考虑多规则约束的统调火电机组合同电量修正策略.pdf

第 3 6卷第 3期 2 0 1 3年 6月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n El e c t r i c P o w e r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 6， No ． 3 J u n ．， 2 01 3 考虑多规则约束的统调火 电机组合同电量修正策略 何治华 ， 刘友波 。 刘俊勇 ， 刘 1 ．四川省电力公司， 四川 成都6 1 0 0 4 1 ； 2 洋 ， 李响 ， 凌亮 。 过夏明 四川大学电气信息学院 ， 四川 成都6 1 0 0 6 5 摘要 在当前电力市场模式下， 电网公司需对供 区内统调机组发电合同的计划分解、 进度监视、 执行修正、 合同考核， 而现有分析工具缺乏考虑诸多外部规则的统调机组合同电量修正算法。这里将合 同电量修正中的节能环保规则、 经 济规则、 公平性规则、 系统规则、 定制规则进行集中建模 ， 以约束的形式体现到合同调整成本最小的决策模型中， 并辅 以一定的松弛条件 ， 利用J a v a N e t b e a n s 7 ． 0开发平台， 开发 了考虑 多规则约束的统调火电机组合同电量修正分析程 序， 能作为调度部门进行合同电量修正、 合同执行进度优化、 计划执行质量预警的辅助决策工具。 关键词 多规则约束； 统调机组； 合同电量； 修正策略 Ab s t r a c t C o n s i d e ri n g n o w a d a y s e l e c t r i c i t y ma r k e t i n C h i n a ，i t i s a s i g n i f i c a n t t a s k f o r t h e g rid c o r p o r a t i o n t o ma k e g e n e r a t i o n p l a n s c h e d u l e ， mo n i t o r c o n t r a c t p r o g r e s s ， p e r f o r m g e n e r a t i o n p l a n a d j u s t me n t a n d a s s e s s t h e c o n t r a c t ．D u e t o l a c k o f r e s e a r - c h e s i n t h i s f i e l d r e g a r d i n g c o n s t r a i n t s b a s e d o n c o mp l e x r u l e s ，t h e r e are f e w t o o l s t o h e l p ma n a g e t h e t a s k ．T h e r u l e s o f e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n，e c o n o mi c i s s u e s ，f a i r n e s s p rin c i p l e ，p o we r s y s t e m o p e r a t i o n r e s t ric t i o n a n d s p e c i a l r e q u i r e me n t s a r e e s - t a b l i s h e d t o g e t h e r a s a s e ri e s o f c o n s t r a i n t s o f m a t h e m a t i c al p l a n n i n g m o d e l w i t h r e l a x a t i o n c o n d i t i o n s ，w h o s e o b j e c t i v e i s t h e mi n i m i z a t i o n o f a d j u s t m e n t c o s t ．B ase d o n J a v a N e t b e a n s 7 ． 0 p l a t f o rm ，t h e r e l e v a n t c o mp u t e r p r o gr a m i s d e v e l o p e d ， w h i c h c a n b e u s e d a s d e c i s i o na i d e d t o o l for g e n e r a t i o n c o n t r a c t o p t i mi z a t i o n a n d g e n e r a t i o n p l a n p e r f o rm a n c e mo n i t o ri n g ． Ke y w o r d s m u l t i rul e s b ase d c o n s t r a i n t s ；c e n t r ald i s p a t c h e d u n i t s ； g e n e r a t i o n c o n t r a c t ； a d j u s t me n t s t r a t e g y 中图分类号 T M7 3 2 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 36 9 5 4 2 0 1 3 0 3 0 0 5 2 0 5 0 前言 在中国当前电力市场运行机制下 ， 年度上网电 量合同是组织电力交易的最主要形式 ， 多年实践表 明， 省级 电网公司调度部门对供 区内统调机组发电 合同的计划性分解 、 进度监视 、 执行修正 、 完成考核 有利于特大型输 电系统安全稳定 ， 并兼顾 电力市场 平稳运行及合理过渡 。实 际工程 中， 合 同电量的 修正一般遵守既定原则， 如“ 三公” 、 节能或经济原 则， 具体方法简单实用， 但忽略了较多客观因素， 致 使 电网公司难以进行精细化 的发 电计划管控 ； 理论 上， 不同时间尺度下的统调机组合同电量分解与滚 动是一个多目 标、 多因素制约的寻优问题， 在时段平 均利用小时 、 机组排放序列、 检修计划 、 丰枯平衡等 众多约束下， 寻求一组可行的计划调整方案。近年 来， 市场公平性和节能调度愈发受到关注， 统调机组 合同电量的精细化管理算法也随之得到了重视。文 献 [ 2 ] 根据 电量预测偏差、 机组少发 电量和被核减 ．5 2 ． 合同电量对合同完成率的影响， 定义了修正后的合 同电量完成率， 进一步构造了基于修正加权变异系 数的合同电量执行公平性指标 ， 用于测算给定时间 跨度 内任意机组合 同电量实际完成情况及调度公平 度。文献 [ 3 ] 考虑风 电并 网后 的不确定性 ， 提 出一 种能考虑多时间段各类动态约束的发电计划滚动优 化算法 ， 用以保持发电计划的可行性 ， 减小系统运行 风险。随着人们对 环保 问题 的深入认识 ， 电力系统 节能调度 已成为安排系统运行方式的重要原则 。文 献 [ 4 ] 提出了一种节能发 电调度模式下制定火电机 组月度发电计划的方法 ， 可以在计算发 电计 划同时 给出节能发 电调度序位表和组合优先级 ， 但 未考虑 各机组间合 同完成进度 ， 容易造成实际需求电量严 重偏小时某些机组无法开机的问题。在此背景下， 这里提出较为完整的考虑多规则约束的统调火电机 组合同电量修正算法， 将时段受阻电量、 电量平衡滚 动、 合同进度偏差、 节能调度与利用小时数等多类规 则融入到策略模型中。四川电网实际算例验证了所 提方法的有效性。 第 3 6卷第 3期 2 0 1 3年 6月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 6。 No ． 3 J u n ．。 2 01 3 1 统调火电机组合同电量修正 1 ． 1 一般性原则 在一定时间段内 如一月、 一旬或一周 待执行 合同电量作为制定该时间段 内生产方式和考核机组 发电水平 的重要依据 ， 应充分考虑既定的市场规则、 已完成情况 、 时段 内机组特性及 检修计划等诸多条 件 ， 力求使合 同电量 的时序分配更符合省级 电力市 场与系统运行实际。当前 ， “ 三公 ” 和节能降耗是合 同电量核准修正的主要原则 ， 反 映在不 同的修正模 型中即为不平衡电量分摊机组的排序优先权重具有 差异 。实际应用中， 当出现合同执行偏差时 ， 对统调 机组合同电量 的处 理以滚动修正为主 ， 将对象时 段实际执行电量与计划电量的差额按一定原则和约 束分配到后续时段 中。例如 ， 文献 [ 6 ] 以负荷平衡 、 检修计划、 发电量上下限为约束， 以调度公平和经济 性作为 目标提出了火电机组年合 同电量编制算法。 而文献[ 7 ] 则在月度竞价市场框架基础上 ， 开发 了 将年度中标合 同电量分解 到各 月的均衡化 滚动算 法， 以利于电力市场稳定及降低电网公司购电成本。 1 ． 2 实际应用中存在的问题 当前对省级统调火电机组的合同电量修正方法 仍较为粗糙 ， 更多的研究倾 向于如何将各机组超前 、 滞后 电量编制到后续电量平衡 中， 并进行总体控制 ， 使得各机组某时段 内合 同总量不会偏差过大 。然而 以单纯滚动编制的手段难以考虑多个规则约束的作 用 ， 使执行计划的修 正问题缺乏优化操作。造成此 类问题的难点之一 在于 ， 对合同电量修正 的规则性 约束较为模糊 、 相关参数难 以确定 、 阈值选取缺乏依 据等。例如传统滚动修正方法中， 常见环保优先、 兼 顾经济 、 利用小时大致相当等模糊性原则 ， 进一步可 细分为如下几方面。 1 节能环保规则 ， 即机组煤耗 、 排放因素需予 以考虑 ， 实际中火电机组煤耗 、 排放性能有既定序列 表 ， 理论上可用相应权重参数表示。 2 经济规则， 不同电气位置的机组上网电量 造成的边际网损有一定差异 ， 此外 ， 上网电价也不完 全相同 ， 从减小购电成本提高运行效益角度 ， 经济性 是电网公司核调合同计划时必须考虑的问题。 3 公平性规则， 在中国当前电力市场阶段 ， 难 以全盘采用竞争性报价方式确定 中标合同与上 网电 量 ， 仍必须要坚持一定的公平性 ， 例如在节能调度大 原则下 ， 排放指标属于同类 的机组应具有大致相 当 的利用小时 ， 同类机组合 同执行进度应保持一致 ， 合 同偏差方向保持一致等。 4 系统规则 ， 即存在从 电网安全稳 定运行角 度出发必须 以一定利用小 时带负荷上 网发 电的机 组 ， 如某些调峰机组 、 地区重要无功支撑机组等。 5 定制规则 ， 即一些人 为制定且 已为市场认 可的管理性 、 政策性规则 ， 如某电厂总合同进度保持 一 定水平 、 公平和效率因素如何定义和量化等。 目前 尚未有成熟的方法能在统调火电机组合同 电量执行计划修正 中考虑上述多种规则 ， 亦缺乏必 要的优化建模过程 ， 无法为更好的修正 、 调整方案计 算提供理论支撑。 2 合 同电量修正的多规则约束 传统 中对统调机组合同电量的修正考虑因素均 过于简单 ， 容易造成未来考察时段 内计划电量与实 际工况较大幅度失准 的情况 ， 削弱 了对生产方式安 排的指导意义。综合“ 三公” 、 节能调度与经济性原 则， 本节对此过程中应考虑的若干修正策略制定进 行详细建模。设在某一 固定时间尺度 t 内进行统调 机组合同电量 的执行计划 修正 ， t 可为月 、 周 或旬 ， 为方便理解 ， 假设 t 为月 ， 即进行月度电量的修正策 略优化 ， 其他可以此类推。由于合 同电量的计划修 正仅与当前执行情况及 未来单位 时间段 内约束有 关 ， 设参与合 同执行计划修正 的机组共 Ⅳ台， 剩余 月份为 ， 机组 i 在第 月原上 网合 同电量为 ， 修 正变量为 △ 。 2 ． 1 刚性 电量与受阻电量 对于剩余任意月度 m， 机组 i 计划上网电量具有 刚性电量与受阻电量约束。刚性电量指 由于电气约 束、 保障性上网而必发的最小电量 i ， 通常可用机 组 i 在 t 时段 内的 日均最小利用小时、 t 内小时数和机 组容量的积表示 ， 因此存在如下刚性电量约束。 ，△W ij ≥W 0 1 i 3 W0 ． h ij m i ； 1 式中， h o m 1 ． 表示 机组 i 在第 月 内 E l 均最小利 用小 时； T为时段总小时数 ； C 为机组 i 装机容量。 受阻电量影响因素主要为检修、 供煤、 汛期水电 大发。其中， 汛期配合水电大发因素在年初合同分 解时已经考虑， 一般不会出现重大变化， 而检修和供 53 第 3 6卷第 3期 2 0 1 3年 6月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 6。 No ． 3 J u n ．， 2 01 3 煤状况则有可能根据实际情况 调整 ， 因此受 阻电量 可取 2者 中的较小值 ， 即 △ ≤ Wij m ⋯ m i n O t 1 C ， O t 2 T h ／j m a x C 式中， 表示机组 在第 月 内 日均最 大利用小 时 ； o r 、 o ／ ∈[ 0， 1 ] 分别为非检修小时数 占比、 预测 存煤可 支撑 满 发小 时 数 占 比。在实 际 中， h i 和 h i 一般为常数 ， 刚性 电量与受阻电量给定 了机组 ．i m a x i 在月份 进行执行电量调整幅度的上下限。 2 ． 2 电量平衡与滚动规则 剩余每个时间段内的发供电量平衡是合同电量 执行计划修正的目的之一， 而需求侧电量预测在修 正前可能有所改成并产生新 的偏差累计至各机组后 期执行计划 中， 若将各机组总合 同电量设为定值 ， 则 可能导致相互矛盾的约束条件而造成模型不可解， 因此引入机组合同松弛因子 消纳 电量平衡所产生 的新偏差 ， 其 等式约束 和不 等式 约束 分别 可用 式 3 ～ 5 表达 。 ∑ ， △ f f 3 Y j gi l M 1一 E ≤ ． ． ∑ ， f △wi j ≤ 1 卢 V l∈n 1 j 。 4 I △ ≤y W ij V t一 ,J 5 式中， L 为第 时段需求侧电量预测 ； 松弛因子 可 取 5 ％ ； E 为年合同电量 与到 当前月 已实际上 网的 电量之差。式 5 为各机组各月调整不得超过其原 计划电量的比例， 为比例系数， 取值 2 0 ％， 式 5 和式 1 、 2 共同决定了电量调整幅度约束。 2 ． 3 合同进度偏差约束 对于丰枯期发电构成变化较大 的系统 ， 必须分 别保证丰水期和枯水期 内发 电合 同执行进度符合一 定水平， 且从公平性出发， 宜保证各机组总合同执行 进度大致处于同一水平。基于初始的电量合同分解 表 ， 可得到机组 i 在各月初始完成进度 。 5 L j ∈[ 1 ， M] 6 Di y 式中， E 为机组 i 年电量合同总量； 表示修正前 机组 已实际执行的电量； S M 1 0 0 ％， 修正后的执 行进度应处于与修正前大致相 当的水平 ， 可用 以下 不等式表达， 其中 为进度水平的约束松弛因子， 用于改善解 的可行域 ， 这里取 ∞ 0 ． 0 7 5 。 ． S 4 ． ； ， △ 一 ∞ s ≤ ≤ Js 7 2 ． 4 节能调度约束 发电排放量是当前电力市场模式下 的相当重要 考核指标 。在合 同电量分解 阶段 ， 往往 以给定排放 序列 与机组装机规模有关 进行 出清 ， 并辅 以一定 公平性原则 ， 如 同等级机组 利用小时大致相 当等。 在合 同电量修正阶段 ， 也应有相应的排放变化量约 束。以参数 表示机组 i 的线性化氮化物排放当量 参数 t ／ ， k wh ， △ 即为该机组在第 月 的排放 修正量， 节能调度规则表现为剩余时段排放当量不 应高于计划剩余排放当量 ， 可描述为 ； ， △ ≤ 1 Ⅳ 一 Ⅳ 8 式 中， 、 ⅣⅡ 分别为合同电量 总排放 当量 和已发月 份排放当量 ； o r 为排放当量约束的松弛因子 ， 设定为 0． 0 2。 2 ． 5 机组利用小时规则 当前的市场考核机制中， 机组利用小时约束包 括两个方面 ①单个机组的 日 均发电利用小时不能 超越所在机组类别的上下限 即同类型机组 日均利 用小时大致相 当 ； ② 典型分类机组期望年 均利用 小时级差应在一定范 围内。以 C 表示机组 i 的装 机容量 ， 该规则约束的数学模型如下 。 ， i ≤ ≤ ， ∈， ， ∈ 9 ． 一 HI 2≤ d 秽 1 0 一 HI 3≤ d 1 1 式中， D 表示第 月 的天数 ； ， 表示机组 i 所属机组 类型； ， m j 和 h t m a x 分别为该类机组最小最大利用小 时。按当前市场规则 ， 将 ， 划分为 ， l 、 ， 2 、 ， 3 3类 装机 6 0 0 MW 及 以上 、 3 0 0至 6 0 0 MW 、 3 0 0 MW 及 以 下 ， 各相邻类年利用小时级差设定为 h 3 0 0 h 。H， ． 表示 ， 类机组 的预期年平均利用小时， 可用式 1 2 计算 。 ； W ,0 十△W o 一i ∈ ， 1 1 2 机组的类型划分需在计算前设置 ， 属于 ， 2 和 ， 3 的机组预期年均利用小时具有类似表达式。 2 ． 6 目标函数 对合同电量 的修正其本质是对既定发电计划进 第 3 6 卷第 3 期 2 0 1 3年 6 四 川 电 力 技 术 Si c h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 6， No ． 3 J u n ．， 2 01 3 行调整 ， 而不 同机组的上网电价并不一致 ， 因此导致 了调整成本的出现。该模型以考虑规则约束的统调 火 电机组合同电量修正的调整成本最小为 目标函数 进行优化 ， 即 m i n YJ 。 ,A w i p o ． 1 3 式中， p 为机组 i 在第 月的上网电价 ； A为从 当前 时段开始的总修正成本 。上述所提数学模型 1 一 1 3 中， 决策变量是各机组在剩余时段的合同电量 修正调整量， 即△ 。若应用于月度修正， 变量个 数为 N剩余月度数 ， 对于超过 4 0台火 电机组省级 电网而言 ， 模型属于较大规模线性规划问题 ， 需要鲁 棒性较 高 的求解 方法 ， 这里通 过 J a v a环境 的 N e t b e a n s 7 ． 0开发平 台开发考虑多规则约束的统调火 电机组合同修正程序， 调用 L I N D O线性规划求解动 态链接库进行稳定解算， 数据库采用 M y S Q L ， 能满 足工程要求。 3 算例分析 采用 四川电网 4 O台火电机组 2 0 1 2年某时段合 同电量完成与计划修正数据为基础建立研究场景 1 1 O月为实发电量 ， 1 1 1 2月为修正合同计划 量 ， 进行算例分析 ， 计算流程如图 1 所示 。 l 合 同 电 量 计 划 l l 本 酵 段 实 际 完 成 I I 后 期 负 荷 预 测 I ’ _ _ ‘0 ‘ ‘0‘。 。。。。。。 。。。。。～ 图1 考虑多规则约束的机组合同电量修正程序计算流程 该程序需要输入合 同电量 已经执行情况 、 本期 完成情况和后期负荷预测 本算例 以月修 正为例 ， 日 修正具有类似形式 ， 各类规则约束参数如前文 所设 ， 机组输入信息如表 1 所示 。 输人数据还包括机组上网电价 、 通过最大最小 利用小时数折算的电量修正量上下限、 月负荷电量 预测值 、 受阻电量等。以式 1 3 为 目标 函数 ， 1 ～ 1 3 为约束条件 ， 利用所开发 的系统求解模 型， 可 得如表 3所列的考虑前述所有约束在内的统调火电 机组合 同修正方案。 表 1 机组维 护信 息 5 5 第 3 6 卷第 3 期 2 0 1 3年 6月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y V0 1 ． 3 6。 No ． 3 J u n ．。 2 01 3 月份 合同电量修正成本 排放当量变化比例 6 0 0 M W 以上机组 枯水期平均发电进度 月发电量松弛总量 ／ 7 Y 元 ／ ％ 日均利用小时 ／ ％ ／ MWh 从表 4可知 ， 所提模型能够有效地在 多规则约 束下给出统调火电机组的合 同修正策略 ， 并能在可 接受的排放当量变化 比例 、 月发 电量松 弛总量范 围 内， 尽量减小合同电量的修正成本， 以较小的代价保 障不同类型发电机组各 自日均利用小时大致相当 、 合同执行进度在一定控制范围内。 4 结论 省级统调火电机组待执行合 同电量的计划性修 正具有其内在规则 ， 而长期以来此类规则 尚未得到 量化研究与具体建模， 这里系统性地研究了合同电 量修正过程 中的各类规则 ， 进行集中建模 ， 并开发了 相应的测试分析系统 。从工程 角度而言 ， 所开发算 法在电力市场某一发展阶段上具有一定通用性 ， 能 可靠保证节能减排和各类公平性要求 ， 以较小地代 价保障合同电量执行质量， 可作为省级电网统调火 电机组合同电量优化调整辅助决策工具。就算法本 身而言， 还可以进一步考虑更多的适用场景， 如对合 同执行异常情况 如大机组 因故临时退 出运行后 的 电量补偿问题 、 新规则的加入与调整等问题的处 5 6 理 ， 这些将是后续的研究重点。 参考文献 王漪 ， 汤伟 ， 罗桓桓， 等． 编制直调火力发电单元月度 电能交易计划的负荷率偏差法 [ J ] ． 电力系统保护与 控制， 2 0 0 9 ， 3 7 2 2 1 3 41 4 0 ． 张成刚， 王秀丽． 基于修正加权变异系数的电力调度 公平性指标[ J ] ． 电力技术经济， 2 0 0 9 ， 2 1 5 5 9 ． 张国强， 张伯明， 吴文传． 考虑风电接人的协调滚动发 电计划[ J ] ． 电力系统自动化， 2 0 1 1 ， 3 5 1 9 1 8 2 2 ． 张慧琦， 常永吉， 唐大勇， 等． 节能发电调度模式下火 力发电单元的月度电能计划编制方法[ J ] ． 电力系统 保护与控制 ， 2 0 1 1 ， 3 9 4 8 4 8 9 ． 温丽丽 ， 刘俊勇， 吴志云， 等． 基于月度滚动修正的合 同电量分解算法[ J ] ． 现代电力 ， 2 0 0 8 ， 2 5 1 8 2 8 7 ． 张力 ， 刘俊勇， 刘继春 ， 等． 火电机组年合同电量的编 制与分解算法研究[ J ] ． 继电器， 2 0 0 7 ， 3 3 4 6 4 6 9 ． 王漪 ， 于继来， 柳焯． 基于月度竞价空间滚动均衡化的 年中标电量分解[ J ] ． 电力系统 自动化， 2 0 0 6 ， 3 0 1 7 2 4 2 7． 收稿 日期 2 0 1 3 0 21 5 ] J] J 1 J] J 1 {