基于數據讀取與分析的智慧電廠競價上網平臺設計

朱珂,李昱，胡振亞,王林

(1.杭州和利時自動化有限公司,浙江 杭州 310000；2.遼寧調兵山煤矸石發電有限責任公司,遼寧 鐵嶺 112700)

0 引言

智慧電廠是指通過信息化技術將電廠內各個控制設備與系統之間相互連接的一種電廠形式，能夠有效分配電廠企業資產。智慧電廠是體現電力企業現代化的重要部分，對電力企業發展與提升過程中具有重要意義。通過將數字化系統應用到電廠中，不僅提高了電廠的自動化水平，還降低了生產成本。智慧電廠競價上網平臺采用數據讀取與分析技術，對智慧電廠生產經營過程、全價值鏈進行全面的和系統的分析，將先進的管理手段與技術融入應用功能平臺中，從而全面提升管控水平，提供科學的智慧電廠。

在智慧電廠發展的背景下，電力工業從一體化壟斷經營體制轉向以市場為導向的公平競爭機制，相應的智慧電廠競價上網策略被提出。然而，目前對于智慧電廠競價上網的研究較少，由于智慧電廠中設備、競爭對手等較多，目前的智慧電廠競價上網平臺對智慧電廠成本計算上出現準確性低的情況，其中機組運行成本計算是影響準確性低的重要因素，因此，此次重點研究提高智慧電廠競價上網平臺對智慧電廠機組運行成本計算的準確性，從而為智慧電廠競價上網提供基礎依據。建立了基于數據讀取與分析的智慧電廠上網平臺框架，重點對日前競爭電量范圍計算、成本預測和負荷預測等。實驗對比結果表明，此次設計的基于數據讀取與分析的智慧電廠競價上網平臺比傳統平臺成本計算的準確性高，能夠為智慧電廠競價上網提供一定的幫助。

1 基于數據讀取與分析的智慧電廠競價上網平臺設計

1.1 智慧電廠競價上網平臺框架

此次設計的基于數據讀取與分析的智慧電廠競價上網平臺包括用戶層[1]、應用層、應用支持層、數據資源層和基礎設施層，此次設計的智慧電廠競價上網平臺遵循規范體系，具有一定的規范性，平臺架構如圖1所示。

圖1 智慧電廠競價上網平臺框架圖

其中，用戶層是整個平臺的基礎構成，其中客戶端與服務器相對應；應用層為平臺的核心部分，為平臺提供業務處理、管理與應用功能；應用支持層是整個競價上網平臺的基礎支撐部分，其中包括用戶信息、運行信息等；數據資源層，形成智慧電廠競價上網基礎數據、采集到的數據、智慧電廠歷史數據和非結構化數據等都存入到該層中；數據感知層主要采集電廠內設備的運行數據，并將采集到的數據傳輸，為平臺提供智慧電廠的基礎數據；基礎設施層為整個智慧電廠競價上網平臺的基礎性支撐。

1.2 日前競爭電量范圍計算

在智慧電廠競價上網中，存在多個競爭對手[2]，主要包括火電廠、水電廠和其他競價上網的電廠，為提高此次設計的平臺的競價上網能力，需獲得競爭對手的歷史數據，因此采用數據讀取與分析技術[3]，獲取這些數據。

智慧電廠根據市場需求決定自己產量，智慧電廠的價格根據產量與需求曲線決定，當前電力市場運營方式如圖2所示。

圖2 當前電力市場運營方式

(1)

計算各個智慧電廠的均衡產量的方法為式(2)。

Gi=s(m)+z

(2)

式中，Gi代表供電廠的成本函數；s(m)代表采用的各成本函數概率；z代表均衡參數。

在實際應用中，利用上述計算競爭對手電廠情況，為智慧電廠競價上網提供理論支持。

1.3 智慧電廠短期負荷預測

為保證經濟效益，按照最優化的機組負荷分配制定各機組發電計劃，只要對總負荷最優化分配，就能夠實現日前合約負荷組優化分配[7-8]。根據歷史數據對智慧電廠的短期負荷預測，預測過程如圖3所示。

圖3 短期負荷預測過程

對智慧電廠的短期負荷預測[9]，考慮電廠的短期交易的計算式為式(3)。

(3)

在負荷預測中，包含可變成本，動態成本中可變成本預測數據流圖如圖4所示。

圖4 動態成本中可變成本預測數據流圖

在上述負荷與與預測的基礎上，根據電廠的短期交易結果對智慧電廠約束[10]，其中智慧電廠所要考慮的約束條件主要包括機組最大和最小出力約束，機組最小運行與停機持續時間約束。

根據約束條件，對機組經濟性曲線擬合[11]，智慧電廠中的各個機組經濟性曲線是不同的，因此依據經濟性曲線優化負荷分配[12]。根據智慧電廠的歷史數據擬合經濟曲線，能夠構造出經濟性曲線如式(4)。

G(i)=Pai+s+D′

(4)

式中，G(i)代表機組特征參數集合；Pai代表機組輸出功率之和；s代表機組可靠性成本總和。

即要求智慧電廠總的耗量成本最小[13]，因此智慧電廠負荷優化分配的目標函數為式(5)。

(5)

根據機組負荷優化模型，得到智慧電廠機組的含量成本[14]，則由于日前負荷引起的機組耗量成本計算式為式(6)。

(6)

在此基礎上，對智慧電廠日前負荷定價[15]，其中成本預測主要考慮可變成本，即日前負荷引起的機組耗量成本，計算式為式(7)。

(7)

式中，p代表各項內容與負荷相關的支出；E(pi)代表與定價所關聯的費用因子；Sa代表固定成本。

通過上述過程，對智慧電廠的負荷預測、機組能耗成本計算以及設定約束條件，為智慧電廠競價上網提供基礎依據。

2 實驗

為了驗證此次設計的基于數據讀取與分析的智慧電廠競價上網平臺的有效性，進行實驗對比，并依據實驗嚴謹性要求，將傳統的智慧電廠競價上網平臺與此次設計的平臺對比。

2.1 實驗樣本

實驗選取某地2018年度其中一天的智慧電廠機組成本作為實驗對象，其基本數據如表1所示。

表1為實驗所需的實驗數據，實驗主要對比兩個平臺對這8個機組總耗量成本計算的準確性。為了使實驗結果更加直觀，采用數據軟件將對比數據生成實驗對比圖。

表1 實驗參數

2.2 實驗結果分析

傳統平臺與此次設計的基于數據讀取與分析的智慧電廠競價上網平臺的實驗對比結果，如圖5所示。

圖5 準確率實驗對比結果

分析上述實驗結果可知，在這8個機組能耗成本計算上，此次設計的基于數據讀取與分析的智慧電廠競價上網平臺的計算準確性基本能夠達到80%以上，說明此次平臺計算結果與實際的機組總耗量成本相差較小。因為此次設計的平臺能夠有效衡量各個機組之間的情況與競爭對手的發電情況，并設置相應的約束條件，從而保證較高的計算準確率。而傳統的智慧電廠競價上網平臺在8個機組能耗成本計算上，準確度較低，整體準確度呈下降趨勢，說明傳統平臺不能有效計算8個機組能耗成本，與實際成本相差較大，從而對智慧電廠競價上網產生影響。

因此，通過上述實驗能夠證明，此次設計的基于數據讀取與分析的智慧電廠競價上網平臺比傳統平臺在機組能耗成本計算上準確性高，證明了此次設計的平臺的有效性。證明該平臺能夠依據日前市場各負荷的最優耗量成本，可以實現智慧電廠競價上網的輔助決策，為智慧電廠競價上網各個階段決策上提供基礎依據，從而做出正確的判斷。

3 總結

通過分析智慧電廠各個機組、競爭對手等的行為機理，可知智慧電廠競價受國家政策、電力系統、自身能力以及風險調度的影響。依據這些內容，設計了一種基于數據讀取與分析的智慧電廠競價上網平臺，并經實驗證明，此次設計的平臺比傳統智慧電廠競價上網平臺機組能耗成本計算準確性高。通過成本分析，合理簡化目前競爭電量的耗量成本，說明該研究結果可用于智慧電廠的經濟運行，為智慧電廠競價上網研究提供了技術實現途徑。針對此次研究，做出如下展望，我國智慧電廠還在不斷發展中，各種類型市場逐步開放，需不斷根據智慧電廠的發展對方法優化，從而真正準確的為智慧電廠競價上網提供依據。