电力市场输电阻塞管理优秀易懂论文.doc

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1、电力市场的输电阻塞管理摘 要本问题是一个优化问题，本文首先找出了输电阻塞管理中的各约束的优先级关系，然后通过线形回归分析得到各线路上的有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式；接着给出了阻塞费用的计算规则，该规则一方面保留了题目中清算费用采取最大段价原则，另一方面引入了风险机制；最后对于输电阻塞管理建立了三种不同原则下的优化模型，利用贪心算法得出分配预案，并通过遗传算法求出负荷需求为982.4MW和1052.8MW时的具体出力分配方案和相应的阻塞费用问题一回答：建立了线形回归模型，得到了各线路上的有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式，具体表达式见正文。 问题二回答：各机组出力分配预案 负荷/M

2、W，清算价/元负荷12345678清算价982.41507918099.512514095113.9303在预案情况下六条线路的潮流值分别为 ，其中第1、5、6线路产生输电阻塞。问题三回答：调整后各机组的实际出力方案 负荷/MW，费用、段价/元负荷12345678阻塞费用最高段价982.4152.7387.676227.7777.928151.7795.47572.257116.845976510在此方案下六条线路的潮流值分别为，无输电阻塞现象。阻塞费用为15分钟内的值。在预案情况下六条线路的潮流值分别为，其中第1、5、6线路产生输电阻塞，超过限值最大百分比为7.42%。调整后各机组的出力方案

3、 负荷/MW，费用、段价/元负荷12345678阻塞费用最高段价1052.8152.6887.979227.9890.545152147.4876.73311714107510在此方案下六条线路的潮流值分别为，其中第1、5、6线路产生输电阻塞，但超过限值最大百分比为5.09%，比预案减少了2.33%，但仍在安全裕度内。最后，我们对模型进行了评价，并提出了模型的改进方案。关键词：电力市场；输电阻塞；多元线性回归；优化模型一、问题的重述我国电力系统的市场化改革正在积极、稳步地进行，随着用电紧张的缓解，电力市场化将进入新一轮的发展，这给有关产业和研究部门带来了可预期的机遇和挑战。电网公司在组织电力的

4、交易、调度和配送时，必须遵循电网“安全第一”的原则，同时按照购电费用最小的经济目标，制订如下电力市场交易规则：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，每个段容量报一个段价，段价按段序数单调不减。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，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。最后一个被选入的段价称为该时段的清算价，该时段全部机

5、组的所有出力均按清算价结算。电网上的每条线路上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。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，需要按照以下原则进行调整：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，可以使用线路的安全裕度输电，以避免拉闸限电，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对安全裕度，则必须在用电侧拉闸限电。 调整分配预案后，一些通过竞价取得发电权的发电容量不能出力；而一些在竞价中未取得发电权的发电容量要在

6、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。现在需要完成的工作如下：1、某电网有8台发电机组，6条主要线路，附件1中表1和表2的方案0给出了各机组的当前出力和各线路上对应的有功潮流值，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

7、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，附件1中的表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，重复34的工作。二、问题的分析分析题目可知，这是希望以购电费用最小为经济目标，遵循电网运行“安全第一”的原则，以各机组当前出力及出力改变速率为约束，在

8、可以考虑安全裕度输电的情况下建立一个电力市场交易与调度一体化的模型。首先发电方根据自己的能出力的情况（受当前出力和爬坡速率影响）对下一时段的段容量单调不减的报价，然后网方按各机组报价由低到高取对应的段容量，直到选取的段容量之和等于网方对下一时段的负荷预算为止，此时把最大的段价作为清算价格，所有通过竞价取得下一时段发电权的出力都按清算价计算购电费。这样就可以得到了下一时段各机组的出力分配预案。但是这时得到的出力分配预案只考虑了购电费最小的经济目标，还没考虑“安全第一”的原则，所以还要根据该出力方案对各线路上的有功潮流的影响（由第一个问题的近似表达式得到），判断是否会出现输电阻塞，若引起了输电阻塞

9、，则根据输电阻塞管理规则，首先考虑调整出力分配预案使得阻塞消除，若消除不了则可以考虑在线路的安全裕度内输电，但是如果调整方案的话看，会给发电方带来一定的经济损失，因此网方在结算购电费时应适当的给发电方以经济补偿，这笔补偿费用就是阻塞费用。阻塞费用分为两个部分，设计的计算规则为序内容量不能出力部分（即调增量）应该按清算价与实际价的差额去结算补偿费用；而序外容量出力部分（调整量）则按照实际所给段价与清算价的差额去结算补偿费用，两者加起来就是阻塞费用。如果调整分配预案也做不到安全裕度输电，则要实行在用电侧拉闸限电的方案。三、基本假设1、机组当前出力是对机组在当前时段结束时刻实际出力的预测值；2、每个

10、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；3、机组在单位时间内能增加或减少的出力相同，出力值为爬坡速率；4、各个发电机组出力相互独立，即出力不受其他机组影响。5、时段内机组的出力不变，如果下一时段机组的出力改变，则改变发生在此时段结下一时段开始的瞬间；6、线路上始终有电流；7、所给的数据基本上真实有效；四、定义符号说明1、名词解释电力市场：电力的买方和卖方相互作用以决定其电价和电量的过程；边际成本：在一定的时期内，增加一个单位产量所需支付的成本；序内容量：在电力市场中通过竞价取得发电权的发电容量；序外容量：在竞价中未取得发电权的发电容量；爬坡速率：机组在单位时间内能增加或减

11、少的出力值；最终报价：进行结算时，机组分配到的出力对应的报价。2、符号说明序号符号符号说明1第i个方案第j个机组的出力值2第i个方案第j个机组的潮流值3潮流值关于个机组出力表达式的系数4第x个机组5机组爬坡后最大出力6机组爬坡后最小出力7段容量8段价9分配预案（第二题）的各段潮流五、模型的建立1、建模前的准备1）有功潮流近似表达式的确定 每条线路上的有功潮流取决于电网结构和各发电机组的出力，问题所研究的电网有8台发电机组，6条主要线路，附件1中的表1和表2的方案0给出了各机组的当前出力和各线路上对应的潮流值，方案132给出了围绕方案0的一些实验数据。观察问题中给定的表一、表二数据，发现表中给出

12、的数据有一定的规律，每四组数据只改变一个变量的值，而相应的因变量也随自变量的变化趋势改变。猜测问题中的关系式是线性。设为第条线路上的有功潮流，为第台机组的出力值，那么第条线路上的有功潮流与各机组的出力值之间的线性回归关系如下： (1)其中是待估计的回归系数，为随机误差。为了用矩阵表示上式，令 于是建立问题一的线性回归模型如下： (2)利用的统计工具箱可以得到回归系数矩阵如下： 得到各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式如下：Y1=110.48+0.0826X1+0.0478X2+0.0528X3+0.1199X4-0.0257X5+0.1216X6+0.1220X7-0.0015X8;

13、Y2=131.3521-0.0547X1+0.1275X2-0.0001X3+0.0332X4+0.0867X5-0.1127X6-0.0186X7+0.0985X8;Y3=-108.99-0.06939x1+0.061985x2-0.1565x3-0.009871x4+0.12467x5+0.0023561x6-0.0027873x7-0.20119x8;Y4=77.612-0.03463x1-0.10278x2+0.20504x3-0.020882x4-0.012018x5+0.0056932x6+0.14522x7+0.076336x8;Y5=133.13+0.000327x1+0.24

14、283x2-0.06471x3-0.041202x4-0.065452x5+0.07025x6-0.0038961x7-0.0091698x8;Y6=120.85+023757x1-0.06069x2-0.07855x3+0.092897x4+0.046634x5-0.000291x6+0.16636x7+0.00038828x8;2）阻塞费用计算规则的设计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。以机组的最终报价作为其边际成本，则该机组单位出力

15、的绝对盈利为清算价与报价的差值，因此，补偿的主要目的是解决由于方案调整导致获利变化的问题。我们设计的阻塞费用计算规则如下： 对于序内容量：由于方案的调整，使得一些机组的出力值减少，减少部分的获利值消失。为解决这部分冲突，网方赔偿该机组应得的获利值，有 即 对于序外容量：方案调整后，一些机组由于出力增加，其边际成本（报价）也随之增加，但由于清算价保持不变，机组不得不在低于其报价的清算价上出力，导致了获利损失。因此，网方对调整的出力部分造成的损失应给予补偿，有 即 总的阻塞费用即为2、约束条件的讨论 1）爬坡速率由假设1，在当前时段，市场交易-调度中心预测出各机组结束时刻的实际出力，即当前出力值，

16、由于爬坡速率的约束，当前出力在时段长15分钟内改变的值有限，有 ， 其中，对于第i个机组，为当前的出力值，为其下一时段出力值的下限，为其下一时段出力值的上限， 为爬坡速率，T为时段长。因此，下一时段的出力值须满足：2）线路潮流值为保证电网的安全，要求各线路的有功潮流的绝对值低于其安全限值，在应急情况下还可以使用线路的安全裕度输电，当用电负荷过大，无法使用安全裕度输电时，则必须在用电侧拉闸限电。因此，线路潮流值的约束为其中，为第j条线路的有功潮流值，为第j条线路的潮流限值，为第j条线路的潮流的安全裕度。 3）负荷需求各机组分配到的出力总和应为总负荷需求的预报值，即有其中，X为负荷需求预报。3、分

17、配预案的确定根据市场交易规则，运用lingo程序确定分配预案：（1）目标函数为各段出力与段价的乘机最小（2）约束条件有以下几条：各段出力之和为982.4；各段出力小于各段段容量；各个机组出力在爬坡范围之内根据此算法在lingo下编写的源程序见附件3。4、阻塞管理模型的建立市场交易-调度中心在整个工作的流程中，通过电力市场交易规则确定分配预案，然后计算各线路潮流值并判断执行该预案是否会出现输电阻塞，若出现，则需研究如何制订既安全又经济的调度计划。 对于阻塞管理，既要考虑经济原则，又要考虑安全原则，由此建立阻塞费用最小的目标函数，根据各机组各段位的容量限制，以及爬坡速率和有功潮流的限制建立约束条件

18、，用lingo求解，使之阻塞费用最小。根据lingo提示，观察是否有最优解、在其安全裕度范围内是否有最有解以及是否需要拉闸限电等。六、模型的求解1、预报负荷需求为982.4MW时1）分配预案的制定 调用附件3中的源程序，输入预报负荷需求X=982.4，可得分配预案为1507918099.5125140951413.9此方案的清算价是303元/MWh，购电成本= （元）2）潮流值的计算 将分配预案代入有功潮流的表达式，得到各线路潮流值为173.31141.02-150.92120.9136.81168.51此时，线路1、5、6的潮流值均超过其限值，造成了输电阻塞。3）阻塞管理模型调整的结果 由于

19、双目标函数的程序量和计算量较大，我们对模型做了适当的转化：双目标问题的转化 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，在电网安全运行的保证下同时考虑尽量减少阻塞费用。求解这个双目标问题时，我们采取“两步走”的策略：首先不考虑阻塞费用，对方案进行调整使危险因子z最小；然后在此基础上，固定z，对方案进一步调整使得阻塞费用最小。阻塞费用的近似等价转化根据阻塞费用的计算规则，我们建立了阻塞费用关于各机组出力的非线性方程，在Lingo下编程得到的解为局部最优解，且十分不稳定，故考虑对其进行近似等价，使之转化为线性规划。算法如下：a. 计算时，根据规则每台机组应当以取得发电权的各

20、段序外容量的最终报价与清算价的差值进行补偿，现在调整为各段分别按对应的报价与清算价的差值进行补偿；b. 的计算方法不变；c. 通过转化后的函数得到结果，再代回原规则计算阻塞费用。在Lingo下编写程序进行计算（源程序见附件3），得到较优的调整方案为150.48822875.61529576.4117相应的各线路潮流值为165149.4-154.98127.26132160.28此时目标结果为： ， 调整结果分析： 当预报负荷需求为982.4时，可以消除输电阻塞，阻塞费用为3264元。2预报负荷需求为1052.8时1） 出力分配预案的确定调用附件3的源程序，输入预报负荷需求，可得分配方案为：15

21、081218.299.5135150102.1117此方案的清算价为，购电成本= （元）2） 潮流值的计算将分配预案代入有功潮流表达式，得到各线路潮流值为：177.24141.18-156.15129.73134.81167.06此时，线路1，5，6的潮流值均超过其限值，造成输电阻塞。3） 阻塞管理模型调整的结果同理，调用源程序（源程序见附件4），求解得调整后的方案为：1538822899.515215560.3117相应的各线路潮流值为：173.41143.6-155.2124.67135.38160.41此时目标结果为：， 调整结果分析：当预案需求为1052.8时，无法消除输电阻塞，但可以

22、使用安全裕度输电，调整前方案的，调整后，降低了潮流超过限值的百分比，使电网运行更加安全，此时阻塞费用为1437.5七、结果分析1、对有功潮流近似表达式的分析为了检验拟合质量，我们计算出各线路拟合值和33组已知值绝对误差的平均值其中为实验数据，为拟合数据，计算得到=（0.0260 0.0233 0.0251 0.0242 0.0274 0.0273）结果表明，6条线路潮流的拟合值和实际值比较，几乎没有什么变化。下图为第5条线路拟合值和实际值的离散图。其中圆圈表示拟合值，实点表示实际值。从图中可见用线性拟合的效果非常好。对于题目中给出的数据，采用了多元线形回归得出各线路上的有功潮流值关于各发电机组

23、处理的表达式。而线形回归是存在一定的误差的，这些误差对于模型的建立没有影响，但对模型的遗传算法求解是基于线形回归表达式的，所以在模型求解时存在一定的误差1。2、对负荷需求的限制由于线路潮流值的约束，对负荷需求有一定的限制：1）不出现输电阻塞 此时线路上的潮流值不能超过其限值，以负荷最大最为规划目标，在Lingo下编程求解（源程序见附件5），得到该条件下的最大负荷能力为983.483MW，即当负荷需求大于983.483MW时，将无法调整方案使输电阻塞消失；2）不拉闸限电 此时线路上的潮流值不能超过其安全裕度，在同样的目标函数下对约束条件进行修正，运行程序得到结果最大负荷为1249.24MW，即当

24、负荷需求大于此值时，必须采取拉闸限电措施。3、对线路改进的建议随着用电需求的增加，当用电负荷大于1249.24MW时，现行的电网结构已明显不能保证电网安全运行，因此，当用电需求较高时必须对线路进行整改。我们考虑不拉闸限电时最大负荷受各线路潮流限值的影响，当把各线路安全裕度下的潮流上限适当提高时，观察最大负荷的变化：图4 最大负荷随各线路安全裕度下潮流上限的变化趋势其中横坐标表示各线路安全裕度下的潮流上限的提高量，纵坐标表示最大负荷的变化。从图像中可以发现，线路1对最大负荷的影响比较明显，而线路25对最大负荷几乎没有影响。因此，在对线路进行整改时通过提高线路1的潮流安全裕度可以有效地提高最大负荷

25、能力，使电网在高负荷前提下能够安全运行。八、 模型的评价与改进优点：1、我们的模型采用了“两步走”的策略，将双目标规划转化为两次单目标规划问题，大大降低了模型求解的难度，减少了程序运行时间；2、 引入危险因子反映电网线路的安全性，具有一定的实际意义。3、 在局部线性假设下，对带有常数项和没有常数项的线性回归模型分别做了回归分析和细致的假设检验，并以回归方程作为潮流分布和出力分配的近似公式；4、 根据电力系统分析的背景知识，阐明了电网潮流分布与机组出力只有统计规律性，因而带有常数项的回归模型更合理；缺点：1. 设计阻塞费用计算规则时我们仅考虑了序内容量和序外容量的损失，模型进一步改进的方案是在设

26、计阻塞费用时充分权衡发电商和网方双方的利益，以达到真正意义上的的公平。2. 因专业知识匮乏，没有结合现行的几种典型的电力市场运营模 式(如Pool模式、双边交易模式等)的特点给出更合理的阻塞管理办法，对阻塞费用的分摊问题讨论还不充分。九、参考文献1尚金成等，电力市场理论研究与应用，北京：中国电力出版社，2002；2黄继明，美国PJT电力市场，2004.09.18；3何仰赞，温增银电力系统分析(第三版)【M武汉：华中科技大学出版礼，2003 4范金城，梅长林数据分析【M北京：科学出版社，2002 5郑君里，应启珩，杨为理信号与系统(第二版)M】北京：高等教育出版社，2000 6严蔚敏，吴伟民数据

27、结构M】北京：清华火学出版社，1997 7王春森系统设计师教程【M】北京：清华大学出版社，2001 8张智星等神经一模糊和软计算【M】_西安交通大学出版社，2000 9杨洪明，段献忠，何仰赞阻塞费用的计算和分摊方法J电力自动化设备，2002；十、附件清单附件1：有功潮流关于各机组出力近似表达式的计算源程序附件2：在Lingo下确定分配预案的源程序附件3：在Lingo下求解调整后的出力分配方案源程序（预报负荷为982.4MW）附件4：在Lingo下求解调整后的出力分配方案源程序（预报负荷为1052.8MW）附件5：在Lingo下求解不出现输电阻塞时的最大负荷附 件附件1：有功潮流关于各机组出力近

28、似表达式的计算源程序clear allclcx=120 73 180 80 125 125 81.1 90133.02 73 180 80 125 125 81.1 90129.63 73 180 80 125 125 81.1 90158.77 73 180 80 125 125 81.1 90145.32 73 180 80 125 125 81.1 90120 78.596 180 80 125 125 81.1 90120 75.45 180 80 125 125 81.1 90120 90.487 180 80 125 125 81.1 90120 83.848 180 80 125

29、 125 81.1 90120 73 231.39 80 125 125 81.1 90120 73 198.48 80 125 125 81.1 90120 73 212.64 80 125 125 81.1 90120 73 190.55 80 125 125 81.1 90120 73 180 75.857 125 125 81.1 90120 73 180 65.958 125 125 81.1 90120 73 180 87.258 125 125 81.1 90120 73 180 97.824 125 125 81.1 90120 73 180 80 150.71 125 81.

30、1 90120 73 180 80 141.58 125 81.1 90120 73 180 80 132.37 125 81.1 90120 73 180 80 156.93 125 81.1 90120 73 180 80 125 138.88 81.1 90120 73 180 80 125 131.21 81.1 90120 73 180 80 125 141.71 81.1 90120 73 180 80 125 149.29 81.1 90120 73 180 80 125 125 60.582 90120 73 180 80 125 125 70.962 90120 73 180

31、 80 125 125 64.854 90120 73 180 80 125 125 75.529 90120 73 180 80 125 125 81.1 104.84120 73 180 80 125 125 81.1 111.22120 73 180 80 125 125 81.1 98.092120 73 180 80 125 125 81.1 120.44;y=164.78 140.87 -144.25 119.09 135.44 157.69165.81 140.13 -145.14 118.63 135.37 160.76165.51 140.25 -144.92 118.7 1

32、35.33 159.98167.93 138.71 -146.91 117.72 135.41 166.81166.79 139.45 -145.92 118.13 135.41 163.64164.94 141.5 -143.84 118.43 136.72 157.22164.8 141.13 -144.07 118.82 136.02 157.5165.59 143.03 -143.16 117.24 139.66 156.59165.21 142.28 -143.49 117.96 137.98 156.96167.43 140.82 -152.26 129.58 132.04 153

33、.6165.71 140.82 -147.08 122.85 134.21 156.23166.45 140.82 -149.33 125.75 133.28 155.09165.23 140.85 -145.82 121.16 134.75 156.77164.23 140.73 -144.18 119.12 135.57 157.2163.04 140.34 -144.03 119.31 135.97 156.31165.54 141.1 -144.32 118.84 135.06 158.26166.88 141.4 -144.34 118.67 134.67 159.28164.07

34、143.03 -140.97 118.75 133.75 158.83164.27 142.29 -142.15 118.85 134.27 158.37164.57 141.44 -143.3 119 134.88 158.01163.89 143.61 -140.25 118.64 133.28 159.12166.35 139.29 -144.2 119.1 136.33 157.59165.54 140.14 -144.19 119.09 135.81 157.67166.75 138.95 -144.17 119.15 136.55 157.59167.69 138.07 -144.

35、14 119.19 137.11 157.65162.21 141.21 -144.13 116.03 135.5 154.26163.54 141 -144.16 117.56 135.44 155.93162.7 141.14 -144.21 116.74 135.4 154.88164.06 140.94 -144.18 118.24 135.4 156.68164.66 142.27 -147.2 120.21 135.28 157.65164.7 142.94 -148.45 120.68 135.16 157.63164.67 141.56 -145.88 119.68 135.29 157.61164.69 143.84 -150.34 121.34 135.12 157.64;b2=zeros(6,9);Rf2=zeros(1,6);F2=zeros(1,6);X=ones(33,1) x;for i=1:6 b,bint,r,rint,stats=regress(y(:,i),X); b2(i,:)=b; Rf2(i)=stats(1); F2(i)=stats(2);endb2附件2：在Lingo下确定分配预案的源程序model:sets:jizu/1.8/:x,jizumax,jizumin;duan/1.10/:m;duanrongliang(j