電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度綜述

1、電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行綜述摘要：隨著大量的口再生能源電站的建設(shè)完成，其發(fā)電的不確定性 給電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。本文總結(jié)了電力系統(tǒng)經(jīng) 濟(jì)調(diào)度對(duì)電力企業(yè)的影響，并從電力系統(tǒng)模型、算法方面討論了電力 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題，比較了這些算法的優(yōu)勢(shì)和不足。并從面向低碳目 標(biāo)的電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行了分析，指出了目前國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn) 狀以及研究中存在的問(wèn)題。1緒論在電力系統(tǒng)開(kāi)始工作和調(diào)度期間，要想得到很好的結(jié)果，符合經(jīng) 濟(jì)性指標(biāo)，那么對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度要有一個(gè)全新的理解, 就需參考電力系統(tǒng)的在工作中運(yùn)行特征，擬定詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法和 經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，讓電力系統(tǒng)在工作中呈現(xiàn)岀眾多的經(jīng)濟(jì)性成分

2、，增強(qiáng) 電力系統(tǒng)的工作效率，使電力企業(yè)的綜合效益得到大大的提高。電力 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的重要環(huán)節(jié)，它是一個(gè)多約束、非線 性、非凸性、多維的混合優(yōu)化問(wèn)題。在未來(lái)的眼界上預(yù)測(cè)未來(lái)，利用 未來(lái)的負(fù)荷預(yù)測(cè)來(lái)決定未來(lái)發(fā)電的負(fù)荷需求經(jīng)濟(jì)分配。在保證系統(tǒng)安 全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，考慮到系統(tǒng)中的各種等式約束和不等式約束， 使用電負(fù)荷在各機(jī)組間優(yōu)化分配的結(jié)果。迄今為止，關(guān)于動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào) 度問(wèn)題已經(jīng)提出了很多種方法。電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法主要有傳 統(tǒng)的經(jīng)典優(yōu)化算法和當(dāng)前流行的智能優(yōu)化算法兩大類。傳統(tǒng)的優(yōu)化算 法主要有二次規(guī)劃法、拉格朗h松馳法、優(yōu)先順序法等。智能優(yōu)化算 法主要有bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法

3、、粒子群優(yōu)化算法等。隨著可 再生能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比例越來(lái)越大，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度必須把 可再半能源發(fā)電納入到統(tǒng)一的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型中，由于其不確定性，建 立的模型也越來(lái)越復(fù)雜，在模型的求解過(guò)程中，提高了系統(tǒng)的可靠性, 必然以犧牲經(jīng)濟(jì)利益為代價(jià)；要獲得更好的經(jīng)濟(jì)利益，必然導(dǎo)致系統(tǒng) 的可靠性降低，因此在滿足不危及系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，獲得 更多的經(jīng)濟(jì)利益成了眾多研究者追尋的目標(biāo)。2.電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型優(yōu)缺點(diǎn)的比較當(dāng)大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電接入電力系統(tǒng)后，會(huì)給系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度 帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)，其不確定性會(huì)增加機(jī)組的運(yùn)行和維護(hù)成本，增加系 統(tǒng)的備用容量，還會(huì)使火電機(jī)組排放更多的污染氣體。為了使可再生 能

4、源發(fā)電接入電力系統(tǒng)后電網(wǎng)更經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)保的運(yùn)行，研究人員 建立了各種各樣的模型。文獻(xiàn)1提出的混合算法包含霍普菲爾德神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和二次規(guī)劃法(qp),該方法簡(jiǎn)便易行，但往往不易得到最優(yōu)解。 文獻(xiàn)2提出的應(yīng)用于電力系統(tǒng)發(fā)電安排的基于價(jià)格的爬坡率模型是 基于雙重規(guī)劃法，通過(guò)調(diào)度處理得出了最佳結(jié)果，但僅在負(fù)荷變動(dòng)不 大時(shí)有實(shí)用價(jià)值。對(duì)于大范圍的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題，文獻(xiàn)3提岀了 應(yīng)用變量縮放混合微分算法來(lái)計(jì)算處理。通過(guò)在進(jìn)化過(guò)程中采取父代 和子代合群處理，來(lái)提高進(jìn)化速度。收斂速度快、精度高但求取過(guò)程 中易于發(fā)散。文獻(xiàn)4提岀了一個(gè)重復(fù)調(diào)度算法利用qp同線性規(guī)劃法 (lp)和丹澤爾沃夫的分解技術(shù)相結(jié)合.對(duì)動(dòng)態(tài)

5、經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行研究，能 夠得到較好的處理結(jié)果但不是最優(yōu)的。文獻(xiàn)5利用給動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度 延伸的安全約束增加爬坡率約束，確保了動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度過(guò)程中系統(tǒng)運(yùn) 行的安全性，但經(jīng)濟(jì)性不好。文獻(xiàn)6提出了一個(gè)探索式的方法來(lái)提 高實(shí)際操作可行性，確保了能夠?qū)嶋H應(yīng)用，但僅只是對(duì)負(fù)荷進(jìn)行了研 究沒(méi)有考慮可再生能源電力。考慮到可再生能源電力并入電網(wǎng)的電力 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，國(guó)內(nèi)外學(xué)者己做了大量的研究。文獻(xiàn)7考慮到 風(fēng)力發(fā)電的間歇性以及未來(lái)可插式電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)大量使用通過(guò) 合理調(diào)度可以用來(lái)減弱風(fēng)電的間歇性所帶來(lái)的影響，建立了隨機(jī)經(jīng)濟(jì) 調(diào)度模型。利用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法在ieee-118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)上進(jìn)行了 相應(yīng)的仿真。文獻(xiàn)8利用

6、粒子群優(yōu)化算法對(duì)含有風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì) 調(diào)度進(jìn)行了相應(yīng)的機(jī)組安排，通過(guò)加入功率平衡和備用容量約束的循 環(huán)處理策略，以及根據(jù)機(jī)組耗量微增率與機(jī)組容量的比值大小來(lái)調(diào)整 機(jī)組安排的優(yōu)先啟停策略。在保證系統(tǒng)安全的情況下，電力系統(tǒng)調(diào)度 會(huì)把電力生產(chǎn)對(duì)于環(huán)境的影響以及能源的節(jié)約使用看的越來(lái)越重，應(yīng) 該盡量提高新能源電力的利用率。文獻(xiàn)9通過(guò)引入懲罰措施，對(duì)于 經(jīng)濟(jì)調(diào)度和節(jié)能調(diào)度進(jìn)行了協(xié)調(diào)的考慮。對(duì)風(fēng)電機(jī)組加以備用容量的 懲罰，將蒙特卡羅模擬和遺傳算法結(jié)合在ieee3 0節(jié)電系統(tǒng)上進(jìn)行了 仿真實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電的優(yōu)先調(diào)度。文獻(xiàn)10建立了充分體現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和風(fēng) 電特性的火電和風(fēng)電的新的運(yùn)行價(jià)格理論模型，風(fēng)電方面提出風(fēng)電場(chǎng)

7、出力可信度基礎(chǔ)上的風(fēng)電備用容量補(bǔ)償成本及風(fēng)電場(chǎng)中故意弄風(fēng)(負(fù) 效率運(yùn)行)行為的價(jià)格懲罰措施?；痣姺矫婕尤霗C(jī)組環(huán)境污染懲罰措 施。利用遺傳算法對(duì)于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)考慮清潔、經(jīng)濟(jì)效果 進(jìn)行了求解。結(jié)果表明為保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型在負(fù)荷低谷時(shí)棄風(fēng)的合理 性，以及高效率機(jī)組的高負(fù)荷發(fā)電和具有節(jié)能減排功能機(jī)組的優(yōu)先調(diào) 度性。文獻(xiàn)11通過(guò)利用抽水蓄能機(jī)組來(lái)提高風(fēng)電的利用率減小火電 的消耗達(dá)到節(jié)能調(diào)度。分別對(duì)抽水蓄能機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組和節(jié)能調(diào)度進(jìn) 行了數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和分析，通過(guò)實(shí)際算例將風(fēng)電一火電、風(fēng)電一同 步發(fā)電機(jī)抽水蓄能一火電、風(fēng)電一異步發(fā)電機(jī)抽水蓄能一火電利用混 合整數(shù)規(guī)劃法進(jìn)行了結(jié)果比較分析，說(shuō)明了利用

8、異步抽水蓄能與風(fēng)電 結(jié)合具有很大的經(jīng)濟(jì)型（同步電機(jī)變化不靈活，異步電機(jī)變化靈活）， 克服了風(fēng)電的波動(dòng)。3.面向低碳目標(biāo)的電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行低碳經(jīng)濟(jì)的引入將對(duì)電力行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)巨大的影響與挑戰(zhàn)。根 據(jù)ipcc的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在c02排放量上電力行業(yè)已遠(yuǎn)超其它行業(yè)，成 為了名副其實(shí)的c02排放大戶。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、可持續(xù)化發(fā)展戰(zhàn) 略，在電力規(guī)劃引入低碳要素，對(duì)電力系統(tǒng)低碳化具有重要意義。電 網(wǎng)的運(yùn)行效率體現(xiàn)了電力規(guī)劃與運(yùn)行的精益化水平，對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)的 經(jīng)營(yíng)效益具有重要影響。如何在保證電力規(guī)劃安全可靠的同時(shí)提高未 來(lái)電網(wǎng)在運(yùn)行層面的效率，成為電力規(guī)劃工作需要關(guān)注的內(nèi)容。因此 在電力規(guī)劃中，精細(xì)化考慮電

9、網(wǎng)運(yùn)行方式，深入分析未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行的 經(jīng)濟(jì)效率，評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與節(jié)能性，對(duì)于電力行業(yè)具有重要 的現(xiàn)實(shí)意義。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于電力規(guī)劃的研究主要集中于決策方法以及可靠性評(píng) 估方面，尚未形成在規(guī)劃層面實(shí)現(xiàn)考慮系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行方式的運(yùn)行模擬 的研究體系。在電力規(guī)劃中對(duì)于系統(tǒng)“運(yùn)行”主要圍繞系統(tǒng)隨機(jī)生產(chǎn) 運(yùn)行模擬展開(kāi)12。文獻(xiàn)13將風(fēng)電的預(yù)測(cè)值作為固定出力處理，在 考慮機(jī)組組合模型中加入正負(fù)備用約束，正負(fù)負(fù)荷跟蹤速率約束以及 正負(fù)備用的電量約束等靈活性約束條件，研究這些靈活性約束對(duì)系統(tǒng) 安全性與經(jīng)濟(jì)性的影響。文獻(xiàn)14利用多場(chǎng)景綜合的方法建立了考慮 風(fēng)電場(chǎng)景的機(jī)組組合模型，研究了考慮風(fēng)電點(diǎn)預(yù)測(cè)、區(qū)間預(yù)測(cè)和場(chǎng)景

10、 預(yù)測(cè)等不同方式下系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的結(jié)果以及成本的變化。文獻(xiàn)15-16 研究了風(fēng)電、水電與抽水蓄能聯(lián)合調(diào)度的問(wèn)題。文獻(xiàn)17以風(fēng)電場(chǎng)風(fēng) 速預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，利用模糊隸屬函數(shù)建立了風(fēng)電場(chǎng)出力對(duì)系統(tǒng)的安全性 影響模型，利用交互式?jīng)Q策方法求解了以安全性與經(jīng)濟(jì)性為多目標(biāo)的 優(yōu)化問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外目前已有一些面向系統(tǒng)運(yùn)行模擬的評(píng)價(jià)方法與軟件 系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)目前的電力規(guī)劃軟件主要包括由華中科技大學(xué)研發(fā)的 whps-2000與lpsp_pro s 2010以及由西安交通大學(xué)研發(fā)的jasp。 whps-2000采用確定性模擬方法來(lái)檢查電力平衡，并給出發(fā)電調(diào)度運(yùn) 行成本，lpsp pro s 2010在繼承whps-2000的基礎(chǔ)上

11、，新增了電 力系統(tǒng)運(yùn)行模擬的功能。jasp基于隨機(jī)主產(chǎn)模擬的方法，優(yōu)化電源 建設(shè)時(shí)序，使年投資的成本最小化?？傮w來(lái)說(shuō)，目前研究中存在的問(wèn)題可以歸納為以下幾個(gè)方面：1）缺乏基于時(shí)序運(yùn)行模擬的評(píng)估手段，相比基于持續(xù)負(fù)荷曲線的隨 機(jī)生產(chǎn)模擬，亟需建立一套基于時(shí)序負(fù)荷特性、考慮各類型電源運(yùn)行 特性等時(shí)空約束條件下的調(diào)度模擬模型與方法，深入評(píng)估系統(tǒng)規(guī)劃方 案在調(diào)度運(yùn)行層面的合理性。2）缺乏對(duì)系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行方式的可行性、合理性以及經(jīng)濟(jì)性的論證, 亟待提出科學(xué)、有效、定量化的評(píng)估方法實(shí)現(xiàn)在規(guī)劃層面對(duì)系統(tǒng)調(diào)度 運(yùn)行方式的分析與論證，例如跨區(qū)送電方式、抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行方式 以及跨區(qū)域多級(jí)水電的協(xié)調(diào)調(diào)度方式等。3）

12、缺乏對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性以及環(huán)保性的精細(xì)化、全局化評(píng)估。 在規(guī)劃與運(yùn)行方案的對(duì)比及論證中，亟需提出能夠精細(xì)化評(píng)估系統(tǒng)長(zhǎng) 期運(yùn)行的成本、能耗以及效率的方法與指標(biāo)，有效指導(dǎo)規(guī)劃方案與運(yùn) 行方案的決策。4）目前較受關(guān)注的面向系統(tǒng)運(yùn)行模擬的評(píng)估軟件系統(tǒng)一方面僅關(guān)注 發(fā)電側(cè)的分析與評(píng)價(jià)，對(duì)電網(wǎng)側(cè)考慮不夠詳細(xì)；另一方面多數(shù)由歐美 研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)，面向國(guó)外的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，難以適應(yīng)我國(guó)電網(wǎng)大規(guī)模交直 流混聯(lián)、不同類型電源協(xié)調(diào)運(yùn)行的特點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1ja.y. abdelaziz,m.z.kamh,s.emekhamer,andm.a.l.badr.ahybrid hnn-qp approach for dynamic

13、 economic dispatch problem j,electric power systems research. 2008, 78:1784-1788.2 f.n.lee,l.lemonidis,and k.c.liu.price-basedramp-rate model for dynamic dispatch and unit commitmentj ieee transactions on power systems. 1994, 9 （3）: 1233-1242.3 j.p.chiou. a variable scaling hybrid differential evolu

14、tion for solving large-scale power dispatch problem j.iet generation transmission &distribution.2009,3 (2) : 154-163.4 c.b.somuah and n.khunaizi.application of linear programming redispatch technique to dynamic generation allocation j ieee transactions on power systems. 1990, 5 (1): 20-26.5 w. r

15、. barcelo and p. rastgoufard. dynamic economic dispatch using the extended security constrained economic dispatch algorithm j. ieee transactions on power systems. 1997, 12(2): 961-9676 x.s.han, h.b.gooi, and d. s kirschem dynamic economic dispatch: feasible and optimal solutions j.ieee transactions

16、on power systems. 2001, 16(1) :22-28o7 趙俊華，文福拴，薛禹勝，等.涉及電動(dòng)汽車和風(fēng)電出力不確定 性的隨機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度j電力系統(tǒng)自動(dòng)化.2010, 34(20)： 22-29.8 王召旭，含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的研究d北京：華 北電力火學(xué)，2011.9 田廓，曾鳴，鄢帆，等，考慮環(huán)保成本和風(fēng)電接入影響的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型j電網(wǎng)技術(shù).2011, 35 (6) :55-59.10 袁鐵江，晁勤，吐?tīng)栠d，伊不拉音，等.大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系 統(tǒng)動(dòng)態(tài)清潔經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度的建模j,中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).2010, 30 (31)： 7-13.11 張鵬，劉繼春，呂林，等.基

17、于風(fēng)蓄協(xié)調(diào)的節(jié)能調(diào)度方法.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制.2011, 39(2)： 29-34.12 zhang ning, kang chongqing, xia qing, et al. rigorous model for evaluating wind power capacity creditj iet renewable power generation, 2013, 7(5)： 504-51313 lu s, makarov y v, zhu y, et al. unit commitment considering generation flexibility and environmental constraintsc/2010 ieee power and energy society general meeting, minneapolis, usa,