【文章內容簡介】 點。 對于大規(guī)模實際問題而言，尋找可行初始點往往十分困難。 為此許多學者長期以來致力于對內點算法初始“內點”條件的 改進。 以下介紹的跟蹤中心軌跡內點法只要求在尋優(yōu)過程中松弛 變量和拉格朗日乘子滿足簡單的大于零或小于零的條件，即可 代替原來必須在可行域內求解的要求，使計算過程大為簡化。 為了便于討論，把最優(yōu)潮流模型 [式 (41)(46)]簡化 為以下一般非線性優(yōu)化模型： 把目標函數(shù)改造為障礙函數(shù)，該函數(shù)在可行域內應 近似于原目標函數(shù) f(x)，而在邊界時變得很大。 可得到優(yōu)化 問題 B： 寫成矩陣形式： 最優(yōu)潮流在電力市場中的應用 ? 綜述 最優(yōu)潮流問題：在滿足特定的系統(tǒng)運行和安全約束條件下，通過調整系統(tǒng)中可利用控制手段實現(xiàn)預定目標最優(yōu)的系統(tǒng)穩(wěn)定運行狀態(tài)。 特點： ?把電力系統(tǒng)經(jīng)濟調度和潮流計算有機地融合在一起，以潮流方程為基礎，進行經(jīng)濟與安全 (包括有功和無功 )的全面優(yōu)化，是一個大型的多約束非線性規(guī)劃問題。 ?將可靠性與電能質量量化成相應的經(jīng)濟指標，達到優(yōu)化資源配置，降低發(fā)電、輸電成本，提高對用戶的服務質量的日標。 ?具有傳統(tǒng)潮流計算所無法實現(xiàn)的的技術經(jīng)濟意義。 20世紀 90年代將經(jīng)濟性提高到一個新的高度。 無論是節(jié)點實時電價與輔助服務定價、輸電費用計算、網(wǎng)絡阻塞管理、可用傳輸容量估計等電力市場理論和實踐中的重要課題，最優(yōu)潮流都可以作為其理想的研究工具。 實時電價的概念是 1988年引入電力系統(tǒng)的，它將經(jīng)濟學中達到全社會效益最優(yōu)的邊際成本定價理論應用到電能這一特殊商品，并強調了電能價格隨時間、空間的不同而不同。有嚴密的數(shù)學推導，還不能直接應 用于當前的工程實際中。 隨著最優(yōu)潮流技術的飛速發(fā)展和日趨實用化，提出 基于最優(yōu)潮流的實時電價理論和表達式。 OPF應用于實時電價的首次嘗試：使用改進 OPF模型 中有功價格響應來分析實時電價政策的作用。 在模型中引入無功價格，指出 OPF模型中潮流方程 對應的拉格朗日乘子與節(jié)點功率注入邊際成本之間的 關系，進一步證明 OPF是一種極具潛力的實時電價計 算方法。 電力市場中輔助服務主要包括： AGC、熱備用、冷備用、電壓／無功支持和黑啟動等。 ?旋轉備用定價問題的模型通過將用戶因斷電而獲得的賠償費用加入到目標函數(shù)中以體現(xiàn)這樣一個思想：由于發(fā)電容量或傳輸容量不足而造成的供電事故將導致社會總效益的減少。 ?基于修正最優(yōu)潮流模型的一體化實時電價算法，給出了各拉格朗日乘子所包含的輔助服務的經(jīng)濟學信息。 ?通過考慮更多輔助服務以及電壓質量，提出了一種更先進的最優(yōu)潮流價格模型，并利用內點算法求解，最終將實時電價分解為四部分： ①發(fā)電邊際成本 (即 OPF中節(jié)點功率平衡方程對應的拉格朗日乘子 ) ② 網(wǎng)損補償費用； ③ 有功、無功耦合關系； ④安全服務費用，對于有功來說指的是阻塞管理費用，對于無功而言還應加上無功／電壓支持服務費用。 AGC :Automatic Generation Control 電力市場的一個重要特征：“電網(wǎng)開放” 挑戰(zhàn)性的新課題：如何在市場環(huán)境下準確地計算輸電費用。 在實行市場化的初始階段，為了計算輸電費用，提出各種模型和算法： ?潮流追蹤法； ?利用 OPF的模型研究拍賣“輸電權”的機制。 輸電權概念的提出打破了以往研究輸電費用的思路，跳出了物理意義的局限，認為 ISO只需保證注入節(jié)點 (如發(fā)電機或電力銷售商 )與輸出節(jié)點 (電力用戶 )之間的功率注入和輸出，無需關心網(wǎng)絡中潮流的分布情況。 采用基于拍賣機制的優(yōu)先權保險服務方式出售輸電權，輸電網(wǎng)用戶必須根據(jù)所需功率事先購買“使用權”，以免在輸電網(wǎng)發(fā)生阻塞時執(zhí)行電力交易合同出現(xiàn)困難。 在電力市場機制下，由于雙邊合同和多邊合同的日益增多，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行越來越受到各方面的重視，輸電阻塞成了影響系統(tǒng)安全運行的首要問題。 網(wǎng)絡阻塞緩解措施： ①阻塞線路切換； ②調節(jié)變壓器和調相器抽頭； ③使用靈活交流輸電系統(tǒng)。 這三方面都是從網(wǎng)絡物理特性考慮的。 在電力市場條件下，阻塞緩解研究的焦點： 希望利用價格手段進行電力交易量的增加或削減，從 而降低過載線路的潮流功率。 由于市場模型、政治體制、技術發(fā)展狀況等許多因 素的不同，世界各國的電力市場采用了不同的阻塞管 理方案，一般來說可將其劃分為三大類，即交易合同 的削減、輸電容量預留和系統(tǒng)再調度。 根據(jù)不同時間、不同情況采用這三種手段的結合是最 有效的方法。 l 有文獻提出一種阻塞管理 OPF模型，依據(jù)發(fā)電廠和用戶的調整報價，可以同時調整實時平衡市場下的發(fā)電機出力以及必要時削減部分短期雙邊合同量。 l 有文獻應用改造的線性原對偶內點法求解 OPF模型。 目標函數(shù)是調整費用最小。 在電力市場環(huán)境下，為了最大限度地降低輸電成本，輸電網(wǎng)已把其傳輸容量極限研究作為提高經(jīng)濟效益的主要手段。 系統(tǒng)輸電能力的估計作用： ?指導系統(tǒng)調度人員的操作，保證系統(tǒng)安全可靠運行，具有技術方面的價值； ?具有市場信號的作用，能為市場參與者進行決策提供參考。 可用傳輸容量 (ATC)：在一定系統(tǒng)運行條件下，節(jié)點與節(jié)點之間 (或一個區(qū)域與另一個區(qū)域之間 )所有輸電路徑能可靠地轉移或傳輸功率能力的量度。 ATC : Available Transfer Capability 可用傳輸容量 (ATC)可以作為 — 個優(yōu)化問題來求解： l 使用直流模型，考慮了各種安全約束，利用線性規(guī)劃的優(yōu)化方法計算單個電源負荷母線組或輸電走廊的 ATC。然而系統(tǒng)中無功／電壓水平直接影響著傳輸功率的提高，因此基于直流潮流模型的 ATC計算不夠準確。 l 采用多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡方法求解以區(qū)域間最大輸電容量為目標函數(shù)的交流 OPF模型。 l 提出“ OPF十 MAT(Maximum Allowable Transfer)”的方案，通過減少運行在接近穩(wěn)定極限設備上的功率來滿足系統(tǒng)穩(wěn)定約束，將減少的功率在其他設備中優(yōu)化配置以保證指定聯(lián)絡線路傳輸功率最大。 以上介紹了在電力市場環(huán)境下 OPF的多種應用場合。 OPF在電力市場中不同的功能，主要取決于不同的目標函數(shù)，不同的控制變量、狀態(tài)變量，以及不同的約束條件的組合。具體比較參見表。 ?基于最優(yōu)潮流的阻塞管理方法 起初的阻塞管理：在競價市場和雙邊合同市場之外建立一個實時平衡交易市場，鼓勵盡可能多的發(fā)電廠和電力用戶參與市場競爭，協(xié)助調度部門修訂調度計劃，解決傳輸阻塞問題。 隨著電力市場中雙邊合同數(shù)量增加產(chǎn)生的新問題： 平衡市場中的電源可能逐漸難以滿足阻塞管理的要求。 為保證系統(tǒng)的安全運行，解決阻塞問題的措施： 必須根據(jù)市場競價修正某些雙邊合同，調整與該合同有關的發(fā)電廠出力和電力用戶的負荷。 利用最優(yōu)潮流可以根據(jù)市場報價調控實時平衡市場中發(fā)電廠的出力，在必要時可通過競價手段削減某些雙邊合同量。 以下介紹一種模型： 市場參與者提出增減出力報價，設目標函數(shù)為調 整費用最小，應用改進的非線性原對偶內點法最優(yōu) 潮流可以有效地進行阻塞管理。 從圖中可以看出：增加出力的報價一般高于削減出力的報價； 雙邊合同削減量的報價是最高的。 原因：增加機組出力比削減出力要付出更多的燃料費用。 雙邊合同涉及到合同雙方的經(jīng)濟利益，原則上應該得到充分保證，則削減合同量的報價最高。 用戶也可以進行報 價，其競價曲線與發(fā)電 機類似，只考慮削減負 荷的情況 (包括單獨削 減和雙邊合同的削減 )。 通常情況下，削減 用戶負荷的報價要高于 機組出力的調整報價， 也是由經(jīng)濟利益決定的。 阻塞管理的數(shù)學模型的目標函數(shù) 潮流追蹤問題 電力市場環(huán)境下，發(fā)電、輸電和配電業(yè)務將分開經(jīng)營。輸電：一種特殊的業(yè)務，向獨立發(fā)電廠或電力批發(fā)商提供服務，或為其他電力公司提供轉運服務，后者都成為輸電系統(tǒng)的用戶。涉及問題：定義對這些用戶的服務項目和確定過網(wǎng)費等。 調度人員需了解：整個電力系統(tǒng)的潮流分布，用戶對電網(wǎng)輸變電設備的利用份額，網(wǎng)損應如何分攤等等。 解決這些問題是度量輸電服務的關鍵，直接影響輸電費用的確定。 當前國際上采用的確定過網(wǎng)費的方法有： ?只按輸送的電能計費的郵票法； ?主觀地規(guī)定用戶的潮流流向的合同路徑法； ?在假定其他輸電業(yè)務都不存在的情況下，計算某一特定輸電用戶在電網(wǎng)中的潮流分布的兆瓦 公里法等等。 這些方法都難以準確量度輸電用戶對輸變電設備 的實際利用情況 ,由此得到的過網(wǎng)費難以達到公平合 理。 更重要的是，這些過網(wǎng)費其算法不能給輸電用戶以 正確的信息，可能引起過負荷并危及電力系統(tǒng)的運 行。 為此，必須能夠準確分析各種運行狀態(tài)下輸電用 戶的潮流分布問題 —— 潮流追蹤問題。 目前，已有一些文章對潮流追蹤問題進行了研究： ?一種有功潮流追蹤方法，可以求出從某一電源到某一負荷點的有功功率大小，也可以求出某一電源或某一負荷點功率占用某條輸電線路的份額，從而可以進行相應的損耗分攤及投資回收分攤，但該方法只適應于無環(huán)網(wǎng)絡。 ?兩條電流分解公理，解決了電路中各支路電流的構成和追蹤等基爾霍夫定理沒有涉及的問題。 ?在此基礎上，提出有功潮流追蹤的算法并應用于網(wǎng)損分攤及輸電設備利用份額的分攤中。這種方法可以考慮環(huán)形電網(wǎng)，克服了前面的不足。 ?以有功潮流追蹤為基礎，利用邊際成本法計算輸電費用，包括固定成本、線損成本和阻塞成本。 本節(jié)介紹有功功率的追蹤問題 —— 過網(wǎng)費分析的基礎理論。 ?歸納作為過網(wǎng)費潮流分析基礎的兩條電流分解公理，據(jù)此推導分攤網(wǎng)損和確定輸變電設備利用份額的基本原則。 ?以圖論為依據(jù)，引出一種電力系統(tǒng)輸變電設備利用份額和網(wǎng)損分攤問題簡單、高效、通用的算法。 在過網(wǎng)費計算中，網(wǎng)損分攤問題及輸變電設備利用份額問題主要涉及有功潮流的一些量，為了簡化敘述，在以下討論中忽略無功潮流的影響。 ?電流分解公理與網(wǎng)損分攤原則 迄今為止電路的研究都限于各電路元件的總電流及其相應的物理效應，未涉及這些電流的構成和效應的分攤問題。 過去的電力系統(tǒng)的潮流計算：只關心輸電線路及變壓器中通過的總電流 (功率 )及相應的壓降及功率損耗。