电力市场与输电安全 - 全国大学生数学建模竞赛.doc

1、B-12004 高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目（请先阅读 “对论文格式的统一要求”）B 题 电力市场的输电阻塞管理我国电力系统的市场化改革正在积极、稳步地进行。2003 年 3 月国家电力监管委员会成立，2003 年 6 月该委员会发文列出了组建东北区域电力市场和进行华东区域电力市场试点的时间表，标志着电力市场化改革已经进入实质性阶段。可以预计，随着我国用电紧张的缓解，电力市场化将进入新一轮的发展，这给有关产业和研究部门带来了可预期的机遇和挑战。电力从生产到使用的四大环节发电、输电、配电和用电是瞬间完成的。我国电力市场初期是发电侧电力市场，采取交易与调度一体化的模式。电网公司在组织交易、调

2、度和配送时，必须遵循电网“安全第一”的原则，同时要制订一个电力市场交易规则，按照购电费用最小的经济目标来运作。市场交易-调度中心根据负荷预报和交易规则制订满足电网安全运行的调度计划各发电机组的出力（发电功率）分配方案；在执行调度计划的过程中，还需实时调度承担AGC（自动发电控制）辅助服务的机组出力，以跟踪电网中实时变化的负荷。设某电网有若干台发电机组和若干条主要线路，每条线路上的有功潮流（输电功率和方向）取决于电网结构和各发电机组的出力。电网每条线路上的有功潮流的绝对值有一安全限值，限值还具有一定的相对安全裕度（即在应急情况下潮流绝对值可以超过限值的百分比的上限） 。如果各机组出力分配方案使某

3、条线路上的有功潮流的绝对值超出限值，称为输电阻塞。当发生输电阻塞时，需要研究如何制订既安全又经济的调度计划。 电力市场交易规则：1. 以 15 分钟为一个时段组织交易，每台机组在当前时段开始时刻前给出下一个时段的报价。各机组将可用出力由低到高分成至多 10 段报价，每个段的长度称为段容量，每个段容量报一个价（称为段价） ，段价按段序数单调不减。在最低技术出力以下的报价一般为负值，表示愿意付费维持发电以避免停机带来更大的损失。2. 在当前时段内，市场交易-调度中心根据下一个时段的负荷预报,每台机组的报价、当前出力和出力改变速率，按段价从低到高选取各机组的段容量或其部分（见下面注释） ，直到它们之

4、和等于预报的负荷，这时每个机组被选入的段容量或其部分之和形成该时段该机组的出力分配预案（初始交易结果） 。最后一个被选入的段价（最高段价）称为该时段的清算价，该时段全部机组的所有出力均按清算价结算。注释：（a） 每个时段的负荷预报和机组出力分配计划的参照时刻均为该时段结束时刻。（b） 机组当前出力是对机组在当前时段结束时刻实际出力的预测值。（c） 假设每台机组单位时间内能增加或减少的出力相同，该出力值称为该机组的爬坡速率。由于机组爬坡速率的约束，可能导致选取它的某个段容量的部分。（d） 为了使得各机组计划出力之和等于预报的负荷需求，清算价对应的段容量可能只选取部分。市场交易-调度中心在当前时段

5、内要完成的具体操作过程如下：1、 监控当前时段各机组出力分配方案的执行，调度 AGC 辅助服务，在此基础上给出各机组的当前出力值。2、 作出下一个时段的负荷需求预报。3、 根据电力市场交易规则得到下一个时段各机组出力分配预案。4、 计算当执行各机组出力分配预案时电网各主要线路上的有功潮流，判断是否会出现输电阻塞。如果不出现，接受各机组出力分配预案；否则，按照如下原则实施阻塞管理：B-2 输电阻塞管理原则：（1） 调整各机组出力分配方案使得输电阻塞消除。（2） 如果（1）做不到，还可以使用线路的安全裕度输电，以避免拉闸限电（强制减少负荷需求） ，但要使每条线路上潮流的绝对值超过限值的百分比尽量小

6、。（3） 如果无论怎样分配机组出力都无法使每条线路上的潮流绝对值超过限值的百分比小于相对安全裕度，则必须在用电侧拉闸限电。（4） 当改变根据电力市场交易规则得到的各机组出力分配预案时，一些通过竞价取得发电权的发电容量（称序内容量）不能出力；而一些在竞价中未取得发电权的发电容量（称序外容量）要在低于对应报价的清算价上出力。因此，发电商和网方将产生经济利益冲突。网方应该为因输电阻塞而不能执行初始交易结果付出代价，网方在结算时应该适当地给发电商以经济补偿，由此引起的费用称之为阻塞费用。网方在电网安全运行的保证下应当同时考虑尽量减少阻塞费用。你需要做的工作如下：1. 某电网有 8 台发电机组，6 条主

7、要线路，表 1 和表 2 中的方案 0 给出了各机组的当前出力和各线路上对应的有功潮流值，方案 132 给出了围绕方案 0 的一些实验数据，试用这些数据确定各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式。2. 设计一种简明、合理的阻塞费用计算规则，除考虑上述电力市场规则外，还需注意：在输电阻塞发生时公平地对待序内容量不能出力的部分和报价高于清算价的序外容量出力的部分。 3. 假设下一个时段预报的负荷需求是 982.4MW，表 3、表 4 和表 5 分别给出了各机组的段容量、段价和爬坡速率的数据，试按照电力市场规则给出下一个时段各机组的出力分配预案。4. 按照表 6 给出的潮流限值，检查得到的出

8、力分配预案是否会引起输电阻塞，并在发生输电阻塞时，根据安全且经济的原则，调整各机组出力分配方案，并给出与该方案相应的阻塞费用。5. 假设下一个时段预报的负荷需求是 1052.8MW，重复 34 的工作。表 1 各机组出力方案 （单位：兆瓦，记作 MW）方案机组 1 2 3 4 5 6 7 80 120 73 180 80 125 125 81.1 901 133.02 73 180 80 125 125 81.1 902 129.63 73 180 80 125 125 81.1 903 158.77 73 180 80 125 125 81.1 904 145.32 73 180 80 12

9、5 125 81.1 905 120 78.596 180 80 125 125 81.1 906 120 75.45 180 80 125 125 81.1 907 120 90.487 180 80 125 125 81.1 908 120 83.848 180 80 125 125 81.1 909 120 73 231.39 80 125 125 81.1 9010 120 73 198.48 80 125 125 81.1 9011 120 73 212.64 80 125 125 81.1 9012 120 73 190.55 80 125 125 81.1 9013 120 73

10、 180 75.857 125 125 81.1 9014 120 73 180 65.958 125 125 81.1 9015 120 73 180 87.258 125 125 81.1 9016 120 73 180 97.824 125 125 81.1 90B-317 120 73 180 80 150.71 125 81.1 9018 120 73 180 80 141.58 125 81.1 9019 120 73 180 80 132.37 125 81.1 9020 120 73 180 80 156.93 125 81.1 9021 120 73 180 80 125 1

11、38.88 81.1 9022 120 73 180 80 125 131.21 81.1 9023 120 73 180 80 125 141.71 81.1 9024 120 73 180 80 125 149.29 81.1 9025 120 73 180 80 125 125 60.582 9026 120 73 180 80 125 125 70.962 9027 120 73 180 80 125 125 64.854 9028 120 73 180 80 125 125 75.529 9029 120 73 180 80 125 125 81.1 104.8430 120 73

12、180 80 125 125 81.1 111.2231 120 73 180 80 125 125 81.1 98.09232 120 73 180 80 125 125 81.1 120.44表 2 各线路的潮流值（各方案与表 1 相对应，单位：MW）方案线路 1 2 3 4 5 60 164.78 140.87 -144.25 119.09 135.44 157.691 165.81 140.13 -145.14 118.63 135.37 160.762 165.51 140.25 -144.92 118.7 135.33 159.983 167.93 138.71 -146.91 1

13、17.72 135.41 166.814 166.79 139.45 -145.92 118.13 135.41 163.645 164.94 141.5 -143.84 118.43 136.72 157.226 164.8 141.13 -144.07 118.82 136.02 157.57 165.59 143.03 -143.16 117.24 139.66 156.598 165.21 142.28 -143.49 117.96 137.98 156.969 167.43 140.82 -152.26 129.58 132.04 153.610 165.71 140.82 -147

14、.08 122.85 134.21 156.2311 166.45 140.82 -149.33 125.75 133.28 155.0912 165.23 140.85 -145.82 121.16 134.75 156.7713 164.23 140.73 -144.18 119.12 135.57 157.214 163.04 140.34 -144.03 119.31 135.97 156.3115 165.54 141.1 -144.32 118.84 135.06 158.2616 166.88 141.4 -144.34 118.67 134.67 159.2817 164.07

15、 143.03 -140.97 118.75 133.75 158.8318 164.27 142.29 -142.15 118.85 134.27 158.3719 164.57 141.44 -143.3 119 134.88 158.0120 163.89 143.61 -140.25 118.64 133.28 159.1221 166.35 139.29 -144.2 119.1 136.33 157.5922 165.54 140.14 -144.19 119.09 135.81 157.67B-423 166.75 138.95 -144.17 119.15 136.55 157

16、.5924 167.69 138.07 -144.14 119.19 137.11 157.6525 162.21 141.21 -144.13 116.03 135.5 154.2626 163.54 141 -144.16 117.56 135.44 155.9327 162.7 141.14 -144.21 116.74 135.4 154.8828 164.06 140.94 -144.18 118.24 135.4 156.6829 164.66 142.27 -147.2 120.21 135.28 157.6530 164.7 142.94 -148.45 120.68 135.

17、16 157.6331 164.67 141.56 -145.88 119.68 135.29 157.6132 164.69 143.84 -150.34 121.34 135.12 157.64表 3 各机组的段容量 （单位： MW）机组段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 70 0 50 0 0 30 0 0 0 402 30 0 20 8 15 6 2 0 0 83 110 0 40 0 30 0 20 40 0 404 55 5 10 10 10 10 15 0 0 15 75 5 15 0 15 15 0 10 10 106 95 0 10 20 0 15 10 20 0

18、 107 50 15 5 15 10 10 5 10 3 28 70 0 20 0 20 0 20 10 15 5表 4 各机组的段价（单位：元/兆瓦小时，记作元 /MWh）机组段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 -505 0 124 168 210 252 312 330 363 4892 -560 0 182 203 245 300 320 360 410 4953 -610 0 152 189 233 258 308 356 415 5004 -500 150 170 200 255 302 325 380 435 8005 -590 0 116 146 188 215 25

19、0 310 396 5106 -607 0 159 173 205 252 305 380 405 5207 -500 120 180 251 260 306 315 335 348 5488 -800 153 183 233 253 283 303 318 400 800表 5 各机组的爬坡速率 （单位：MW/分钟）机组 1 2 3 4 5 6 7 8速率 2.2 1 3.2 1.3 1.8 2 1.4 1.8表 6 各线路的潮流限值（单位：MW）和相对安全裕度 线路 1 2 3 4 5 6限值 165 150 160 155 132 162B-5安全裕度 13% 18% 9% 11% 15% 14%