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摘要：在电力市场条件下，为了真正实现系统的经济运行，就必须对系统的安全性能进行比过去更为细致和全面的考察与评估。首先论述了电力经济调度的内容与方法，然后提出了当前基于多种算法的电力经济调度方法，最后针对某某电力市场运行特点，基于多种算法的电力经济调度体系，盖系统已经投入实时运行，符合要求。
关键词：电力系统；电力经济调度；多种算法
作者简介：蒋文静（1973-），女，上海人，宁夏吴忠供电局调度通信中心，工程师。（宁夏 吴忠 751100）
中图分类号：F470.61 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0072-02
随着电网的迅速发展以及电力市场化的推进，电网的安全性日渐突出，从实时运行和调度计划安排的角度出发，都对电力系统的自动调度问题提出了迫切的需要。[1]同时近年来，某某电网的快速发展使得电网规模越来越大，运行日益复杂。针对频繁变化的电网变化情况，利用高级应用软件的强大分析功能，对电网次日运行方式的进行预先分析，并对制定的日调度计划进行适当地、必要地修正，做出合理而有效的修正调度计划，使其能够满足系统的安全稳定运行条件，为电网运行分析人员安排次日运行方式提供决策依据和参考。[2]这样，一方面防止了因不恰当的发电计划而造成系统不安全或不稳定运行，另一方面也避免了一些不必要的经济和物力的损失。[3]本文为此具体探讨了基于多种算法的电力经济调度体系建立。
一、电力经济调度的内容与方法
1.电力经济调度的內容
电力调度是指当居民用电超过一个限度的时候，适当的把企业用电限制并输送给居民用电。是近年来随着科技的不断发展，形成的现代化监测、控制、管理手段。电力经济调度主要包括以下几部分主要内容：（1）负荷经济分配：根据预测的负荷曲线，按经济调度原则，对水能和燃料进行合理规划和安排，分配各发电厂发电任务，提出各发电厂的日发电计划；指定调频电厂和调频容量，并安排发电机组的起停和备用，批准系统内发、输、变电设备的检修计划；对系统继电保护及安全自动装置进行统一整定和考核，进行系统潮流和稳定计算等工作，合理安排运行方式。[4]（2）机组组合：进行安全监控和安全分析：收集全系统主要运行信息，监视运行情况，保证正常的安全经济运行。通过安全分析（采用状态估计和实时潮流计算等应用技术）进行事故预想和提出反事故措施，防患于未燃。[5]（3）负荷预测：根据负荷变化的历史记录、天气预报、分析用电生产情况和人民生活规律，对未来24小时或48小时进行全系统负荷预测，编制预计负荷曲线，配备好相适应的发电容量。[6]
2.电力经济调度的方法
电力系统的计算机装备水平已大大提高，中小型机、微型计算机、路由器、交换机等设备装备级别不断更新提高。对于电网企业，提高电力调度自动化水平、提高电网运行质量是信息化建设的重点方向。电力经济调度的主要方法流程为：（1）采集数据：由RTU收集站端（变电站OR电厂）的电气参数，包括开关位置、保护信号、电压电流等遥测数据。（2）传输信息：将RTU收集到的信息经过可靠的通道传送至主站系统（前置机、服务器），并传输主站下达的控制命令到战端。（3）数据处理：收集到的信息要经过处理、筛选、计算。（4）人机联系：将处理过的信息经由友好的界面呈现给用户，并实现遥控、遥调功能。其中离线调度计划的编制还主要是在考虑机组出力脸修、负荷预测结果、长期购电合同以及电力市场中标电量等综合因素的情况下依靠相关软件计算得出。如果在编制过程中发现不安全现象，需要人工进行调整，难以取得理想的调度计划。
二、当前基于多种算法的电力经济调度方法
随着社会的发展，调度自动化形成了各种各样的优化方法。如启发式方法、混合整数规划法、动态规划法等。
1.启发式方法
启发式方法是早期使用的机组组合优化方法。典型的启发式方法是优先顺序法，这种方法是首先对机组依据发电费用指标进行排序，然后根据系统负荷需求按照发电费用指标由小到大的顺序投入机组。启发式方法没有严格的理论依据，依靠直观的判断或经验寻找最优解，计算速度快，占用内存少，但往往找不到最优解，可以说，它是以计算精度为代价来换取计算速度的。比如广东省节能发电调度的有效实施有赖于一套启发式方法的节能发电调度核心技术支持系统，涵盖节能发电调度日计划编制系统、燃煤机组烟气脱硫在线监测系统、热电联产机组热负荷实时监测系统、节能发电调度信息发布网站四大技术支撑体系。其对安装了脱硫设备的燃煤机组进行实时监测，一旦机组脱硫没有达到效率，系统就会亮黄灯，对其发电量就要进行实行考核，严重违规者甚至会被剔出调度表。
2.动态规划法
动态规划法是一个处理多阶段决策问题的方法，它将整个调度交易周期分解为若干个时段，每一时段为动态规划过程的一个阶段，各阶段的状态是该时段所有可能的开停机状态组合。电力调度数据专网就是动态规划法的重要成果，某某公司结合该地区电力通信网、自动化设备 运行状况、重要变电站的分布情况制定了详细的数据专网双平面网络建设方案，并进行反复论证、修改，保障了网络结构合理，数据传输高效可靠。该工程的建成将使220千伏及以上变电站的调度数据通过两个完全独立的路由传送，满足调度多个业务系统对数据传输可靠性的要求，使变电站端至调度中心之间的数据传输更加安全、高效，为建设智能调度系统提供了强大的技术支撑。
3.Wallstor法
对于电力企业的特点和应用情况，Wallstor提出了电力企业网络存储的解决方案。方案可以实现安全、自动、易管理、可扩展的数据备份与应用容灾。Wallstor网腾WIP6系列IP SAN存储系统是基于iSCSI协议技术构建，完全兼容传统的以太网设备，可有效降低在存储连接设备方面的投资。在网络中增加一台IP SAN网络存储设备，通过千兆网络接口连接高速传输，将各个点的数据保存到I中，有效提高了数据的可靠性和可管理性。另外Wallstor网腾IP SAN存储系统能够支持多种RAID算法，保证了系统数据的安全性。Wallstor IP SAN提供2个千兆网络接口，支持扩充多个网络接口，有效提高了数据的传输速度支持windows、MAC OSX、Linux、Unix等不同操作系统，SQL Server、Oracle、Exchange Server、SharePoint、Domino、DB2、Active Directory、MySQL、Sybase 等各种数据库Wallstor网腾IP SAN存储系统采用嵌入式的方式，从而最大限度的降低了因硬盘损坏而导致整个存储设备瘫痪的危险性，进一步保证了网络存储系统的数据安全性。IP SAN存储系统能够支持Raid 0、Raid 1、Raid 5、Raid 6、Raid 5 with 1 spare 及JBOD等多种Raid算法，保证了系统数据的安全可靠。
三、基于多种算法的电力经济调度体系建立
根据某某地区购电合同和市场竞标制定的年度、月度发电计划，综合考虑机炉检修、负荷预计、经济等因素生成日发电计划，并根据电网检修计划安排进行安全校核和修正。该系统将中长期发电量计划、负荷预测、日发电计划、电气检修综合管理系统和电力能量管理系统（ERS）中的安全分析功能有机结合，通过日常工作流程形成智能化工作链。该系统主要由EMS系统、调度实时信息平台、日用电负荷预测、发电计划编制四大部分组成。
1.DMIS系统
DMIS系统用于保障电网的安全稳定运行，系统中的负荷预测能够实现短期和超短期负荷预测，可预测未来1天或1周内的负荷，同时应具备历史负荷查询比较、负荷数据分析等功能。超短期负荷预测可实现对未来4小时内每5分鐘的负荷预测。执行交易计划并依据交易计划控制AGC及实现其他辅助服务功能。记录机组起停、有功/无功出力及开关动作情况。为电能量考核结算系统提供带时标的系统环境数据，包括频率曲线、实际负荷曲线、实际出力曲线、备用容量曲线、电压曲线等。为即时信息系统和市场分析与预测系统提供负荷预测数据和分钟级的电网实时数据。
2.日用电负荷预测
本系统鉴于数据挖掘和软计算在电力系统广阔的应用前景和在负荷预测方面扎实的研究基础，自主开发了基于数据挖掘和软计算的短期负荷预测系统，通过对历史负荷曲线的分析比较，结合历史上典型的天气变化情况，初步找出负荷与天气之间的大致规律，确定采用基于数据挖掘和软计算的负荷特征点变化量预测的日负荷曲线绘制算法。该算法在预测理论上有较大的突破，在具体设计中充分融合了长期从事负荷预测工作的专家的丰富而有效的经验，预测准确度较之以往预测软件有一定的提高，取得了良好的效果。
3.日发电计划编制
日发电计划编制模块是为适应计划及市场两种运行模式下，对未来日机组的发电计划进行编制计算并下发。日发电计划的分配算法是本论文的核心算法。根据已有的文献资料，一般都是根据机组的电量计划约束、最大最小出力约束、上升下降速率约束、用电负荷需求约束等构建方程组，然后用数学规划方法进行求解。这样做的弊端是容易产生收敛问题从而导致无法求解。本论文汲取了已有算法的经验和教训，创新提出了两步走的计划生成方案。首先以等电量进度为目标，结合用电负荷需求计算出各机组的应发电量，然后按照发电量比例产生与统调发电曲线形状相同的初始机组发电曲线，再采用迭代修正的方法生成符合所有约束条件的全网机组发电计划。该算法避免了不收敛的问题，能够提供灵活方便的手段控制各机组的发电进度，取得了良好的运行效果。
4.安全校核
安全校核模块可以根据计算日全天机组发电计划、区域受电计划、母线负荷预报及电网检修计划等自动生成全天运行方式，进行计算，检查越限情况，采用基于灵敏度分析和非线性内点方法的混合算法，对通过调整发电机有功出力对越限进行校正计算，减缓或消除越限，最终形成修正后的发电计划曲线。校核计算采用“反向等量配对”的灵敏度分析和原对偶内点优化方法的混合算法，对某一越限，每次选择灵敏度最大的机组与最小的机组配对，灵敏度大的机组减少出力，灵敏度小的机组增加出力，根据灵敏度计算出每次配对可以消除的越限量，直到消除越限或没有可控机组可以选择为止，并采用原一对偶内点优化方法，保证最小限度的修改初始日调度计划。
总之，电力系统自动化进程是电力工业发展的必然趋势，调度合理化是电力系统运行中最重要的因素。在竟争的电力市场中，各参与方将以追求利润最大化为目的，因此电力市场条件下系统的调度合理化问题将日益凸显出来，同时还需要我们继续努力建立新的合理调度系统。
参考文献：
[1]王秀丽,甘志,雷兵,等.输电阻塞管理的灵敏度分析模型及算法[J].电力系统自动化,2009,26(4):10-13.
[2]刘皓明,严正,倪以信.快速计算电网可用输电能力的交流灵敏度方法[J].电力系统自动化,2008,27(19):11-15.
[3]辛耀中.新世纪电网调度自动化技术发展趋势[J].电网技术,2011,25(12):1-10.
[4]李晓露,高鸣燕,丁振华.构件技术与开放的SCADA/EMS/DMS系统[J].电力自动化设备,2011,21(6):10-13.
[5]李萍,曹荣章.电力市场对能量管理系统软件功能的影响[J].电力系统自动化,2009,26(11):5-8.
[6]王明俊.新一代能量管理系统的开发和分布式问题求解的新途径[J].电网技术,2008,28(17):1-5.
（责任编辑：刘丽娜）
关键词：电力系统；电力经济调度；多种算法
作者简介：蒋文静（1973-），女，上海人，宁夏吴忠供电局调度通信中心，工程师。（宁夏 吴忠 751100）
中图分类号：F470.61 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0072-02
随着电网的迅速发展以及电力市场化的推进，电网的安全性日渐突出，从实时运行和调度计划安排的角度出发，都对电力系统的自动调度问题提出了迫切的需要。[1]同时近年来，某某电网的快速发展使得电网规模越来越大，运行日益复杂。针对频繁变化的电网变化情况，利用高级应用软件的强大分析功能，对电网次日运行方式的进行预先分析，并对制定的日调度计划进行适当地、必要地修正，做出合理而有效的修正调度计划，使其能够满足系统的安全稳定运行条件，为电网运行分析人员安排次日运行方式提供决策依据和参考。[2]这样，一方面防止了因不恰当的发电计划而造成系统不安全或不稳定运行，另一方面也避免了一些不必要的经济和物力的损失。[3]本文为此具体探讨了基于多种算法的电力经济调度体系建立。
一、电力经济调度的内容与方法
1.电力经济调度的內容
电力调度是指当居民用电超过一个限度的时候，适当的把企业用电限制并输送给居民用电。是近年来随着科技的不断发展，形成的现代化监测、控制、管理手段。电力经济调度主要包括以下几部分主要内容：（1）负荷经济分配：根据预测的负荷曲线，按经济调度原则，对水能和燃料进行合理规划和安排，分配各发电厂发电任务，提出各发电厂的日发电计划；指定调频电厂和调频容量，并安排发电机组的起停和备用，批准系统内发、输、变电设备的检修计划；对系统继电保护及安全自动装置进行统一整定和考核，进行系统潮流和稳定计算等工作，合理安排运行方式。[4]（2）机组组合：进行安全监控和安全分析：收集全系统主要运行信息，监视运行情况，保证正常的安全经济运行。通过安全分析（采用状态估计和实时潮流计算等应用技术）进行事故预想和提出反事故措施，防患于未燃。[5]（3）负荷预测：根据负荷变化的历史记录、天气预报、分析用电生产情况和人民生活规律，对未来24小时或48小时进行全系统负荷预测，编制预计负荷曲线，配备好相适应的发电容量。[6]
2.电力经济调度的方法
电力系统的计算机装备水平已大大提高，中小型机、微型计算机、路由器、交换机等设备装备级别不断更新提高。对于电网企业，提高电力调度自动化水平、提高电网运行质量是信息化建设的重点方向。电力经济调度的主要方法流程为：（1）采集数据：由RTU收集站端（变电站OR电厂）的电气参数，包括开关位置、保护信号、电压电流等遥测数据。（2）传输信息：将RTU收集到的信息经过可靠的通道传送至主站系统（前置机、服务器），并传输主站下达的控制命令到战端。（3）数据处理：收集到的信息要经过处理、筛选、计算。（4）人机联系：将处理过的信息经由友好的界面呈现给用户，并实现遥控、遥调功能。其中离线调度计划的编制还主要是在考虑机组出力脸修、负荷预测结果、长期购电合同以及电力市场中标电量等综合因素的情况下依靠相关软件计算得出。如果在编制过程中发现不安全现象，需要人工进行调整，难以取得理想的调度计划。
二、当前基于多种算法的电力经济调度方法
随着社会的发展，调度自动化形成了各种各样的优化方法。如启发式方法、混合整数规划法、动态规划法等。
1.启发式方法
启发式方法是早期使用的机组组合优化方法。典型的启发式方法是优先顺序法，这种方法是首先对机组依据发电费用指标进行排序，然后根据系统负荷需求按照发电费用指标由小到大的顺序投入机组。启发式方法没有严格的理论依据，依靠直观的判断或经验寻找最优解，计算速度快，占用内存少，但往往找不到最优解，可以说，它是以计算精度为代价来换取计算速度的。比如广东省节能发电调度的有效实施有赖于一套启发式方法的节能发电调度核心技术支持系统，涵盖节能发电调度日计划编制系统、燃煤机组烟气脱硫在线监测系统、热电联产机组热负荷实时监测系统、节能发电调度信息发布网站四大技术支撑体系。其对安装了脱硫设备的燃煤机组进行实时监测，一旦机组脱硫没有达到效率，系统就会亮黄灯，对其发电量就要进行实行考核，严重违规者甚至会被剔出调度表。
2.动态规划法
动态规划法是一个处理多阶段决策问题的方法，它将整个调度交易周期分解为若干个时段，每一时段为动态规划过程的一个阶段，各阶段的状态是该时段所有可能的开停机状态组合。电力调度数据专网就是动态规划法的重要成果，某某公司结合该地区电力通信网、自动化设备 运行状况、重要变电站的分布情况制定了详细的数据专网双平面网络建设方案，并进行反复论证、修改，保障了网络结构合理，数据传输高效可靠。该工程的建成将使220千伏及以上变电站的调度数据通过两个完全独立的路由传送，满足调度多个业务系统对数据传输可靠性的要求，使变电站端至调度中心之间的数据传输更加安全、高效，为建设智能调度系统提供了强大的技术支撑。
3.Wallstor法
对于电力企业的特点和应用情况，Wallstor提出了电力企业网络存储的解决方案。方案可以实现安全、自动、易管理、可扩展的数据备份与应用容灾。Wallstor网腾WIP6系列IP SAN存储系统是基于iSCSI协议技术构建，完全兼容传统的以太网设备，可有效降低在存储连接设备方面的投资。在网络中增加一台IP SAN网络存储设备，通过千兆网络接口连接高速传输，将各个点的数据保存到I中，有效提高了数据的可靠性和可管理性。另外Wallstor网腾IP SAN存储系统能够支持多种RAID算法，保证了系统数据的安全性。Wallstor IP SAN提供2个千兆网络接口，支持扩充多个网络接口，有效提高了数据的传输速度支持windows、MAC OSX、Linux、Unix等不同操作系统，SQL Server、Oracle、Exchange Server、SharePoint、Domino、DB2、Active Directory、MySQL、Sybase 等各种数据库Wallstor网腾IP SAN存储系统采用嵌入式的方式，从而最大限度的降低了因硬盘损坏而导致整个存储设备瘫痪的危险性，进一步保证了网络存储系统的数据安全性。IP SAN存储系统能够支持Raid 0、Raid 1、Raid 5、Raid 6、Raid 5 with 1 spare 及JBOD等多种Raid算法，保证了系统数据的安全可靠。
三、基于多种算法的电力经济调度体系建立
根据某某地区购电合同和市场竞标制定的年度、月度发电计划，综合考虑机炉检修、负荷预计、经济等因素生成日发电计划，并根据电网检修计划安排进行安全校核和修正。该系统将中长期发电量计划、负荷预测、日发电计划、电气检修综合管理系统和电力能量管理系统（ERS）中的安全分析功能有机结合，通过日常工作流程形成智能化工作链。该系统主要由EMS系统、调度实时信息平台、日用电负荷预测、发电计划编制四大部分组成。
1.DMIS系统
DMIS系统用于保障电网的安全稳定运行，系统中的负荷预测能够实现短期和超短期负荷预测，可预测未来1天或1周内的负荷，同时应具备历史负荷查询比较、负荷数据分析等功能。超短期负荷预测可实现对未来4小时内每5分鐘的负荷预测。执行交易计划并依据交易计划控制AGC及实现其他辅助服务功能。记录机组起停、有功/无功出力及开关动作情况。为电能量考核结算系统提供带时标的系统环境数据，包括频率曲线、实际负荷曲线、实际出力曲线、备用容量曲线、电压曲线等。为即时信息系统和市场分析与预测系统提供负荷预测数据和分钟级的电网实时数据。
2.日用电负荷预测
本系统鉴于数据挖掘和软计算在电力系统广阔的应用前景和在负荷预测方面扎实的研究基础，自主开发了基于数据挖掘和软计算的短期负荷预测系统，通过对历史负荷曲线的分析比较，结合历史上典型的天气变化情况，初步找出负荷与天气之间的大致规律，确定采用基于数据挖掘和软计算的负荷特征点变化量预测的日负荷曲线绘制算法。该算法在预测理论上有较大的突破，在具体设计中充分融合了长期从事负荷预测工作的专家的丰富而有效的经验，预测准确度较之以往预测软件有一定的提高，取得了良好的效果。
3.日发电计划编制
日发电计划编制模块是为适应计划及市场两种运行模式下，对未来日机组的发电计划进行编制计算并下发。日发电计划的分配算法是本论文的核心算法。根据已有的文献资料，一般都是根据机组的电量计划约束、最大最小出力约束、上升下降速率约束、用电负荷需求约束等构建方程组，然后用数学规划方法进行求解。这样做的弊端是容易产生收敛问题从而导致无法求解。本论文汲取了已有算法的经验和教训，创新提出了两步走的计划生成方案。首先以等电量进度为目标，结合用电负荷需求计算出各机组的应发电量，然后按照发电量比例产生与统调发电曲线形状相同的初始机组发电曲线，再采用迭代修正的方法生成符合所有约束条件的全网机组发电计划。该算法避免了不收敛的问题，能够提供灵活方便的手段控制各机组的发电进度，取得了良好的运行效果。
4.安全校核
安全校核模块可以根据计算日全天机组发电计划、区域受电计划、母线负荷预报及电网检修计划等自动生成全天运行方式，进行计算，检查越限情况，采用基于灵敏度分析和非线性内点方法的混合算法，对通过调整发电机有功出力对越限进行校正计算，减缓或消除越限，最终形成修正后的发电计划曲线。校核计算采用“反向等量配对”的灵敏度分析和原对偶内点优化方法的混合算法，对某一越限，每次选择灵敏度最大的机组与最小的机组配对，灵敏度大的机组减少出力，灵敏度小的机组增加出力，根据灵敏度计算出每次配对可以消除的越限量，直到消除越限或没有可控机组可以选择为止，并采用原一对偶内点优化方法，保证最小限度的修改初始日调度计划。
总之，电力系统自动化进程是电力工业发展的必然趋势，调度合理化是电力系统运行中最重要的因素。在竟争的电力市场中，各参与方将以追求利润最大化为目的，因此电力市场条件下系统的调度合理化问题将日益凸显出来，同时还需要我们继续努力建立新的合理调度系统。
参考文献：
[1]王秀丽,甘志,雷兵,等.输电阻塞管理的灵敏度分析模型及算法[J].电力系统自动化,2009,26(4):10-13.
[2]刘皓明,严正,倪以信.快速计算电网可用输电能力的交流灵敏度方法[J].电力系统自动化,2008,27(19):11-15.
[3]辛耀中.新世纪电网调度自动化技术发展趋势[J].电网技术,2011,25(12):1-10.
[4]李晓露,高鸣燕,丁振华.构件技术与开放的SCADA/EMS/DMS系统[J].电力自动化设备,2011,21(6):10-13.
[5]李萍,曹荣章.电力市场对能量管理系统软件功能的影响[J].电力系统自动化,2009,26(11):5-8.
[6]王明俊.新一代能量管理系统的开发和分布式问题求解的新途径[J].电网技术,2008,28(17):1-5.
（责任编辑：刘丽娜）