1唐镇营白沛鑫王伟文电 力市场的输电阻塞管理张传林Word下载.docx
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8
预案出力
150
79
180
99.5
125
140
95
113.9
通过lingo程序，利用线性规划关系求得使得阻塞费用最小的出力分配方案为：
所求出力值
153
85.53899
224.4444
80.60892
152
105.7981
64.00968
117
求得阻塞费用为每15分钟2990.1元。
当负荷需求为1052.8MW时，求得出力预案。
所求出力（MW）
81
218.2
135
102.1
88
196.6
141.6
155
由此可得阻塞费用为每15分钟：
883.0750元。
关键词输电阻塞管理多元线性回归规划流程Matlab算法
1问题重述
我国电力系统的市场化改革正在积极、稳步地进行。
2003年3月国家电力监管委员会成立，2003年6月该委员会发文列出了组建东北区域电力市场和进行华东区域电力市场试点的时间表，标志着电力市场化改革已经进入实质性阶段。
可以预计，随着我国用电紧张的缓解，电力市场化将进入新一轮的发展，这给有关产业和研究部门带来了可预期的机遇和挑战。
电力从生产到使用的四大环节——发电、输电、配电和用电是瞬间完成的。
我国电力市场初期是发电侧电力市场，采取交易与调度一体化的模式。
电网公司在组织交易、调度和配送时，必须遵循电网“安全第一”的原则，同时要制订一个电力市场交易规则，按照购电费用最小的经济目标来运作。
市场交易-调度中心根据负荷预报和交易规则制订满足电网安全运行的调度计划――各发电机组的出力（发电功率）分配方案；
在执行调度计划的过程中，还需实时调度承担AGC（自动发电控制）辅助服务的机组出力，以跟踪电网中实时变化的负荷。
设某电网有若干台发电机组和若干条主要线路，每条线路上的有功潮流（输电功率和方向）取决于电网结构和各发电机组的出力。
电网每条线路上的有功潮流的绝对值有一安全限值，限值还具有一定的相对安全裕度（即在应急情况下潮流绝对值可以超过限值的百分比的上限）。
如果各机组出力分配方案使某条线路上的有功潮流的绝对值超出限值，称为输电阻塞。
当发生输电阻塞时，需要研究如何制订既安全又经济的调度计划。
●电力市场交易规则：
1.以15分钟为一个时段组织交易，每台机组在当前时段开始时刻前给出下一个时段的报价。
各机组将可用出力由低到高分成至多10段报价，每个段的长度称为段容量，每个段容量报一个价（称为段价），段价按段序数单调不减。
在最低技术出力以下的报价一般为负值，表示愿意付费维持发电以避免停机带来更大的损失。
2.在当前时段内，市场交易-调度中心根据下一个时段的负荷预报,每台机组的报价、当前出力和出力改变速率，按段价从低到高选取各机组的段容量或其部分（见下面注释），直到它们之和等于预报的负荷，这时每个机组被选入的段容量或其部分之和形成该时段该机组的出力分配预案（初始交易结果）。
最后一个被选入的段价（最高段价）称为该时段的清算价，该时段全部机组的所有出力均按清算价结算。
注释：
（a）每个时段的负荷预报和机组出力分配计划的参照时刻均为该时段结束时刻。
（b）机组当前出力是对机组在当前时段结束时刻实际出力的预测值。
（c）假设每台机组单位时间内能增加或减少的出力相同，该出力值称为该机组的爬坡速率。
由于机组爬坡速率的约束，可能导致选取它的某个段容量的部分。
（d）为了使得各机组计划出力之和等于预报的负荷需求，清算价对应的段容量可能只选取部分。
市场交易-调度中心在当前时段内要完成的具体操作过程如下：
1、监控当前时段各机组出力分配方案的执行，调度AGC辅助服务，在此基础上给出各机组的当前出力值。
2、作出下一个时段的负荷需求预报。
3、根据电力市场交易规则得到下一个时段各机组出力分配预案。
4、计算当执行各机组出力分配预案时电网各主要线路上的有功潮流，判断是否会出现输电阻塞。
如果不出现，接受各机组出力分配预案；
否则，按照如下原则实施阻塞管理：
●输电阻塞管理原则：
（1）调整各机组出力分配方案使得输电阻塞消除。
（2）如果
（1）做不到，还可以使用线路的安全裕度输电，以避免拉闸限电（强制减少负荷需求），但要使每条线路上潮流的绝对值超过限值的百分比尽量小。
（3）如果无论怎样分配机组出力都无法使每条线路上的潮流绝对值超过限值的百分比小于相对安全裕度，则必须在用电侧拉闸限电。
（4）当改变根据电力市场交易规则得到的各机组出力分配预案时，一些通过竞价取得发电权的发电容量（称序内容量）不能出力；
而一些在竞价中未取得发电权的发电容量（称序外容量）要在低于对应报价的清算价上出力。
因此，发电商和网方将产生经济利益冲突。
网方应该为因输电阻塞而不能执行初始交易结果付出代价，网方在结算时应该适当地给发电商以经济补偿，由此引起的费用称之为阻塞费用。
网方在电网安全运行的保证下应当同时考虑尽量减少阻塞费用。
你需要做的工作如下：
1.某电网有8台发电机组，6条主要线路，表1和表2中的方案0给出了各机组的当前出力和各线路上对应的有功潮流值，方案1~32给出了围绕方案0的一些实验数据，试用这些数据确定各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式。
2.设计一种简明、合理的阻塞费用计算规则，除考虑上述电力市场规则外，还需注意：
在输电阻塞发生时公平地对待序内容量不能出力的部分和报价高于清算价的序外容量出力的部分。
3.假设下一个时段预报的负荷需求是982.4MW，表3、表4和表5分别给出了各机组的段容量、段价和爬坡速率的数据，试按照电力市场规则给出下一个时段各机组的出力分配预案。
4.按照表6给出的潮流限值，检查得到的出力分配预案是否会引起输电阻塞，并在发生输电阻塞时，根据安全且经济的原则，调整各机组出力分配方案，并给出与该方案相应的阻塞费用。
5.假设下一个时段预报的负荷需求是1052.8MW，重复3~4的工作。
2条件假设
1.各线路的有功潮流与各机组的出力之间是近似的线性关系，具体见模型一分析。
2.该电网是独立电网，与其他电网之间不存在功率交换关系，即电网结构由题意中的八台机组六条线路所决定，而且各机组的工作不存在相互影响。
3.电网实施调度计划都是瞬间完成的，不需考虑时间延迟而造成的指令不达等系列影响。
4.认为在给定的时段内负荷，机组的出力和各线路的有功潮流分布都不会突变
5.对于特定机组而言，其爬坡速率稳定，不存在突变情况，保证各机组的出力在爬坡速率的约束下有稳定的上下限区间。
6.对于每台机组，按照段价高低原则，只有前面的段容量被全部选择时才考虑选择后面的顿容量。
7.清算价应理解为所有机组所有被选段对应段价的最大值，即一经根据负荷需要给定方案，清算价在合同协议中被确定下来作为机组出力价格标度。
8.在阻塞费用的计算中，不考虑因为输电阻塞而引起的供电网络或其他硬件的损失，只考虑因序内容量和序外容量而造成的损失而作的的经济赔偿。
9.电网有权在线路的安全预度上输电，并在必要时进行拉闸限电。
3符号说明
1.i表示机组编号（i=1，2，3，4，5，6，7，8）
2.j表示有功潮流线路编号（j=1，2，3，4，5，6）
3.k表示机组段序号（k=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10）
4.ani表示为第n个方案的第i机组的出力；
5．βnj表示第n个方案的第j条路线的有功潮流值
βj表示第j条线路的有功潮流
6.Xj=（xj1,xj2,xj3,xj4,xj5,xj6,xj7,xj8）T表示第j条路线由1到8机组各自的贡献率，
7.bj为第j条路线的出力常量,
8.
表示第i个机组第k段的段价
9.
表示第i个机组的爬坡速率
10.
表示第j条线路有功潮流的限值
11.
表示第j条线路的在相对裕度下的最大潮流值
12．
表示第i个机组第k段的容量
13.p表示出力分配方案的清算价
14.S表示发生输电阻塞时发电商的总损失
15.S1表示发生输电阻塞时发电商在序内容量不出力部分的损失费用
16.S2表示发生输电阻塞时发电商在序外容量不出力部分的损失费用
17.
表示第i个机组序内不出力的部分
18.
表示第i个机组第k段序外出力
19.
表示发生电阻塞时，调整处理方案后第i组的出力
20.h表示某一时段的负荷预报值
为待求各机组出力值；
为原方案各机组出力值；
为各机组出力值下限；
为各机组出力值上限；
4问题分析
4.1问题背景的理解
电能传输时，由于各输电线路的容量限制，电网每条线路上的有功潮流的绝对值有一安全限值，限值还具有一定的相对安全裕度（即在应急情况下潮流绝对值可以超过限值的百分比的上限）。
如果各机组出力分配方案使某条线路上的有功潮流的绝对值超出限值，将发生为输电阻塞，危及电网安全，这时必须对各机组的出力分配方案作出调整以消除阻塞，这样会使得一些通过竞价取得发电权的发电容量（称序内容量）不能出力；
为了解决利益冲突，必须建立合理的阻塞管理模型，制定合理的阻塞费用计算规则。
整个电力市场以经济和安全为目标，坚持“安全第一，兼顾经济”的原则，在目标约束下最大效益化的解决问题。
4.2关键词解释与理解
1序内容量和序外容量：
电力市场竞价时被选上的各机组的段容量序列中的段容量称为序内容量，反之则是序外容量。
2阻塞费用：
结合题目要求，我们可以知道，阻塞费用作为一种额外的经济赔偿它来自于阻塞损失，而阻塞损失来自于由于调整所带来的称序内容量不能出力和序外容量出力，因而对阻塞费用的度量就转化为对序内容量和序外容量的损失费用处理了。
4.3约束条件
1．负荷需求约束：
除非不得不拉闸限电，否则得尽量满足负荷需求，保证机组总出力等于负荷预报值。
2．机组可用容量的约束:
由于各机组爬坡速率的限制使得每个机组的可用容量有一上限
3．机组爬坡速率的约束:
各机组的爬坡速率使得它的段容量的取值受限.
4．线路有功潮流的安全限值的约束（关于输电阻塞）
不发生输电阻塞时,每条线路上的有功潮流的绝对值不超过其安全限值：
5．线路的相对安全裕度的约束（关于拉闸限电）
任何出力方案均要保证不超过各线路的在相对安全裕度最大潮流值，这是电网最低限度的安全保证：
6．经济目标的约束（在保证安全的前提下,最大化的考虑经济效益）
4.4出力方案的规划流程
1预算方案：
市场交易-调度中心根据预报负荷，各机组的报价和当前出力值以及相关爬坡速率按照市场规则求出分配预备方案，进入阻塞检查阶段，若不存在可行方案，直接进入拉闸限电做规划处理．
2阻塞检查：
利用潮流分布公式计算各线路潮流，判断是否引起阻塞，若否，则该方案为最优出力方案，阻塞费用为０；
否则进入接下来阶段规划．
3调整方案：
进行调整，求不引起阻塞且经济目标最优的的出力分配方案，若不存在这样的方案则进入接下来阶段规划．
4裕度输电：
遵循＂安全第一，兼顾经济＂的原则求最优方案，不存在安全目标最优方案时进入最后阶段．
5拉闸限电：
以最大化减少停电故障造成的损失为目标，即在安全裕度不小０的条件下求可以保证的总出力最大时的出力方案．
4.５对各大问题分析：
１．对问题１的分析
根据题目给出的表格1各机组出力方案和表格2各线路的潮流值，对它们进行量纲分析可知如果它们存在数量关系则一定是一次型数量关系，而一次型数量关系以线性关系最为典型，因而可以通过散点图考察这种数量关系.
由控制变量法，分别考虑各机组出力对线路的影响，1-8机组出力与线路1的有功潮流的散点图如下
图1：
机组1图2：
机组2
图3：
机组3图3：
机组4
图5：
机组5图6：
机组6
图7：
机组7图8：
机组8
由此可知各机组出力与线路1的有功潮流存在线性关系，同理，可知各机组出力与其他线路的有功潮流也也极有可能存在线性关系（其他各机组出力与其他线路有功潮流的散点图这里不给出）。
根据题目意思，目的是找出发电机组的出力跟电网各线路上有功潮流之间的关系。
因为发电机组有八个，而且这八个机组有可能都往同一条线路上输电，所以是一个多元（八个机组）与一元（电网中的某一条线路）对应的关系。
想到用多元线形回归来拟合，看拟合结果是否与实际情况相符合，来决定是否再用非线性的回归方法来拟合。
根据竞赛题目中表1和表2所给出的数据，我们可以用线性回归中的“多元线性回归”来给出各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式。
2对问题2的分析
竞价的规则是由市场统一规定下来的，按照市场的统一规则，市场交易调度中心作出出力分配方案后，发电商和电网就签订了交易合同，如果初始预备方案将会引起输电阻塞（发生输电阻塞的背景详见于问题重述部分），网方不能改变合同上的协议（清算价不能改变），只能根据输电阻塞管理原则在调整预案的同时赔偿阻塞费用给发电商。
在电力市场条件下，阻塞管理不只是解决网络约束问题，还必须进行阻塞费用的合理定价实现阻塞费用在市场成员之间的公平分摊，促进输电网的有效使用，从而减少阻塞的发生。
只有对阻塞费用进行合理定价，才能真正做到在阻塞情况下非歧视地对待所有市场交易者，从而实现输电网的公平开放。
因此阻塞费用的合理定价成为阻塞管理中的核心和焦点问题。
而题目得意思也是要求设计一种简明、合理的阻塞费用计算规则。
发生输电阻塞时，按照电力市场交易规则得到的各机组出力分配预案，一些通过竞价取得发电权的发电容量（称序内容量）达到爬坡限制不能出力；
而一些在竞价中未取得发电权的发电容量（称序外容量）要在低于对应报价的清算价上出力，为了满足预报负荷的需要，有序内容量不出力部分等于序外容量出力部分。
因此利用引进权重分析法，通过调整参数得到两者权重，然后计算出总阻塞损失费用，最后用总阻塞损失费用乘以一个比例系数就可以得到阻塞费用。
3.问题3和4的分析
根据前面给出的出力方案的规划流程，我们以各条线路的最大可输送值作为各个线路要达到的目标，各个机组的可用出力和出力总和作为约束条件。
针对问题3和4给出各机组出力分配方案的得到及调整方案的基本程序设计思想：
对所有给出的段容量按段价从低到高排序
↓依次选取段容量
直到各段容量之和等于预报负荷；
同时得一个清算价
↓
判断各机组出力是否受爬坡限制
↙是↘否
调整各机组出力使满足市场交易规则、爬坡限制，产生预案，产生真正清算价
接受其成为预案，并得到相应的清算价
↘↙
判断各线路是否发生输电阻塞
↙是否↘
调整各个机组出力，使满足安全第一，经济第二的原则，产生调整后的预案及相应的清算价。
可能的输电方式：
①阻塞
不阻塞；
②阻塞
阻塞─→相对裕度内输电；
③阻塞
阻塞─→拉闸限电。
预案不需调整，接受原预案。
对于是否拉闸限电问题，根据现有的数据（见题目中的表2），即可得出现有的电网最大输送能力为1046.38MW（其来源是：
各线路的潮流限值乘以（1+该线路的安全裕度）。
即165×
（1+13％）+150×
（1+18％）+160×
（1+9％）+155×
（1+11％）+132×
（1+15％）+162×
（1+14％）＝1046.38MW）。
所以对于负荷预报超过1046.38MW的，为了输电的安全，应该拉闸限电。
通过分析竞赛题目中的原有数据可得到以下一些结果：
由于各机组受当前出力和爬坡速率的限制，在下一个时段的可用出力范围如下表所示：
表一：
各机组在下一时段可用出力范围
可用出力范围
87～153
58～88
132～228
60.5～99.5
123.71～152
95～155
60.1～102.1
63～117
各线路潮流限值和相对安全裕度内最大值如下表：
表二：
各线路潮流限值和相对安全裕度内最大值
线路
总计
限值
165
160
132
162
924
最大值
186.45
177
174.4
172.05
151.8
184.68
1046.38
4.对于问题5
解决下一时段地预报负荷需求，分析、解决方法参照第三、四两问。
5建立模型
5.1有功潮流分布公式
设第n个方案的第j条路线的有功潮流值βnj（k=1,2,3,4,5,6）,βj=（βnj）32×
1;
A=（ani）32×
8,aij表示为第n个方案的第i机组的出力；
Xj=（xj1,xj2,xj3,xj4,xj5,xj6,xj7,xj8）T表示第j条路线由1到8机组各自的贡献率，bj为第j条路线的出力常量,Bj=（bj）32×
1。
则由前面分析有如下线性关系：
βJ=AXj+Bj
5.2阻塞费用计算规则
根据电力市场交易规则，可知网方是按段价从低到高选取各机组的段容量或其部分，但由于各机组受当前出力和爬坡速率的影响，在某些机组内存在低于清算价的容量存在，却已达到爬坡限值，不可以在增加出力，因此为了达到负荷预报值，就必须找可用的高价段出力。
这样网方需对序内容量不能出力部分和序外容量低于报价出力部分给供电方经济补偿，补偿费用即为阻塞费用如前分析，阻塞费用可以根据发电商损失费用来比例协调计算。
（1）对序内容量不出力部分，发电商的损失费用为等于不出力部分容量
清算价，即
S1=
（2）对报价高于清算价的序外容量出力部分，发电商的损失费用为等于
各机组序外出力部分容量
（各机组相应各段报价- 清算价），即
S2=
由于有序内容量不出力部分等于序外容量出力部分，然而用序内容量不出力部分计算发电商的损失的费用和用序外容量出力部分计算发电商的损失的费用之间不可能等同（这涉及到市场竞价规划和合同协议），为使得网方和供电方双方都比较满意，因此存在引入调整参数λ（
），使得损失费得到合理均衡分配，则发电商的总损失费用为：
，其中
再引入比例参数ｋ，最终可以得到阻塞费用：
，
比例参数ｋ可以在０－１之间进行调配，具体的取值
由调度部门酌情选取，下文为方便求解，取ｋ＝１（即完全赔偿损失）进行计算：
此时，，其中
5.3阻塞管理模型
根据问题分析部分中的出力方案的规划流程以及之前建立的有功潮流分布公式和阻塞费用计算规则可以得到机组出力分配方案的建立和验证调整，进而建立起阻塞管理模型
6.模型实例求解。
如前所述，我们一共建立两大模型即有功潮流分布公式和阻塞费用计算规则，进而将这两大模型统一起来建立我们的最终模型——阻塞管理模型，接下来我们将运用所建立的模型来对题目逐一求解。
6.1对问题1的解答
运用MATLAB解得各路线各机组的贡献率矩阵
X=0.0804-0.0562-0.0679-0.0362-0.00160.2353
0.04290.12420.0652-0.10630.2386-0.0656
0.0511-0.0013-0.15540.2038-0.0662-0.0798
0.11910.0327-0.0094-0.0214-0.04180.0922
-0.02820.08500.1263-0.0138-0.06760.0441
0.1182-0.11500.00460.00320.0670-0.0038
0.1259-0.0160-0.00540.1480-0.00040.1704
-0.00430.0967-0.19940.0744-0.0116-0.0024
各条路线的出力常量组成矩阵
b=（112.1849132.5136-110.121778.8369134.6324122.5917）T
各路线的有功潮流yk与各发电机组出力的近似表达式为
y1=112.1849+0.0804x11+0.0429x12+0.0511x13+0.1191x14-0.0282x15+0.1182x16+0.1259x17-0.0043x18
y2=132.5136-0.0562x21+0.1242x22-0.0013x23+0.0327x24+0.0850x25-0.1150x26-0.0160x27+0.0967x28
y3=-110.1217-0.0679x31+0.0652x32-0.1554x33-0.0094x34+0.1263x35+0.0046x36-0.0054x37-0.1994x38
y4=78.8369-0.0362x41-0.1063x42+0.2038x43-0.0214x44-0.0138x45+0.0032x46+0.1480x7+0.0744x8
y5=134.6324-0.0016x51+0.2386x52-0.0662x53-0.0418x54-0.0676x55+0.06
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