發電側電廠機組競價上網合同電量分配問題算法

吳磊

（北京科技大學 東凌經濟管理學院，北京 100083）

發電側電廠機組競價上網合同電量分配問題算法

吳磊

（北京科技大學 東凌經濟管理學院，北京 100083）

本文基于電網的負荷預測和機組出力功率特性要求，對電網運營管理中合同電量分配問題給出了系列算法，同時對這些算法進行了理論分析。

電網運營管理；合同電量；競價上網

1　引言

改革開放以后，中國國民經濟開始騰飛，僅靠中央一家投資辦電遠不能滿足國民經濟發展的需要。在這種形勢下，一系列集資辦電和多渠道籌資辦電政策的出臺，促進了電力工業的發展和獨立發電企業的形成，使中國電力工業的改革邁出了重要的一步，同時這也是中國電力市場的萌芽。

目前中國電力市場的改革取向是“網廠分開、競價上網”，即將電網經營企業擁有的發電廠與電網分開，建立規范的、具有獨立法人地位的發電實體，市場也只對發電側開放。發電側電力市場的市場主體是各獨立發電企業與電網經營企業，電網經營企業負責組織各發電公司間的競爭，政府負責對電力市場進行監督管理［1］。與英國、澳大利亞等國的電力市場不同，中國電力市場繼續保持著輸、配一體的管理模式，保留供電營業區，每個供電營業區只有一個指定的供電機構向終端用戶供電。同時，根據“省為實體”的方針，中國的電力市場以省級電力市場為主，各省電力公司是其省內電力市場競爭的組織者。

2　電力市場概況與合同電量分配問題描述

S省作為“網廠分開、競價上網”的試點單位正在開展相應的電力市場改革。S省電網運營系統包括兩大類主體，即電網運營的管理機構——電力調度中心和若干參與競價上網的發電廠。電力調度中心是電網運營的管理機構，負責組織、計劃和協調各電廠的上網發電及發電出力功率。每個發電廠每日在規定的時間內向電力調度中心提出本廠所屬機組的投標競價，電力中心依據負荷預測，在滿足機組及電網運行約束的條件下，按時段確定每個機組是否上網發電及發電出力功率并由此對各電廠機組進行管理控制。

在具體電網運營管理系統中的運營管理中，調度中心首先確定各發電廠合同發電總量并按天將合同電量分配到機組，之后各電廠將各機組為完成的合同發電量分配到各時段中，同時電廠依據自己對系統邊際電價的預測及各機組的合同電量來制定下個工作日各機組、各時段的功率價格曲線并上報調度中心，調度中心依據所有電廠的功率報價曲線最后確定Smp*，并根據各電廠功率報價曲線及Smp*取舍各廠機組上網發電情況，統計各電廠（或機組）合同發電量并計算出各廠（或各機組）的未完成發電量并調整各機組下一天的合同電量。具體管理過程見圖1。

圖1　電網運營管理過程

電力調度中心確定各發電廠 （有些電廠將具體指定哪些機組）的月合同發電量（計劃發電量）。在實時管理中，依據本月剩余的合同電量，按一定的規則計算下一天的合同發電量，以此跟蹤和控制各電廠合同電量的完成［2］。計劃發電量部分的結算價格一般高于各廠的發電成本，即按合同電價電廠肯定能獲得相應利潤，因此各發電廠的運營策略首先應保證合同發電的數量［3］。因此如何將本電廠機組未完成的合同發電量分配到各時段是各個發電廠重點關注的內容。

3　解決方法

由前文介紹可以看到各電廠每天從電力調度中心獲取每臺機組第二天全天的合同電量，每臺機組第二天的合同電量合理分配到每個時段的問題（下稱合同電量分配問題），合同電量分配問題的實質就是將機組全天的合同電量按一定的方式分配到每個時段。

本文給出的合同電量分配問題算法分為如下三個大的計算階段：

階段1：利用全天用電變化（電網負荷預測）曲線及機組全天合同電量Q計算機組各時段的合同電量初值Qi，i=1，2，…，48。

階段2：由于階段1給出的機組合同電量分配問題初始值Qi，i=1，2，…，48，并不一定在機組最高出力功率和最低出力功率范圍內，本階段的任務是通過一定的方式，將Qi，i=1，2，…，48進行處理使之滿足上述要求。

階段3：按機組出力特性進一步優化合同電量的分配方案，得到最后的機組合同電量分配問題的最后方案。

3.1利用電網負荷預測曲線計算合同電量的初始方案

設某臺機組全天的合同電量為Q，其分配到每個時段的數量為Qi，i=1，…，48，顯然有：

全天用電變化趨勢，用由48個時段的權重構成的一個峰、谷、平分布曲線進行描述見圖2。設第i個時段的用電分布權重為ri，i=1，2，…，48。其中。取Qi=riQ，i=1，2，…，48，這樣就得到了機組各時段的合同電量初值。

圖2　全天用電分布曲線

3.2調整合同電量分配方案使之滿足機組出力上下限約束

本文給出“削峰填谷平移算法”調整初始合同電量分配方案的方法。削峰填谷平移算法的基本思想是將分配到各時段的合同電量中超出機組最大出力能力的部分（峰）和低于機組最小出力能力的部分（谷）相互抵沖，并對其他各時段的合同電量進行調整，使之符合機組最大最小出力要求［4-5］。

記Q+，Q-分別為機組按最大、最小出力功率運行一個時段的發電量，記ΔQ+，ΔQ-分別為一個報價周期內各時段超出Q+部分和低于Q-部分的合同電量分配額的和，即：

顯然，有：

削峰填谷平移算法的具體步驟如下：

給定停機判別數ε＞0，

Step1：依公式（6-1）計算ΔQ+、ΔQ-：

Step2：若ΔQ++ΔQ-〈ε，則計算結束，所得Qi，i=1，2，…，48為得到的滿足機組最大最小出力功率約束的合同電量分配的可行方案。

Step3：記ΔQ=ΔQ+-ΔQ-，m為合同電量落在區間［Q-，Q+］上的時段數。按如下公式調整各時段的合同電量的分配（即削峰填谷平移），調整后的合同電量分配為：

Step4：令Qi=Qi，轉Step1；

從公式（3）中不難看出：

通過上述處理，超出Q+的部分被截掉了，即“削峰”，低于Q-的部分部分被填平了，即“填谷”。

對于“峰”與“谷”的差異，ΔQ=ΔQ+-ΔQ-，將此差異平均分配到合同電量未超出（Q-，Q+）的時段，即“平移”：當ΔQ＞0時，合同電量的分配曲線向上平移，當ΔQ〈0時，合同電量的分配曲線向下平移，使得在整個分配周期內總的合同電量保持不變。

可以證明，只要總合同電量Q∈［48*Q-，48*Q+］區間內，經過有限次迭代，必定使得調整后的各時段合同電量Qi∈［Q-，Q+］，i= 1，2，…48。

3.3應用機組出力變化特性優化調整合同電量分配方案

機組從一種狀態向另外一種狀態 （比如從停機狀態變為出力狀態）時需要一定的時間。按機組狀態隨時間變化的情況，機組出力變化特性一般通過如下三種曲線來描述：①開機升出力特性曲線；②機組停機降出力特性曲線；③機組出力調節特性曲線。機組出力調節特性描述機組在正常出力范圍內，機組出力功率變化速率與機組出力功率的關系。表1，圖3給出了某臺機組出力調節特性及圖形描述

表1　機組出力調節特性

圖3　機組出力圖形描述

由機組正常出力調整曲線可見，機組在正常出力范圍［x1，x4］的調速較快且具有雙向特性，這樣合同電量分配序列正常出力段的優化調整問題轉化為調整合同電量分配序列Qi，i=1，2，…，48，使得機組相鄰時段狀態的變化不超過給定的幅度ΔQA。利用ΔQA通過機組正常出力變化特性可得到機組相鄰狀態變化需要的最大時間Δt=ΔQA/變化速率。

相鄰時段合同電量Qi-1，Qi之間的關系有如下兩種情況：

（1）相鄰時段合同電量Qi-1，Qi的變化幅度在給定的變化幅度ΔQA內，即：

|Qi-Qi-1|≤ΔQA。

（2）相鄰時段合同電量Qi-1，Qi的變化幅度超過給定的變化幅度ΔQA，即：

|Qi-Qi-1|＞ΔQA。

現在的目的是調整合同電量分配序列Qi，i=1，2，…，48，使相鄰時段合同電量變化幅度滿足|Qi-Qi-1|〈ΔQA。

下面給出一種迭代算法，并證明該算法通過有限次（輪）迭代可得到合同電量分配序列Qi，i=1，2，…，48，使之滿足相鄰時段合同電量的變化幅度小于ΔQA。

算法思路是：若相鄰時段的合同電量Qi-1，Qi的變化幅度大于ΔQA，即|Qi-Qi-1|＞ΔQA，這里不妨假設Qi-1＞Qi，

給定相鄰時段合同電量移動量ε＞0，

公式（4）保證新得到的合同電量分配序列仍然滿足各時段的合同電量之和等于該機組全天的合同電量。

4　結論

電力市場的特殊性決定了電力市場競價策略的特殊性。如何用數學模型描述電力市場競價策略，通過何種算法求解該策略模型，如何高效求解等問題對中國正在建立的電力市場具有指導意義，是電力市場研究領域的前沿課題，具有重大的理論價值和應用前景。本文針對目前中國S省發電企業合同發電量與競價發電并行的情況，在競價上網功率報價曲線的基礎上，提出了合同發電量分配方案，并設計了合同電量分配序列正常出力段的優化調整算法。

主要參考文獻

［1］于爾鏗，韓放，謝開，等.電力市場［M］.北京：中國電力出版社，1988.

［2］Conejo A J，Nogales F J，Arroyo J M.Price-taker Bidding Strategy under Price Uncertainty［J］.IEEE Transaction on Power Systems，2002，17（4）：1081-1088.

［3］龐建斌.基于Agent的電力市場競價上網策略的研究［J］.計算機時代，2003（5）.

［4］汪應洛.系統工程［M］.北京：機械工業出版社，1995.

［5］高學東，周儒欣.最優控制的結構化理論［M］.北京：冶金工業出版社，1996.

10.3969/j.issn.1673-0194.2015.21.035

F407.61；TP391.7

A

1673-0194（2015）21-0071-03

2015-09-25