电力系统经济调度.ppt

1、电力系统经济调度电力系统经济调度华北电力大学电力市场研究所华北电力大学电力市场研究所主要内容主要内容l调度的概念l我国的调度机构及其各部分作用l电力系统经济调度一 什么是电力系统调度l简言之；调度就是对运行的控制l包括：控制系统中各元件的状态（开、关），协调系统各状态的变化1.1相关基本知识（为什么调度）电力系统的飞速发展小电网时代小电网时代大电网时代大电网时代2121世纪世纪数字电力时代数字电力时代孤立发电时代孤立发电时代18821882我国电力一次系统情况简介我国电力一次系统情况简介l基本形成了基本形成了500KV500KV和和330KV330KV的骨干网的骨干网架架l大电网已覆盖全部大电

2、网已覆盖全部城市和大部分农村城市和大部分农村l以三峡为中心的全以三峡为中心的全国联网工程开始启国联网工程开始启动动l进入远距离、超高进入远距离、超高压、跨地区输电阶压、跨地区输电阶段段控制对象（电网）的基本特点控制对象（电网）的基本特点0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 Sec.中长期电压稳定暂态稳定小扰动功角稳定电磁暂态以下基本事实不可更改 事实1：电网分布是广域的事实2：电网动态是快速的事实3：全局决策是慢速的事实4：电网动态是复杂的事实5：设备故障是预兆的对电网的协调性要求较强l发、输、供、用瞬时完成发、输、供、用瞬时完成l负荷的随机性负荷的随机性l设备状态多变设备

3、状态多变l自然环境的影响自然环境的影响l引起故障的状况复杂多样，事故波及引起故障的状况复杂多样，事故波及面广，危害大面广，危害大l实际上，各级调度中心的调度人员和各变电站、实际上，各级调度中心的调度人员和各变电站、发电厂的值班人员凭借各种各样的仪表和自动化发电厂的值班人员凭借各种各样的仪表和自动化监控设备，共同完成对系统的控制监控设备，共同完成对系统的控制电力系统运行状态分析l状态状态：l正常l警戒l紧急（特急）l崩溃l恢复反映了系统反映了系统运行对运行对计划计划的的需要需要1.2 调度管理的任务调度管理的任务l安全安全 不安全绝对不经济。不安全绝对不经济。l合格合格（优质）频率、电压和波形的

4、指标；频率、电压和波形的指标；对用户负荷类型的约束对用户负荷类型的约束l经济经济（经济目标随社会发展而变化）l有计划有计划二、调度管理的组织形式二、调度管理的组织形式l调度原则：统一调度，调度原则：统一调度，分级管理分级管理l目前的5级调度l国家调度国家调度l大区调度大区调度l省级调度省级调度l地级调度地级调度l县级调度县级调度调度管理的组织形式调度管理的组织形式国家调度中心国家调度中心县级调度中心县级调度中心地区调度中心地区调度中心省级调度中心省级调度中心网局调度中心网局调度中心变电所变电所地方变电所地方变电所地方电厂地方电厂省属省属 电厂电厂省属省属变电站变电站直属直属变电站变电站直属直属

5、 电厂电厂2.1调度机构设置的原则调度机构设置的原则l各系统容量各系统容量l系统结线方式；网架结构，多电压等级系统结线方式；网架结构，多电压等级l系统生产特点；水调、热调的出现。系统生产特点；水调、热调的出现。l社会管理体制社会管理体制调度机构设置2.2调度中心的任务调度中心的任务l1、保证电力系统的运行安全保证电力系统的运行安全l（事故的危害大、提高技术人员的水平、丰富其经验、提高调度自动化程度）l2、保证电能符合质量标准保证电能符合质量标准l（频率偏差0.2、电压偏差5%、波形高次谐波）l3、保证电力系统运行的经济性保证电力系统运行的经济性l（降低发电成本，减少网络传输损失）调度中心的任务

6、调度中心的任务集集中中地地控控制制指指挥挥整整个个电电力力系系统统的的正正常常运运行行，安安全全经经济济的的向向所所有有用用户户提提供供合合乎乎质质量量的的电电能能；在在系系统统发发生生偶偶然然事事故故的的时时候候，迅迅速速切切除除故故障障，防防止止事事故故扩扩大大，尽尽早早恢恢复复电电力力系系统统的的正正常常运运行。行。调度中心主站的基本功能调度中心主站的基本功能 l安全监视与控制（SCADA）完成各环节的实时信息的采集，并将之传送至调度中心的计算机控制系统 l自动发电控制（AGC）频率控制l发电计划（GS）l网络分析（NA）l调度员培训模拟（DTS）调度自动化的基础厂站自动化系统电力通信系

7、统调度自动化系统SCADAEMS三 电力系统经济调度经济调度计划经济调度计划实时经济调度实时经济调度自动发电控制自动发电控制调速器动作调速器动作1020秒秒 13分分 510分分负负荷荷变变化化幅幅度度t不同周期负荷不同周期负荷变化与相应的变化与相应的调度控制功能调度控制功能 经济调度的内容l研究用户需求（负荷预测）l机组间经济负荷分配l协调发电厂的发电经济性和网络送电的经济性l机组经济组合（火电机组启停计划）l水火电协调的经济调度l联合电力系统协调l最优潮流l水库调度计划和燃料调度计划经济调度的用途l实时发电控制（AGC、电压控制、潮流越限的处理等，要求计算速度快、结果准确可靠)l逐日编制发

8、电计划（主要是机组组合与发电计划，对计算速度的要求较低、但要求经济性、稳定性良好）3.1 研究用户需求l预测精度直接影响经济调度的效益l与预测精度相适应，运行中的机组承担负荷备用l负荷备用包括：1）计划外的负荷变动；2）调频；这些在实时发电控制中实现l传统的调频任务由1-2个主调频厂承担，但随着电力系统的扩大，相同的频率偏移对应的负荷偏差越来越大，需要的调频容量越来越多，需要多个电厂同时进行调解，于是出现了AGC调频厂的选择调频厂的选择l主调频厂：12个发电厂l辅助调频厂：少数发电厂l非调频厂l水火电并存的系统中：选择大容量的水电厂作为调频厂l火电系统中，效率低的机组进行调频调频厂选择的要求：

9、具备足够的调频容量和调整范围，能比较调频厂选择的要求：具备足够的调频容量和调整范围，能比较迅速地调整出力，调整出力时符合安全和经济原则，功率交迅速地调整出力，调整出力时符合安全和经济原则，功率交换对电网稳定和电压稳定不影响换对电网稳定和电压稳定不影响 自动发电控制 AGC的基本目标 l发电出力与负荷平衡；l保持系统频率为额定值l使净区域联络线潮流与计划相等l最小化区域运行成本第一个目标与调频一次调整有关；第二个和第三个目标与频率的二次调整有关，也称负荷频率控制（LFC）；第四个目标也与频率的二次调整有关，又称为经济调度控制 实现实现AGCAGC的不同控制方法的不同控制方法 l定频控制方式 l定

10、交换功率控制方式 l定频定交换功率控制方式 l自动修正时差控制方式 l自动修正交换电能差控制方式 l自动修正时差及交换电能差控制方式 重要概念：系重要概念：系统统中各中各处频处频率其率其实实是不同的是不同的 定频控制方式l保持系统频率不变，适合独立的电力系统或联合电力系统中的主系统l区域控制误差为：ACE=-Kfk本系统的频率偏移常数，应取为接近系统的综合频率调节效应定交换功率控制方式l能够保持联络线交换功率的恒定，用于联合电力系统中的小容量系统 l区域控制误差为：ACE=PTPT 联络线交换频率偏差定频定交换功率控制方式l要同时检测系统的频率偏差f和联络线交换功率偏差PT，判断出负荷发生变化

11、的区域，即由该区域内的调频机组做出相应的响应，平衡负荷的变动 l区域控制误差为：ACE=PT-Kf目前自动发电控制多采用此种控制方式目前自动发电控制多采用此种控制方式 自动修正时差控制方式l在上述第三种方式的基础上，又增加了对时间偏差的修正功能 l区域控制误差为：ACE=PT-Kf-Ktt；时间偏差是指与系统频率密切相关的电钟与标准天文时间的偏差自动修正交换电能差控制方式l在上述第三种方式的基础上，扩充了对联络线交换电能差的修正功能 l区域控制误差为：ACE=PT-Kf-Kww自动修正时差及交换电能差控制方式l上述五种方式的全面综合l区域控制误差为：（a）ACE=PT-Kf-Ktt-Kww定频

12、定交换功率控制方式l特点：各区选择适当的Bi，当负荷扰动发生在外区时，本区的AGC几乎不控制，只由发电机一次调节支援受干扰区域；当负荷发生在本区时，则由本区AGC调节，使频率与交换功率达到规定值。lBi与I区域的发电机、负荷调节特性有关，它等于发电机调差系数与负荷调节效应系数值和。3.2 机组间经济负荷分配l基础资料：机组的煤耗量及其微增率曲基础资料：机组的煤耗量及其微增率曲线线l分配原则：等微增率分配分配原则：等微增率分配l目的：控制各机组的出力分配，使电网目的：控制各机组的出力分配，使电网运行成本最小运行成本最小火电机组经济特性曲线的编制DB0100PD100%锅炉燃料耗量曲线汽轮机组蒸汽

13、耗量曲线首先绘制各部件的特性曲线火电机组经济特性曲线的编制再绘制机组的整体特性曲线PB0发电机组经济特性曲线b-P曲线B-P曲线火电机组经济特性曲线的特点l一般表示成二次函数形式表示发电功率与总成本的关系l从而其耗量微增率曲线形式表示为 表示发电成本微增率l机组成本耗量特性曲线 表示发电平均成本机组经济负荷分配的数学模型目标函数 min min B Bi i(P(Pi i)约束条件 P Pi i=P=Ps sl用用langangelangange函数求解变成函数求解变成l同时同时 P Pi i=P=Ps s等微增率调度l等微增率准则：PDOD等微增率准则等微增率准则破坏等微增率准则发电成本上升

14、b1(1)b1b2b1(0)b2(1)b2(0)bm(1)bm(0)PPP1(0)P1(1)P1P2(1)P2(0)P2根据实际需要，可以将机组经济特性曲线描绘成多段折线型、线性型、常数型等 PBb0多段二次的B-P曲线和多段折线的b-P曲线B-P曲线b-P曲线PBb0线性的B-P曲线和常数型b-P曲线B-P曲线b-P曲线等微增率调度的特点lB-P曲线是单调上升的凸函数，从而b-P曲线是单调不下降函数l但这并不意味着-P曲线为单调上升PB0发电机组经济特性曲线-P曲线的构成B-P曲线我国直到50年代后期才开始接受等微增率法准则进行经济调度，至今已经历了三个阶段：（1）目标是节约发电用煤，采用机

15、组发电耗煤微增率相等准则；（2）目标是节约发电燃料费，采用机组燃料费用微增率相等准则；（3）目标是发电成本（包括燃料费、管理费、检修费和发展费等）最低，采用机组发电成本微增率相等准则。市场中等微增率调度的变化l传统的经济调度立足于全局最优的基础之上，经济功率分配的目的是使全电网的发电成本最低，在电力市场中，经济功率分配的目的转为局部最优，电厂希望能够获得最高的经济利益，调度站在电网的角度又希望能以最低的价格购买到合格的电力。市场中等微增率调度的变化l传统的经济调度中，电厂的成本曲线是开放的、透明的、基本固定的，其成本曲线的形状是具体的；电力市场中，电厂的成本是秘密的，而报价是随意的，于是，必须

16、探寻电厂的报价曲线。l报价与发电量相关，调度对电厂的信息了解会逐渐出现“盲区”，打乱了以前调度的计划性。l在开放发电市场的条件下，如果按统一边际电价结算时，等微增率准则变为等报价法；如果按各机组实际报价结算时，等微增准则变为等费用微增率准则。经济功率分配经济功率分配-功率分配|1|2|3|1|2|3|1|2|3|1|2|3|全厂竞价电量机组1机组2机组3经济分配各机组电量PsP1P2P3当结算方式不同时的相应算法l经济调度的目标变为电网购电费用最小，替代了原来的发电成本最小原则l经济功率分配受到结算方式的影响l报价的方式连续单调上升，借助边际成本的概念连续型分段折线不连续型分段折线不连续型分段

17、水平线连续单调下降l总体上，报价分为上升型和下降型按照边际电价结算时l调度的目标转变成为寻找最低价格的边际机组l按照报价从小到大排队即能解决这一问题l算法简单易实现，尤其是在各电厂上升型报价时。按照实际电价结算时l调度的目标转变成为寻找最低费用微增率的边际机组l按照费用微增率相等的原则解决这一问题l算法较复杂，必须要求各电厂上升型报价。l按边际电价结算的等报价法与按实际报价计算的等报价微增率法程序完全相同，只是使用的数据不同，前者直接使用报价曲线，后者使用价格与电量乘积的微增率曲线。l下降型报价时等微增率准则无法采用，应寻找其他算法。（动态规划法应用较多）表 机组2报价曲线下降Tab.Desc

18、ending Bidding of Generator 2P(MW)50100150200250300C01(千 元/MWh)0.170.170.190.210.23C02(千 元/MWh)0.220.220.210.200.19图 机组2报价为下降曲线Fig.Descending Bidding Curve of Generator 2P2100150200250300(MW)C02(千元/MWh)0.220.200.180.16P150100150200250(MW)C01(千元/MWh)0.220.200.180.16动态规划法解决下降型报价的例题动态规划法解决下降型报价的例题动态规划法

19、解决下降型报价的例题动态规划法解决下降型报价的例题表 针对PD=350MW造表Tab.A Commitment Table for PD=350MW0P11C012P23C024Fb5Fm61500.173000.2274.577.021000.172500.2169.573.531500.192000.2068.5*70.0*42000.211500.1970.573.552500.231000.1876.580.5表 两台机组等值经济购电费用Tab.the Equivalent Purchase Cost of 2 Generators状态0P1P12P23C04Fb5P16P27C0m8

20、Fm91505000.178.55000.178.5210010000.1717.010000.1717.03150501000.1927.5501000.1927.542001001000.1936.01001000.1938.052501001500.1945.51501000.1947.563001501500.1957.01501500.1957.073501502000.2068.51502000.2070.084001502500.2181.02002000.2184.094502002500.2194.52002500.2194.5105002003000.22108.02003

21、000.22110.0115502503000.23123.52503000.23126.5用动态规划法解决功率分配问题的缺点是：（1）目前功率分配采用的是离散型的动态规划，分割状态的步长小则计算量过大，步长大又使计算精度过低。可以采用变步长过程协调这一对矛盾。（2）机组组合的动态规划解法的困难在于状态量过多，一般采用“带状”区域法或松弛法，但在不同时段发电报价变化过大时，难以找到带状区，而松弛法又容易出现不收敛问题。技术关键是在不失去最优解的条件下尽量减少状态量。目前在解决竞价中处理下降报价特性方面，动态规划法仍是最好的方法。3.3 发电经济性和网络送电经济性协调l网络潮流不同，网损不同l网

22、损与网络结构、网络参数及潮流分布有关l实际中，随着负荷的变化，机组出力变化，网损也在不断变化。l网损的计算较之于机组负荷分配更为困难l研究的目标是如何简化算法而又尽可能减少计算精度考虑网损下的经济调度模型l目标函数min Bi(Pi)约束条件 Pi=Ps+PL在一定简化条件下，将网损表示成发电厂出力的二次函数l求解变成求解变成l同时同时 P Pi i=P=Ps s+PL将系数称为网损修正系数网损修正系数的计算l潮流型：针对每次发电厂的出力变化，计算新的潮流方式，从而计算新状态下的网损及其微增率（随潮流变化）lB系数型：避开潮流计算，将网损表示成发电厂出力的二次函数（随出力变化）l常数型：用固定

23、的网损微增率表示（固定不变化）l仅用于计算损耗的大小而不对损耗进行分配非市场机制下经济功率分配的步骤初始值潮流、计算网损及网损修正系数经济负荷分配收敛判别YN市场机制下经济功率分配的转变l传统的经济调度中，网损的计算是整体性的，计算的目的只是为了协调电厂的负荷分配l市场条件下，首先带来的问题是网损由谁承担、承担多少l其次，如何承担l由于所有权的归属该问题更加敏感l理论上，网损由电网承担，但是若完全由电网承担，则某些远距离输电电厂占有了某条输电线的完全使用权部分远距离输电机组，电厂拥有线路权负荷中心电厂占有“先天”优势网损分摊系数l不同于网损修正系数，目的是为了对网损进行分摊；l有些电网并不将网

24、损分摊到电厂，但也要计算网损分摊系数，目的是为了竞价中采用（负荷中心的高电价和燃料基地的低电价到底哪个更便宜？）l分摊的时段不同、竞价的方式不同、交易的种类不同，采用的分摊算法不同l采用的算法：基于费用、基于电流、基于潮流3.4 机组经济组合l一般，由水电厂承担负荷曲线的变化部分，而水电厂的调节能力受到限制时，火电机组必须开停，以适应负荷的变化。l满足一天电力负荷变化和安全备用的条件下，确定火电机组的启停计划，使全天燃料费用最小机组组合机组组合 l机组组合在满足系统负荷、备用容量、机组容量、最小启动时间和最小停机时间等约束条件下，考虑机组启动费用和发电费用特性，确定系统各区域的电厂、机组次日规

25、定时段的开停机计划，使一定时间周期内总费用为最小机组经济组合机组经济组合l称为开停机计划：在保证系统安全运行的前提下，在所研究的周期中，合理地安排机组的运行，使系统的运行成本最小l目前主要的方法有优先次序法、动态规划法、整数规划法等。检修计划检修计划水电调度水电调度机组组合机组组合安全分析安全分析有功经济有功经济分配分配最优潮流最优潮流区域交换区域交换计划计划负荷预测负荷预测机组经济组合机组经济组合用途：确定机组启停计划模型：运营周期内发电厂全部机组的 发电与启动消耗的燃料最少算法：优先级法 动态规划法合理的机组启停计划满足合理的机组启停计划满足l满足机组运行的上下界出力限制l尽可能让机组长期

26、运行在经济的工作点上l机组停役与启动的耗量协调l满足机组启动次数、最小运行时间、停役时间的限制l采用方法：优先次序法、动态规划法机组组合的示意图P-P曲线的构成曲线的构成B0发电机组经济特性曲线发电机组经济特性曲线 B-P曲线曲线b-P曲线的构成曲线的构成b0发电机组发电机组与与b关系曲线关系曲线1-b1=b2-b23-b3市场运行中机组组合的改变l不再以耗量为最优选择，而以电网购电费用最小为目标l由于电网不再了解机组运行特性，因此无法得到机组的-b曲线l传统的机组启动次数、运行时间等条件仍须遵守l电网购电时不一定（目前没有）考虑电厂机组的启停费用l目前用长期市场、实时市场、平衡市场的方法解决

27、这一问题市场运行中机组组合的改变l长期市场解决机组组合问题l实时市场解决经济功率分配问题l平衡市场解决系统小扰动问题3.5 水火电协调的经济调度l水电机组的耗水量及其微增率曲线与工作水头有关，其经济性不仅取决于它的机组特性，更取决于它的水库调节特性l从水电厂角度看，希望用最少的水量发出最多的电量，即尽可能维持高水头和高效运行；而系统希望水电厂尽可能承担负荷变化，因为峰荷时段发电费用远高于其他时段3.6 联合电力系统协调l系统互联运行可以提高安全运行水平，互联时能够有更多机组参加调节，发生故障时系统间可以互相支援，得到较好的经济。3.7 最优潮流l最优潮流将电力系统经济调度和潮流计算有机结合在一

28、起l以潮流方程为基础、进行经济与安全、有功与无功的全面优化，是一种理想的算法l由于模型超大、约束很多、在算法上研究较多，实用上较少l被理论界认为是经济调度中“昂贵的玩具”最优潮流的典型模型l目标：系统总发电费用最小（实际中可选用不同目标）l约束：潮流约束、功率约束、电压约束、系统其他状态约束等l随着电力市场的发展，最优潮流的用武之地会大幅增加3.8 水库调度计划和燃料调度计划l属于长期经济调度问题，一般以年为调度周期，以季或月为计算时段l长期经济调度中，由于天然来水或系统负荷事先难以准确知晓，常用概率模型问题进行处理（有时也称为不确定性问题）l合适的方法是动态规划法和随机动态规划法四、经济调度的软件四、经济调度的软件 l安全监视与控制（SCADA）完成各环节的实时信息的采集，并将之传送至调度中心的计算机控制系统 l自动发电控制（AGC）频率控制l发电计划（GS）l网络分析（NA）l调度员培训模拟（DTS）欢迎提出宝贵意见欢迎提出宝贵意见谢谢！谢谢！