電網安全執行的排程計畫
摘要:本文討論了電網安全執行的排程方法,問題1中,運用spss軟體和多元線性規劃的知識,根據表1和表2的資料,確定6條線路上有功潮流關於各發電機組出力的近似表示式;問題2中,通過考慮相關電力市場規則,並在輸電阻塞發生時,公平地對待序內容量不能出力的部分和**高於清算價的序外容量出力的部分(序外容量和序內容量的電價均按照**與結算價之差的絕對值結算),給出了我們設計的關於計算阻塞費用的函式表示式;問題3中,假設下一時段預報負荷需求為982.4mw,通過綜合考慮各機組的段容量、段價和爬坡速率等資料,按照電力市場規則給出下乙個時段各機組的出力分配預案;問題4中,我們檢查了該出力分配方案是否引起輸電阻塞,並在發生輸電阻塞時,根據安全且經濟的原則,調整各機組出力分配方案,並給出與該方案相應的阻塞費用;問題5中,假設下乙個時段預報的負荷需求是1052.
8mw,我們重複問題3和問題4的工作。
下面是計算得出的結果:
(1) 假設下一時段預報負荷需求為982.4mw :
(2) 假設下一時段預報負荷需求為1052.8mw :
關鍵詞:電網系統;線性規劃;spss;靈敏度分析;
1 問題的提出
我國電力系統的市場化改革正在積極、穩步地進行。電網公司在組織交易、排程和配送時,必須遵循電網「安全第一」的原則,同時要制訂乙個電力市場交易規則,按照購電費用最小的經濟目標來運作。電網每條線路上的有功潮流的絕對值有一安全限值,限值還具有一定的相對安全裕度。
如果各機組出力分配方案使某條線路上的有功潮流的絕對值超出限值,稱為輸電阻塞。當發生輸電阻塞時,需要研究如何制訂既安全又經濟的排程計畫。
1.1 已知某電網的基本情況與要求
1.1.1 現有裝置
有8臺發電機組,有6條主要線路,每條線路上的有功潮流(輸電功率和方向)取決於電網結構和各發電機組的出力。電網每條線路上的有功潮流的絕對值有一安全限值,限值還具有一定的相對安全裕度(即在應急情況下潮流絕對值可以超過限值的百分比的上限)。
1.1.2 輸電阻塞
如果各機組出力分配方案使某條線路上的有功潮流的絕對值超出限值,稱為輸電阻塞。在不能消除輸電阻塞情況下,可以在安全裕度範圍內輸電,否則必須拉閘限電。
1.2 相關資訊
表1 各機組出力方案 (單位:兆瓦,記作mw)
表2 各線路的潮流值(各方案與表1相對應,單位:mw)
表3 各機組的段容量 (單位:mw)
表4 各機組的段價(單位:元/兆瓦小時,記作元/mwh)
表5 各機組的爬坡速率 (單位:mw/分鐘)
表6 各線路的潮流限值(單位:mw)和相對安全裕度
1.3 電力市場交易規則與輸電阻塞管理原則
1.3.1 電力市場交易規則:
(1)以15分鐘為乙個時段組織交易,每台機組在當前時段開始時刻前給出下乙個時段的**。各機組將可用出力由低到高分成至多10段**,每個段的長度稱為段容量,每個段容量報乙個價(稱為段價),段價按段序數單調不減。在最低技術出力以下的**一般為負值,表示願意付費維持發電以避免停機帶來更大的損失;
(2)在當前時段內,市場交易-排程中心根據下乙個時段的負荷預報,每台機組的**、當前出力和出力改變速率,按段價從低到高選取各機組的段容量或其部分(見下面注釋),直到它們之和等於預報的負荷,這時每個機組被選入的段容量或其部分之和形成該時段該機組的出力分配預案(初始交易結果)。最後乙個被選入的段價(最高段價)稱為該時段的清算價,該時段全部機組的所有出力均按清算價結算。
注釋:(a) 每個時段的負荷預報和機組出力分配計畫的參照時刻均為該時段結束時刻;
(b) 機組當前出力是對機組在當前時段結束時刻實際出力的**值;
(c) 假設每台機組單位時間內能增加或減少的出力相同,該出力值稱為該機組的爬坡速率。由於機組爬坡速率的約束,可能導致選取它的某個段容量的部分;
(d) 為了使得各機組計畫出力之和等於預報的負荷需求,清算價對應的段容量可能只選取部分。
1.3.2 輸電阻塞管理原則:
(1)調整各機組出力分配方案使得輸電阻塞消除;
(2)如果(1)做不到,還可以使用線路的安全裕度輸電,以避免拉閘限電(強制減少負荷需求),但要使每條線路上潮流的絕對值超過限值的百分比盡量小;
(3)如果無論怎樣分配機組出力都無法使每條線路上的潮流絕對值超過限值的百分比小於相對安全裕度,則必須在用電側拉閘限電;
(4)當改變根據電力市場交易規則得到的各機組出力分配預案時,一些通過競價取得發電權的發電容量(稱序內容量)不能出力;而一些在競價中未取得發電權的發電容量(稱序外容量)要在低於對應**的清算價上出力。因此,發電商和網方將產生經濟利益衝突。網方應該為因輸電阻塞而不能執行初始交易結果付出代價,網方在結算時應該適當地給發電商以經濟補償,由此引起的費用稱之為阻塞費用。
網方在電網安全執行的保證下應當同時考慮儘量減少阻塞費用。
1.4 需解決的問題
(1)表1和表2中的方案0給出了各機組的當前出力和各線路上對應的有功潮流值,方案1~32給出了圍繞方案0的一些實驗資料,試用這些資料確定各線路上有功潮流關於各發電機組出力的近似表示式;
(2)設計一種簡明、合理的阻塞費用計算規則,除考慮上述電力市場規則外,還需注意:在輸電阻塞發生時公平地對待序內容量不能出力的部分和**高於清算價的序外容量出力的部分;
(3)假設下乙個時段預報的負荷需求是982.4mw,表3、表4和表5分別給出了各機組的段容量、段價和爬坡速率的資料,試按照電力市場規則給出下乙個時段各機組的出力分配預案;
(4)按照表6給出的潮流限值,檢查得到的出力分配預案是否會引起輸電阻塞,並在發生輸電阻塞時,根據安全且經濟的原則,調整各機組出力分配方案,並給出與該方案相應的阻塞費用;
(5)假設下乙個時段預報的負荷需求是1052.8mw,重複3~4的工作。
2 基本假設
(1)發電系統與輸電系統均正常執行,未發生突發故障;
(2)各機組可連續工作,agc輔助服務需要實時排程,但制定方案時不予以考慮額;
(3)機組出力和各線路潮流不會突變,存在近似線性關係,可以進行多元線性回歸分析;
(4)網方排程命令瞬時完成,且不考慮額電網輸送過程中的電能損耗;
3 符號說明
表示機組序號,
表示線路序號,
表示方案序號,
表示機組的段序號,
表示機組爬坡速率
表示線路安全裕度
表示機組對線路出力係數
表示機組對線路出力係數矩陣
表示常量矩陣
表示段容量**或者阻塞輸電費用,單位:元
表示機組出力,單位:
表示清算**,單位:元
表示線路潮流值,單位:
特別說明:上述符號都是基礎部分,加上上下標後會有特定的含義如為第個機組第段的**,這在文中會有說明;表示相同含義,不再予以區分。
4 問題的分析與模型的建立
4.1 問題的分析
依據負荷預報、各機組當前出力值及爬坡速率,按照預先的各機組出力方案檢測是否可行:若可行,則按照預定方案執行;否則必須進行預案調整,以最大程度避免輸電阻塞。如果無論怎樣調整,都不能避免輸電阻塞,則應當遵循「安全第一,兼顧經濟」的原則,可以在安全裕度範圍內輸電。
根據各機組的**,在安全裕度使用最小條件下,達到最經濟的目的。如果依舊沒有可行方案,則必須進行拉閘限電。
輸電阻塞是由於網路約束的限制,使輸電網的輸送能力不足以同時傳輸所有市場交易的一種狀態,它表徵出輸電網有限容量的特性。典型的輸電阻塞是輸電線路過負荷。為確保輸電網的安全和可靠,輸電阻塞在實際的電網執行中是要盡最大可能避免的。
若市場交易造成了輸電阻塞,則系統排程員必須通過阻塞管理消除阻塞,必要時可以在安全裕度範圍內輸電。否則,就要強制進行拉閘限電。當改變根據電力市場交易規則預先得到的各機組出力分配預案時,一些序內容量就不能出力,而另一些序外容量就要在低於**的清算價上出力。
由此造成兩個方面的額外費用(除購電費用之外):。該額外費用稱為阻塞費用,用以彌補上述兩種損失。由電網付給發電商的阻塞費用要體現公平合理,故阻塞費用的計算方法就顯得尤為重要。
4.2 模型的建立
4.2.1 各線路上有功潮流關於各發電機組出力的近似關係:
根據假設,對於乙個線路的潮流值是各發電機組出力的近似的線性關係:
矩陣的元素表示第個出力方案中第條線路的潮流值,係數矩陣的元素表示第i個發電機組對第j條線路的出力係數;矩陣的元素表示第個出力方案中選取的第個機組某段的出力值;矩陣的元素表示常量。
因此,設發電機組出力向量與輸電線路潮流值向量的關係:
4.2.2 阻塞費用計算規則
根據前面的問題分析和參考文獻,我們設計的計費規則如下:
網方應付的阻塞費用由序外容量不發電導致發電廠損失的費用(稱為序外容量費用)倍和序內容量多發電導致發電廠損失的的費用(稱為序內容量費用)倍組成。
序外容量的費用
序內容量的費用
其中序外容量和序內容量的電價均按照**與結算價之差的絕對值結算,為預先輸電方案中選取的第個機組第段的出力值, 分別為調整阻塞後第個機組第段序外容量、序內容量的出力值;分別為第個機組第段的序外容量、序內容量的結算價;為第個機組第段的**;為第個機組第段的爬坡時間。
因此,阻塞費用為,其中、為常量係數,可由發電廠與網方協商確定。
這裡,我們取、,此時
其中,為調整後所取得第個機組第段的出力值
4.2.3 出力分配預案的設計
出力分配預案是指依據電力市場交易規則,排程員根據預報負荷、各機組的段價、當前出力值以及各機組的爬坡速率制定的下一時段的各機組出力方案。
機組出力總值等於預報負荷
其中為預報負荷;為分配預案所取得的第個機組第段的出力值
機組爬坡速率的限制
其中為第個機組的爬坡速率,為第0個出力方案中第個機組的出力值,表示第個機組第段的爬坡時間
第個機組段容量總和的限制
其中第個機組段容量
清算價不小於任何選取段容量的**
4.2.4 分配預案調整的設計
分配預案調整是指當發生輸電阻塞時,排程員遵循「安全第一,兼顧經濟」的原則,對預定方案進行調整以達到消除輸電阻塞或在安全裕度下輸電,必要時可進行拉閘限電。
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