ch08電網(wǎng)經(jīng)濟運行

1、第8章 電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行1 負荷預(yù)測一、負荷預(yù)測的基本概念負荷預(yù)測對電力系統(tǒng)控制、運行和計劃都是非常重要的，提高其精度既能增強電力系統(tǒng)運行的安全性，又能改善電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性 電力生產(chǎn)特點之一是電力不可貯存，應(yīng)該是用多少就生產(chǎn)多少。針對這種負荷變化，電力生產(chǎn)的調(diào)節(jié)能力也要增加當(dāng)負荷變化范圍較小時調(diào)節(jié)各發(fā)電機組的發(fā)電功率就可以了。而負荷變化范圍較大時只有啟停機組才能跟上；當(dāng)然對于負荷的逐年增長要適時投產(chǎn)新的機組才不致于拉閘限電，電力負荷預(yù)測是實時控制、運行計劃和發(fā)展規(guī)劃的前提，要掌握電力生產(chǎn)的主動性必先做好負荷預(yù)測 系統(tǒng)負荷預(yù)測按周期又有超短期、短期、中期和長期之分。超短期負荷預(yù)測用于質(zhì)量控制

2、需5一10s的負荷值，用于安全監(jiān)視需15min負荷值，用于項防控制和緊急狀態(tài)處理需1060加n負荷值，使用對象是調(diào)度員；短期負荷預(yù)測主要用于火電分配、水火電協(xié)調(diào)、機組經(jīng)濟組合和交換功率計劃，需要1日一l周的負荷值，使用對象是編制調(diào)度計劃的工程師；中期負荷預(yù)測主要用于水庫調(diào)度、機組檢修、交換計劃和燃料計劃，需要1月一1年的負荷值，使用對象是編制中長期運行計劃的工程師；長期負荷預(yù)測用于電源和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，需要數(shù)年至數(shù)十年的負荷值，使用對象是規(guī)劃工程師 由超短期短期中期。長期組成一個在線預(yù)測系統(tǒng)，其源頭是超短期負荷預(yù)測，因為它是實時運行的，以秒或分為周期從scada處取得實際數(shù)據(jù)短期負荷預(yù)測將平滑好的數(shù)

3、據(jù)提供給長周期負荷預(yù)測做原始數(shù)據(jù)，并從長周期那里取得預(yù)測值做升降負荷起點和拐點的參考負荷變化模型中主要影響負荷變化因素有：負荷構(gòu)成、負荷隨時間變化規(guī)律、氣象變化的影響及負荷隨機波動按照系統(tǒng)負荷構(gòu)成可以將其劃分為：城市民用負荷、商業(yè)負荷、工業(yè)負荷、農(nóng)業(yè)負荷及其它負荷等類型不同類型的負荷有著不同的變化規(guī)律例如隨家用電器的普及，城市居民負荷年增長率提高、季節(jié)波動增大，尤其是空調(diào)設(shè)備在南方迅速擴展，使系統(tǒng)峰荷受氣溫影響越來越大；商業(yè)負荷主要影響晚尖峰，而且隨季節(jié)而變化；工業(yè)負荷受氣象影響較小，但大企業(yè)成份下降，使夜間低谷增長緩慢；農(nóng)業(yè)負荷季節(jié)變化強，而且與降水情況關(guān)系密切一個地區(qū)負荷往往含有幾種類型的

4、負荷，比例不同各類用電負荷的時間變化規(guī)律是不同的，由它們構(gòu)成的系統(tǒng)負荷具有不同的變化規(guī)律分析一段時間的負荷歷史記錄，一般可看出兩種變化規(guī)律：一是逐漸增長的趨勢，二是日、周、月、年的周期性變化氣象對負荷有明顯的影響，氣溫、陰晴、降水和大風(fēng)都會引起負荷的變化，但每個電網(wǎng)負荷對各種氣象因素的敏感程度是不相同的，這是研究負荷預(yù)測的重要內(nèi)容例如，東北地區(qū)初冬的一次寒流會使負荷由北至南逐次增加；南方夏季的臺風(fēng)一路解除各地的悶熱天氣，使負荷依次下降負荷的隨機波動是指某些未知的不確定因素引起的負荷變化，對每一電網(wǎng)隨機波動負荷大小是不相同的例如，對超短期負荷預(yù)測來說巨大的軋鋼負荷就屬于隨機干擾大型電力系統(tǒng)負荷預(yù)

5、測模型的區(qū)域劃分是非常重要的例如，像華中電網(wǎng)開始做為一個總體負荷預(yù)測區(qū)進行日負荷預(yù)測，精度較低；后來改為四個負荷預(yù)測區(qū)：湖北、河南、湖南和江西，采用不同的模型分別預(yù)測，最后總成華中總負荷，提高了預(yù)測精度針對一個實際系統(tǒng)首先要確定合適的模型，然后選擇最佳算法一套較完善負荷預(yù)報軟件應(yīng)包含各種周期的預(yù)測功能，并有多種算法供用戶選擇；只要用戶提供足夠詳細的歷史負荷數(shù)據(jù)，一套理想的軟件應(yīng)能自動確認模型和選擇算法。 二、負荷預(yù)測的基本模型1、基本正常負荷分量（1）線性變化模型a、超短期負荷變化可以直接采用線性變化模型，將前面時刻的負荷描成一條直線，其延長線即可預(yù)測下一時刻的負荷。負荷線性變化b、短期負荷變

6、化 針對短期負荷預(yù)測，將歷史上一段日負荷l按時序畫在一張圖上，見圖65，將其每日平均負荷x畫在圖66上，總體看來是一條斜率接近于零的直線，可用線性模型來描述（2）周期變化模型周期變化模型，是用來反映負荷有按日、按月、按年的周期變化特性。圖65給出了日負荷曲線，其周期變化規(guī)律可以用日負荷變化系數(shù)zi(t)表示。其中，li(t)為一天中各小時的負荷；xi為當(dāng)天的日平均負荷 圖67給出連續(xù)幾天的日負荷變化系數(shù)zi(t)曲線，表現(xiàn)出明顯的周期性，即以24小時為周期循環(huán)變化順序觀察每天同一時刻的負荷變化系數(shù)值，可以看出他們接近于一條水平線，這樣便可以用前幾天的同一時刻的負荷變化系數(shù)值的平均值預(yù)測以后的值

7、逐小時做出日負荷變化系數(shù)的平均值，連接起來就是一天總的周期變化曲線我們把這種反映一天24小時負荷循環(huán)變化規(guī)律的模型稱為日周期變化模型。即2、天氣敏感負荷分量 影響負荷的天氣因素，有溫度、濕度、風(fēng)力、陰晴等，這里以溫度為例說明天氣敏感負荷模型 以日負荷預(yù)測為例，給定過去若干天負荷記錄、溫度記錄，利用線性回歸或曲線擬合方法，可以用三段直線來描述天氣敏感負荷模型3、特別事件負荷分量 特別事件負荷分量指特別電視節(jié)目、重大政治活動、甚至包括做飯等對負荷造成的影響其特點是只有積累大量的事件記錄，才能從中分析出某些事件的出現(xiàn)對負荷的影響程度，從而作出特別事件對負荷的修正規(guī)則這種分析可以用專家系統(tǒng)方法來實現(xiàn)，

8、也可以簡單的用人工修正來實現(xiàn)人工修正方法通常用因子模型來描述 因子模型又可以分為乘子模型和疊加模型兩種 a、乘子模型，是用一乘子a來表示特別事件對負荷的影響程度，a一般接近于1，那么，特別事件負荷分量為b、疊加模型，是直接把特別事件引起的負荷變化值l(t)當(dāng)成特別事件負荷分量s(t)，即4、隨機分量 實際上，對于給定的過去一段時間的歷史負荷記錄，提取出基本負荷分量、天氣敏感負荷分量和特別事件負荷分量后，剩余的殘差即為各時刻的隨機負荷分量，可以看成是隨機時間序列目前，處理這樣問題的最有效辦法是boxjenkins的時間序列法，其基本的時間序列模型有下述4種三、負荷預(yù)測的算法 在確定了電力系統(tǒng)負荷

9、預(yù)測的模型后，就要尋求有效的算法進行模型辨識和參數(shù)估計1、最小二乘法 負荷發(fā)展趨勢的預(yù)測可以用最小二乘法，就是把負荷序列的發(fā)展趨勢用方程式表示出來，進而利用趨勢方程式，來預(yù)測未來趨勢的變化 用最小二乘法來確定發(fā)展趨勢曲線，要求負荷序列實際值對趨勢的偏差平方和為最小。也就是說用最小二乘法擬合負荷趨勢曲線，然后做外插值。設(shè)負荷趨勢曲線為一次多項式 上面介紹的是擬合函數(shù)為一次代數(shù)多項式時的最小二乘問題，適用于負荷序列呈現(xiàn)線性變化趨勢情況，擬合過去負荷序列，并預(yù)測下一時刻負荷更一般的情況是，擬合函數(shù)為任意次的代數(shù)多項式，可以用上述類似的方程求解zlx，適用于負荷序列呈現(xiàn)高次代數(shù)多項式變化的情況，一般應(yīng)

10、用二次多項式擬合情況居多2、回歸分析法 回歸分析方法是研究變量和變量之間依存關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法根據(jù)回歸分析涉及變量的多少，可以分為單元回歸分析和多元回歸分析在回歸分析中，自變量是隨機變量，因變量是非隨機變量，由給定的多組自變量和因變量資料，研究各自變量和因變量之間的關(guān)系，形成回歸方程回歸方程根據(jù)自變量和因變量之間的函數(shù)形式，又可分為線性回歸方程和非線性回歸方程兩種回歸方程求得后，如給定各自變量數(shù)值，即能求出因變量值 下面主要介紹多元線性回歸分析法，而單元線性回歸分析法可看作是其特例對于非線性回歸問題，通常應(yīng)用變換把其轉(zhuǎn)化為線性回歸問題因此，在回歸分析中，只要掌握線性回歸方程的解法，非線性回歸問

11、題也迎刃而解 在負荷預(yù)測問題中，回歸方程的因變量一般是電力系統(tǒng)負荷，自變量是影響電力系統(tǒng)負荷的各種因素，如社會經(jīng)濟、人口、氣候等設(shè)它們之間的內(nèi)在關(guān)系是線性的，回歸方程為 3、時間序列方法(1)模型的辨識 模型辨識的基本途徑是對原時間序列的相關(guān)分析，也就是計算序列的均值、自相關(guān)和偏相關(guān)函數(shù)，從而確定模型的類型(2)模型參數(shù)的估計 模型辨識后，就要利用原序列有關(guān)的樣本數(shù)據(jù)，對模型參數(shù)進行估計，即估計出p個自回歸參數(shù)l，2，p，q個動平均參數(shù)1，z，q的值等參數(shù)估計一般分兩步進行第一步，進行參數(shù)的初步估計；第二步，在初步估計的基礎(chǔ)上，按照一定的估計準則，求得模型參數(shù)在某種意義下的精確估計矩估計在時間

12、序列的分析建模中是一種常用的參數(shù)估計方法，矩估計是利用樣本的數(shù)字特征為總體的數(shù)字特征的估計模型參數(shù)的精確估計，一般用最小二乘估計4、kalman濾波方法 卡爾曼濾波方法，是建立狀態(tài)空間模型，把負荷作為狀態(tài)變量，用下述兩個方程來描述年爾曼濾波算法遞推地進行計算，適用于在線負荷預(yù)測。 上述遞推算法是在假定噪聲的統(tǒng)計特性已知的情況下得出的，事實上，估計噪聲的統(tǒng)計特性是該方法應(yīng)用的難點所在2 發(fā)電計劃一、發(fā)電計劃的組成發(fā)電計劃是電力系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)。不同周期的發(fā)電計劃是嵌套在一起的計劃的周期可分為超短期、短期、中期和長期超短期指的是實時發(fā)電控制(agc)，其動作周期是秒或分鐘級；短期計劃指的是日或周的計

13、劃，這也是本章討論的主要內(nèi)容；中期指的是月至年的計劃與修正，包括負荷預(yù)測、來水預(yù)測、檢修計劃、水庫調(diào)度計劃、燃料計劃與交換計劃等；長期計劃指的是數(shù)年至數(shù)十年的計劃，包括電源發(fā)展規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃等 廣義短期發(fā)電計劃，包括火電計劃、機組組合、水電計劃、交換計劃、燃料計劃和檢修計劃等二、發(fā)電計劃發(fā)電計劃是發(fā)電級的核心應(yīng)用軟件，對電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度起著關(guān)鍵作用。 發(fā)電計劃也稱火電系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度，即在已知系統(tǒng)負荷、機組組合、水電計劃、交換計劃、備用監(jiān)視計劃、機組經(jīng)濟特性、網(wǎng)絡(luò)損失特性和運行限制等條件下，編制火電機組發(fā)電計劃，使整個系統(tǒng)發(fā)電費用為最低 在最簡單的情況下，考慮在給定系統(tǒng)運行方式下，如何在火電機

14、組間分配出力使得總?cè)剂腺M用最小。設(shè)某電力系統(tǒng)有n臺發(fā)電機，燃料費用為f1(p1), f2(p2), , fn(pn),要使得發(fā)電機在總出力為ph的情況下，燃料費用最小，用拉格朗日乘數(shù)法求解l=f 為約束條件，這里是功率平衡方程p1+p2+pn=ph取最小值的條件為可得到稱為等微增率原則。一般用迭代修正的方法進行計算，直到發(fā)電機的總出力滿足系統(tǒng)總負荷要求為止。三、機組經(jīng)濟組合在運行的機組之間應(yīng)用等微增率原則(或協(xié)調(diào)方程式法)可以做到負荷最優(yōu)分配，但針對某一水平的負荷究競應(yīng)該讓哪些機組投入運行呢?針對一天中變化的負荷曲線各機組又應(yīng)該怎樣啟停呢?這就是機組經(jīng)濟組合或機組啟停計劃要解決的問題在已知系統(tǒng)

15、負荷預(yù)測、水電計劃、交換計劃、燃料計劃、網(wǎng)損修正、機組減發(fā)電功率計劃和機組可用狀態(tài)的情況下，編制規(guī)定周期內(nèi)電力系統(tǒng)各機組的啟停計劃，使總費用(包括發(fā)電費用和啟動費用)降至最低 機組經(jīng)濟組合應(yīng)滿足的約束條件：系統(tǒng)負荷與備用要求，機組可用狀態(tài)與容量限制，機組最短開機(運行)時間限制，機組最短停機(再開機)時間限制，一個電廠內(nèi)在一個時段中最多啟動機組數(shù)限制 機組經(jīng)濟組合應(yīng)考慮的費用：隨機組發(fā)電功率變化的發(fā)電費用；隨停機時間變化的機組啟停費用，隨啟停分攤的維修費，近似進行網(wǎng)損修正大型電力系統(tǒng)機組組合問題的特點是：可能組合方案多，同時需考慮機組起停的燃料費用問題，所以求解復(fù)雜，一般需簡化求解。常用的方法

16、有：優(yōu)先次序表法和動態(tài)規(guī)劃法。1、優(yōu)先次序表法 優(yōu)先級法的基本原理是按機組實際運行統(tǒng)計其運行的平均費用，按此順序排隊，隨著系統(tǒng)負荷升降而啟停機組這樣使平均運行費用低的機組在周期內(nèi)多發(fā)電，可以期望系統(tǒng)總的運行贊用降至最低 機組的平均運行費用包括平均發(fā)電費用和平均啟動費用2、動態(tài)規(guī)劃法 優(yōu)先級法是不相關(guān)地處理各時段的機組組合問題，很容易造成機組頻繁啟停。動態(tài)規(guī)劃法把機組組合問題看成按時間分段的多步?jīng)Q策過程，即在整個周期范圍內(nèi)確定機組啟停過程，尋找各時段問機組狀態(tài)的最優(yōu)轉(zhuǎn)移路徑動態(tài)規(guī)劃法最大的問題是容易出現(xiàn)“組合爆炸”，比如10臺機組，計算24小時的起停狀態(tài)數(shù)就達2240，所以關(guān)鍵是如何盡量減少狀態(tài)

17、數(shù)而不丟失最優(yōu)解，目前較好的方法是結(jié)合優(yōu)先級法的動態(tài)規(guī)劃法。 先用優(yōu)先級法確定一個初始組合，再以此為中心在優(yōu)先級表上向上下擴大一定的范圍(例如23臺機組)，形成一個帶狀的組合選擇區(qū)，在此區(qū)內(nèi)應(yīng)用動態(tài)規(guī)劃確定機組最優(yōu)組合帶寬根據(jù)啟動費用大小來確定，啟動費用大的機組應(yīng)采用較大的帶寬，但不可超過計算能力四、水電計劃 水電計劃又稱為水電調(diào)度計劃或水火電協(xié)調(diào)計劃，這是一個經(jīng)濟效益顯著而計算復(fù)雜的問題 水電計劃經(jīng)濟效益取決于以下因素： 防止棄水：充分利用自然來水； 調(diào)峰：使電力系統(tǒng)運行費用微增串a(chǎn) c在周期內(nèi)波動盡量??； 水頭：水電站高水頭運行，利用自然來水多發(fā)電； 效率：在同一水位下，水電機組效率隨發(fā)電

18、功率變化 以上四個因素中棄水對效益影響最大，調(diào)峰次之，水頭又次之，效率對效益影響最小實際調(diào)度中這幾項因素往往是矛盾的，水電計劃協(xié)調(diào)這些因素使周期內(nèi)水電效益達到最大(或者說使電力系統(tǒng)總運行費用達到最低) 水電計劃的約束： 自然來水(或由水庫調(diào)度計劃確定的可用發(fā)電水量)3 水庫水位和放流量限制包括航運、灌溉等要求)； 水電機組發(fā)電或過流限制； 電力系統(tǒng)方面的限制(來自機組組合、交換計劃、燃料和備用等) 因此，水電計劃是一個具有復(fù)雜約束的大型非線性規(guī)劃問題1、火電系統(tǒng)模型 在水火電協(xié)調(diào)計算中，按照各時段的機組組合將火電所有的機組化為一個等值火電機組，它有等值運行費用曲線和發(fā)電限值2、水庫模型上游水庫

19、水位庫容曲線可擬合為3次曲線3、水電機組模型在水火電協(xié)調(diào)計算中將一個水電站的全部機組等值為1臺機組，在額定水頭下將水電站的發(fā)電功率與發(fā)電流量曲線擬合為二次函數(shù)4、定水頭水電站水量平衡模型 定水頭水電站在調(diào)度周期內(nèi)可忽略掉水頭變化，由于水庫非常大，或者是由于水頭非常高定水頭水電站在周期內(nèi)總發(fā)電用水量是有限制的(由水庫調(diào)度確定)，其水量平衡條件5、變水頭水電站水量平衡模型變水頭水電站在調(diào)度周期內(nèi)水頭變化，因此要規(guī)定初、末時段的水庫水位或庫容6、梯級水電站水量平衡模型 梯級水電站不僅存在著電的聯(lián)系，而且存在水文聯(lián)系，即上一級電站用水和棄水經(jīng)過一定傳播時間變?yōu)橄乱患夒娬镜膩硭?、水電計劃模型待添加的隱

20、藏文字內(nèi)容28、水火電協(xié)調(diào)方程（1）定水頭水電站水電計劃模型目標函數(shù)功率平衡條件水電站水電平衡方程（2）變水頭水電站水量平衡方程(3)梯級水電站水量平衡方程（4）特點五、交換計劃 聯(lián)合電力系統(tǒng)大體可劃分為三種調(diào)度模式 (1)自協(xié)調(diào)模式 各個區(qū)域系統(tǒng)獨立進行調(diào)度，管理自己電廠和負荷，根據(jù)本區(qū)域的發(fā)電費用(或邊際成本)向其它區(qū)域通報本區(qū)域買電或賣電的價格，買賣雙方協(xié)商確定交換功率計劃 (2)電力交易市場模式 各個區(qū)域電力系統(tǒng)自己確定發(fā)電計劃，各區(qū)域間不用雙方直接確定買賣電關(guān)系，而是各自向交易市場(經(jīng)紀人)通報本區(qū)域每小時買賣電量和單價，經(jīng)紀人按照取得最大交換利益原則制定各區(qū)域問交換計劃，通知各區(qū)域

21、 (3)協(xié)商調(diào)度模式 設(shè)聯(lián)合調(diào)度中心，各區(qū)域平等協(xié)商，確定長短期交換電力和電量合同，制定調(diào)度協(xié)議各區(qū)域系統(tǒng)調(diào)度本區(qū)域發(fā)電廠，滿足聯(lián)合調(diào)度中心的要求 統(tǒng)一調(diào)度模式，全網(wǎng)各發(fā)電廠均由聯(lián)合調(diào)度中心調(diào)度，整個電網(wǎng)作為一個整體編制經(jīng)濟調(diào)度計劃，各區(qū)域按統(tǒng)一調(diào)度中心的計劃安排本區(qū)域的發(fā)電功率 從聯(lián)合系統(tǒng)的經(jīng)濟效益來看三種模式逐步提高，而最終達到統(tǒng)一調(diào)度的水平1、聯(lián)合電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)方程式設(shè)有a，b，z個區(qū)域組成聯(lián)合電力系統(tǒng)，經(jīng)濟調(diào)度問題可以描述如下：六、檢修計劃電力系統(tǒng)機組檢修計劃或停機安排是電力系統(tǒng)長期運行計劃中一項十分重要的內(nèi)容由于機組停機檢修直接影響電網(wǎng)的總發(fā)電功率，所以它對系統(tǒng)運行的可靠性和經(jīng)濟性都有

22、很大影響此外，許多短期和長期運行計劃問題，例如機組組合、水電計劃、交換計劃、燃料計劃、可靠性計算，以及發(fā)電費用預(yù)算等都要以檢修計劃為輸入數(shù)據(jù)，所以周密地制定一個最優(yōu)的機組檢修計劃有著重要的現(xiàn)實意義隨著電網(wǎng)裝機容量和機組臺數(shù)的增加，檢修計劃問題的重要性亦會日益增加用數(shù)學(xué)語言描述，檢修計劃實際上是一個多目標、多約束的優(yōu)化問題，但是由于該問題的復(fù)雜性，尤其是包括一些不確定性因素，例如負荷變化的不確定性，燃料供應(yīng)和價格的不確定性，發(fā)電機組強迫停電的隨機性，資源的不確定性等，因此一般難以建立統(tǒng)一標準的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法，在實際應(yīng)用中，大多只選擇一個優(yōu)化指標作為目標函數(shù)，在約束中再考慮其他特定要求在建立優(yōu)化算法時，通常要進行一些必要的簡化和處理，以避免計算時間過長或計算規(guī)模超過計算機的存儲容量按照其追求的優(yōu)化目標(可靠性或經(jīng)濟性)的不同，目前求解檢修計劃有以下幾種常用的不同方法：(1)等儲備法應(yīng)用最為廣泛的方法之一，這種方法所追求