基于时间尺度的节能发电优化调度协调模型及算法

第32卷第15期电网技术Vol.32No.152008年8月PowerSystemTechnologyAug.2008文章编号：1000-3673（2008）15-0056-06中图分类号：TM734文献标识码：A学科代码：470·4054基于时间尺度的节能发电优化调度协调模型及算法尚金成（河南电网电力交易中心，河南省郑州市450052）CoordinationModelandAlgorithmofEnergy-SavingPowerGenerationDispatchingBasedonTimeScaleSHANGJin-cheng（HenanGridPowerExchangeCenter，Zhengzhou450052，HenanProvince，China）ABSTRACT:Basedontheprinciplesofmulti-levelcoordinationandlevel-by-levelrefinement,atime-scalebasedcoordinationmodelforenergy-savingpowergenerationdispatchingandcorrespondingalgorithmareproposed,inwhichnotonlytheconstraintsofcontinuousreliablepowersupplyatcurrenttimesegmentandtheoptimizationobjectivesforcurrenttimesegmentwiththoseforpreviousoneandnextoneareconsideredtoensurethefluencyandcontinuityofdispatching,andimplementtheobjectivesofenergy-savinganddecreasingpollutionemissionutmostly.Theproposedmodeloffersatheoreticalbasisforthedevelopmentoftechnicalsupportingsystemfordecision-makingofenergy-savingpowergenerationdispatching.KEYWORDS:timescale；energy-savingpowergenerationdispatching；energy-savinganddecreasingpollutionemission；coordinationdispatchmodel；coordinationdispatchalgorithm；assessmentofpowergridadaptability摘要：以“多时间级优化协调、逐时间级细化”为原则提出了基于时间尺度的节能发电调度协调模型及算法。该模型不仅考虑了当前时间级的电力系统安全稳定运行、连续可靠供电约束和节能减排优化目标，还考虑了当前时间级与上、下时间级之间节能发电调度计划的协调，以确保调度的流畅性，最大限度地实现电力节能减排的目标。同时，本文为开发节能发电调度决策技术支持系统提供了理论支撑。关键词：时间尺度；节能发电调度；节能减排；协调调度模型；协调调度算法；电网适应性评估0引言节能发电优化调度[1-4]是以节能减排[5]为核心目标提出的发电调度规则，在时间尺度上涉及到与年度、季度、月度机组发电组合基础方案、日前节能发电优化调度、滚动节能发电优化调度[6]、实时平衡节能发电调度[7]、偏差及电网阻塞在线校正控制的协调，同时还涉及与空间尺度(跨省跨区及省内调度)、电力生产环节、优化目标、控制对象、电网安全稳定控制策略、“三公”调度等方面的协调[8]。本文以文献[1-5]为基础，从电网调度的角度研究基于时间尺度的节能发电优化调度协调问题，提出多级优化协调、逐级细化的节能发电调度协调模型及具体协调方法，以确保节能发电调度的流畅性及调度计划的闭环管理控制。为叙述方便，本文把年度、季度、月度机组发电组合基础方案也称作年度、季度、月度节能发电调度计划或节能发电调度。1基于时间尺度的节能发电调度协调模型框架节能发电调度在时间尺度上包括2方面内容：①年度、季度、月度、日前、滚动、实时平衡节能发电调度；②偏差及电网阻塞在线校正控制。前者在对时间变量进行离散的情况下根据负荷预测进行调度[6-8]，是基于负荷预测的超前控制。而后者是针对实际潮流的滞后控制。超前控制一般都会考虑节能减排优化目标，滞后控制是对实际偏差的校正，一般以恢复时间最短或找到最近的可行运行点为目标。年度、季度、月度、日前、滚动节能发电调度都是多时段优化，都使用负荷预测和离线电网模型；实时平衡节能发电调度是单时段优化，使用超短期负荷预测和电网实时模型。节能发电协调调度模型不仅要考虑当前时间级的电力系统安全稳定和连续可靠供电约束以及节能减排目标，也要考虑当前时间级与上、下时间级的节能发电调度计划之间的协调，为下一时间级的调度预留一定控制空间。这样在考虑主要的不确定性因素的基础上，使前后时间级的调度计划能够PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建自然衔接、平稳过渡，确保调度的流畅性。时间尺度上的节能发电调度协调模型如图1所示。年度、季度、月度、日前、滚动节能发电调度实时平衡节能发电调度超前控制(考虑电网安全约束的节能减排目标)偏差及电网阻塞在线校正控制滞后控制(电网安全目标)时间图1时间尺度上的节能发电调度Fig.1Frameworkofenergy-savinggenerationdispatchingintimescale2节能发电调度的协调模型与算法2.1节能发电调度的一般模型节能发电调度研究的是电力系统节能发电的最优运行状态，其决策变量包括电网安全稳定约束、连续可靠供电约束、机组发电序位表[1-2]约束下的发电机组启停状态、运行机组的有功/无功出力等。一段时间内理想的节能发电调度模型记作P0，具体表示为2121min((),())dmin((),())dttttftttrttt⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩∫∫uxux(1)s.t.12((),())0,1,2,,((),())0,=1,2,,()XWB[,]ijgttiMhttjNttttfr==⎧⎪≤⎪⎪∈⎨⎪∀∈⎪⎪⎩LLfuxuxu(2)式中：u为决策变量构成的向量；x为状态变量构成的向量；t代表时间；f为单位时间所有并网运行的发电机组能耗；r为单位时间所有并网运行的发电机组污染物排放水平；ig一般是潮流方程，是考虑电力系统安全约束、连续可靠供电约束、节能减排的等式函数，hj为考虑相应约束的不等式函数；M为等式约束个数，N为不等式约束个数；XWB为机组发电序位表；frf表示节能优先，能耗水平相同时按照污染物排放水平由低到高排序发电。可以看出，节能发电调度模型是一个规模庞大、控制变量众多的多目标规划问题，求解难度非常大。但从时间尺度上可以将该问题进行解耦，将其分为年度、季度、月度、日前、滚动、实时平衡节能发电调度、偏差及电网阻塞在线校正控制等子问题，然后通过寻找最优的协调方法来整合各时间尺度上的节能发电调度计划。2.2月度节能发电调度与年度、季度节能发电调度的协调2.2.1年度、季度、月度发电组合基础方案年度、季度机组发电组合基础方案包括：各机组本年度发电排序表；所有并网机组年度、季度最大开机方式下的机组组合方案；机组年度、季度预计及分月预计的节能发电调度电量等。月度机组发电组合基础方案包括月度最大开机方式下的机组组合方案、月度预计的机组节能发电调度电量等。2.2.2月度节能发电调度与年度、季度节能发电调度的协调方法年度、季度节能发电调度是月度节能发电调度的约束条件之一。月度节能发电调度是根据月度省内电力需求、月度省外电力需求、电网检修及约束情况、机组检修状况、机组备用、新机及新线路投运情况、电网安全约束、机组发电能力等情况对年度、季度发电组合基础方案进行修正和安全校核。2.3日前节能发电调度及其与月度节能发电调度的协调2.3.1日前节能发电调度模型月度节能发电调度是日前节能发电调度的约束条件之一。日前节能发电调度是对月度节能发电调度计划进行修正和安全校核，是一个连续时间的动态优化问题，其数学模型一般是混合整数规划，其决策周期为一天至几天，决策变量包括电网安全约束下的发电机组启停状态、机组有功出力等。日节能发电调度把决策的时间段进行离散化，把连续时间的优化模型简化为多时段优化模型[8-9]。假设一个时段的时间为T，且21ttnT-=，离散的动态优化不再考虑12[,]ttt∈的能耗积分最优、污染物排放积分最优，而是考虑11,,tttT=+122,,tTt+L时刻的能耗总和与T的乘积最优、污染物排放总和与T的乘积最优。同时假设：如果*tt=和*ttT=+时刻都满足安全约束，则t∈**[,]ttT+任何时刻都满足安全约束。当T足够小时，可以认为这个假设近似成立。对时间进行离散化后，可以将1()tkT+u和1()tkT+x简化表示为()ku和()kx。于是日节能发电调度的离散优化模型记作P1，具体为kkmin((),())min((),())=1,2,,fkkrkkkK⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩∑∑Luxux(3)PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建尚金成：基于时间尺度的节能发电优化调度协调模型及算法Vol.32No.15s.t.((),())0,1,2,,((),())0,=1,2,,()XWBijgkkiMhkkjNtfr==⎧⎪≤⎪⎨∈⎪⎪⎩LLfuxuxu(4)式中K表示时段数。2.3.2日发电机组组合方案的制定按照次日电力负荷需求预测、次日省间联络线交换电量计划、设备检修和安全约束等情况，依据机组发电排序表（发电序位表）和月度发电组合基础方案，并考虑下列因素确定次日发电机组组合方案：（1）日开机最大可调容量应满足日最大负荷，并按有关规定预留备用容量；日开机最小可调容量应与日最小负荷相适应并留有充足的调节裕度，为下一时间级节能发电调度预留一定的控制空间。（2）排序表中序位相同时，调峰、调频、调压能力强的机组优先进入机组组合。（3）试运行及试验机组按计划进入机组组合。（4）为防止火电机组因缺燃料而影响连续供电，当火电机组燃料存量低于预警存量时，按照应急预案有关规定安排，并报有关主管部门备案。（5）无调节能力的水电厂按照“以水定电”的原则进入日发电组合，有调节能力水电厂按水库水位控制计划进入日发电组合，承担综合利用任务的水电厂依序满足其综合利用的要求。（6）外资发电机组视购电合同完成情况安排开停机。（7）发电机组开停机燃料耗费和启停最小间隔。（8）不满足电网安全要求的机组不纳入组合。（9）其他影响发电机组运行的因素。2.3.3机组日发电负荷分配及安全校核在次日机组发电组合已经确定运行的发电机组之间合理分配发电负荷，编制次日机组节能发电曲线。发电机组的日负荷分配根据日电力负荷需求预测、日省间联络线交换功率曲线、发输电设备检修计划、网络安全约束、发电排序表确定，并按有关规定预留旋转备用和事故备用容量。次日机组节能发电曲线的制定原则为：（1）外资发电机组视购电合同完成情况安排发电负荷。（2）除水能外的可再生能源发电机组按发电企业申报的出力过程建议曲线安排发电负荷。（3）无调节能力的水电机组在系统安全允许的条件下，按照“以水定电”的原则安排发电负荷。（4）承担综合利用任务的水电厂，在满足综合利用要求的前提下安排发电负荷。（5）核能发电机组除特殊情况外，原则上按照其申报的出力过程建议曲线安排发电负荷。（6）资源综合利用发电机组按照“以(资源)量定电”的原则安排发电负荷，超过资源量所需的发电负荷部分按常规纯凝式燃煤发电机组安排。（7）抽水蓄能机组根据电网调频调峰的需要安排发电和抽水。（8）燃煤热电联产发电机组按照“以热定电”的原则安排发电负荷。超过供热所需的发电负荷部