管理科学在电力系统的应用.docx

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管理科学在电力系统的应用

管理科学在电力系统的应用

电力系统忧化调度协调理论

1.前言

随着全国联网和竟争性电力市场的建设,以及国家节能、环保、经济调度（节能、降耗、减排>政策的实施，互联电力系统运行中不确定因素可能不断增多，各种运行风险将难于预测。

因此，研究电力系统优化调度协调模型及机制，提高电网调度决策智能化水平，对确保电网安全与经济运行有着极其重要的意义。

而过去的研究中，把电力系统优化调度间题分解为多个优化调度子间题并进行简化，未充分考虑各个子间题之间的协调配合，缺少把这些孤立的功能整合协调起来的理论支持，特别是缺少在空间尺度、时间尺度、电力生产环节上协调年度、月度周、日前调度交易计划、实时平衡调度计划，缺少兼顾安全与经济、真正实用的电力优化调度协调控制系统，各个子间题的优化调度计算结果主要依靠人工调度来协调和修正，使得优化调度效果及电力调度决策智能化水平大打折扣。

本文在文献的基础上，阐述电力系统优化调度协调理论的整体框架，提出了优化调度在调度空间尺度、时间尺度、电力生产环节、控制对象、电网安全稳定控制策略、优化目标、“三公”调度等方面的协调调度机制及模型。

我国目前设置有国家、区域、省级的电力调度中卜和电力交易中卜，分别负责跨区域、跨省和省内电力调度及电力交易计划的制订。

本文在论述优化调度协调理论时，主要偏重于优化调度协调的描述。

为简化叙述，将电力调度中心和电力交易中心的功能合并在一起进行论述，并将相应的电力调度中心和电力交易中心简称为国调、区域调和省调。

2．内容

1.忧化调度协调理论的整体框架

电力系统优化调度研究的是电力系统最优运行状态，其模型1-3]是一个考虑时间及空间变化（变量）的动态优化决策模型，求解难度大。

但可以从空间尺度、时间尺度、电力生产环节上将该间题分解为年度、月度、周、日前、滚动1]、实时平衡等优化调度1-4]以及偏差及电网阻塞在线校正控制与跨区域、跨省、省内调度等子间题,其中,偏差及电网阻塞在线校正控制也称为偏差及电网阻塞校正控制,包括电网阻塞在线校正控制及自动发电控制（AGC>在此基础上,寻找最优的协调方法来整合协调各时间和空

间尺度上的调度计划,以满足电力系统安全稳定、经济运行的要求和公开、公平、公正（三公>的调度原则,亦即:

电力系统优化调度协调理论研究在电网安全稳定运行和电网经济运行2个目标的前提下协调各个子间题,完成安全约束下的经济调度任务,达到在电网安全约束条件下经济效益最大化的总体目标。

年度、月度、周、日前、滚动和实时平衡优化调度都是基于负荷预测的优化调度,一般是在安全约束条件及某些经济约束条件下经济成本最小的优化偏差及电网阻塞校正控制是基于电网实时运行状态的校正控制,是对每个调度时段4]内出现电网阻塞及功率不平衡后进行的控制,一般使用恢复时间最短、或调整量最小、或找到最近的可行运行点作为控制目标。

电力系统优化调度需要考虑如下协调间题：

1）在调度空间尺度上的协调

在调度空间尺度上，各级调度需要考虑与上一级联络线、下一级联络线的年度、月度、周、日前、实时平衡优化调度计划，即跨区域、跨省及省内年度、月度、周、日前、实时平衡优化调度交易计划之间的协调。

2）在调度时间尺度上的协调

在调度时间尺度上，需要考虑年度、月度、周、日前、滚动、实时平衡优化调度、偏差及电网阻塞在线校正控制之间的协调。

3）在电力生产环节上的协调

电力系统优化调度需要考虑与电力生产的发电、输电、配电、零售等4个连续性环节的协调，需要考虑与竟争性电力市场的协调，需要考虑与节能、环保、经济调度（节能、降耗、减排）为目标的节能发电调度的协调。

4）在兼顾安全与经济的优化目标上的协调

电力系统优化调度的目标通常包括经济型目标和安全型目标。

兼顾安全与经济优化目标的协调，研究的是如何协调安全和经济的双重目标、如何实

现安全约束下经济效益最大化的问题。

5）电力优化调度与电网安全稳定控制策略的协调

在时间尺度和空间尺度上，年度、月度、周、日前、滚动、实时平衡优化调度和偏差及电网阻塞校正控制都需要考虑与其相适应的电网安全稳定控制策略进行协调。

6）在有功与无功控制对象上的协调

电力系统优化调度需要协调有功和无功出力、有功与无功的协调控制间题，研究的是如何协调有功优化与无功优化的关系，以满足安全运行条件下经济效益最大化。

7）电力优化调度与（三公）调度的协调

电力系统优化调度还需要考虑与公开、公平、公正的（三公）调度的协调问题。

限于篇幅，本文主要讨论优化调度在空间尺度、电力生产环节、电网安全稳定控制策略、优化目标、（三公）调度等方面的协调调度机制及协调调度模型，并略去数学模型的描述。

至于优化调度在时间尺度（时间维）、控制维等方面的协调，参见文献

[1，3]。

2在调度空间尺度上的协调

2.1总体原则

电力优化调度在空间尺度上的协调，就是研究跨区域、跨省及省内优化调度交易计划如何协调及电网安全如何分工控制。

正常情况下，资源优化配置的范围越大则越能获得更大的效益，决定了跨区域调度交易成交优先级应高于跨省调度交易，跨省调度交易成交优先级也应高于省内调度交易。

为了尽可能实现能源在全国范围内的优化配置，各省调、区域调应将省、区域的电力供求关系有效传递至国调，将国家、区域的调度交易结果（跨区域、跨省调度计划）纳入省内电力电量平衡，并优先执行和结算，实现电力资源优化配置。

按照统一调度、分级管理的原则，分层进行电网安全校正，国调负责调度管辖范围内电网及跨区域输电线的安全校正，区域调负责调度管辖范围内电网及跨省联络线的安全校正，省调负责省调调度电网的安全校正，实现三级调度体系分层协调控制。

按照公开、透明的

原则，通过各级电力调度交易中卜传递信息，实现三级调度交易信息畅通。

当优化调度计划执行过程中输电线路出现阻塞时，应以资源优化配置效益最大化为原则，优先保证上一级调度交易的成交合同优先完成。

如果省间输电线出现输电阻塞，为了保证国家调度交易的合同完成，应裁减在区域调度交易形成的交易合同，当省内出现输电阻塞时，为了保证国家和区域调度交易的合同完成，应裁减在省级调度交易形成的交易合同。

对同一级调度交易形成的合同，通过市场竟争形成的合同优先完成，对同类型的合同，按价格优先的原则，价格低的优先完成。

区域调在进行区域内

合同分解到日、考虑省间输电安全约束的过程中，要优先完成国家调度交易的成交合同，同样，省调要优先完成国家、区域调度交易的成交合同。

三级调度交易计划的协调运作见图1。

图l三级调度交易计划的协调运作

F：

g.lC。

。

rd：

nat：

ng。

perat：

ng：

nthree-level

D：

patch：

ngandtrad：

ng,chedule

2.2协调调度模型与方法

在空间尺度上,由于电力系统优化调度涉及的范围大,在进行优化时有必要采用分层分区的协调原则因此,在对跨区域、跨省和省内电网调度交易计划的制订流程进行协调设计时,为了提高效率,应尽可能采取、自下而上预决策（预安排）及申报、自上而下决策、整体优化（全国优化）、多级多类优化协调、逐级逐类细化"的思路,省调将省内的电力电量供求数据曲线有效地传递到区域调,并进一步传递到国调3同时,国调制订的跨区域调度交易计划应作为区域调制订区域内调度交易计划的边界条件,区域调制订的跨省调度交易计划应作为省调制订省内调度交易计划的边界条件省内调度交易计划与省外（跨省跨区域）调度交易计划（年、月、周、日、实时）的协调如图2所示

图2省内调度交易计划与省外调度交易计划的协调

F：

g.2C。

。

rd：

nat：

ngbetween：

n,：

de-pr。

v：

nce,chedule

and。

ut,：

de-pr。

v：

nce,chedul

具体协调过程如下:

1）省调负责制订的调度交易计划包括:

制订省内调度交易计划,制订参与省外购电售电的报价曲线（包括购电报价曲线、售电报价曲线）,参与国调、

区域调组织的调度交易。

2）在省内电厂自愿的前提下,省调调度的电厂,在已签订的各类双边/多边交易合同的基础上,可以在各时间级（年度,或月度,或周,或日,或实时,以下同）向省调申报希望在省内成交的报价曲线和省外成交的报价曲线3具备一定条件的大用户可以在各时间级向省调申报购电报价曲线国调、区域调直接调度的电厂,在已签订的各类双边/多边交易合同的基础上,可以在各时间级分别向国调、区域调申报报价曲线。

3）各省调首先进行省内电力电量平衡预安排

在考虑上一时间级省内优化调度计划及省外优化调度计划（省外购售电计划）的基础上,根据当前时间级的供需状况、电网安全约束条件、双边/多边交易合同、电厂报价、大用户报价等,制订当前时间级初步的省内购电售电调度交易计划3同时,还必须为下一时间级优化调度预留一定的调度控制空间这样,在考虑主要不确定性因素的基础上,使当前时间级优化调度与下一时间级优化调度之间能够自然衔接、平缓过渡,从而全面提高安全效益、经济效益和社会效益。

4）省调作为售电主体（在省内电厂自愿的前提下,省调以委托交易的方式组织省内剩余发电资源）或作为购电主体,直接参与国家或区域调度交易（购电或售电交易）在省内电力电量平衡预安排的基础上,根据省内电网与区域电网的联络线输送能力以及已经签订的各类联络线输电合同（考虑上一时间级的省外购售电计划）,向区域调申报在一定条件下的购电报价曲线和一定条件下的售电报价曲线制订报价曲线的原则是:

综合考虑跨省及省内输电价格、输电网损（对于输电费用、输电网损统一考虑的区域,可以不考虑此间题）、跨省跨区域双边/多边交易合同、电厂报价、电网安全约束等因素,以购电费用最小及购售电交易量最大为目标,优化省内市

场的资源配置。

5）区域调根据各省调的跨省跨区域购电报价曲线和售电报价曲线的申报、区域调直接调度电厂的报价曲线的申报,以及跨省跨区域双边/多边交易合同,形成区域内当前时间级的综合供给曲线和需求曲线,在考虑上一时间级区域内优化调度计划及区域外（跨省跨区域）优化调度计划（区域外购售电计划）的基础上,并根据区域电网的安全约束,形成区域内当前时间级的初步调度交易计划,同时为下一时间级优化调度预留一定的调度控制空间,在综合考虑跨区域输电价格、输电网损等因素的基础上,再向国调申报跨区域购电售电报价曲线。

6）国调根据各区域调购电报价曲线和售电报价曲线的申报、国调直接调度的电厂的报价曲线的申报,以及跨省跨区域双边/多边交易合同,综合考虑跨区域联络线输电能力的约束及上一时间级跨区域调度计划,进行交易决策,形成跨区域当前时间级的购售电调度交易计划,并将各时段成交电量落实到相应的联络线3同时为下一时间级优化调度预留一定的调度控制空间。

7）区域调根据国调制订的当前时间级跨区域调度交易计划,在考虑上一时间级区域内优化调度计划及跨省跨区域优化调度计划、并同时为下一时间级优化调度预留一定的调度控制空间的基础上，进行区域交易决策，形成当前时间级区域内优化调度计划及跨省购售电调度交易计划。

8）省调根据区域调制订的当前时间级跨省购售电调度交易计划，在考虑上一时间级省内优化调度计划及省外优化调度计划（省外购售电计划）、并为下一时间级优化调度预留一定的调度控制空间的基础上，相应调整（修正）省内初步的购售电调度交易计划，形成当前时间级的省内购售电调度交易计划。

对于中长期和提前数小时以上的交易，有足够的时间按照上述“自下而上预决策及申报、自上而下决策”的原则和时序完成三级调度交易计划协调。

当然，省调也可以在考虑省间剩余的输电容量、跨区域跨省输电价格、输电网损等因素的基础上，直接向国调申报跨区域的购电报价曲线和售电报价曲线，由国调、区域调协调决策。

“自下而上预决策及申报、自上而下决策、整体优化（全国优化）、多级多类优化协调、逐级逐类细化”的具体协调过程中，考虑了各级调度交易计划在当前时间级之间的协调、当前时间级与上一时间级的各级调度交易计划的优化协调，以及当前时间级与下一时间级的各级优化调度的协调。

上述优化调度协调模式不会造成省间、区域间壁垒，能够实现资源在全国范围内的优化配置，如图3所示

3．在兼顾安全与经济的忧化目标上的协调

安全与经济的协调间题，研究的是如何在安全与经济2个目标之间进行统筹协调，达到在安全允许条件下的经济效益最大化的总体目标[5-6]。

电力系统优化调度的最优目标与约束条件之间的关系在一定意义上是经济性与安全性之间的关系，目标与约束之间具有一种“对偶”关系。

这种对偶关系有2层含义：

其一，约束和目标可以以某种方式进行“转换”，这种性质在线性规划对偶理论中已获得严格的证明，在非线性规划中至少是局部成立的（因为非线性模型在局部可以线性化）;其二，安全约束条件越严格，经济目标的优化性就会越差，为了得到更优的结果，在确保电网安全运行的条件下，凡能够放宽约束的地方就应适当放宽。

因此，在优化调度中对安全和经济2个目标存在不同的侧重[1-3]：

年度、月度、周、日前、滚动优化调度目标主要考虑经济性，将电网安全作为约束条件;偏差及电网阻塞在线校正控制主要以电网安全运行作为目标;实时平衡优化调度中的电网安全必须全面考虑，在电网安全运行基础上优化经济调度目标。

4．在电力生产环节上的协调

在发电环节，从国际经验看，目前的发电调度规则主要有3种模式：

1）发电调度模式Ⅰ：

在满足电网安全约束的前提下，对各类机组平均分配发电利用小时数的调度模式。

目前，中国大多数省（自治区、直辖市）及一些发展中国家使用该发电调度模式。

该模式不利于“节能、环保、经济调度”目标的实施。

2）发电调度模式Ⅱ：

在满足电网安全约束的前提下，按照节能、环保机组优先发电的原则，实施节能、环保排序的调度模式，该模式称为：

节能、环保、经济发电调度模式。

亦即：

在保障电力安全可靠供应的前提下，按各类发电机组的效率（能耗水平或煤耗、油耗指标和环保排放指标）进行综合排序，实行有序调度，最大限度地体现节约能源、保护环境的产业政策，实现节能、降耗、减排的目标。

该模式要求依法贯彻落实国家可再生能源法中有关可再生能源发电电价、电量等政策，加大对可再生能源的扶植力度，实现水电等可再生能源全额上网。

一些国家使用过或正在使用该发电调度模式。

中国目前正在准备推行该模式。

3）发电调度模式Ⅲ：

在满足电网安全约束及节能环保排放指标的前提下，对发电调度实行市场机制（竟争性电力市场），按照电厂（机组）的报价进行发电排序调度，发挥高效率发电机组综合优势。

目前，一些市场经济比较完善的国家使用该模式。

中国目前也正在推行该模式。

当然，该模式也兼顾可再生能源、环保能源的有关政策。

需要说明的是，在发电调度模式Ⅱ向发电调度模式Ⅲ过渡过程中、或发电调度模式Ⅱ与发电调度模式Ⅲ混合使用过程中，需要仔细研究这2种发电调度模式的协调机制。

实现节能环保调度的目标有2种方法：

一是按能耗（煤耗、油耗等）指标进行排序调度发挥高效率发电机组优势（即发电调度模式Ⅱ）但缺点是机组的能耗指标进行准确测算的难度大，兼顾各方利益的难度大，并且，电网运行方式千变万化，运行中存在临时停运检修、备用、无功功率分层分区平衡等间题，如果单纯依据能耗调度，将可能会引起各种矛盾，二是通过市场化的手段，发挥高效率发电机组优势，来达到节能降耗目标（即发电调度模式Ⅲ）。

2种方法的共同点是尽量发挥高效率发电机组优势，按照效率优先的原则进行调度交易后一种方法显然包括前一种方法，但能克服前一种方法的缺点，市场化手段从实际出发，能够兼顾多方利益，提高效率，有助于为企业和政府化解矛盾这也是目前世界上许多市场机制比较完善的国家推行发电调度模式Ⅲ（竟争性电力市场）的原因之一。

电力系统安全与经济的优化调度，是指在满足各种安全性约束以及向电力用户安全可靠供电的条件下，合理安排电源（电厂、机组）运行方式及电网运行方式，使总的运行费用最少或其他目标最优、或社会效益最大。

合理安排电源运行方式主要包括:

①机组最优投入（机组优化组合间题）②安全经济调度（功率经济分配间题）③火电、水电、核电、燃气电站等的优化调度协调，合理安排电网运行方式，主要包括:

在保证安全稳定运行及可靠供电的前提下，合理安排电网检修计划，合理安排电网的潮流分布以及各节点电压水平尽量降低输配电损耗。

总之，优化调度在电力生产环节，在保证安全稳定运行的前提下，一方面按照规定的发电调度模式对发电环节进行优化调度，向电力用户可靠供电，另一方面，合理安排、调整电网运行方式，降低输配电损耗，需要说明的是，发电与输配电效率的协调，即发电费用与输配电损失的优化协调，其结果是全网总发电费用（或购电费用）最少，输配电网损相当于加大了全网负荷，即增加了全网所需发电量，因此在发电排序调度时需要对发电排序进行网损修正。

5．与电网安全稳定控制策略的协调

在空间尺度和时间尺度上，年度、月度、周、日前、滚动和实时平衡优化调度、偏差及电网阻塞校正控制，都需要进行安全校核，在进行安全校核时应该与相应的安全稳定控制策略相协调，尽可能提高电网的输送能力，实现电力优化调度控制。

电网运行的稳定性通常是以电网各断面稳定输送极限来表示，一般情况下，电网各断面的稳定输送极限是由离线的稳定程序计算的（电网年、月、周运行方式中进行离线稳定分析），该稳定极限一般是按照电力系统运行中可能出现的较严重的事故方式计算出来，结果通常是保守的，从而可能限制了电网的输电能力，动态安全评估分析是考虑运行中的电力系统的稳定极限，是在当前运行方式下，针对预定的故障集进行系统动态安全评估，并得出当前运行方式下电网各断面稳定极限，从而可以根据这样确

定的稳定极限来校核（校正）实时平衡调度计划及线路潮流，对于不满足这一要求的调度计划（或线路潮流）进行校正，从而实现预防性控制并尽可能提高电网的输送能力。

在年度、月度、周、日前和滚动优化调度阶段，由于不必采集时,SCADA，数据，且其优化调度计划不直接应用于电力系统运行，因此，在进行安全校核时仅考虑静态安全约束条件，如电压、重要断面稳定极限等约束条件，其安全约束一般使用相应的年、月、周、日的离线稳定分析结果，实时平衡调度是作为细化上一时间级（日前及滚动）调度结果和指导下一时间级（偏差及电网阻塞校正控制）的中间协调层，该环节的安全稳定校核成为保证电力系统安全稳定运行的重要环节，偏差及电网阻塞校正控制是对实时平衡调度出现的偏差及电网阻塞进行校正。

因此，实时平衡优化调度、偏差及电网阻塞校正控制的安全约束一般采用在线动态安全分析结果，从而

在确保电网安全稳定运行的前提下，尽可能提高电网的输送能力，尽可能提升优化调度效果。

6.与“三公”调度的协调

“三公”调度是指电力调度机构遵循国家法律、法规，在满足电力系统安全稳定运行的前提下，对各发电企业按照“三公”的原则进行调度，并按照规定进行信息披露，“三公”调度的本质是电网安全与各方经济利益如何相协调，是一个复杂的系统工程，需要相应配套的法律法规体系，“三公”调度的原则为:

在没有实行电力市场之前，政府按发电调度模式：

或发电调度模式Ⅱ的发电调度规则，制订各类电厂（机组）的年度发电量计划，电力调度交易机构必须以政府下达的各电厂年度发电计划为依据，坚持等比例完成政府下达的年度发电计划，当电网输电能力不能满足上述分配方式时，则按照电网约束分区进行调整与控制，使一个区域内的机组按照等比例的原则完成年度发电计划，在实行电力市场后，电力调度交易机构按发电调度模式Ⅲ的规则（电力市场运营规则）执行（三公，调度，电力优化调度与“三公”调度的协调原则为:

在保证电网安全稳定运行、遵循“三公”调度原则的前提下，进行电力优化调度。

结语

为实现电网调度交易的科学决策、提高调度交易决策智能化水平及电网安全与经济运行的协调水平，本文及文献，1-4，建立了兼顾安全与经济的电力系统优化调度协调理论，从空间尺度，时间尺度，电力生产环节，控制对象，电网安全稳定控制策略，优化目标，“三公”调度7个方面，研究了电力系统优化调度面临的多种复杂的协调要求，提出了电力系统

优化调度的协调调度模型及协调调度机制当前，我国电力市场还在建设与完善当中，电力系统优化调度协调控制仍处于起步阶段，与之相关的理论研究还有待于进一步的深入，优化调度协调控制体系更需要多方面的力量予以研究和实施，我们有理由相信，随着电力系统优化调度协调理论及

应用的不断发展，将有助于全面提高电网调度决策智能化水平，实现优化调度的协调控制，进一步提升电力系统优化调度效果，确保在市场环境下电网的安全，稳定，经济运行。

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