考虑公平及满意度的合同电量分解算法.pdf

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第40卷第19期2012年1O月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlVb1.40NO.19Oct.1.2012考虑公平及满意度的合同电量分解算法杨莉,王乔来,胡朝阳(1.浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;2.华东电网有限公司,上海200002)摘要:目前网调或者省调在分解合同电量时,通常按照负荷曲线形状等比例地分配到个体。如何在保证公平的前提下,考虑个体特性差异进行合同分解,则是发挥联网效益、电网精细化管理的一种具体体现。提出一个考虑公正和效率的电量分解混合整数规划模型:分级评价个体对合同电量分解方案各方面的满意度,在不降低原始方案下各方满意度的前提下,调整个体合同电量分解方案,最大化总体满意度。首次以直代管电量分配作为合同电量分解的一个实例,分析了华东电网江浙沪三省市负荷的互补性,以实际电网数据分析了所提出电量分解模型的可行性和实用性。关键词:合同电量分解;分级评价;公平调度;满意度;直代管电量;个体差异;混合整数规划EnergycontractdecompositionconsideringequityandsatisfactionYANGLi,WANGQiao.1ai,HUZhao.yang2(1.CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;2.EastChinaGridCompanyLimited,Shanghai200002,China)Abstract:Energycontractsareusuallydecomposedinequalproportiontoindividualsaccordingtoloadcurve.Onconditionoffairyscheduling,adecompos ̄iontakingadvantageofindividualdifferenceisastepofdelicacymanagement.Consideringequityandefficiency,acontractdecompositionmodelbasedonmixedintegerprogrammingisproposed.Satisfactionofindivialualsontheenergycontractdecompos ̄ionschemeisassessedbygradefromma’nyaspects.WithoutreducingindividualSsatisfaction,totalsatisfactionismaximizedbyadjustingtheoriginalscheme.ThedecompositionofenergydirectlyadministratedbyEastChinaGridistakenasapracticalexample.Thecomplementationofloadcurvesofthreeprovincesisanalyzed.Thevalidityandpracticabilityoftheproposedmethodisillustratedbynumericalexamplesusingrealdata.ThisworkissupportedbyNationalHigh-techResearchandDevelopmentProgramofChina(863Program)(No.2012AA050204).Keywords:contractenergydecomposition;gradedassessment;fairscheduling;satisfaction;energydirectlyadministrated;individualdifference;mixedintegerprogramming中图分类号:TM73:F123.9文献标识码:A—文章编号:1674。3415(2012)19.0030060引言我国的中长期电能合同往往是电量合同,执行时需要分解为电力曲线。传统的电量合同分解多通过确定性分解算法,比如将负荷曲线按各方电量比例分解到个体【l。4J。文献【5.6】考虑不同省间经济差异和发电成本来指导电量的分解。文献【7旨出电量合同确定性分解算法公平、简单,但没有考虑个体的差异或意愿,没有充分挖掘联网的效益,提出一种假定已知发电商期待的合同分解电力曲线,以个体意愿偏差最小为目标函数的合约电量分解方法。文献【8.9】考虑年合同电量月滚动修正值和负荷率范围,基金项目:国家高技术研究发展计划863计划(2012AA050204)兼顾了负荷的分布情况,制定电能交易计划。区域合同电量的分解关系到错峰、运行成本和装机等方面的效益,但考虑个体负荷特性差异的分解研究还很少。文献【10】是一篇关注省间分配区域直代管电量的文献,模型以省市间可靠性水平基本相当为约束。文献[11】在考虑联络线两侧高峰各时段负荷信息的前提下,提出一种联络线两侧电网攀峰协调优化调度的模型,以解决高峰运行模式下的陡升问题。网调直代管电量的分配也是一个合同电量分解问题,各省市全年分配到的各种来源电量需要符合规定的比例,而各个时段的具体分配方案则由网调制定。网调直代管分配的电量在省市总负荷中占相当的比重,以华东电网江浙沪为例,2009年7月杨莉,等考虑公平及满意度的合同电量分解算法.31.分别为8.2%、19.1%、30.6%。区域中各省调需要自己通过安排机组合约电量或者交易电量满足扣除网调分配的直代管电量后的省市负荷曲线,因此各省调非常关注直代管电量分解方案对本省电网运行的影响。本文以多个负荷特性指标分级评价个体对直代管电量分解方案的满意度,在不改变各时段区域直代管电量的前提下,以公平原则为约束,利用各省市负荷的互补特性,提出一种区域电网各省市总满意度最大为目标的区域直代管电量分解模型。该“”方法有利于电网精细化管理,在保证三公调度的同时,充分挖掘系统在备用、AGC、机组组合等方面联网的效益,提高区域电网资源优化配置能力[12-14]。1区域直代管电量分解原则1.1负荷特性的评价指标负荷特性直接关系到电网运行的经济性。负荷特性的评价指标很多,从指标类型可以分为描述类、比较类、曲线类等。我国已经建立了比较完整的负荷指标评价体系,以下为几个常用的负荷指标:日负荷率=日平均负荷/日最大负荷;日最小负荷率=日最小负荷/日最大负荷;日峰谷差率=(日最大负荷一日最小负荷)/日最大负荷;最大统调负荷同时率=全网最大负荷/E(网内各省市最大负荷)×100%;最小负荷同时率一全网最小负荷/E(网内各省市最小负荷)×100%;负荷最大变化速率=最大的相邻时段负荷变化的绝对值。日负荷率、日最小负荷率、日峰谷差率等指标都是对负荷不平衡程度的衡量;同时率是从错峰、错谷的角度分析个体与整体间关系;最大变化速率是对负荷陡升、陡降幅度的衡量;峰谷差、变化速率也是衡量电网调峰需求的关键指标。众多的负荷指标从不同角度评价负荷的特性,但指标间存在重复和交叉,而综合评价负荷理想程度的研究还很少。各地区在进行负荷特性分析时,往往只是结合实际数据的可获得性,选择部分具有代表性的指标进行分析,这就造成各地区难以进行综合对比分析【l引。1.2江浙沪日负荷特性分析华东电网日负荷曲线的特点为夏季呈3峰1谷,冬季呈2峰1谷。由于华东网调直代管电量主要分配给上海、江苏和浙江三省市,因此本文着重分析这三个省市的负荷特性。图1为2009年7月、12月江浙沪的典型负荷曲线,为了节约篇幅和便于比较,负荷曲线以各自日最大负荷进行了标么。对2009年电网数据分析可以看出江浙沪作息时间基本一样,但由于产业结构、分时电价政策等方面的差异,负荷还是存在一定的差异。0:002:004:006:008:0010:00l2:00l4:00l6:o018:0020:0022:00(a)2009.07.150:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00(b)2009.12.15图1三省市典型负荷曲线对比Fig.1Typicalloadcurvesofthreeprovinces上海第三产业所占比重较大,由于第三产业负“”荷曲线呈现几字形,因此上海白天的负荷曲线波动较小,早峰、腰荷、晚峰差别不大,一般最大负荷出现在早峰,夏季高温天气下,最大负荷可能出现在下午2点左右的腰荷。江苏最大负荷多出现在11点左右,11:30后随着午休的到来,负荷快速跌落,12点后负荷缓慢回升,维持较高水平,但一般不超过早高峰负荷。由于江苏的分时电价谷时段为21点开始,21点后负荷曲线会出现一个小峰。浙江负荷一般早峰大于腰荷,腰荷大于晚峰。最大爬坡时段集中在7:l5~8:00之间,全天最大负荷多出现在10:45 ̄11:00,随后与江苏类似,负荷回落,尤其是夏季11点后的负荷跌落非常明显。因浙江的分时电价谷时段为22点开始,晚峰最大负荷一般出现在22:15左右。.32.电力系统保护与控制1.3直代管电量分解的基本思想华东网调的直代管电量包括直流、皖电、新富、核电、天荒坪、桐柏、琅琊山多种来源的电量。目前,直代管电量的分解原则是根据来源,按预先确定的固定比例分配到各省市,并根据系统运行状况做平衡。省市日负荷减去华东网调分配的直代管电量后的负荷曲线,是由该省市内发电企业电量及跨省交易电量满足的,因此省调对扣除直代管后的负荷曲线非常关注,但目前如何评价对负荷曲线的满意度却并没有定量的分析方法。省调对负荷曲线满意度的评价,应该既可以纵向比较又可以横向比较。目前,很多输电系统运行评估体系中采用了分级评价的方法,即通过历史数据或者同业数据划分等级,按各项指标所在区间打分,最后综合,这种方法直观简单,便于纵向比较“和横向比较。类似地,本文将省调对负荷特性各个方面的满意度也采用分级评价,例如5级制,分别对应于{非常满意,很满意,一般,不满意,很不满意。通过优化分解到各省市的电量,最大化整体满意度,达“”到1+1>2的效果。显然,新方案可行的关键是能否为各方接受,即是否公平。本模型设定了两条原则保证分配方案的公平:1)各省市日受电量保持不变;2)各省市对扣除新方案分配的直代管电量后的负荷曲线的满意度不小于现方案下。原则1的设定保证了每日电量都达到滚动平衡,仅仅是为了方便与原始方案比较,并非必要条件,事实上根据区域直代管电量分配原则,只需要年总电量满足比例即可。原则2显然是新方案为各方接受的必要条件。新方案的目的是在全网内进行资源最优配置,挖掘系统联网效益,包括减少峰谷差,提高负荷率,减少陡升陡降的幅度等方面,但是也必须尊重个体的利益。各方愿意参加联盟的前提必然是保证自己现方案下利益,无论是劫富救贫或者相反都有失公平,因此新方案下各方是共赢的。2考虑公平和满意度的分配模型Ⅳ假设个省市联合考虑直代管电量的分配,以』个指标表示理想负荷的特性,每个指标按个等级表示满意度。1.1节中介绍的多个衡量不平衡程度的指标存在一定的交叉重叠,本文的重点不在于负荷特性的评估,而且省市日分配总电量保持不变,即平均负荷在新/原方案下保持不变,本文最终采用日最大负荷、日最小负荷和日负荷最大变化值除以平均负荷衡量负荷特性。另外本文采用5级评价,以江浙沪为研究对象,因此N=3,J=5,=3。以删分别表示省n对其负荷关于指标i的评“价,若评价其为等级,则Url,1F1,否则0,则目标函数为各省市满意度之和最大,如式(1)。NIj∑∑∑maxJ(1)n=li=1j=l假设原方案下,省n在时段t分到的电量为,新方案下为.f,负荷为'f。则模型的约束条件为1)电量约束∑∑’Xn,,=¨(3)t=lt=l式(2)、式(3)分别表示新/原方案下,网调每个时段可分配电量、省n每日96时段分配到的总电量保持不变。2)负荷特性指标约束∑∑∑∑ju(5)i=1j=l/=1j=l式(4)是省n关于指标i评价的约束,U是0,1变量;式(5)表示省n对新方案的满意度不低于原方案,∑这里为对原方案指标i的满意度,为已知7=1量。3)分配电量与满意度间的映射关系∥显然,网调的决策变量是直代管分解电量“确定了,则评价呐随之确定。为了建立与’U间映射关系,引入虚拟变量Y,。P一Xn.fY(6)≥P一Xn,fY(7)一Y,3P,件1一Xn,t+1一P,f+,fYn,3(8)这里:t=-I,2,--.-,96:Yn,1表示日最大负荷,Y啦表示日最小负荷,Y柚表示表示15min负荷最大变化量,≥Yn.f0。建立虚拟变量,与评价区间【o13id+小以及评价值甜州,,的关系为XⅣ∑ll"Ⅳ∑=∑芦杨莉,等考虑公平及满意度的合同电量分解算法.33.,,,/,f<Un,i,jl(9)=l=1通过式(6)~式(9),建立了U与州间的映射“关系。这里评价区间参数G可以通过纵向数据统计、横向同业对标、或者专家经验得到。本文对此不做深入分析,仅将2009年负荷数据指标分布区间,简单等分为5个区间,得到相应的区间参数。3算例分析考虑公平与满意度的区域直代管电量分配模型是一个整数混合规划问题,但是由于整数变量不多,求解比较简单。——首先本文以两个特殊日最大负荷日7月20日和节假日10月1日实际数据分析模型的效果。图2、图3显示了省市总负荷曲线,以及扣除新/原方案分配电量以后的负荷曲线。表1、表2则为新/原方案下满意度对比。从7月20日结果可以看出上海、浙江的最小负荷增大,最大负荷变化率减小,峰谷差减小,而江苏的峰谷差增大,但其最大负荷变化率减小。与原方案相比,午休时段上海新方案下分配到的电量减少,22点前分配到的电量增多,支援了江浙午休负荷回落和晚高峰。因为江苏负荷基数大,受电量比例小,因此改善主要体现在负荷变化率减少上。1O月1日由于工业负荷减少,江浙晚上12点以后负荷明显大于白天负荷。在新方案下,上海在晚上12点以后减少了受电量,减少了江浙的峰谷差,支援了江浙,同时上海也提高了最小负荷,减少了上海的峰谷差,共赢效果显著。(c)浙江图2不同方案下的负荷曲线(2009.7.20)Fig.2Loadcurveunderdifferentmethods(2009.7.20);善柱t/h(c)浙江图3不同方案下的负荷曲线(2009.10.01)Fig.3Loadcurveunderdifferentmethods(2009.10.01)图4江浙沪在新方案下2009年7月满意度的改善情况,竖线的总长度为三省市整体满意度增加值。从图中可见,新方案下各省市满意度得到普遍提升,其中以上海提高为最大,浙江次之,江苏省相对提升较少,这主要是因为各省市负荷基数、分配电量占总负荷比例不同的缘故。..34..电力系统保护与控制表1不同方案下满意度对比(2009.7.20)Table1Satisfactioncomparisonunderdifferentmethods(2009.7.20)表2不同方案下满意度对比(2009.10.01)Table2Satisfactioncomparisonunderdifferentmethods(2009.10.01)161412l08求64201611l6212631日期图4三省市满意度改善情况(2009.07)Fig.4Satisfactionimprovementofthreeprovinces(2009.07)值得指出的是,本算例假设最大负荷、最小负荷与最大负荷变化率同等重要,而其等级划分完全按统计得到的分布区间简单等分,实际系统应用时,应该进一步考虑各种指标的分值,以及分级评价的区间。4模型的进一步改进第2节中模型中的约束是假设每日各省市分配的直代管总电量与原方案保持不变,事实上,年度总电能分配符合比例即可,因此可以考虑在更长时间尺度上考虑电量的分解。根据一般合同电量按月滚动修正的原则,本文进一步提出月度滚动修正的分配模型:即将每日各省市电量偏差量作为目标函数的一部分,同时考虑随着月度结算时间的逼近,偏差尽量减小,各省每日总分配电量不变的约束等式(3)去掉。假设考虑分配电量的月总天数为Md,当天是该月第D天。以、xa,w分别表示第d天时原方案和新方案下各时段的分配电量,则D9696,D=∑∑∑(,一Xd)(1o)d=lt=lt=l表示截至第D天,省n该分得电量与实际分得电量的偏差。定义变量,7D为Ⅳ∑.。——:j型一f11)M一D、。显然,反映了随着月底的临近,偏差需要修正的紧迫程度。考虑滚动电量修正后,目标函数(1)修正为∑∑∑maxju哪+切。(12)n=li=1j=l式中:k表示对紧迫系数修正的权重因子;r/D可以看作一个惩罚量,使得越靠近截至时间,对偏差的要求越严格,以保证总电量的滚动平衡。滚动修正模型不改变原模型实质,因此这里不再另作算例分析。5总结与讨论中长期合同电量分解的效率和公平性是电网精细化管理的一个关键问题。传统的电量合同分解多通过确定性分解算法,没有考虑个体差异。本文首次提出以直代管电量的分配为合同分解对象,研究如何利用省市个体差异,挖掘联网效益。本文提出分级评价负荷各种特性,综合为省调对扣除分配到的直代管电量后负荷曲线的满意度,在公正的原则下,利用省市负荷特性不同,进行相互支援,最大化总满意度,是对电网精细化管理的一个有益探索。本文提出的方法简单实用、易于理解,具有为各方接受的基础。同时,本模型还可以杨莉,等考虑公平及满意度的合同电量分解算法.35.做如下进一步研究:1)本文模型假设网调各时段直代管电量不变,事实上,华东直代管的天荒坪、桐柏、琅琊山抽水蓄能电站电量可以参与调度,甚至将其抽、发状态也考虑到直代管电量分解问题中,使得调节空间更大。2)考虑省市更多互补的负荷特性指标。本文仅考虑了最基本的指标,通过对各省市负荷数据的进一步研究,可以采用更有效的指标。例如本文只考虑了负荷最大变化率,事实上,负荷陡升、陡降对AGC的需求影响不同,分开考虑更能发挥负荷互补特性。3)本文没有对负荷特性评价指标的分级区间参数进行深入分析,只是按统计区间简单等分为5级,下一步可以研究如何根据定量确定分级区间参数更合理。4)本文没有考虑系统约束条件,尤其是联络线的约束,该约束完全可以加入本文模型。参考文献[1]周婷,王丽萍,苏学灵.水电站群年度期货电量的划分与分解[J].电力系统保护与控制,2008,36(22):l5.19.—ZHOUTing,WANGLi-ping,SUXueling.Divisionanddecompositionofannualfuturehydroelectricquantityinpowermarket[J].PowerSystemProtectionandControl,—2008,36(22):1519.[2]赵学顺,戴铁潮,黄民翔.电力市场中风险规避问题的研究:(二)差价合约分析系统的实现[J].电力系统自动化,2001,25(8):16-19.——ZHAOXueshun,DAITie-chao,HUANGMinxiang.Studyonriskevasioninelectricitymarket:parttwoimplementationofananalyticalsystemofthecontractfordifferences[J].AutomationofElectricPowerSystems,—2001,25(8):1619.[3]王雁凌,张粒子,舒隽,等.合同交易量和竞价交易量在日计划中的经济分配[J】.电力系统自动化,2002,22(5):45-45.WANGYan-ling,ZHANGLi・zi,SHUJuan,eta1.Coordinationofthedispatchingrelationshipbetweenthecontractcolumnandcompetitivebiddingcolumnindailygenerationscheduling[J].AutomationofElectricPowerSystems,2002,22(5):45-45.[4]尚金成,张兆峰,韩刚.区域电力市场竞价交易模型与交易机制的研究:f--)竟价交易模型及其机理、水电参与市场竞价的模式及电网安全校核机制[J】.电力系统自动化,2005,29(12):7-14:SHANGJin-cheng,ZHANGZhao-feng,HANGang.Studyontransactionmodelandmechanismofcompetitiveregionalelectricitymarket:partonetransactionmodelandmechanism,themodeforhydroelectricitycompetitionparticipateinmarkettransaction,powersystemsecuritycheckingmechanism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