第四章 电力系统有功优化调度与竞价交易算法课件.ppt

《第四章 电力系统有功优化调度与竞价交易算法课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 电力系统有功优化调度与竞价交易算法课件.ppt（34页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第四章电力系统有功优化调度与竞价交易算法,第一节 传统模式下电力系统有功优化调度 传统的电力系统发电计划的基本任务是根据系统预测的负荷需求，安排火电机组的启停机计划和出力计划，安排水电机组的出力计划，在满足机组本身、系统的负荷和旋转备用需求、以及其它一些约束条件的前提下，使整个系统在一个计划周期内总发电费用或总煤耗最小。经典的电力系统经济调度模型（最优潮流出现之前）较难考虑网络安全等约束，一般通过电网安全校核模块对短期发电计划进行潮流、静态与动态安全计算，如存在稳定问题，将通过改变断面潮流限制和发电机组的出力限制，重新调整发电计划。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易算法,第一节 传统模式下

2、电力系统有功优化调度 1、考虑网损的电力系统有功负荷分配-纯火电系统 对纯火电系统，电力系统在进行有功负荷分配时通常以全网机组煤耗最小来优化。模型可描述如下： （3-1） 上述条件极值问题问题可采用Lagrange乘子法来求解。设Lagrange乘子为，可构造Lagrange函数： （3-2）,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易算法,第一节 传统模式下电力系统有功优化调度 1、考虑网损的电力系统有功负荷分配-纯火电系统 式（3-2）取得极值的条件为Lagrange函数对各变量的偏导数为零，即 （3-3） 我们知道 为机组耗量微增率；而 为网损微增率，关于网损微增率的计算见第五章第二节。,第四

3、章电力系统有功优化调度与竞价交易算法,第一节 传统模式下电力系统有功优化调度 1、考虑网损的电力系统有功负荷分配-纯火电系统上述模型的计算机解法：第一步： 给定任意小的，令 ，先给定初始值 ，并令初始值 。第二步：联立式（3-1）的等式约束和式（3-3），可得到各机组的 。 第三步：检查式（3-1）的不等式约束是否满足，如越限，则固定在限值上，相应发电机从NG中去除，返回第二步。否则，转入第四步。第四步：求当前 下的网损微增率及网损 ，返回第二步。第五步：如果两次迭代满足 ，则结束。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易算法,第一节 传统模式下电力系统有功优化调度2、考虑网损的电力系统有功负荷

4、分配-水火电联合系统的协调调度 大型电力系统通常都具有能源多样性，而其中水电和火电通常占绝大部分比例，因而水火电系统的联合优化调度研究成为调度部门十分关心的问题。由于水电是可再生的清洁能源，在水火电系统中应充分发挥水电优势，尽量让水电多发电以节约能源。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易算法,第一节 传统模式下电力系统有功优化调度2、考虑网损的电力系统有功负荷分配-水火电联合系统的协调调度水火电联合系统的经济调度模型可描述为： 目标函数：各时段火电厂燃料消耗最小，即 （3-4） 约束条件：,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易算法,第一节 传统模式下电力系统有功优化调度2、考虑网损的电力系统

5、有功负荷分配-水火电联合系统的协调调度 根据Lagrange乘子法构建Lagrange增广函数： （3-5） 取：得到：,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易算法,第一节 传统模式下电力系统有功优化调度2、考虑网损的电力系统有功负荷分配-水火电联合系统的协调调度上式可表示为： （3-8）式（3-8）称为水火电协调方程。 为目标函数的极值对于第j个水电厂用水量等式约束偏移值的负敏感系数，由于该敏感系数为负，当该水电厂的用水量超过规定值时，目标函数（火电厂燃料总耗量）将减少，因此，协调方程体现了多用水少耗煤的思想。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第一节 传统模式下电力系统有功优化调度2、考

6、虑网损的电力系统有功负荷分配-水火电联合系统的协调调度该模型的计算机算法为： 第一步：给定 （ ）和 的初值；置时段号k=1; 第二步：置线损修正标志M为零，同时置 为零. 第三步：按各厂的耗量微增率 求出各厂出力 以及负荷 第三步：如果 则转第四步； 否则，调整,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第一节 传统模式下电力系统有功优化调度2、考虑网损的电力系统有功负荷分配-水火电联合系统的协调调第四步：若M=0，转第五步，若M=1，转第六步； 第五步：置线损修正标志M=1，根据各机组出力 ， 计算网损 ，和各个网损微增率 ， 。转第三步； 第六步：若时段k=N，转第七步；否则转第二步；第七步

7、：计算各水电厂用水量： 若对全部j都满足 ，则停止； 否则对 进行调整。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易1 、电力市场下交易计划的特点与主要内容 电力市场是进行电力交易的场所，进行交易管理、制定交易计划是调度中心的重要职能。无论是单边开放、还是双边开放的电力市场，电网与电厂之间由原来的按指定计划转变为经济关系，电厂由原来的按指定计划发电转变为通过竞争上网发电，也就是说传统的发电计划将由电力市场下的交易计划所取代。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易1 、电力市场下交易计划的特点与主要内容 由于电力市场的运营模式、市场运作规

8、则等的不同，将导致电力市场条件下的交易计划与传统的发电计划有很大的不同，这主要表现在： 首先是目标函数变得多样化，模型改变。除了全网的总发电煤耗或费用最小之外，还可以是交易中心购电费用最小、用户总电费最小、用户电价最低、社会总利润最大等等。目标函数的变化，可以使整个问题的数学本质发生变化。即使是相同的目标函数，如果市场运作规则不一样，例如定价规则，也可能使问题的数学本质不同。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易1 、电力市场下交易计划的特点与主要内容其次，约束条件要求更强。不论何种运营模式，电力系统的安全稳定运行永远是第一位的。这就要求在问题的模型中要考虑线路

9、的传输容量、传输断面的输送功率、节点电压等约束。同时出现了电量合同、双边合同、期货合同等多种贸易形式，相当于在原问题中加入了新的约束条件(电力交易约束)。交易计划中由于时段时间间隔的细化以及对电量结算的精细要求，使得在问题的模型中必须考虑机组出力变化速率约束。第三，机组运行耗量特性用报价来描述，而不是用煤耗。电力交易中，机组报价曲线因时段不同相异。发电商将根据不同时段市场供需状况，调整报价策略，以获得更多的市场份额和利润。这一变化极大的增加了电力交易计算的难度，使得考虑开机连续性的组合优化进一步复杂化，要求研究全新的数学模型和算法。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功

10、竞价交易1 、电力市场下交易计划的特点与主要内容第四，辅助服务调度模式不同。在传统的运营模式下，控制中心的调度员可以根据系统的需要对可操作的各机组或电力设备比较随意地下达调峰、调频、调压调度命令。在电力市场条件下，调度员还要考虑市场参与者是否愿意提供这些辅助服务以及以什么样的报价提供这些辅助服务。第五，水电的调度模式发生根本变化。在传统的发电计划中，认为水电厂发电不需任何费用。在水量允许的情况下，尽量多发水电，以减少火电发电费用。在电力市场情况下，制定交易计划时以各发电商的报价为基础。这时，对于交易中心来说，水电厂已经不是发电费用为零的电厂了。传统的水火分解协调思想己经不再适用。,第四章电力系

11、统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易1 、电力市场下交易计划的特点与主要内容 电力市场下的交易计划按交易内容的不同可分为电能交易和辅助服务交易两种类型，其中电能交易按交易时间可分为实时电能交易、短期（日前）电能交易、中、长期电能交易等，按电能交易运作模式一般可分成联营模式(Power Pool)、双边合同(Bilateral Contract)模式、多边合同(Multilateral Contract)模式等三种。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易 单边开放联营模式下日前市场竞价交易的主要

12、流程为：(1) 交易中心给出次日24小时负荷预测值，预测值根据交易时段可精确到一小时（24点）、半小时（48点）、15分钟（96点）等。(2) 各发电商根据交易中心发布的次日负荷需求值进行报价，报价精确到相应交易时段。(3) 交易中心根据各发电商报价，运行竞价交易算法，确定各发电商在各交易时段的交易价格和发电出力，交易价格根据结算方式不同可采用按系统统一出清价、按发电商报价或节点电价等。从日前市场竞价交易的主要流程看，竞价交易算法是竞价交易的核心，虽然在电力市场发展的不同阶段，竞价交易算法的形式有所不同，但其数学模型是基本一致的，最终的目的都是在满足系统安全约束和电能质量的条件下提高经济性。电

13、力市场竞价算法和传统的经济调度算法一样，都是非线性有约束优化问题，其难点在于解除约束，求得可行解，同时体现电力市场参与者之间的利益分配。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易日前市场有功竞价交易模型可表述为：1）目标函数（系统购电费用最小）根据市场结算规则的不同，目标函数可分为： A：按电网统一边际成本结算的目标函数：,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易日前市场有功竞价交易模型可表述为：1）目标函数（系统购电费用最小） 根据市场结

14、算规则的不同，目标函数可分为： B：按发电机组实际报价结算的目标函数：,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易日前市场有功竞价交易模型可表述为：2）约束条件 （1）功率与容量约束 a. 电网功率平衡的等式约束： 式中 PD为电网总负荷功率（竞价部分）,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易日前市场有功竞价交易模型可表述为：2）约束条件 （1）功率与容量约束 b. 机组功率不等式约束条件： c.电网负荷备用功率不等式约束条件：,第四章电力

15、系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易日前市场有功竞价交易模型可表述为：2）约束条件 （2）时间类约束 发电机组升降功率速度约束条件：（3）电网安全约束 a.支路潮流功率不等式约束条件：,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易日前市场有功竞价交易模型可表述为：2）约束条件 （3）电网安全约束 b.节点电压不等式约束条件： 上述模型是一个非线性、多约束时-空优化问题。目前还没有一种有效的算法能考虑所有约束以求的最优解的算法。现有的方法是对约束条件适

16、当简化，以获得次优解（满意解）。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易一种常采用的方法是将问题划分为多层次的优化子问题来分步骤计算。如下图所示，我们将问题划分为3层优化子问题，第一层为负荷分配问题；第二层为机组组合问题；第三层为电网安全校核问题；其中外层子问题为解决内层子问题的基础。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易2.1 基于等报价的负荷分配 等报价方法的基本原理源于市场均衡理论。如前中所述，当发电市场达到均衡状态时，按统一边

17、际成本结算，市场的效益最大化，总的购电成本也最小，等报价方法就是去寻找这个最小的统一边际价格。负荷分配的等报价方法采用如下数学模型：,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易2.1 基于等报价的负荷分配目标函数：约束条件： a. 电网功率平衡的等式约束： b.机组功率不等式约束条件：,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易2.1 基于等报价的负荷分配等报价方法的计算步骤： 第一步：令 ，给定初始边际电价 及步长 ；第二步：按边际电价 确定

18、 ，若对于某台机组 不存在，即 ，则令 。第三步：计算 ，若等于 ，停止计算，得到最优解 、 。第四步：若 小于 ，令 、 返回第二步。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2.2 静态优化技术中的机组组合方法 在上面所介绍的负荷分配算法中，只考虑了两个约束条件，系统功率平衡约束和发电机组出力约束，并且没有考虑机组的开、停问题（发电机组功率上升、下降速度约束和最小开、停机时间约束 ）。本节着重介绍静态优化技术中的机组组合问题。（1）发电机组出力上升、下降速度约束处理 对于时段t，假设t-1时段的各发电机组功率Pi,t-1是已知的，发电机组出力上升、下降速度约束变

19、为： 即： ，相当于发电机组的出力上、下限约束。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2.2 静态优化技术中的机组组合方法 本节以等报价原则为基础解决机组组合问题。等报价算法的基本原理是给定一个初始边际电价，按一定步长逐步迭代搜索，直到满足负荷平衡时为止；在此过程中，还要满足其他约束。由于已经将机组划分为“必开”、“必停”和“可开、可停”几种状态，对于“必停”机组就不用再考虑了；机组的开、停组合在“可开、可停”机组中进行的。在迭代过程中，随着边际电价的升高，系统的功率不断地缓慢上升，当一台机组被组合上之后，系统的功率必然有一个阶跃，如果此阶跃使系统功率大于负荷，

20、则此机组被称做平衡机组，机组组合被确定，迭代过程结束；否则，迭代过程一直持续下去，直到系统功率等于系统负荷为止。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2.2 静态优化技术中的机组组合方法 基于等报价方法的机组组合方法迭代过程描述如下：,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第二节 电力市场下有功竞价交易2、单边开放联营模式下短期（日前）市场有功竞价交易2.2 静态优化技术中的机组组合方法 基于等报价方法的机组组合方法迭代过程描述如下：（1） 确定各机组的运行状态，为“必开”、“必停”和“可开、可停”中的一种； （2）令 ，给定初始边际电价 及步长 ；（3）按边际

21、电价 确定 ，若对于“必开”机组 不存在，即 ，则令 。而对于“可开、可停”机组，若 不存在，则令 ，否则， ；（4） 按式旋转备用约束条件检验系统的旋转备用约束，若满足，转到（5）；否则，转到步骤（7） （5）计算 ，若大于或等于 ，转到步骤（7）；否则，转到步骤（6）；（6） 令 、 返回步骤(3)，重复计算； （7） 按已确定的机组组合重新分配负荷；,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第三节 电力市场下辅助服务竞价交易3.1 辅助服务交易模式 辅助服务是指为了保障电力系统安全、促进电力交易和保证电力供应，由发电商提供的除正常电能生产外的额外服务。传统模式下由于发电、输电、配电由一家垄断所有，虽然存在辅助服务，但并不需要付费及交易。在电力市场模式下，由于辅助服务提供商（如发电厂）为独立的经济实体，其提供的辅助服务必须得到相应的补偿。目前，辅助服务的市场模式有统一型（补偿型）、投标型、双边合同型三种，或两两结合。,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,电力市场下辅助服务竞价交易,第四章电力系统有功优化调度与竞价交易,第四节 输电服务的定价,大作业 2,各发电厂的报价函数及相关参数见表1，系统给定24小时负荷见表2，试按等报价法确定各发电厂24小时的交易计划（出力及价格）。 表1、表2,