的电力市场交易规则，是按照购电费用最小的经济目标来运作的。由于输电线路传输容量的限制，有功潮流的绝对值不能超过其安全限值，否则将引起输电阻塞，危及电网安全，此时必须对各机组的出力分配方案做调整，以消除阻塞。这样就会使部分序内容量不能出力，只能用序外容量在被迫低于其报价的清算价上出力。为了解决利益冲突，网方要为因输电阻塞而不能严格执行原出力分配方案付出代价，对发电商潜在的和实际的利益损失给予补偿——阻塞费用。一：有功潮流与各机组出力之间的关系虽然有功潮流与各级组之间没有明确的关系，但是我们可以利用给出的大量数据，基于对数据的统计分析去建立模型。通过对数据的分析，我们采用多元线性回归来求取有功潮流与各机组出力之间的关系。同时还对其进行相应的误差分析与灵敏度分析。二：阻塞费用的计算规则在输电阻塞发生时，要调整预案来避免阻塞的现象发生。但是调整之后，一部分序内容量不能出力，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，这样会导致网方与发电商之间的经济冲突。因此需要网方支付一定的阻塞费来作为赔偿，赔偿因涵盖以上两个方面。三：出力分配方案电力市场应该以安全第一为原则，并按照一下步骤实施方案：1，设计初步的分配方案，此时因考虑到段容量，爬坡速率的约束。2，计算检查是否会产生输电阻塞。若不发生阻塞，则阻塞产生的费用为零，如果有阻塞产生，则继续下一步。3，写出阻塞费用的目标函数，根据已知的约束条件，建立模型求出最优解。若该模型有解，则即为最合理的分配方案。若无最优解，则继续下一步。4，因为会有阻塞产生，我们只能运用相对安全裕度输电。由于安全问题，和经济效益，我们在考虑使每条线路上潮流的绝对值超过限值的百分比尽量小的同时，也应该考虑考虑经济最优的方案。5，如果使用安全裕度输电仍不能满足要求，只能采取拉闸限电的措施来保证安全。四、模型的建立与求解问题一的求解由表一、表二给出的各机组出力与相应的各线路有功潮流的大量实验数据，通过对表一中每四组数据（共八项，每项只有一个变量的变化）进行excel的简单规划求解，发现其近似为线性关系，又由于与因变量相关的自变量不止一个，故而我们考虑采用最小二乘准则建立多元线性回归模型对有功潮流值与各机组的关系进行验证。模型的建立与求解设jy为第j条线路上的有功潮流值，ix为第i个机组的出力值，假设它们有如下的线性关系式：),0(~281^0^^Nxijjiijjy其中61j如果对变量jy与自变量X同时做n次观察)8(n得n组观察值，采用最小二乘估计求得回归方程：iijxijjy810其中61j其中ij是待估计的回归系数，为随机误差。为了用矩阵表示上式，令TyyyyyyY),,,,,(654321，TxxxxxxxxX),,,,,,,(87654321，862616812111...:...:::...::...A,BT),,,,,(060504030201于是建立问题一得线性回归模型如下:利用MATLAB统计工具箱可得到初步的回归方程,其具体系数矩阵如下:0004.01664.00003.00466.00929.00781.00607.02376.00092.00039.00700.00655.00412.00647.02428.00003.00763.01452.00057.00120.00209.02050.01028.00346.02012.00028.00024.01247.00099.01565.00620.00694.00985.00186.01127.00867.00332.00001.01275.00547.00015.01220.01216.00257.01199.00528.00478.00826.0A)8481.1201334.1336116.779928.1083521.1314775.110(B同时利用统计工具箱中的regress命令得出各线路的回归系数估计值及其置信区间（置信水平05.0）、检验统计值的结果统计,其中2R为回归方程的决定系数（R为相关系数），F是统计量值，p是与F统计量对应的概率值。表一对于线路一的回归模型的结果统计回归系数回归系数的估计值回归系数的置信区间01110.4775[109.5421111.4129]110.0826[0.08080.0844]210.0478[0.04370.0518]310.0528[0.05140.0542]410.1199[0.11660.1231]51-0.0257[-0.0277-0.0237610.1216[0.11900.1243]710.1220[0.11890.1251]81-0.0015[-0.00370.0007]1793/17922R75.5376F0001.0P0014.02s表二对于线路二的回归模型的结果统计回归系数回归系数的估计值回归系数的置信区间02131.3521[130.5461132.1580]12-0.0547[-0.0563-0.0532]220.1275[0.12400.1310]32-0.0001[-0.00130.0010]420.0332[0.03040.0360]520.0867[0.08500.0884]62-0.1127[-0.1150-0.1104]72-0.0186[-0.0213-0.0160]820.0985[0.09660.1004]2324/23232R17.6970F0001.0P0011.02s表二对于线路二的回归模型的结果统计其余表格在附录中给出。对表格中结果的分析：表一表二显示，12R说明因变量jy基本可由模型确定，F值远远超过F检验的临界值，p远远小于置信水平，因而我们可以认为线路一、二的回归模型是可用的，同理可知线路四~六的回归模型也是可用的。模型的时序残差图分析图一第一条线路的时序残差图图二第二条线路的时序残差图其余线路残差图将在附录中给出。图形分析：从图可以看出残差图中大多数点的残差离零点均较近，且残差的置信区间均包含零点，这说明回归得到的结果能较好的符合原始数据，而一些各别点其置信区间不包含零点，这些点可视为异常点，发现关系式的线性性显著，说明模型的线性拟合程度较好，模型可用。从而得出各线路有功潮流值与各发电机组出力的近似关系式如下：8765432110015.01220.01216.00257.01199.00528.00478.00826.04775.110xxxxxxxxy8765432120985.00186.01127.00867.00332.00001.01275.00547.03521.131xxxxxxxxy8765432132012.00028.00024.01247.00099.01565.00620.00694.09928.108xxxxxxxxy8765432140763.01452.00057.00120.00209.02050.01028.00346.06116.77xxxxxxxxy8765432150092.00039.00700.00655.00412.00647.02428.00003.01334.133xxxxxxxxy8765432160004.01664.00003.00466.00929.00781.00607.02376.08481.120xxxxxxxxy对于所得结果的几点分析：1、各线路的回归方程中含有常数系数项BT),,,,,(060504030201，可知当各机组未出力时线路中仍将具有有功潮流值，所以由基尔霍夫定律可知网络中的线路并不是一个封闭的环路，可能还有若干条外围输电线路，不影响模型的线性关系。2、方案中的各线路有功潮流值总和并不严格等同于各机组的出力值，这符合实际线路传输具有一定损耗的事实，有利于模型的推广。3、各个机组的回归系数相差较大，可能造成额外的阻塞费用或资源浪费，有待协调与