考慮多規則約束的統調火電機組合同電量修正策略

何治華 ，劉友波，劉俊勇，劉 洋，李 響，凌 亮，過夏明

(1.四川省電力公司，四川 成都 610041;2.四川大學電氣信息學院，四川 成都 610065)

0 前言

在中國當前電力市場運行機制下，年度上網電量合同是組織電力交易的最主要形式，多年實踐表明，省級電網公司調度部門對供區內統調機組發電合同的計劃性分解、進度監視、執行修正、完成考核有利于特大型輸電系統安全穩定，并兼顧電力市場平穩運行及合理過渡［1］。實際工程中，合同電量的修正一般遵守既定原則，如“三公”、節能或經濟原則，具體方法簡單實用，但忽略了較多客觀因素，致使電網公司難以進行精細化的發電計劃管控;理論上，不同時間尺度下的統調機組合同電量分解與滾動是一個多目標、多因素制約的尋優問題，在時段平均利用小時、機組排放序列、檢修計劃、豐枯平衡等眾多約束下，尋求一組可行的計劃調整方案。近年來，市場公平性和節能調度愈發受到關注，統調機組合同電量的精細化管理算法也隨之得到了重視。文獻［2］根據電量預測偏差、機組少發電量和被核減合同電量對合同完成率的影響，定義了修正后的合同電量完成率，進一步構造了基于修正加權變異系數的合同電量執行公平性指標，用于測算給定時間跨度內任意機組合同電量實際完成情況及調度公平度。文獻［3］考慮風電并網后的不確定性，提出一種能考慮多時間段各類動態約束的發電計劃滾動優化算法，用以保持發電計劃的可行性，減小系統運行風險。隨著人們對環保問題的深入認識，電力系統節能調度已成為安排系統運行方式的重要原則。文獻［4］提出了一種節能發電調度模式下制定火電機組月度發電計劃的方法，可以在計算發電計劃同時給出節能發電調度序位表和組合優先級，但未考慮各機組間合同完成進度，容易造成實際需求電量嚴重偏小時某些機組無法開機的問題。在此背景下，這里提出較為完整的考慮多規則約束的統調火電機組合同電量修正算法，將時段受阻電量、電量平衡滾動、合同進度偏差、節能調度與利用小時數等多類規則融入到策略模型中。四川電網實際算例驗證了所提方法的有效性。

1 統調火電機組合同電量修正

1.1 一般性原則

在一定時間段內(如一月、一旬或一周)待執行合同電量作為制定該時間段內生產方式和考核機組發電水平的重要依據，應充分考慮既定的市場規則、已完成情況、時段內機組特性及檢修計劃等諸多條件，力求使合同電量的時序分配更符合省級電力市場與系統運行實際。當前，“三公”和節能降耗是合同電量核準修正的主要原則，反映在不同的修正模型中即為不平衡電量分攤機組的排序優先權重具有差異。實際應用中，當出現合同執行偏差時，對統調機組合同電量的處理以滾動修正為主［5］，將對象時段實際執行電量與計劃電量的差額按一定原則和約束分配到后續時段中。例如，文獻［6］以負荷平衡、檢修計劃、發電量上下限為約束，以調度公平和經濟性作為目標提出了火電機組年合同電量編制算法。而文獻［7］則在月度競價市場框架基礎上，開發了將年度中標合同電量分解到各月的均衡化滾動算法，以利于電力市場穩定及降低電網公司購電成本。

1.2 實際應用中存在的問題

當前對省級統調火電機組的合同電量修正方法仍較為粗糙，更多的研究傾向于如何將各機組超前、滯后電量編制到后續電量平衡中，并進行總體控制，使得各機組某時段內合同總量不會偏差過大。然而以單純滾動編制的手段難以考慮多個規則約束的作用，使執行計劃的修正問題缺乏優化操作。造成此類問題的難點之一在于，對合同電量修正的規則性約束較為模糊、相關參數難以確定、閾值選取缺乏依據等。例如傳統滾動修正方法中，常見環保優先、兼顧經濟、利用小時大致相當等模糊性原則，進一步可細分為如下幾方面。

(1)節能環保規則，即機組煤耗、排放因素需予以考慮，實際中火電機組煤耗、排放性能有既定序列表，理論上可用相應權重參數表示。

(2)經濟規則，不同電氣位置的機組上網電量造成的邊際網損有一定差異，此外，上網電價也不完全相同，從減小購電成本提高運行效益角度，經濟性是電網公司核調合同計劃時必須考慮的問題。

(3)公平性規則，在中國當前電力市場階段，難以全盤采用競爭性報價方式確定中標合同與上網電量，仍必須要堅持一定的公平性，例如在節能調度大原則下，排放指標屬于同類的機組應具有大致相當的利用小時，同類機組合同執行進度應保持一致，合同偏差方向保持一致等。

(4)系統規則，即存在從電網安全穩定運行角度出發必須以一定利用小時帶負荷上網發電的機組，如某些調峰機組、地區重要無功支撐機組等。

(5)定制規則，即一些人為制定且已為市場認可的管理性、政策性規則，如某電廠總合同進度保持一定水平、公平和效率因素如何定義和量化等。

目前尚未有成熟的方法能在統調火電機組合同電量執行計劃修正中考慮上述多種規則，亦缺乏必要的優化建模過程，無法為更好的修正、調整方案計算提供理論支撐。

小行星防御的目標是：1)建立可靠的風險評估方法；2)發展及時有效的偏轉/摧毀技術；3)制定最佳的危害減緩策略；4)實施可行的安全防御任務。為此, 必須深入研究基于小行星軌道預報與碰撞預警的撞擊風險識別與威脅評估技術、基于撞擊效應與撞擊災害評估的撞擊應對策略及基于軌道偏移與摧毀的主動防御技術與方法。小行星撞擊地球防御中所涉及的超高速問題包括：1)小行星進入地球大氣的超高速空氣動力學問題；2)小行星對地球的超高速撞擊問題；3)小行星軌道偏離中的超高速撞擊問題。

2 合同電量修正的多規則約束

傳統中對統調機組合同電量的修正考慮因素均過于簡單，容易造成未來考察時段內計劃電量與實際工況較大幅度失準的情況，削弱了對生產方式安排的指導意義。綜合“三公”、節能調度與經濟性原則，本節對此過程中應考慮的若干修正策略制定進行詳細建模。設在某一固定時間尺度t 內進行統調機組合同電量的執行計劃修正，t 可為月、周或旬，為方便理解，假設t 為月，即進行月度電量的修正策略優化，其他可以此類推。由于合同電量的計劃修正僅與當前執行情況及未來單位時間段內約束有關，設參與合同執行計劃修正的機組共N 臺，剩余月份為M，機組i 在第j月原上網合同電量為Wij，修正變量為△Wij。

2.1 剛性電量與受阻電量

對于剩余任意月度m，機組i 計劃上網電量具有剛性電量與受阻電量約束。剛性電量指由于電氣約束、保障性上網而必發的最小電量Wij，min，通?？捎脵C組i 在t 時段內的日均最小利用小時、t 內小時數和機組容量的積表示，因此存在如下剛性電量約束。

式中，hijmin表示機組i 在第j月內日均最小利用小時;T 為時段總小時數;Ci為機組i 裝機容量。

受阻電量影響因素主要為檢修、供煤、汛期水電大發。其中，汛期配合水電大發因素在年初合同分解時已經考慮，一般不會出現重大變化，而檢修和供煤狀況則有可能根據實際情況調整，因此受阻電量可取2 者中的較小值，即

式中，hijmax表示機組i 在第j月內日均最大利用小時;α1、α2∈［0，1］分別為非檢修小時數占比、預測存煤可支撐滿發小時數占比。在實際中，hijmin和hijmax一般為常數，剛性電量與受阻電量給定了機組i在月份j 進行執行電量調整幅度的上下限。

2.2 電量平衡與滾動規則

剩余每個時間段內的發供電量平衡是合同電量執行計劃修正的目的之一，而需求側電量預測在修正前可能有所改成并產生新的偏差累計至各機組后期執行計劃中，若將各機組總合同電量設為定值，則可能導致相互矛盾的約束條件而造成模型不可解，因此引入機組合同松弛因子β 消納電量平衡所產生的新偏差，其等式約束和不等式約束分別可用式(3)～(5)表達。

式中，Lj為第j 時段需求側電量預測;松弛因子β 可取5%;Ei為年合同電量與到當前月已實際上網的電量之差。式(5)為各機組各月調整不得超過其原計劃電量的比例，γ 為比例系數，取值20%，式(5)和式(1)、(2)共同決定了電量調整幅度約束。

2.3 合同進度偏差約束

式中，Eiy為機組i年電量合同總量;Wi0表示修正前機組i 已實際執行的電量;SiM=100%，修正后的執行進度應處于與修正前大致相當的水平，可用以下不等式表達，其中ω 為進度水平的約束松弛因子，用于改善解的可行域，這里取ω=0.075。

2.4 節能調度約束

發電排放量是當前電力市場模式下的相當重要考核指標。在合同電量分解階段，往往以給定排放序列(與機組裝機規模有關)進行出清，并輔以一定公平性原則，如同等級機組利用小時大致相當等。在合同電量修正階段，也應有相應的排放變化量約束。以參數ξi表示機組i 的線性化氮化物排放當量參數(t/kWh)，△Wijξi即為該機組在第j月的排放修正量，節能調度規則表現為剩余時段排放當量不應高于計劃剩余排放當量，可描述為

式中，Ny、Na分別為合同電量總排放當量和已發月份排放當量;σ 為排放當量約束的松弛因子，設定為0.02。

2.5 機組利用小時規則

當前的市場考核機制中，機組利用小時約束包括兩個方面:①單個機組的日均發電利用小時不能超越所在機組類別的上下限(即同類型機組日均利用小時大致相當);②典型分類機組期望年均利用小時級差應在一定范圍內。以Ci表示機組i 的裝機容量，該規則約束的數學模型如下。

式中，Dj表示第j月的天數;I 表示機組i 所屬機組類型;hImin和hImax分別為該類機組最小最大利用小時。按當前市場規則，將I 劃分為I1、I2、I33 類:裝機600 MW 及以上、300 至600 MW、300 MW 及以下，各相鄰類年利用小時級差設定為hdiff=300 h。HI1表示I1類機組的預期年平均利用小時，可用式(12)計算。

機組的類型劃分需在計算前設置，屬于I2和I3的機組預期年均利用小時具有類似表達式。

2.6 目標函數

對合同電量的修正其本質是對既定發電計劃進行調整，而不同機組的上網電價并不一致，因此導致了調整成本的出現。該模型以考慮規則約束的統調火電機組合同電量修正的調整成本最小為目標函數進行優化，即

式中，pij為機組i 在第j月的上網電價;A 為從當前時段開始的總修正成本。上述所提數學模型(1)～(13)中，決策變量是各機組在剩余時段的合同電量修正調整量，即△Wij。若應用于月度修正，變量個數為N×剩余月度數，對于超過40 臺火電機組省級電網而言，模型屬于較大規模線性規劃問題，需要魯棒性較高的求解方法，這里通過Java 環境的Netbeans 7.0 開發平臺開發考慮多規則約束的統調火電機組合同修正程序，調用LINDO 線性規劃求解動態鏈接庫進行穩定解算，數據庫采用MySQL，能滿足工程要求。

3 算例分析

采用四川電網40 臺火電機組2012年某時段合同電量完成與計劃修正數據為基礎建立研究場景(1—10月為實發電量，11—12月為修正合同計劃量)，進行算例分析，計算流程如圖1 所示。

圖1 考慮多規則約束的機組合同電量修正程序計算流程

該程序需要輸入合同電量已經執行情況、本期完成情況和后期負荷預測(本算例以月修正為例，日修正具有類似形式)，各類規則約束參數如前文所設，機組輸入信息如表1 所示。

輸入數據還包括機組上網電價、通過最大最小利用小時數折算的電量修正量上下限、月負荷電量預測值、受阻電量等。以式(13)為目標函數，(1)～(13)為約束條件，利用所開發的系統求解模型，可得如表3 所列的考慮前述所有約束在內的統調火電機組合同修正方案。

表1 機組維護信息

表2 合同信息及前期執行情況(MWh)

表3 2012年11—12月合同電量修正策略(MWh)

表4 其他輸出參數統計分析

從表4 可知，所提模型能夠有效地在多規則約束下給出統調火電機組的合同修正策略，并能在可接受的排放當量變化比例、月發電量松弛總量范圍內，盡量減小合同電量的修正成本，以較小的代價保障不同類型發電機組各自日均利用小時大致相當、合同執行進度在一定控制范圍內。

4 結論

省級統調火電機組待執行合同電量的計劃性修正具有其內在規則，而長期以來此類規則尚未得到量化研究與具體建模，這里系統性地研究了合同電量修正過程中的各類規則，進行集中建模，并開發了相應的測試分析系統。從工程角度而言，所開發算法在電力市場某一發展階段上具有一定通用性，能可靠保證節能減排和各類公平性要求，以較小地代價保障合同電量執行質量，可作為省級電網統調火電機組合同電量優化調整輔助決策工具。就算法本身而言，還可以進一步考慮更多的適用場景，如對合同執行異常情況(如大機組因故臨時退出運行后的電量補償問題)、新規則的加入與調整等問題的處理，這些將是后續的研究重點。

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