CN106780123A - 一种考虑电网约束的购电计划决策方法 - Google Patents

Abstract

一种考虑电网约束的购电计划决策方法,涉及购电计划决策方法。目前，购电计划存在以下问题：购电计划编制方式信息化程度低、工作效率低；计划决策依赖经验方法，实际约束情况考虑不充分；没有引入风险管理与控制机制；未能实现发电计划的时序协调。本发明包括以下步骤：确定购电计划的决策变量；确定优化目标；确定电网的约束条件；分解多目标的优化问题。本技术方案实现全年与多月滚动的交易计划优化决策，进行多目标的协调优化与分层优化，精细化地考虑电力交易与电力系统运行中的各类约束条件，考虑发电计划与网络受限、一次能源供应能力等外部条件的关联关系。通过标准的建模方法，实现了购电计划决策方法的全面性、通用性与可扩展性。

Description

一种考虑电网约束的购电计划决策方法

技术领域

本发明涉及购电计划决策方法，尤其涉及一种考虑电网约束的购电计划决策方法。

背景技术

购电计划的编制是电力市场运转的中心环节之一，是电网公司的重要基础工作，制定合理、公平的交易计划是确保电力系统安全、稳定、经济、优质运行的重要保障，关系到电力市场的健康发展。

目前，我国各区域电网公司普遍采用传统的交易计划决策模式。在年初，由电网公司发展策划部门根据国家发展改革委员会的相关文件精神，确定当年管辖区域内各类发电企业(机组)年度发电计划以及各机组的上网电价；在年中与年末的时候，发展策划部门会协同其他相关部门对之前制定的年发电计划进行调整。电网企业交易部门根据制定的年发电计划，逐月预测区域内供电量，制定区域间联络线购售电计划，在考虑地方电厂发电等情况后，将电厂年发电计划合理分配至每个月。

浙江电网公司交易中心围绕购电计划编制已经开展了一系列信息化工作，使得购电计划编制的工作管理水平在一定程度上得到了提升；但是随着业务需求的逐步扩大，浙江电网公司交易中心现有的工作方式已经很难适应新形势下的需要，具体分析如下：

1)购电计划编制方式信息化程度低、工作效率低。

2)计划决策依赖经验方法，实际约束情况考虑不充分。

3)没有引入风险管理与控制机制。

4)未能实现发电计划的时序协调。

基于以上分析，本发明建立了考虑电网复杂约束的购电计划决策方法。该模型以浙江购电市场为例，考虑每个电厂每月的月度发电量计划为决策变量，考虑电网的约束，可实现全年与多月滚动的交易计划优化决策，可以实现多目标的协调优化与分层优化，可以精细化地考虑电力交易与电力系统运行中的各类约束条件，考虑发电计划与网络受限、一次能源供应能力等外部条件的关联关系。通过标准的建模方法，实现了购电计划决策方法的全面性、通用性与可扩展性。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种考虑电网约束的购电计划决策方法，以提高购电计划编制的效率，实现了购电计划决策方法的全面性、通用性与可扩展性的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种考虑电网约束的购电计划决策方法，其特征在于包括以下

步骤：

1)确定购电计划的决策变量，其中决策变量为每月各电厂的发电计划以及各月联络线外购电计划；

2)确定优化目标，电网公司在制定购电计划的过程中，优化目标包括经济性、节能性、均衡性、年计划完成率中的一种或多种；

3)确定电网的约束条件，包括系统平衡约束、网络约束、存煤约束、电量范围约束和发电计划约束；

4)分解多目标的优化问题，采用相应的优化方案得到优化后的交易计划，交易计划的经济性、节能性、均衡性目标在不同阶段解耦优化；在制定、调整电厂年发电计划、联络线交易计划时以经济性、节能性作为优化目标，在编制电厂月度发电计划时以均衡性作为优化目标。

本技术方案考虑每个电厂每月的月度发电量计划为决策变量，考虑电网的复杂约束，可实现全年与多月滚动的交易计划优化决策，可以实现多目标的协调优化与分层优化，可以精细化地考虑电力交易与电力系统运行中的各类约束条件，考虑发电计划与网络受限、一次能源供应能力等外部条件的关联关系。通过标准的建模方法，实现了购电计划决策方法的全面性、通用性与可扩展性。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

在步骤2)中，

经济性目标为：

其中，T_m为优化起始月份；T_M为优化终止月份，缺省值T_M＝12；N_P为控制区内电厂的总数量；为m月电厂i的平均上网电价；为m月电厂i的平均厂用电率，一般根据历史统计数据估算；N_X为对外联络线总数；为联络线购售电电价；为联络线网损系数，由统计数据估算获得；经济性目标函数追求交易计划的总成本最小，中括号中前一项代表每月购买控制区内电厂上网电量总费用，后一项代表通过联络线向区外购售电的总费用(总收入)；

节能性目标为：

上式中，为m月电厂i的平均煤耗。该目标函数追求区内电厂总体煤耗水平最小；

均衡性目标为：

年计划完成率目标为：

表示电厂i在m月的累计发电进度，为实际月发电量，为已知量；对于未发生的月份，是决策变量；为电厂i在年发电计划；代表电厂年发电计划完成率。

在步骤3中，

系统平衡约束为：

其中，为辖区内的售电电量；为区内网损电量；

网络约束为：

其中，Ω_k代表一个安全约束集合；为该安全约束集合下电厂i的电量转移分布因子；代表安全约束电量上限；

存煤约束为：

其中，表示电厂存煤；

电量范围约束为：

其中，以表示电厂i在m月的可调出力，以表示电厂i在m月的最大发电能力，为电厂i的机组数量；为电厂i机组j在m月的检修天数；为m月的自然天数；为电厂i机组j的装机容量；T_H＝24h，即一天的小时数；

发电计划约束为：

均衡性目标为带有绝对值的规划，不适用于计算机求解；为了解决该问题，将优化决策方法中均衡性目标转化为如下形式：

在步骤4)中，制定电厂年发电计划、联络线交易计划时优化目标如下：

其中α为节能性目标在制定电厂年发电计划时的权重，其大小由制定年度发电计划时按需要确定。

在编制电厂月度发电计划时基于此前的电厂年发电计划和联络线购电计划，均衡性优化目标如下：

在步骤4)中，交易计划优化包括：年发电计划优化和月发电计划滚动优化；在进行交易计划的优化时，预先对电厂的年发电计划进行预调整；对于发电能力不足，无法完成年计划的电厂，根据前述经济性、节能性目标，将差额电量通过计划替代等的方式，分配给其他电厂执行；对于总发电计划与总可分计划间的差异，依据设定的调整原则，合理分配两者间的差额，使两者最终相平衡；在给定年发电计划的情况下，在编制电厂月发电计划的过程中，以进度均衡性为优化目标，滚动优化全年后续月份的发电计划；发电计划的滚动优化是一种动态的发电计划编制方法，按照“近细远粗”的原则，优化一定时期内的发电计划，之后根据计划的执行情况与环境变化，滚动调整与修订未来计划，并且可以逐期向后延拓优化时间范围。

有益效果：本技术方案将每个电厂每月的月度发电量计划为决策变量，考虑电网的约束，可实现全年与多月滚动的交易计划优化决策，进行多目标的协调优化与分层优化，精细化地考虑电力交易与电力系统运行中的各类约束条件，考虑发电计划与网络受限、一次能源供应能力等外部条件的关联关系。通过标准的建模方法，实现了购电计划决策方法的全面性、通用性与可扩展性。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

1)确定购电计划的决策变量，其中决策变量为每月各电厂的发电计划以及各月联络线外购电计划；

2)确定优化目标，电网公司在制定购电计划的过程中，优化目标包括经济性、节能性、均衡性、年计划完成率中的一种或多种；

3)确定电网的约束条件，包括系统平衡约束、网络约束、存煤约束、电量范围约束和发电计划约束；

4)分解多目标的优化问题，采用相应的优化方案得到优化后的交易计划，交易计划的经济性、节能性、均衡性目标在不同阶段解耦优化；在制定、调整电厂年发电计划、联络线交易计划时以经济性、节能性作为优化目标，在编制电厂月度发电计划时以均衡性作为优化目标。

本技术方案考虑每个电厂每月的月度发电量计划为决策变量，考虑电网的复杂约束，可实现全年与多月滚动的交易计划优化决策，可以实现多目标的协调优化与分层优化，可以精细化地考虑电力交易与电力系统运行中的各类约束条件，考虑发电计划与网络受限、一次能源供应能力等外部条件的关联关系。通过标准的建模方法，实现了购电计划决策方法的全面性、通用性与可扩展性。

在考虑系统平衡约束、网络约束、存煤约束、电量范围约束和发电计划约束后，本技术方案的具体实施步骤为:

S1：确定购电计划的决策变量

购店计划的决策变量为每月各电厂的发电计划以及各月联络线外购电计划，以表示每月各电厂的发电计划，以代表各月联络线购电计划。

S2：确定优化目标

电网公司在制定购电计划的过程中，通常需要考虑经济性、节能性、均衡性、年计划完成率等不同的优化决策目标。

S201：经济性目标为，

其中，T_m为优化起始月份；T_M为优化终止月份，缺省值T_M＝12；N_P为控制区内电厂的总数量；为m月电厂i的平均上网电价；为m月电厂i的平均厂用电率，一般根据历史统计数据估算；N_X为对外联络线总数；为联络线购售电电价；为联络线网损系数，由统计数据估算获得。该目标函数追求交易计划的总成本最小，中括号中前一项代表每月购买控制区内电厂上网电量总费用，后一项代表通过联络线向区外购售电的总费用(总收入)。

S202：节能性目标为：

上式中，为m月电厂i的平均煤耗。该目标函数追求区内电厂总体煤耗水平最小。

S203：均衡性目标为：

S204：年计划完成率目标为：

表示电厂i在m月的累计发电进度，为实际月发电量，为已知量；对于未发生的月份，是决策变量；为电厂i在年发电计划；代表电厂年发电计划完成率。

S3：确定电网的约束条件

S301：系统平衡约束

系统需保证月度电力电量平衡，在交易计划中主要体现为电量平衡。

其中，为辖区内的售电电量；为区内网损电量。

S302：网络约束

保证关键元件、断面的安全约束。

其中，Ω_k代表一个安全约束集合；为该安全约束集合下电厂i的电量转移分布因子；代表安全约束电量上限。

S303：存煤约束

电厂月度煤耗应小于电厂煤炭存量，一般情况下只考虑存煤量满足当月的发电需求。

其中，表示电厂存煤。

S304：电量范围约束

根据机组容量以及检修计划可以确定各电厂各月的可调出力与最大发电能力(电量)，以表示电厂i在m月的可调出力，以表示电厂i在m月的最大发电能力，它们的计算公式如下：

其中，为电厂i的机组数量；为电厂i机组j在m月的检修天数；为m月的自然天数；为电厂i机组j的装机容量；T_H＝24h，即一天的小时数。

S305：发电计划约束

当年初发电计划制订不合理的情况下，应允许灵活调整年度合约电量(一般允许偏差2％)。

S306：目标函数的绝对值规划技术

均衡性目标为带有绝对值的规划，不适用于计算机求解。为了解决该问题，将优化决策方法中均衡性目标转化为如下形式：

S4：多目标的分解协调优化决策

S401分解协调优化方法

本项目认为，交易计划的经济性、节能性、均衡性目标可在不同阶段解耦优化。具体地说，经济性与节能性在制定、调整电厂年发电计划、联络线交易计划时予以充分考虑，制定电厂年发电计划、联络线交易计划时优化目标如下

其中α为节能性目标在制定电厂年发电计划时的权重，其大小由制定年度发电计划时人为决定。

而在编制电厂月度发电计划时则侧重考察电厂发电计划的均衡性，月度发电计划的编制基于此前的电厂年发电计划和联络线购电计划，均衡性优化目标如下

S402：年发电计划优化修正

在进行交易计划的优化决策时，应当预先对电厂的年发电计划进行预调整。对于发电能力不足，无法完成年计划的电厂，可根据前述经济性、节能性目标，将差额电量通过计划替代等的方式，分配给其他电厂执行。对于总发电计划与总可分计划间的差异，可以依据一定的调整原则，如按电厂原先的年发电计划的多寡，合理分配两者间的差额，使两者最终相平衡。

S403：月发电计划滚动优化

在给定年发电计划的情况下，电网公司交易中心每月在编制电厂月发电计划的过程中，通常以进度均衡性为优化目标，滚动优化全年后续月份的发电计划。

发电计划的滚动优化是一种动态的发电计划编制方法，通常按照“近细远粗”的原则，优化一定时期内的发电计划，之后根据计划的执行情况与环境变化，滚动调整与修订未来计划，并且可以逐期向后延拓优化时间范围。

以上图1所示的一种考虑电网约束的购电计划决策方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种考虑电网约束的购电计划决策方法，其特征在于包括以下步骤：

1)确定购电计划的决策变量，其中决策变量为每月各电厂的发电计划以及各月联络线外购电计划；

2)确定优化目标，电网公司在制定购电计划的过程中，优化目标包括经济性、节能性、均衡性、年计划完成率中的一种或多种；

3)确定电网的约束条件，包括系统平衡约束、网络约束、存煤约束、电量范围约束和发电计划约束；

4)分解多目标的优化问题，采用相应的优化方案得到优化后的交易计划，交易计划的经济性、节能性、均衡性目标在不同阶段解耦优化；在制定、调整电厂年发电计划、联络线交易计划时以经济性、节能性作为优化目标，在编制电厂月度发电计划时以均衡性作为优化目标。

2.根据权利要求1所述的一种考虑电网约束的购电计划决策方法，其特征在于：在步骤2)中，

经济性目标为：

$\begin{array}{cc}\min & \underset{m=T_m}{\overset{T_M}{\Σ}}\[\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}{c}_{P_i}^m(1-{\mathrm{\α}}_{P_i}^m)Q_{P_i}^m+\underset{j=1}{\overset{N_X}{\Σ}}{c}_{X_j}^m(1-{\mathrm{\β}}_{X_j}^m)Q_{X_j}^m\]\end{array}---\left(1\right)$

其中，T_m为优化起始月份；T_M为优化终止月份，缺省值T_M＝12；N_P为控制区内电厂的总数量；为m月电厂i的平均上网电价；为m月电厂i的平均厂用电率，一般根据历史统计数据估算；N_X为对外联络线总数；为联络线购售电电价；为联络线网损系数，由统计数据估算获得；经济性目标函数追求交易计划的总成本最小，中括号中前一项代表每月购买控制区内电厂上网电量总费用，后一项代表通过联络线向区外购售电的总费用(总收入)；

节能性目标为：

$\begin{array}{cc}min& \underset{m=T_m}{\overset{T_M}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}{h}_{P_i}^m{Q}_{P_i}^m\end{array}---\left(2\right)$

上式中，为m月电厂i的平均煤耗。该目标函数追求区内电厂总体煤耗水平最小；

均衡性目标为：

$\begin{array}{cc}min& \underset{m=T_m}{\overset{T_M}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}|{\mathrm{\ρ}}_{P_i}^m-\frac{1}{N_P}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{P_i}^m|\end{array}---\left(3\right)$

年计划完成率目标为：

$\begin{array}{cc}min& \underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}|{\mathrm{\ρ}}_{P_i}^Y-\frac{1}{N_P}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{P_i}^Y|\end{array}---\left(4\right)$

${\mathrm{\ρ}}_{P_i}^m=\frac{\underset{m^{\′}=1}{\overset{m}{\Σ}}{Q}_{P_i}^{m^{\′}}}{Q_{P_i}^Y}---\left(5\right)$

${\mathrm{\ρ}}_{P_i}^Y={\mathrm{\ρ}}_{P_i}^m{|}_{m=12}---\left(6\right)$

表示电厂i在m月的累计发电进度，为实际月发电量，为已知量；对于未发生的月份，是决策变量；为电厂i在年发电计划；代表电厂年发电计划完成率。

3.根据权利要求2所述的一种考虑电网约束的购电计划决策方法，其特征在于：在步骤3中，

系统平衡约束为：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}(1-{\mathrm{\α}}_{P_i}^m)Q_{P_i}^m+\underset{j=1}{\overset{N_X}{\Σ}}(1-{\mathrm{\β}}_{X_j}^m)Q_{X_j}^m=Q_D^m+Q_L^m\\ \∀m\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中，为辖区内的售电电量；为区内网损电量；

网络约束为：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}_k}{\Σ}{d}_{P_i,{\mathrm{\Ω}}_k}{Q}_{P_i}^m\≤{\stackrel{\‾}{Q}}_{{\mathrm{\Ω}}_k}^m\\ \∀k\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中，Ω_k代表一个安全约束集合；为该安全约束集合下电厂i的电量转移分布因子；代表安全约束电量上限；

存煤约束为：

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{P_i}^m{h}_{P_i}^m\≤S_{P_i}\\ m=T_m,\∀i\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中，表示电厂存煤；

电量范围约束为：

$C_{P_i}^m=\underset{j=1}{\overset{G_{P_i}}{\Σ}}(1-\frac{D_{P_i,G_j}^m}{T_D^m})C_{P_i,G_j}---\left(10\right)$

$M_{P_i}^m=C_{P_i}^m{T}_D^m{T}_H---\left(11\right)$

其中，以表示电厂i在m月的可调出力，以表示电厂i在m月的最大发电能力，为电厂i的机组数量；为电厂i机组j在m月的检修天数；为m月的自然天数；为电厂i机组j的装机容量；T_H＝24h，即一天的小时数；

发电计划约束为：

$|{\mathrm{\ρ}}_{P_i}^Y-100\%|\≤2\%---\left(12\right)$ $.$

4.根据权利要求3所述的一种考虑电网约束的购电计划决策方法，其特征在于：均衡性目标为带有绝对值的规划，不适用于计算机求解；为了解决该问题，将优化决策方法中均衡性目标转化为如下形式：

$\begin{array}{c}\begin{array}{cc}\min & \underset{m=T_m}{\overset{T_M}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}(i_i^m+v_i^m)\end{array}\\ \begin{array}{cc}s.t.& {\mathrm{\ρ}}_{P_i}^m-\frac{1}{N_P}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{P_i}^m+u_i^m-v_i^m=0\end{array}\\ {\mathrm{\ρ}}_{P_i}^m,u_i^m,v_i^m\≥0\end{array}---\left(13\right).$

5.根据权利要求4所述的一种考虑电网约束的购电计划决策方法，其特征在于：在步骤4)中，制定电厂年发电计划、联络线交易计划时优化目标如下：

$\begin{array}{cc}min& \underset{m=T_m}{\overset{T_M}{\Σ}}\[\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}{c}_{P_i}^m(1-{\mathrm{\α}}_{P_i}^m)Q_{P_i}^m+\underset{j=1}{\overset{N_X}{\Σ}}{c}_{X_j}^m(1-{\mathrm{\β}}_{X_j}^m)Q_{X_j}^m\]+\mathrm{\α}\underset{m=T_m}{\overset{T_M}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{N_p}{\Σ}}{h}_{P_i}^m{Q}_{P_i}^m\end{array}$

其中α为节能性目标在制定电厂年发电计划时的权重，其大小由制定年度发电计划时按需要确定。

6.根据权利要求5所述的一种考虑电网约束的购电计划决策方法，其特征在于：在编制电厂月度发电计划时基于此前的电厂年发电计划和联络线购电计划，均衡性优化目标如下：

$\begin{array}{cc}min& \underset{m=T_m}{\overset{T_M}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}(u_i^m+v_i^m)\end{array}$

$\begin{array}{cc}s.t.& {\mathrm{\ρ}}_{P_i}^m-\frac{1}{N_P}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{P_i}^m+u_i^m-v_i^m=0\end{array}$

${\mathrm{\ρ}}_{P_i}^m,u_i^m,v_i^m\≥0$ $.$

7.根据权利要求6所述的一种考虑电网约束的购电计划决策方法，其特征在于：在步骤4)中，交易计划优化包括：年发电计划优化和月发电计划滚动优化；在进行交易计划的优化时，预先对电厂的年发电计划进行预调整；对于发电能力不足，无法完成年计划的电厂，根据前述经济性、节能性目标，将差额电量通过计划替代等的方式，分配给其他电厂执行；对于总发电计划与总可分计划间的差异，依据设定的调整原则，合理分配两者间的差额，使两者最终相平衡；在给定年发电计划的情况下，在编制电厂月发电计划的过程中，以进度均衡性为优化目标，滚动优化全年后续月份的发电计划；发电计划的滚动优化是一种动态的发电计划编制方法，按照“近细远粗”的原则，优化一定时期内的发电计划，之后根据计划的执行情况与环境变化，滚动调整与修订未来计划，并且可以逐期向后延拓优化时间范围。