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1、1电力市场的输电阻塞管理决策研究摘要本文主要对电力市场的输电阻塞管理决策进行研究，并解决电力市场中的相关的实际问题，为电力市场的输电阻塞管理提出合适调整方案。首先，本文对现实方案得到的一些具体数据做了必要的分析，通过建立逐步回归模型和线性回归模型，确定了有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式，并作了相应图表进行详细残差分析，证明了模型具有很高的显著性。然后，在考虑电力市场规则的同时，考虑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，我们设计了三个模型。对于模型一，本文以保证电厂在此次交易时间内不亏损为原则，提出第一个阻塞费用计算规则。为了更公平地维护发电商和电网双方的利
2、益，本文根据保险学中的损失补偿原理设计出了模型二，这个模型中网方补偿了发电商因方案调整造成的所有损失，较公平的对待了网方和发电方。但是以上两个模型都存在一个共同的缺点就是计算较为复杂，因此制定模型三。模型三中给定电量一个固定的补偿单价，该固定的补偿单价由初始的分配方案和各机组报价决定。这样方便了计算，也使阻塞费用的计算跟段价联系起来，相对公平，使得阻塞费用计算规则更简明，更合理。之后，按照电力市场规则，根据下一时段预报的负荷值，并在考虑各机组的段容量、段价和爬坡速率的数据的条件下，建立相关数据的 Excel 表格，并运用 Excel 表格的相应运算，结合动态规划的相关知识，分步骤地对 Exce
3、l 表格中数据进行迭代，通过查阅相应 Excel 表，能合理地给出下一个时段各机组的出力分配预案。本文根据输电阻塞管理原则，制订了一套阻塞管理的方案。包括：判断分配预案是否发生输电阻塞；建立线性规划模型，判断是否可以将输电阻塞消除并给出相应调整方案；建立线性规划模型，判断是否能够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，并给出使每条线路上潮流的绝对值超过限值的百分比尽量小的调整方案。最后我们通过上面模型，给出了具体问题的解决方案，并对各个模型进行了评估，提出了一些建议。关键词：输电阻费、逐步回归、残差分析、公平合理2一、 问题重述这是一个电力市场的输电阻塞管理问题。电力从生产到
4、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。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
5、安全又经济的调度计划，这主要是市场交易调度中心的工作，其在当前时段要完成的具体操作过程简述如下：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。作出下一个时段的负荷需求预报。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。1) 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：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
6、的百分比尽量小。3) 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，产生阻塞费用，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。4) 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。根据以上的介绍，我们需要解决的问题如下：1) 设电网有 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
7、功潮流值，方案 132 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3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
8、组出力分配方案，并给出与该方案相应的阻塞费用。假设下一个时段预报的负荷需求是 1052.8MW，重复 34 的工作。二、 符号说明第 j 台发电机组的出力值，且jx 1,23.,8j第 i 条主要线路的有功潮流值，且iy 6i第 i 条主要线路的有功潮流值与第 j 台发电机出力值的回归系数，且ij1,23.,6;1,23.,8j为第 i 条线路上的潮流值近似表达式中的常数项0i 1,23.,6i根据表一和表二的数据，估计 时的随机误差i iy设定的一个变动补偿单价Q出力成本价格关于段价的函数，其中 为段价()fv v表示下一时段出力分配预案中第 i 个机组的出力值0is表示下一时段出力分配预案
9、调整之后，第 i 个机组的出力值1i表示第 i 台机组的补偿费用ip表示总的补偿费用P表示清算价m表示第 i 机组在出力分配预案中所有出力段的最高段价0iv表示第 i 机组在调整后所有出力段的最高段价1i4第 时刻的负荷需求ioi表示下一时段第 i 线路的潮流值iy表示第 i 线路的安全限值iw表示当前时段内第 i 个机组的出力值is表示第 i 个机组的爬坡速率ic表示每一时段的段长，本题中为 15 分钟t表示下一时段的负荷需求值s表示第 i 机组的最大出力值iM表示下一时段出力分配预案调整之后，第 i 条线路上潮流值超出限值ir的百分比表示第 i 条线路上的相对安全裕度iR三、 问题分析问题
10、一，这是一个统计回归问题。需要根据方案 132 给出的实验数据，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。问题二，要求我们设计一种简明，合理的阻塞费用计算规则。阻塞费用的产生主要是由于网方调整出力分配方案，产生违约，需要进行赔偿，而需要我们做的主要是决定补偿的多少。问题三，主要是对电力市场交易规则的理解，通过对段价的排序，考虑到爬坡速率的限制，从而制订出力分配预案。问题四，主要是对输电阻塞管理原则的理解，根据规则，首先确定是否发生阻塞，然后寻找方案消除阻塞，如果不能消除阻塞，则寻找方案，使每条线路上的潮流的绝对值超过限值的百分比尽量小。问题五，需要重复问题三和问题四的模型，只是负荷需
11、求数值改变。四、 模型假设1. 各机组的出力分配预案和调整方案的下达是瞬间完成的，各机组不需要反应时间，而是立即执行。52. 出力分配预案下达后立即制定调整方案，且瞬间完成。3. 不考虑发电厂为其它电网供电。五、 模型建立与求解(一) 问题 1 的分析与模型建立1) 有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式模型的建立1.1 ）经过对题目给的 33 组数据的分析，我们大致的分析了每条线路的潮流值（ ）与各机组出力（ ）的关系，利用表 1 中前 5 组数据发现iyjx与 之间满足线性关系，即1x101yx1.2 ）进一步发现，任意一条线路的潮流值与任意一个机组出力均满足线性关系，即 0(,23.,6
12、;,23.,8)iiijiyxj1.3 ）综合上面的分析，结合模型（2）建立如下的回归模型： 801(1,.,)iiijij1.4 ）为了表述方便，我们不妨设 ，则（3）式可表示如下：0x80(1,2.,6)iijijy2) 模型求解直接利用 matlab 统计工具箱中的 stepwise 命令，对第一条线路进行逐步回归，所得到的 stepwise plot，stepwise table，stepwise history 图如下：图 16Coeff. t-stat p-val0.0737347 2.7354 0.01020.0142716 0.2090 0.83580.0450279 2.10
13、97 0.04310.114951 2.1191 0.0422-0.0484265 -1.5229 0.13790.108362 2.6995 0.01110.167232 3.9748 0.0004-0.0236549 -0.6568 0.51625 10 15 20 2500.511.5 Model HistoryRMSE-0.1 0 0.1 0.2X1X2X3X4X5X6X7X8Coefficients with Error Bars根据变量的显著性进行选取，可得到如下图：图 2Coeff. t-stat p-val0.0829027 95.6095 0.00000.0484132 24
14、.6176 0.00000.053017 80.5084 0.00000.119954 75.3100 0.0000-0.0253716 -26.5941 0.00000.122105 94.4900 0.00000.121466 81.1434 0.0000-0.00151788 -1.4315 0.16525 10 15 20 25 30 3500.511.5 Model HistoryRMSE0 0.05 0.1X1X2X3X4X5X6X7X8Coefficients with Error Bars可以发现 的显著性最差，移除后，通过 regress 命令，对变量 与变量8x 1y进行线
15、性回归，得到模型结果如下：1,23.,7j表 1参数 参数估计值 参数置信区间10110.1458 109.3269 110.9647710.0829 0.0811 0.084720.0484 0.0444 0.0525130.0530 0.0517 0.054440.1200 0.1167 0.123215-0.0254 -0.0273 -0.023460.1221 0.1194 0.1248170.1215 0.1184 0.124520.945897.060.1RFp即第一条线路上的最终模型为： 112345670.458.12.20.15yxxxx重复如上过程，得到最终各条线路关于各机
16、组出力的近似方程如下： 112345672 456783.90.48.50.0.1.76787908.4.6.1.yxxxx812345678523456786 2.039.4520.631.0.8.0.6.32757yx 1xx(二) 问题 2 的分析与模型建立首先我们分析阻塞费用的产生：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点容量（序内容量）不能发电，即实际交易的发电量低于最初分配预案中的发电量；而一些在竞价中未取得发电权的发电容量（序外容量）要在低于对应报价的清算价上出力，即实际交易的发电量多余最初分配预案中的发电量，且交易的清算价格低于这部分出力的报价。因此，网方要为违约进行补偿。模型一：我们从工厂
