动力与电气工程 ＳＣＩＥＮＯＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬ０ｅＹ 市场环境下电力系统优化调度方法研究 任勇 （国网攀枝花供电公司 四川攀枝花 ６１ ７０６ ７） 摘要：本文基于笔者多年从事电力调度的相关工作经验，以电力系统动态优化调度为研究对象，论文首先分析了动态优化调度的国内外 研究进展，进而结合电力市场背景分析了优化调度方法在电力市扬中应用现状，全文是笔者在工作基础上分析大量文献的理论升华，相信 对从事相关工作的同行能有所裨益。 关键词：市场环境 电力系统 优化调度 中图分类号：ＴＭ７ ３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６ ７ ２－３ ７９１（２０１ ３）ｌｌ（ａ）一００８ ５－０２ 电力系统是一个复杂的动态变化的系 度来保证未来的负荷变化需求，这种方法 以上几种方法基本思想是将很长时间的动 统，传统的经济调度和最优潮流已经不能 还不能称得上是动态优化调度。随后一部 态优化调度整体进行优化，对日调度的动 适应动态系统优化调度的需求。动态优化 分学者将发电机输出功率变化速度作 态优化调度而言，如果时段分的比较小（如 调度是考虑系统负荷各个时间段之间的联 为优化调度的约束来处理，用动态规划法 每五分钟进行一次优化），即使系统中的发 系，而计入发电机组出力的一些技 约束 对所建立的自动发电控制模型进行求解， 电机数目较少，也无法保证在能承受的时 的一种优化调度方法。近年来电力系统的 负荷峰谷差在逐渐地加大，使用动态优化 调度方法可以很好的完成这种负荷落差较 大的系统的调度问题。因此，从２１世纪６Ｏ年 始，广大电力工作者开始了关于动态 尽管这种模型做到了一定程度的简化，但 间内完成动态优化调度计算。 其模型与发电机组数成指数关系，仍无法 在实际系统中应用。Ｒｏｓｓ Ｄ．Ｗ．等人提出在 一电力系统的负荷时刻在变化，就要求 发电功率能够实时与负荷需求保持动态平 段时间范围内，根据系统负荷的变化对 衡。多数的动态优化调度方法能够成功调 各机组的输出功率进行整体的动态优化调 节发电机功率，完成负荷变化较平缓的动 优化调度方面的研究，至今已经提出了很 度，强调前瞻未来负荷变化的重要性。作者 态优化调度，但系统中陡峭的负荷变化情 多解决方案。进入８Ｏ年代以来，电力系统的 将整个时段的负荷分成多个序列，用动态 况越来越多，一般的动态优化调度手段已 运行问题引起广泛的关注，世界各国 规划法对各个小时段进行优化求解。但这 经无法很好解决这个问题，因此，许多学者 纷纷开始建立电力市场改变电力企业垄断 种离散化处理方法的弊端为步长较小时优 开始了这方面的研究。有文献提出了多时 经营，来增强企业的竞争力。由于优化调度 化计算时间长，步长较大时优化的精度又 段的最优潮流，考虑了热电厂的发电机的 方法对提高电力系统经济效益和改善系统 不能保证。并且对于大系统而言，这种动态 开机约束、停机约束以及水电厂的约束，使 安全运行有很大的贡献，因此，这种：号法在 电力市场中也得到普遍的应用。 优化方法的计算量随发电机组数成指数增 用Ｂｅｎｄｅｒ分解技术对火电和水电厂的综合 长，因此处理大系统不具有优势。 动态优化调度进行了优化。王永刚等人将 以等微增率为基础的经典经济调度方 法由于其算法简单，计算速度快而得到了 １动态优化调度 电力系统是一个复杂的动态系统，其 相邻的各个时间段的运行状态之间互为约 束，这种约束表现为发电机调整速度、发电 机备用容量、火电厂燃料、水电厂 动态瓶颈约束引入最优潮流计算中，提出 动态优化潮流的思想，在对当前时段进行 广泛的应用，一些学者也试图利用此方法 最优潮流计算的同时，考虑相邻时段控制 来简化处理动态优化调度问题。ＷＯＯｄ Ｗ 变量变化的连续性，使系统能顺利地对陡 Ｇ提出用序列解耦技术求解考虑旋转备用 的动态优化调度，他将发电机分为两类：一 峭的爬峰降谷段落进行整体优化调度，较 以往的方法相比能同时实现对发电机有功 水量、核电站带来的特殊要求等等，这 类发电机已经达到输出功率极限；另一类 和无功进行协调优化调度。 些动态约束的制约使得静态优化调度方法 未达到极限能够继续上下调整输出功率， 从动态优化调度算法上来看，目前现 为力。６０年代初，电力工作者已经开始 通过利用可调解的发电机组跟踪负荷变 有的动态优化调度算法都是在给定的时间 重视负荷变化对优化调度策略的影响，来 化。这种方法需要不停地对前推、后推过程 范围内计算出发电机输出功率的优化调度 进一步考虑负荷的改变对于系统发电费用 进行修正，计算量大。 轨迹来达到计人未来负荷变化的目的，这 变化的影响，因此，负荷预报与动态优化调 由于非线性规划法可以很方便地考虑 种方法不仅计算量大而且占用内存量大。 度有着密切的关系。 在７０年代，ｗ．ｏ．ｓｔａｄｌｉｎ首次提出ｒ优 各种约束条件，如线路安全约束，可靠性约 束，能源约束，环境约束等等，因而能更好 因此寻求动态优化调度各时间序列解耦的 必要条件和充分条件，成为动态优化调度 化调度要考虑未来负荷的变化、发电机输 地解决实际系统的动态优化调度问题。许 发展的一个重要因素。 出功率变化速率及其调节容量的有限性， 多学者也积极的使用该方法来建立非线性 但在他建立经济负荷分配的模型中，仅仅 规划的动态优化调度的模型。有作者以共 ２优化调度方法在电力市场中应用 是通过给发电机组预留一定比例的调整裕 轭梯度法来解算动态优化调度问题，将各 在电力系统中引入市场经济的运营模 个时段的约束以罚函数的形式引入目标函 式可以给社会带来可观的经济效益，促进 数，形成扩展的目标函数。但这种方法需要 电力系统健康有序的发展，因此，电力市场 根据经验值选取罚因子，且对大系统而言 没有彻底地解决计算时间长 维数过大，不能保证其收敛性和计算速度。、化成为全球电力工业普遍发展的发展方 向。实施电力系统市场化运行后，对电力系 计算盘大 有学者提出以ｐｏｗｅｌｌ法为基础结合稀疏技 统运行的各个环节都提出了很多需要解决 术进行动态优化调度计算，最大能够处理 的技术问题。例如：面向电力市场的能量管 理系统（ＥＭＳ）的开发，考虑动态安全约束的 目前调度算法要达到完全实 包含２０００个变量４０００个约束的系统进行日 调度时间级的动态优化调度。文献５提出以 最优潮流，电厂的经济效益与风险的评估， 二次规划法将一段时间的优化分解成各小 实时电价与辅助服务价格的制定，输电费 ｉ市场机制与国外不同，一些｝ 时间段的静态优化调度，在静态优化调度 用与电力转运费的确定。其中节点实时电 ｌ 理论需要适合国情 时跟踪还有些困难 的基础上考虑相邻时段的耦和约束，进行 价问题、输电费用与电力转运费计算问题、 图１ 电力市场调度存在的问题 线性化后用有界变量单纯形法进行求解。 电力市场中的传输拥挤问题、电力市场环 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ８５ 动力与电气工程 解最优潮流，详细分析了拉格朗日乘子的 该文献将传统的优化理论与竞争电力市场 化调度有着密切的联系，因此，优化调度理 经济意义，并明确把有功、无功的实时电价 中的报价竞争充分结合，最大限度地提高 论及其计算方法在电力市场中也将发挥很 分解到各种辅助服务，这砦辅助服务包括 电力市场整体效益和各成员的利益。 大的作用。 旋转备用、网损补偿费用、电压支持费用、 境下的电力系统优化调度等都与传统的优 安全费用。作者认为这种方法计算的实时 ３结语 电价较组合实时电价在数学上更严格、更 在电力网络优化调度的研究中，经典 定原则、计算贸易电价，是电力市场的重要 能周全考虑各种相关因素。 经济调度、最优潮流和动态经济调度都得 传统的嵌入成本法能够保证电网收支 到了很大的发展和应用，但目前仍有些问 内容。目前各国学者提出的计算基础电价的 方法有三种：实时电价法，嵌入成本法，边际 平衡，但它不包含任何经济学信息，因此， 题没有解决，这些问题也是在电力市场条 成本法。实时电价法能反映短期（０．５小时甚 无法引导电网资源的最优利用和长期发 件下电力系统优化调度理论继续发展和应 电力市场要采用经济手段管理各成员， 电价是体现管理思想的工具，所以电价的制 至更短时段）的生产成本及用电量信息，能 展。用边际成本法计算输电电价时，以实现 用的阻力。 更好的指导用户优化用电。嵌入成本法和边 社会经济效益最大为目标，能够优化利用 （１）尽管经典经济调度的计算速度快， 际成本法计算电价，反映的是较长时期电力 电网资源，但它不能保证电网的收支平衡， 生产成本及总体负荷水平，而不能反映负荷 尤其不能保证建网资金的回收，一直以来 及供电能力在短期内变化所引起的生产成 都不被电网公司所接受。在ｌ ９９ ８年言茂松 本的变化。 等人提出一种基于边际成本法的输电定价 从２１世纪７Ｏ年代末期国外的学者就已 方法，在保留了边际成本法的经济学信息 经开始研究实时电价理论，从８Ｏ年代起引起 的同时，在优化的目标函数中嵌入了输电 了各国学者的广泛关注。其中最早、最著名 网建设成本的过路费率，这种方法保证电 的为Ｓｃｈｗｅｐｐｅ等人提出的理论，它从经典经 网收支平衡。用这种方法进行输电电价的 济调度理论出发，深入地探讨了实时电价的 结算，能够实现引导经济供电，并且有利于 定义、组成部分和相应的模型，并且给出了 电网运营的收支平衡。 基于经典经济调度和直流潮流的实时电价 电网于电厂来提供开放的转送服 计算方法。Ｓｃｈｗｅｐｐｅ等人认为实时电价是电 务是电力市场的必要条件，而研究公平、合 力系统优化运行理论的发展和延伸，与经济 理的转运费用计算方法是建立转送市场必 调度、无功优化、最优潮流有着非常深刻的 要的技术支持。我国学者韩放等人介绍了 联系。 电网转运业务出现的背景及转运的定义， Ｂａｕｇｈｍａｎ等人在Ｓｃｈｗｅｐｐｅ等人工作基 从理论上分析了转运类型、合同形式、成本 础上提出了利用最优潮流的数据求解节点 组成及部分算法，并介绍了在输电网总成 实时电价，并且发现了ＯＰＦ中对应于潮流 本中划分基本输电成本和转运成本的方 平衡方程的拉格朗日乘子Ｋｐ、Ｋｑ与有功、 法。同年，有学者更详细地介绍如何计算转 无功负荷的实时电价具有相同的经济意 运费，它使用一个详细模型分析了ＮＧｃ系 义。但这种方法一个重要的缺陷是没有很 统中７个水电网的转运交易费，以三种不同 好地解决节点无功电价，而只是简单的规 的成本分摊原则分别处理，但该文献没有 定当节点无功发电容量越限时产生无功费 考虑实际需求情况对电价带来的影响。 用，当节点无功发电容量没有越限时，无功 ２０００年有学者针对存在点到点转送服 价格为零；这极大的影响了电力系统健康 务的输电网，提出了考虑实际需求情况对 有序地发展。有学者提出了基于解耦最优 电价带来的影响，以最优潮流来计算转送 潮流计算节点有功、无功实时电价，本文重 费用的计算模型和方法，将进行转送服务 点介绍了电力市场条件下无功电价的计算 产生的费用分解成各种费用，如线路占用 方法，并将其计算模型扩展到危急状态后 费用、有功费用、无功费用、网络安全费用 无功优化和无功电价计算。我国学者常宝 等，并成功的应用内点法进行了求解。 波等人从Ｓｃｈｗｅｐｐｅ的概念出发，建立了解 这种现象是正常的市场经济所不应出 耦的有功、无功经济调度模型，并通过二次 现的，通过签订有效的贸易合同就可以遏 规划法成功地解算出节点的实时有功电 制这种不正常的行为发生。 价、无功电价，并引入无功费用，进一步考 在传统的电力系统优化调度过程中， 虑了有功和无功的耦合关系。 进行优化调度的目标多为系统发电费用最 以上介绍的方法都充分考虑影响实时 小。而在竞争的电力市场中，进行优化调度 电价的各种因素，计算其对生产费用的灵 所追求目标为参与买电、卖电各方经济效 敏度，并将其组合在一起构成实时电价。而 益最大化。在１９９９年Ｃｈａｏ—ａｎ Ｌｉ等人明确 Ｆｉｎｎｅｙ等人提出以分解模型计算节点电 提出在竞争的电力市场中，能量交易是一 价，并且得出一个重要的结论，对于耦合求 个典型的两级最优化问题，第一级中心化 解的最优潮流中，对应于潮流平衡方程的 经济分配使用优先级列表确定机组边际电 拉格朗日乘子可以分为两项，其中有功拉 价，二级的优化问题解决一系列的分散报 格朗日乘子对应系统边际价格和网损，无 价子问题，其中报价曲线充分考虑了机组 功拉格朗日乘子对应阻塞约束的灵敏度乘 出力约束、机组速度变化约束、机组空载等 子与该约束的影子价格的乘积。ｌ ９９９年谢 情况对机组报价的影响。这个两级优化模 开等人在Ｆｉｎｎｅｙ等人工作基础上进一步完 型使得电力市场环境下发电机组的经济效 善了实时电价的分解模型，借用内点法求 益、买电用户的经济效益都实现了最大化。 ８６ 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 得到了广泛的应用，但只能考虑线路安全 约束，因此了未来的应用前景。（２）从最 优潮流算法方面看，目前所有的优化算法 （线性规划法、非线性规划法、牛顿法、内点 法）都没有彻底地解决计算时间长、计算量 大的问题，因而这样的方法投入到实际系 统的在线应用是很困难的，可见找到能综 合系统的经济性和安全性的简化算法是非 常必要的，只有这样，最优潮流的应用才有 意义。（３）动态优化调度策略是为了实时跟 踪电力负荷需求而提出的，但目前的动态 优化调度算法要达到完全实时跟踪还有些 困难，发电机组的容量有限，发电机组功率 变化速度有限等等都制约着动态优化调度 策略地发展；另一方面，目前的动态优化调 度算法计算量大也是它的缺陷。因此，研究 更简单、计算量更小的动态优化调度算法 将会促进动态优化调度的普遍应用。（４）我 国的电力市场运行机制刚刚开始试运行， 在很多方面与国外电力市场有很大的区 别，因此，在借鉴国外的电力市场运行经验 和电力市场理论的同时，更需要根据我们 独特的国情来发展自己的电力市场，这对 于我国的电力工作者是一个很大的挑战。 总体说来，在今后相当时期内经典经 济调度、最优潮流和动态优化调度将会并 存，并将广泛地与电力市场结合，对电力系 统的发展起到促进作用。并且随着各国电 力建设的发展和电力市场地普遍实行，电 力网络的优化将得到更快地发展。 参考文献 ［１】袁铁江，晁勤，吐尔逊・伊不拉音，等． 电力市场环境下含风电机组的环境经 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