基于电力市场改革的电力系统动态优化调度研究

熊靖 陈晓婷

国网湖南省电力有限公司益阳供电分公司 湖南 益阳 413000

引言

电力系统作为一个综合性﹑复杂性特点鲜明的系统，以往较为陈旧﹑滞后的调度模式早已无法满足动态系统日益增长的优化调度需求。所谓“动态优化调度”，即为以负荷不同时段的关联为依托，计入发电机组出力的部分技术约束的优化调度途径。最近，由于电力系统负荷峰谷差值的不断增大，借助此调度模式能够更加有效的解决系统调度难题。与此同时，考虑到优化调度模式对于增强电力系统的社会经济效益以及保障电力系统的稳定持续运作均拥有着不可替代的重要作用，所以这一方法能够在电力市场的发展过程中获得越来越多的青睐。

现阶段，伴随着国内电力市场改革进程的不断深化，加之电力系统规模的愈发复杂，使得整个电力行业纷纷开始落实市场化的体制运作方式。在电力市场改革的大环境下，电量以及电价二者都具有显著的非确定性特点，各电力企业不再一味被动地接受调度指令被迫进行发电，而是更加积极主动的投身于电力市场交易当中，伴随“竞价上网”等一系列相关政策的推行﹑电力企业自身负荷需求的变动，如何利用动态优化调度措施来确保电力系统运行安全﹑提升整体经济效益﹑推动企业可持续发展等逐渐演变为国内外各电力公司最为关注的课题之一。

1 电力市场背景下对动态优化调度进行研究的意义与目的

1.1 进行优化调度研究的现实意义剖析

首先，电力工业的主要任务即为保障安全稳定，在科学系统的运用能源及设施的前提下确保供配电﹑发电等的经济性﹑安全性，从而满足使用者的实际用电需求。然而，电力系统供应着当前生活与生产中的绝大多数能量，必然也会出现大量的能源耗用问题。对电力领域而言，不断提升它的运作效率﹑实现优化运行的必要性是至关重要的[1]。电力系统的优化调度问题自始至终都是国内外电力系统技术工作者及业内专业人士研究的重中之重，特别是最近几年，伴随着社会经济的加速增长﹑大众生活品质的稳步提升，全世界范围内都呈现出用电量加速增长的总体趋势，各国纷纷面临着严重的电力供应不足的境况。在上述颇为严峻的情势下，进一步深化对电力系统优化调度问题的研究便拥有了更加重大的现实意义。

1.2 电力系统动态优化调度研究的目的

从本质上来讲，电力系统优化调度作为电力系统研究的一个重要分支，其研究的主要问题为在满足负荷需求的基础上，怎样更优的配置系统资源及调度设备的运作工况，进一步令电力系统发电所产生的资金耗用﹑能源耗费等最低这样一个运筹决策课题。现阶段，电力系统的优化从根本上转变为了集合数学优化理论﹑运筹科学﹑系统工程﹑电力系统潮流研究等众多学科内容交错纵横的一项研究领域，其内涵更为宽泛﹑复杂。总而言之，我们对电力系统动态优化调度问题进行深入﹑详细的探索和研究，在很大程度上有利于电力系统剖析与优化运行理论的拓展与丰富，有助于电力系统整体效益的大大提升，有利于推动电力市场的稳定可持续发展，并且还是提升电力系统自动化﹑智能化质量的必然要求。

2 动态优化调度的基本概述及其发展历程研究

2.1 动态优化调度的基本论述

一方面，电力系统本质上属于一个复杂性特点较强的动态系统，它相邻多个时段的运作情况之间互相构成了约束关系，此约束关系具体反映为发电机速率调整﹑发电机备用容量限制﹑水电厂水量约束﹑火电厂燃料供应约束﹑核电站特殊限制等，上述各类动态约束制约使静态优化调度模式逐渐脱离了电力市场，慢慢为动态优化调度模式所替代。

另一方面，电力市场严格来讲属于交叉性学科，其涵盖了包括电工﹑机械﹑法律﹑环境﹑经济﹑能源等在内的诸多领域，其也是自然科学同社会科学二者的有机融合体。当我们从社会科学视角出发对电力市场进行研究的时候，主要需研究的内容为电力市场改革所涉猎的经济﹑法律﹑社会问题，借助经济学原理对电力市场化调整进行剖析需要考虑的问题，并且采取经济﹑法律等必要相关的方法管控电力市场，对各国﹑各地区电力市场改革的总体情况﹑异同点及基本历程进行深入分析，在此基础上提出相对应的改革建议与措施等；当从自然科学视角出发去研究电力市场改革下的动态优化调度问题时，则需要依托于微观数理经济学，同时参照电力系统专业理论内容，对电力市场改革过程中的市场特性﹑企业行为等做出深入﹑透彻的研究，努力解决电力市场构建进程中存在的各类技术难题。除此之外，电力市场改革背景下的动态优化调度同传统优化调度二者间存在诸多方面的显著差异，譬如说：约束条件﹑算法﹑目标函数﹑市场经济内涵等。

2.2 电力系统优化调度的发展历程阐述

第一阶段，在21世纪60年代初期的时候，就已经有小部分电力行业工作人员逐渐注意到负荷的变动情况会对电力系统优化调度策略带来的深刻影响，以此为基础，他们便进一步展开了负荷变动对电力系统发电数量及耗费等变动的影响的研究，因而我们可以说负荷预报和电力系统动态优化调度两者之间拥有着十分紧密的重要联系[2]。

第二阶段，21世纪70年代—80年代，国外电力行业专家斯塔德林第一次提出了优化调度必须考虑到未来一段时间内负荷将会出现的变动﹑发电机输出功率变动速度以及调节容量的有限性等等，然而在其所构建的经济负荷分配模型里面，只是借助给发电机组预留特定比重的调整来保障未来负荷变化的基本需求，此模式无法被称作是真正意义上的电力系统动态优化调度。不久之后，有些专业人士把发电机输出功率变动速率的限制当作优化调度的约束进行操作，同时使用动态规划法对自身构建的自动发电控制模型展开了求解，即便此模型做到了一定程度的简化，然而依旧不能被实际运用到电力系统的运行优化当中。

第三阶段，21世纪八九十年代之后，部分专家学者由经典经济调度理论为出发点，对该研究领域展开了更为深入﹑实质性的研究和论述。当然，在此时期所达成的电力系统动态优化调度策略与当代自动化发电控制拥有着密切的关联，在这之后不久我国便有专家提出了基于积流量法的动态优化调度算法，首次对电力系统各个时间段的安全约束提供了有效的动态经济调度支持。由动态优化调度算法上而言，现阶段普遍使用的动态优化调度算法均为给定时间当中算出发电机输出功率的优化调度轨迹，从而来实现计入未来负荷变动的根本目的，此类手段非但无法有效削减计算量，并且也会导致所耗费内存量的增加。鉴于此，努力寻求动态优化调度不同时间序列解耦的充分及必要条件，逐渐演变为电力市场背景下动态优化调度发展演变的最关键要素之一。

3 动态优化调度方法在电力市场中的实践运用研究

通过上文中的相关论述可以看出：我们在电力系统当中引进市场经济运作模式能够为社会带来相当客观的经济效益，同时有助于整个电力行业的健康稳定可持续发展，所以说电力市场化未来会逐渐演变为全世界电力工业最普遍的发展方向之一。然而，在推行电力系统市场化运行策略之后，对电力系统诸多环节均提出了许多亟待解决的技术难题。举个例子，比方说面向电力市场的能量控制系统的研究开发，需要充分考虑动态安全约束的最优潮流﹑电力企业的整体效益及风险状况﹑辅助服务标准及实时电价等的却准等。上述各要素当中，像实时电价﹑输送电费用的计算及输电拥堵问题等均和电力优化调度保持着密不可分的关联，所以电力系统动态优化调度理论和它的算法在现如今及未来的电力市场中都必然展现出不可替代的关键影响。在本文当中，主要对经典经济调度﹑最优潮流算法以及动态优化调度这三大类方法在电力市场中的实践应用进行了详细的研究。

3.1 经典经济调度

该算法最早于21世纪70年代末期诞生，并于80年代开始引发了全世界专家人士的广泛关注，当时最早期﹑比较出名的像Schweppe等人发表的理论。他们由经典经济调度理论为依托，对实时电价的概述﹑组成及对应模型等方面展开了深入的交流与探讨，并给出了基于经典经济调度与直流潮流的实时电价算法[3]。按照这批学者的观点，实时电价本质上为电力系统优化调度理论的延展，和经济调度﹑无功优化和最优潮流等均保持着十分密切的关联。然而，此方法最主要的不足在于无法有效的解决节点无功电价问题，仅单纯地规定在节点无功的时候发电容量超越约束范围的情况下，会产生无功耗费；相反，则无功电价不存在。如此一来，便对电力行业的持续稳定发展造成了很大程度的阻碍。经典经济调度算法下，能够凭借其超快的计算速度获得普遍运用，然而其仅仅可以考虑到线路的安全约束问题，所以也在某种意义上钳制了此算法今后在电力市场中的应用前景。

3.2 最优潮流算法

目前，国内的电力市场运行体制尚处于初期起步阶段，在一系列方面都和发达国家电力市场存在着明显的差距，所以说在参考外国电力市场运营经验及专业理论的时候，必须以遵从自身的基本国情为出发点和前提。20世纪末期，该算法为国内专家所提出，在当时电力市场联营交易的时代背景下，选取基于最优潮流节点的优化调度算法能够有效化解发电传输拥堵等棘手问题，进一步提升处于经济运行状态的电力系统的安全性能。对最优潮流算法进行深入研究发现，现行的其他优化调度算法（线性规划﹑牛顿法﹑内点法等）均未能从根本上解决计算周期较长﹑任务量过于繁重等难题，因此，这些算法被实践运用到实际工作中存在着相当大的难度。在此情况下，寻求综合系统的安全性﹑经济性的简化算法是十分紧迫的，唯有如此，最优潮流算法的应用才更有意义。

3.3 动态优化调度策略

采取这一举措的主要目的在于及时掌握电力负荷的实际需求，然而，现阶段的动态优化调度算法想要实现预期的实时追踪目标仍旧拥有一定的差距，发电机组容量的有限性﹑发电机组功率﹑变动速率不稳定等各类要素均会对电力市场改革过程中动态优化调度策略的推进和实践产生一定的阻滞。除此之外，现如今的动态优化调度算法存在显著的计算量较大的问题，鉴于此，进行更加深入﹑全面的研究来进一步简化此算法并不断降低其计算量是当前亟待研究解决的最关键难题之一。总之，在未来相当长的一段时间内，上述三类方法会始终共存，而且将会广泛的同电力市场融合在一起，对电力系统的健康可持续发展提供强有力的保障。

4 结束语

综上所述，伴随着电力市场改革进程的持续加快，像经典经济调度﹑最优潮流以及动态经济调度等动态优化调度方法均随之获得了巨大的进步与更为广泛的运用。然而，在当前的电力市场背景下依旧存在着一些亟待解决的问题，它们会对电力系统的动态优化调度实践和发展造成极大的阻碍作用。今后，相关企业及人员应当在充分尊重自身基本状况﹑合理借鉴国外经验的基础上，进一步深化对这一课题的研究，以期能够为我国动态优化调度策略在电力市场中更广泛的实践应用﹑电力建设进程的有效持续推进﹑电力系统网络的深入优化调整等贡献一分力量。