电力市场的输电阻塞管理

2004年全国大学生数学建模竞赛获奖论文

论文2

电力市场的输电阻塞管理

奖奖等级：全国二等奖

指导教师：刘自山

参赛队员：欧 毅、柳 雨、陈志利

摘要：本文根据电力市场的交易规则,就目前我国电力系统中各个发电机组的出力分配预案和各线路的有功潮流问题进行了深入分析,并对产生输电阻塞的分配预案进行了调整,得到了较好的出力分配方案。

1.根据各机组出力和各线路潮流的关系建立了一个多元线性回归模型(见模型一),利用所给实验数据采用最小二乘法回归，得到每条线路上的潮流值关于各发电机组出力的的近似表达式，并对每一个表达式进行了误差分析，得出各表达式的复相关系数,可以看出我们的回归效果显著，说明我们的模型是可靠、合理的。

2.我们采用pool 模式下的输电阻塞费用计算方法，公平对待序内序外两种情况,设计出了一种简明、合理的阻塞费用计算规则:第一、采用序外多发电量按照发电报价计算；第二、序内少发电量按清算价与发电报价之差价结算。并建立了一个合理的计算阻塞费用模型。

3．在下一时段预报负荷需求为982.4MW 的条件下,根据市场规则，以最小购电费用为目标、以机组的段容量,爬坡速率作为约束条件,采用动态规划算法建立了一个单目标规划模型，通过数学软件MATLAB 编程给出各机组的出力分配预案，各台机组的出力分别为（MW ）：150、79、180、99.5、125、140、95、113.9。 总费用为：总C =74416.8元。清算价为:303=Q 元/MWh

4.通过对预案分析计算可得,第一、五、六线路出现输电阻塞现象,根据安全且经济的原则，利用排序算法进行了调整，得到了消除输电阻塞的分配方案，分别是：152.5947,88.0,228.0,81.7434,152.0,98.0,6

5.0592,117.0。其清算价格Q =303元/MWh

阻塞费用：=C 12026.0元；总费用为：总C =86140.8元

5.同理对下一时段预报负荷需求为1052.8MW 的条件下，重复步骤3、4的工作，得到分配预案为(MW)：152.0,81.0,218.2,99.5,135.0,150.0,102.1,117.0. 总费用为：总C =93699.2元。清算价为:356=Q 元/MWh;通过调整预案不能消除阻塞，然后采用输电阻塞管理原则第二条，得到新的方案：149.8,88.0,228.2,

99.5,152.0, 128.0,90.3,117.0。阻塞费用为：8.1255 C 元;总费用为：总C =94924.8元.

最后，对所得结果进行了详细的分析、评价和推广。本文所建模型正确，且建模的

思路清晰，简单易懂，能最大限度地实现资源优化配置的独特优点，具有较强的实用使用价值，对网方和市场交易－调度中心的实时调度具有一定的指导意义。

一、问题重述

我国电力市场初期是发电侧电力市场，采取交易与调度一体化的模式。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，同时要制订一个电力市场交易规则，按照购电费用最小的经济目标来运作。市场交易-调度中心根据负荷预报和交易规则制订满足电网安全运行的调度计划――各发电机组的出力（发电功率）分配方案；在执行调度计划的过程中，还需实时调度承担AGC （自动发电控制）辅助服务的机组出力，以跟踪电网中实时变化的负荷。

设某电网有若干台发电机组和若干条主要线路，每条线路上的有功潮流（输电功率和方向）取决于电网结构和各发电机组的出力。电网每条线路上的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（即在应急情况下潮流绝对值可以超过限值的百分比的上限）。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，需要研究如何制订既安全又经济的调度计划。

根据市场规则（见附录1），考虑以下问题（表（一）～表（六）见附录2）：

1. 某电网有8台发电机组，6条主要线路，表1和表2中的方案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1~32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，除考虑上述电力市场规则外，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 ，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3~4的工作。

二、基本假设

1.电力从生产到使用的四大环节——发电、输电、配电和用电是瞬间完成的；

2. 每台机组均不停机；

3.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，制订电力市场交易规则时，按照购电费用最小的经济目标来运作；

4.没有任何一方拥有支配市场运作的能力，市场处于自由竞争中，参与市场发电的部门都是理性的；

5.电网公司在组织交易、调度和配送电时，严格按照市场交易规则来运作；

6.在最低技术出力以下的报价为负值，表示愿意付费维持发电以避免停机带来更大的损失；

7.当潮流值为负值时，电流的通过网方向发电方向流动；

8.每条线路上的有功潮流的绝对值超出其限值时，就会发生输电阻塞现象；

9.当线路发生阻塞时，按照输电阻塞管理原则进行调整输电分配方案；

10.电网结构在短时间内不会改变；

11.以15分钟作为一个时间段；

12.当潮流值刚好为限值时认为没有产生输电阻塞；

三、模型建立

3.１名词解释

输电阻塞：当线路上的有功潮流值超出其限值时，称为输电阻塞；

爬坡速率：机组在单位时间内所能够增加或减少出力值称为该机组的爬坡速率；

限上：当输电发生阻塞时，有的机组会逆序开机或多发，称为限上；

限下：当输电发生阻塞时，有的机组会逆序关机或少发，称为限下；

3.3模型的建立

发、输、配电长期垂直垄断我国电力产业，使得电力产业缺乏竞争、效率低下，不利于实现资源的优化配置和降低成本，电力服务与价格均难以满足我国经济快速发展的需求。自20世纪90年代以来，我国进行了以提高效率、降低电价、引入竞争为目标的电力工业改革，由于竞争机制的引入，就要求保证市场的自由度，而电力系统的基本特征——输电阻塞和网损极大的限制了这种自由度，本问题就如何协调这之间的矛盾提出一些见解。给出计算框图：

计算线路潮流

结束

价格是否最优

是否满足

开始

判断是是

否

调整

调整

3.3.1问题一

各发电机组所发的电通过主要线路向网方供电，电力系统的特点是产、供、销、用电同时完成，产品不能储藏，电力的生产和消费要保持平衡，也就是说发电量的多少是根据负荷需求来决定的。这就需要调度每台机组出力的多少，可以通过一些实验值，进行分析，找出其中的规律，根据这一规律可以分配出下一时段各机组的出力多少，因此我们以各机组出力多少为自变量、各线路的潮流值为因变量建立多元线性规划模型，通过数学软件MATLAB 来实现模型的求解。

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