管理科学在电力系统的应用

管理科学在电力系统的应用电力系统忧化调度协调理论1.前言随着全国联网和竟争性电力市场的建设,以及国家节能、环保、经济调度(节能、降耗、减排政策的实施，互联电力系统运行中不确定因素可能不断增多，各种运行风险将难于预测。因此，研究电力系统优化调度协调模型及机制，提高电网调度决策智能化水平，对确保电网安全与经济运行有着极其重要的意义。而过去的研究中，把电力系统优化调度间题分解为多个优化调度子间题并进行简化，未充分考虑各个子间题之间的协调配合，缺少把这些孤立的功能整合协调起来的理论支持，特别是缺少在空间尺度、时间尺度、电力生产环节上协调年度、月度周、日前调度交易计划、实时平衡调度计划，缺少兼顾安全与经济、真正实用的电力优化调度协调控制系统，各个子间题的优化调度计算结果主要依靠人工调度来协调和修正，使得优化调度效果及电力调度决策智能化水平大打折扣。本文在文献的基础上，阐述电力系统优化调度协调理论的整体框架，提出了优化调度在调度空间尺度、时间尺度、电力生产环节、控制对象、电网安全稳定控制策略、优化目标、“三公”调度等方面的协调调度机制及模型。我国目前设置有国家、区域、省级的电力调度中卜和电力交易中卜，分别负责跨区域、跨省和省内电力调度及电力交易计划的制订。本文在论述优化调度协调理论时，主要偏重于优化调度协调的描述。为简化叙述，将电力调度中心和电力交易中心的功能合并在一起进行论述，并将相应的电力调度中心和电力交易中心简称为国调、区域调和省调。2．内容1.忧化调度协调理论的整体框架电力系统优化调度研究的是电力系统最优运行状态，其模型1-3]是一个考虑时间及空间变化(变量)的动态优化决策模型，求解难度大。但可以从空间尺度、时间尺度、电力生产环节上将该间题分解为年度、月度、周、日前、滚动1]、实时平衡等优化调度1-4]以及偏差及电网阻塞在线校正控制与跨区域、跨省、省内调度等子间题,其中,偏差及电网阻塞在线校正控制也称为偏差及电网阻塞校正控制,包括电网阻塞在线校正控制及自动发电控制(AGC在此基础上,寻找最优的协调方法来整合协调各时间和空间尺度上的调度计划,以满足电力系统安全稳定、经济运行的要求和公开、公平、公正(三公的调度原则,亦即:电力系统优化调度协调理论研究在电网安全稳定运行和电网经济运行2个目标的前提下协调各个子间题,完成安全约束下的经济调度任务,达到在电网安全约束条件下经济效益最大化的总体目标。年度、月度、周、日前、滚动和实时平衡优化调度都是基于负荷预测的优化调度,一般是在安全约束条件及某些经济约束条件下经济成本最小的优化偏差及电网阻塞校正控制是基于电网实时运行状态的校正控制,是对每个调度时段4]内出现电网阻塞及功率不平衡后进行的控制,一般使用恢复时间最短、或调整量最小、或找到最近的可行运行点作为控制目标。电力系统优化调度需要考虑如下协调间题：1)在调度空间尺度上的协调在调度空间尺度上，各级调度需要考虑与上一级联络线、下一级联络线的年度、月度、周、日前、实时平衡优化调度计划，即跨区域、跨省及省内年度、月度、周、日前、实时平衡优化调度交易计划之间的协调。2)在调度时间尺度上的协调在调度时间尺度上，需要考虑年度、月度、周、日前、滚动、实时平衡优化调度、偏差及电网阻塞在线校正控制之间的协调。3)在电力生产环节上的协调电力系统优化调度需要考虑与电力生产的发电、输电、配电、零售等4个连续性环节的协调，需要考虑与竟争性电力市场的协调，需要考虑与节能、环保、经济调度(节能、降耗、减排)为目标的节能发电调度的协调。4)在兼顾安全与经济的优化目标上的协调电力系统优化调度的目标通常包括经济型目标和安全型目标。兼顾安全与经济优化目标的协调，研究的是如何协调安全和经济的双重目标、如何实现安全约束下经济效益最大化的问题。5)电力优化调度与电网安全稳定控制策略的协调在时间尺度和空间尺度上，年度、月度、周、日前、滚动、实时平衡优化调度和偏差及电网阻塞校正控制都需要考虑与其相适应的电网安全稳定控制策略进行协调。6)在有功与无功控制对象上的协调电力系统优化调度需要协调有功和无功出力、有功与无功的协调控制间题，研究的是如何协调有功优化与无功优化的关系，以满足安全运行条件下经济效益最大化。7)电力优化调度与（三公）调度的协调电力系统优化调度还需要考虑与公开、公平、公正的（三公）调度的协调问题。限于篇幅，本文主要讨论优化调度在空间尺度、电力生产环节、电网安全稳定控制策略、优化目标、（三公）调度等方面的协调调度机制及协调调度模型，并略去数学模型的描述。至于优化调度在时间尺度(时间维)、控制维等方面的协调，参见文献[1，3]。2在调度空间尺度上的协调2.1总体原则电力优化调度在空间尺度上的协调，就是研究跨区域、跨省及省内优化调度交易计划如何协调及电网安全如何分工控制。正常情况下，资源优化配置的范围越大则越能获得更大的效益，决定了跨区域调度交易成交优先级应高于跨省调度交易，跨省调度交易成交优先级也应高于省内调度交易。为了尽可能实现能源在全国范围内的优化配置，各省调、区域调应将省、区域的电力供求关系有效传递至国调，将国家、区域的调度交易结果(跨区域、跨省调度计划)纳入省内电力电量平衡，并优先执行和结算，实现电力资源优化配置。按照统一调度、分级管理的原则，分层进行电网安全校正，国调负责调度管辖范围内电网及跨区域输电线的安全校正，区域调负责调度管辖范围内电网及跨省联络线的安全校正，省调负责省调调度电网的安全校正，实现三级调度体系分层协调控制。按照公开、透明的原则，通过各级电力调度交易中卜传递信息，实现三级调度交易信息畅通。当优化调度计划执行过程中输电线路出现阻塞时，应以资源优化配置效益最大化为原则，优先保证上一级调度交易的成交合同优先完成。如果省间输电线出现输电阻塞，为了保证国家调度交易的合同完成，应裁减在区域调度交易形成的交易合同，当省内出现输电阻塞时，为了保证国家和区域调度交易的合同完成，应裁减在省级调度交易形成的交易合同。对同一级调度交易形成的合同，通过市场竟争形成的合同优先完成，对同类型的合同，按价格优先的原则，价格低的优先完成。区域调在进行区域内合同分解到日、考虑省间输电安全约束的过程中，要优先完成国家调度交易的成交合同，同样，省调要优先完成国家、区域调度交易的成交合同。三级调度交易计划的协调运作见图1。图l三级调度交易计划的协调运作F：g.lC。。rd：nat：ng。perat：ng：nthree-levelD：,patch：ngandtrad：ng,chedule2.2协调调度模型与方法在空间尺度上,由于电力系统优化调度涉及的范围大,在进行优化时有必要采用分层分区的协调原则因此,在对跨区域、跨省和省内电网调度交易计划的制订流程进行协调设计时,为了提高效率,应尽可能采取、自下而上预决策(预安排)及申报、自上而下决策、整体优化(全国优化)、多级多类优化协调、逐级逐类细化的思路,省调将省内的电力电量供求数据曲线有效地传递到区域调,并进一步传递到国调3同时,国调制订的跨区域调度交易计划应作为区域调制订区域内调度交易计划的边界条件,区域调制订的跨省调度交易计划应作为省调制订省内调度交易计划的边界条件省内调度交易计划与省外(跨省跨区域)调度交易计划(年、月、周、日、实时)的协调如图2所示图2省内调度交易计划与省外调度交易计划的协调F：g.2C。。rd：nat：ngbetween：n,：de-pr。v：nce,cheduleand。ut,：de-pr。v：nce,chedul具体协调过程如下:1)省调负责制订的调度交易计划包括:制订省内调度交易计划,制订参与省外购电售电的报价曲线(包括购电报价曲线、售电报价曲线),参与国调、区域调组织的调度交易。2)在省内电厂自愿的前提下,省调调度的电厂,在已签订的各类双边/多边交易合同的基础上,可以在各时间级(年度,或月度,或周,或日,或实时,以下同)向省调申报希望在省内成交的报价曲线和省外成交的报价曲线3具备一定条件的大用户可以在各时间级向省调申报购电报价曲线国调、区域调直接调度的电厂,在已签订的各类双边/多边交易合同的基础上,可以在各时间级分别向国调、区域调申报报价曲线。3)各省调首先进行省内电力电量平衡预安排在考虑上一时间级省内优化调度计划及省外优化调度计划(省外购售电计划)的基础上,根据当前时间级的供需状况、电网安全约束条件、双边/多边交易合同、电厂报价、大用户报价等,制订当前时间级初步的省内购电售电调度交易计划3同时,还必须为下一时间级优化调度预留一定的调度控制空间这样,在考虑主要不确定性因素的基础上,使当前时间级优化调度与下一时间级优化调度之间能够自然衔接、平缓过渡,从而全面提高安全效益、经济效益和社会效益。4)省调作为售电主体(在省内电厂自愿的前提下,省调以委托交易的方式组织省内剩余发电资源)或作为购电主体,直接参与国家或区域调度交易(购电或售电交易)在省内电力电量平衡预安排的基础上,根据省内电网与区域电网的联络线输送能力以及已经签订的各类联络线输电合同(考虑上一时间级的省外购售电计划),向区域调申报在一定条件下的购电报价曲线和一定条件下的售电报价曲线制订报价曲线的原则是:综合考虑跨省及省内输电价格、输电网损(对于输电费用、输电网损统一考虑的区域,可以不考虑此间题)、跨省跨区域双边/多边交易合同、电厂报价、电网安全约束等因素,以购电费用最小及购售电交易量最大为目标,优化省内市场的资源配置。5)区域调根据各省调的跨省跨区域购电报价曲线和售电报价曲线的申报、区域调直接调度电厂的报价曲线的申报,以及跨省跨区域双边/多边交易合同,形成区域内当前时间级的综合供给曲线和需求曲线,在考虑上一时间级区域内优化调度计划及区域外(跨省跨区域)优化调度计划(区域外购售电计划)的基础上,并根据区域电网的安全约束,形成区域内当前时间级的初步调度交易计划,同时为下一时间级优化调度预留一定的调度控制空间,在综合考虑跨区域输电价格、输电网损等因素的基础上,再向国调申报跨区域购电售电报价曲线。6)国调根据各区域调购电报价曲线和售电报价曲线的申报、国调直接调度的电厂的报价曲线的申报,以及跨省跨区域双边/多边交易合同,综合考虑跨区域联络线输电能力的约束及上一时间级跨区域调度计划,进行交易决策,形成跨区域当前时间级的购售电调度交易计划,并将各时段成交电量落实到相应的联络线3同时为下一时间级优化调度预留一定的调度控制空间。7)区域调根据国调制订的当前时间级跨区域调度交易计划,在考虑上一时间级区域内优化调度计划及跨省跨区域优化调度计划、并同时为下一时间级优化调度预留一定的调度控制空间的基础上，进行区域交易决策，形成当前时间级区域内优化调度计划及跨省购售电调度交易计划。8)省调根据区域调制订的当前时间级跨省购售电调度交易计划，在考虑上一时间级省内优化调度计划及省外优化调度计划(省外购售电计划)、并为下一时间级优化调度预留一定的调度控制空间的基础上，相应调整(修正)省内初步的购售电调度交易计划，形成当前时间级的省内购售电调度交易计划。对于中长期和提前数小时以上的交易，有足够的时间按照上述“自下而上预决策及申报、自上而下决策”的原则和时序完成三级调度交易计划协调。当然，省调也可以在考虑省间剩余的输电容量、跨区域跨省输电价格、输电网损等因素的基础上，直接向国调申报跨区域的购电报价曲线和售电报价曲线，由国调、区域调协调决策。“自下而上预决策及申报、自上而下决策、整体优化(全国优化)、多级多类优化协调、逐级逐类细化”的具体协调过程中，考虑了各级调度交易计划在当前时间级之间的协调、当前时间级与上一时间级的各级调度交易计划的优化协调，以及当前时间级与下一时间级的各级优化调度的协调。上述优化调度协调模式不会造成省间、区域间壁垒，能够实现资源在全国范围内的优化配置，如图3所示3．在兼顾安全与经济的忧化目标上的协调安全与经济的协调间题，研究的是如何在安全与经济2个目标之间进行统筹协调，达到在安全允许条件下的经济效益最大化的总体目标[5-6]。电力系统优化调度的最优目标与约束条件之间