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1、输电阻塞管理模型电子科技大学指导老师：高晴参赛队员：刘华平胡志军李伟娜2004 年 9月 20 日电力市场的输出阻塞管理模型摘要本文以电力市场交易原则和输电阻塞管理原则为依据，建立一个输电阻塞管理模型，用以给出各机组的出力分配方案。首先利用多元线性回归法得到6 条线路上的有功潮流值关于8 台发电机组出力的函数表达式。考虑序内容量未出力部分和序外容量出力部分，分设赔偿系数和惩罚系数，给出了阻塞费用的计算公式。根据电力市场交易原则，确定出各机组出力的分配预案。处理输电阻塞的策略有3 种，我们利用线性规划模型求出了各策略能够处理的最大负荷需求， 从而可以很容易地判断应该用哪个策略处理。对调整后可以完
2、全消除输电阻塞原则的情况， 我们以阻塞费用最小为优化目标；对必须在安全裕度内才能消除阻塞原则的情况， 我们以超限的百分比和阻塞费用最小为目标建立了双目标规划模型，考虑到两个优化目标不在同一个数量级，对它们进行了规一化处理，然后引入加权因子，将双目标问题转化为单目标进行求解。为达到实时的要求，我们采用蒙特卡罗随机模拟结合逐步求精的方法，在多种可行解中找出各机组出力的最优分配方案。负荷需求为982.4MW时清算价为303 元/MWh，可通过调整预案消除阻塞，最小的阻塞费用 1619.1 元。负荷需求为1052.8MW时清算价为356 元/MWh， 需使用安全裕度输电， 阻塞费用 265.68元。最
3、后我们进行了结果分析和模型评价。一 问题重述现阶段电力市场化改革进入实质性阶段。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；在执行调度计划的过程中，还需实时调度承担AGC （自动发电控制）辅助服务的机组出力，以跟踪电网中实时变化的负荷。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
4、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。电力市场交易规则：1. 以 15 分钟为一个时段组织交易，每台机组在当前时段开始时刻前给出下一个时段的报价。 各机组将可用出力由低到高分成至多10 段报价，每个段的长度称为段容量，每个段容量报一个价（称为段价），段价按段序数单调不减。在最低技术出力以下的报价一般为负值，表示愿意付费维持发电以避免停机带来更大的损失。2. 在当前时段内，市场交易- 调度中心根据下一个时段的负荷预
5、报, 每台机组的报价、当前出力和出力改变速率，按段价从低到高选取各机组的段容量或其部分（见下面注释） ，直到它们之和等于预报的负荷，这时每个机组被选入的段容量或其部分之和形成该时段该机组的出力分配预案（初始交易结果）。最后一个被选入的段价（最高段价）称为该时段的清算价，该时段全部机组的所有出力均按清算价结算。输电阻塞管理原则：（1）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的百分比尽量小。（3）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
6、对安全裕度，则必须在用电侧拉闸限电。（4）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。网方应该为因输电阻塞而不能执行初始交易结果付出代价，网方在结算时应该适当地给发电商以经济补偿，由此引起的费用称之为阻塞费用。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。在给定的电力市场交易规则和输电阻塞管理原则下，我们需要解决的问题是：1.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
7、阻塞费用计算规则3.假设下一个时段预报的负荷需求是982.4MW，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.判断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，给出分配方案和阻塞费用。二 问题分析本文要求建立一个电力市场的输电阻塞管理模型，对预案出现的输电阻塞进行调整，给出下一时段各发电机组的出力分配方案和相应的阻塞费用。我们通过对所给33 种方案的数据进行分析，发现当固定其中7 台机组的出力值时，各条线路上的潮流值与第8 台机组的出力成线性变化，
8、考虑用多元线性回归对所有数据进行处理， 可以得到各线路的有功潮流关于各发电机组出力的近似表达。可以通过假设检验法对线性回归的显著性进行检验。设计阻塞费用计算规则时，考虑到实际中网方付费应以下一时段的发电量的大小为依据，因此认为网方对发电商进行赔偿时也应以供电量损失的多少为标准，这种赔偿方式比较贴近实际情况。由各机组出力的变化，我们可以计算出在15 分钟内发电量的变化。可以对序内容量未出力部分、序外容量出力部分的赔偿分别进行讨论，设置相应的权重系数，体现了一定的公平性。下一时段各机组出力分配预案可根据电力市场交易规则来确定。各机组的出力受到当前出力值、出力改变速率、最大出力和所报段价的约束。然后
9、，判断按分配预案执行，是否会出现输电阻塞。如果发生阻塞，按输电阻塞管理原则，对分配预案进行调整，得到最后的分配方案。特别值得注意的是，输电管理原则有优先级的限制。原则一“调整各发电组出力分配方案使输电阻塞消除”的优先级最高，在满足这个原则的调整方案有很多种的情况下，再进一步寻找阻塞费用最小的方案。原则一不能解决的考虑使用原则二。其实各原则都有一定的约束条件，我们可以求出各原则能处理的最大负荷需求，从而确定要求处理的预报负荷需求能用那个原则进行阻塞管理。根据原则的不同，建立不同的阻塞管理模型。在阻塞可消除的模型中，安全的因素是加在约束条件里的，以阻塞费用最小为目标。使用安全裕度输电的模型中，安全
10、因素是一个很重要的目标，要使超过限度的百分比尽量小。三 模型假设1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。2各机组计划出力之和等于预报的负荷需求3输电阻塞的管理原则的优先级须严格遵守4安全要求的优先级大于阻塞费用，即安全第一四 变量说明jia,第i发电机组第j段的段价jib,第i发电机组第j段的段容量)0( ix当前时段第i发电机组的出力ix下一时段预案中第i发电机组的出力iy下一时段预案中第i条线路的潮流值ix分配方案中第i发电机组的出力iy分配方案中第i条线路的潮流值maxix第i台发电机组的最大出力maxiy第i条线路的潮流限值W下一时段预报的负荷需求ip第i条
11、线路的安全裕度ik第i发电机组的爬坡速率a 初始预案的清算价T 下一时段的总时间，本文取为15 分钟，即 0.25 小时iQ为第 i 台发电机组下一时段的预计供电量iQ与实际供电量iQ的差值五 模型的建立与求解1、 各线路的有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式（1）所给的电网有8 台发电机组， 6 条主要线路。 原文表 1 和表 2 中给出了各方案的出力和各线路上对应的有功潮流值，根据要求我们需要确定6 条线路关于 8 台发电发机组的函数表达式：设 X= （87654321,xxxxxxxx）)(Xfyi其中iy为第 i 条线路的潮流值 ( i = 1,2,6 ) 。我们首先对自变量X 的
12、33 组取值，和对应的33 组iy的值进行了分析。当固定X中的七个变量时， 剩下一个变量和iy的关系是线形关系。 我们以8765432,xxxxxxx固定为例，画出了1x与1y的关系图 1：120125130135140145150155160164.5165165.5166166.5167167.5168图 1 同理可以得到其他自变量固定时，任意ix与iy的关系图。我们发现它们都是线形的，由此猜测iy的表达式为线形表达式。我们用多元线性回归分析法对数据进行了处理。通过多元线性回归，可得到iy关于ix的如下近似表达：8216862616028222120181211106211,xxxaaaa
13、aaaaaaaayyy也可以表示成：80jjijixay （其中0ia为常数项，10x）（2）系数的求解对于六条线路中的每一条线路我们都可以列出33 组，含有9 个未知系数的超定方程组。我们用matlab 对这些超定方程组进行了求解。（详见附件）得到了iy关于ix的系数矩阵为：110.4775 0.0826 0.0478 0.0528 0.1199 -0.0257 0.1216 0.1220 -0.0015 131.3521 -0.0547 0.1275 -0.0001 0.0332 0.0867 -0.1127 -0.0186 0.0985 -108.9928 -0.0694 0.0620
14、-0.1565 -0.0099 0.1247 0.0024 -0.0028 -0.2012 77.6116 -0.0346 -0.1028 0.2050 -0.0209 -0.0120 0.0057 0.1452 0.0763 133.1334 0.0003 0.2428 -0.0647 -0.0412 -0.0655 0.0700 -0.0039 -0.0092 120.8481 0.2376 -0.0607 -0.0781 0.0929 0.0466 -0.0003 0.1664 0.0004 由系数矩阵我们很容易得到iy关于ix的表达式，例如：876543211 0015.01220.0
15、0126.00257.01199.00528.00478.00826.04775.110xxxxxxxxy然后我们对多元线行回归得到的系数做了显著性检验（详见模型的检验）。系数在显著水平=0.001 的条件下，iy关于ix的线性关系非常显著。(3) 潮流值与机组出力线性关系的显著性检验利用假设检验法 , 步骤如下：检验的原假设为0H：0821iiiaaa如果ix与iy之间的线性关系显著，则应拒绝0H。否则，如果接受0H，则意味着回归函数为一常数。由于当0H成立时，有：F=) 1/(/knQkQERF(k,n-k-1) EQ=21)?(iniiyy ,21)?(iniiRyyQiy ?为表达式求
16、得的值，iy为实验值。k为不包括常数项的系数个数，k=8。n为实验值个数， n=33。对于给定显著水平001.0，原假设0H的拒绝域是：F)1,(knkF)24, 8(001.0F=4.99 我们分别求出了1y到6y对应的 F 的值为：1F=127.0 2F=144.6 3F=235.7 4F=270.7 5F=138.9 6F=219.3 显然所有求得的F 都远大于)24, 8(001. 0F。因此在显著水平001.0时，ix与iy之间的线性关系非常显著阻塞费用规则制定阻塞费用的产生： 当考虑输电阻塞原则时， 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）要在低于对应段价的清算价上出力。因此，发电商和网方将产生经济利益冲突。
