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用于三峡电力市场优化调度的数学模型及算法

日期:2018年01月15日 编辑: 作者:无忧论文网 点击次数:1650
论文价格:免费 论文编号:lw201006281135409328 论文字数:5950 所属栏目:电力系统论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:职称论文 Thesis for Title
    摘要: 介绍了用于三峡电力市场优化调度的数学模型、算法和部分应用结果。三峡—葛洲坝大型梯级水电站与三大区、八省(市) 的电力系统相连, 模型考虑了各种水力和电力约束(水头变化、回水影响、航运约束等要求) , 采用了新的可加速收敛的夹逼可行方向法和可以从不可行初始解处开始计算的广义ou t2of2k ilter 算法, 并利用了大型线性规划问题可分的特性, 使该超大型的复杂非线性规划问题变得容易求解。文中用此模型和算法研究了三峡电力市场面临的多种决策问题, 结果表明该软件系统在确定分电比例和市场价格以及制定优化运行方式等方面有重要意义。

    0 引言

    举世瞩目的三峡电站的第1 台机组将在2003 年投入运行, 2009 年全部建成。包括三峡—葛洲坝梯级水电站在内的华中、华东、广东等电网构成的三峡电力系统的联合优化调度问题已提上议事日程。
    三峡电力系统的分电方案及调度体制已明确:近期, 为体现资源优化配置, 采用“国家划定市场, 竞争决定电价”的方式, 以有竞争力的电价向各地售电; 远期, 按照电力市场规则运行, 参与受电地区的市场竞争。对2003 年~ 2010 年大区间的分电比例也有原则规定。当前的主要问题是:
    a. 在已定的分电比例下, 三峡电力系统如何运行调度是最优的?
    b.若各省(市) 报价, 三峡电力市场管理部门应如何协调价格和分配出力?
    c. 在以上两种情况下, 典型日的运行方式应如何考虑、协调? 协调不当会出现什么问题?
    d. 各大区电网受电后, 调峰和弃水问题能否解决?
    e. 三峡至各大区输电线上的送电负荷曲线应该是怎样的?
    这些问题的解决, 均需要一个有力的全系统运行模拟计算工具。随着各地区电网交易市场的成熟,三峡电力系统将逐步向市场化体制过渡, 为了研究电力市场下的一些规则、体制和监管交易的公平、合理性, 也需要一个全系统的交易市场模拟计算工具。为此, 我们开发了一套“三峡跨区电力市场优化调度系统”, 用于电力交易市场下的交易和运行决策。目前所说的电力市场下的交易决策, 实际上是交易与运行决策的统一[1 ] , 是保证安全和经济性的优化调度[2 ]。无忧论文网 www.51lunwen.org在短期调度中, 它是指: 系统在满足各种供电需求、安全、质量等约束条件下(包括需求特性、备用、检修、用水、机组启停调峰等) , 制定发电、输电和交易计划, 使全系统的社会效益最大, 亦即同时完成交易决策和运行优化。
    本文将介绍“三峡跨区电力市场优化调度系统”的模型和算法, 并用它研究三峡电力系统运行中的调峰、分电方式和电价等有关决策问题。应用中可能有两种情况。
    a. 在已知各省(或大区、大机组) 报价曲线时,可进行(三级系统) 交易市场的模拟。即在已知三峡电力系统可用水量(或来水及初、末来水位) 的条件下, 进行电力、电量交易分配的计算。
    b. 在尚不知各省(或大区) 报价曲线时, 可采用其边际成本曲线作为报价曲线。因为在完全竞争的市场下, 市场价格趋于系统的边际成本, 电厂的报价接近其自身的边际成本。本系统的市场模拟包括了三峡、大区、省、电厂、机组5 级系统, 各省(市) 的报价曲线可以采用竞争后的省(市) 边际成本曲线。这里只计入了可变成本(电量成本) , 需要时也可计入容量成本。

    1 数学模型和算法

    为研究三峡电力系统的短期最优运行方式和交易决策, 建立了以三峡—葛洲坝梯级水电站为中心,向华东、华中、广东等大区送电的数学模型。
    1.1 约束条件
    a. 三峡有4 个分厂, 葛洲坝有2 个分厂, 各分厂有共同的上、下游水库, 分厂的流量和出力相互影响。 
    b. 三峡—葛洲坝间有回水影响, 且两电站下游均有航运约束(出力变化率约束及最小流量约束等) , 是时间相关的约束。
    c. 三峡具有季调节特性, 葛洲坝具有日调节特性, 有相应的上下游水位、发电和弃水流量等上、下限约束。
    d.三峡—葛洲坝梯级水电站通过直流输电线向华东、广东大区送电, 通过交流输电线向华中送电。三峡至大区间联络线上均有日交易电量和功率上、下限(安全、阻塞或出力过程) 约束。
    e. 各大区将电能转送给各省(市)。各省(市) 可以是单一受电商, 与三峡有合同日电量或出力曲线约束; 也可以是转送站, 下设各类电厂或机组(如火电、水电、核电、抽水蓄能、燃机) , 考虑了火电的燃料成本、启停和水电的不同调节特性。各省(市) 有自己的负荷, 并可从大区直属厂购电。直属厂可以是属于大区电网公司的大水电厂、抽水蓄能电厂或核电厂等, 它们可以参与或不参与竞价。
    1.2 目标函数
    电力市场下的目标函数是全系统的社会效益最大。在当前条件下, 可变为以下两种形式。
    a. 全系统总运行费(包括所有电厂、机组的运行成本和输电成本等) 最小。这时, 可进行从三峡、大区、省、电厂到机组的5 级系统的模拟优化计算。机组可采用成本微增率曲线或报价曲线。
    b. 三峡—葛洲坝梯级水电站售电收益最大。在电力市场下, 若三峡和各省(市) 售、购方分别报价使社会效益最大, 则可能三峡电量不能全部被吸纳。若认为三峡电能按长期规划的要求售出是国家的利益最大, 则在三峡日发电量和大区分电比例一定的情况下, 上述目标变为三峡—葛洲坝梯级水电站售电收益最大。这时, 可进行三峡—大区—省3 级系统的市场模拟计算。省局采用的购电价格—功率曲线可以是数条日等值价格曲线或每小时报价—出力曲线。
    1.3 算法
    可见, 这是一个有复杂约束的超大型非线性优化问题, 变量维数达4 万多个, 没有现成的算法可以采用。国内外互联电力系统优化调度中曾用的L agrange 松弛法[3, 4 ]、Bender 分解法、D2W 分解法等都无法使用。为此, 经多年努力, 我们研究开发了新的算法和相应的实用软件, 包括:
    a. 可加速收敛的可行方向法——夹逼可行方向法;
    b. 利用问题的可分性, 将大型线性规划问题分解的新算法;
    c. 用于快速求解网络流子问题的广义ou t2of2k ilter 算法[5 ] , 可以从不可行的初始解处开始计算,对迭代计算十分有利;
    d. 用松弛和分解法处理整数问题的方法。
    这一系列新的算法, 使这一超大型非线性优化问题变得容易求解; 同时, 又能适应三峡电力市场模型复杂、多变的要求(如增加供电区, 增加航运、交易量约束等)。 为了说明该算法和模型在电力市场决策和分析中的作用, 我们研究了以下方案(本文算例暂用燃料成本, 今后可按上网电价计算)。

    2 基本方案

    该方案的目的是研究在三峡电力系统可用水量(或初、末蓄水量及来水量) 和送大区的分电比例一定的情况下, 若不计三峡—葛洲坝梯级水电站发、输电成本, 按各省和大区的已有资源、负荷需求及安全( 阻塞) 条件, 三峡—葛洲坝电能应如何分配才能使全系统运行费最小。这是一种使三峡—葛洲坝电能尽量被吸纳的最优能源利用方案。 该方案仅在三峡—葛洲坝送各大区联络线上,按规定的分电比例, 设日电量约束和功率上限约束(未加至各省(市) 联络线上的电量约束)。以2005 年夏季(8 月) 丰水期、平水年为例, 说明三峡—葛洲坝应采取的送电方式(其他年份汛期情况与此相似, 非汛期情况另文介绍)。届时, 三峡已装机12 台700MW , 为围堰发电期, 上游水位135m。三峡日平均入库流量35 336 m 3ös, 大于满发过水能力, 故有正常弃水。各省(市) 的负荷水平如表1 所示。 
 
    计算结果如下:
    a. 三峡—葛洲坝发电情况
    规定2005 年三峡送电比例为: 送华东、广东各1ö2, 不送华中。三峡至华东的二回直流输电线功率上限共4 200MW , 至广东一回直流为3 000MW。计算结果: 三峡电站和葛洲坝电站全日满发, 三峡最大出力6 217MW , 葛洲坝最大出力2 470MW。三峡送华东基荷3 217MW , 77. 20 GW ·h; 送广东基荷3 000MW , 72. 0 GW ·h; 不送华中。假设葛洲坝可送华东1&ou