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电力市场和节能调度环境下电力系统调度与安全问题的研究

作　者: 易仕敏
导　师: 文福拴
学　校: 华南理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 调度模式 机组组合 安全校核 节能调度 GCPS(Generation units’Control Performance Standard)
分类号: F426.61
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 275次
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内容摘要


电网规模的快速扩张使调度员的工作越来越繁忙,不可避免地影响到了对电网的运行监控和调度安全;随着电力市场的逐步建立以及国家大力推行节能减排政策,电网调度员的职责也将从主要保证电网安全运行向保证以电网安全为前提下的电力市场正常运作和节能发电调度转变;这些变化使电网调度模式的变更研究成为必要。提高能源使用效率、节约能源、减少环境污染、促进能源和电力结构调整是我国现阶段能源利用和电力工业发展的主题,节能降耗从能源综合社会价值的角度对电力工业的发展提出了新的挑战、同时也为电力系统的调度和安全带来了一系列新问题,进而对大规模机组组合优化算法、网络安全校核优化算法和节能发电优化调度方法提出了新的要求。在节能降耗的国家政策下,特别是实施节能发电调度以后,对AGC控制带来了新的问题。如何响应国家号召,顺利实施节能调度,研究新形势下的机组AGC运行方式问题十分有必要;同时为提高节能调度环境下各AGC机组参与互联系统联络线功率和频率控制的积极性和主动性,应对其提供的AGC辅助服务予以评价并合理补偿;为此,应建立相应的评价、考核、补偿体系。针对上述几个重要问题进行了比较系统深入的研究,取得了一定的研究成果:⑴为适应电网的快速扩张,满足调度运行和管理工作的现实需求,提出了增加值班调度员人数、在中调设立集控中心、增设调度层次、实施分区调度和调整调度关系的调度模式变更方法。⑵分析和提出了新形势下调度工作可能变更的六个方面,提出了节能优先模式和综合电价模式的节能发电调度机制;在此基础上,进一步提出了结合电力市场和节能减排政策的发电调度机制。⑶针对节能发电调度环境下机组组合问题的研究需求,建立了大规模月度机组组合的数学模型,提出了根据拉格朗日松弛法对偶解形成原问题可行解的新算法,该算法具有通用性,能应用于一般的用拉格朗日松弛法求解的问题;提出了考虑机组加减负荷速度约束和旋转备用约束的机组组合算法以及动态经济调度算法。⑷针对节能发电调度环境下网络安全校核问题的研究需求,提出了基于机组组合的预定运行方式、在考虑机组出力调整量最小的情况下进行优化运行,采用实际应用中最成功的基于原始—对偶模型,将拉格朗日法、牛顿法和障碍函数法三者合一的线性规划内点算法。⑸提出了在有无电力市场两种情况下实施节能发电调度的数学优化模型和分别以成本(价格)、能耗、环保为目标以及兼顾这三种因素的节能发电调度优化模式,并分析了节能发电调度实施将面临的问题、需要研究的若干相关问题、实施中应注意的问题及节能发电调度与电力市场建设的衔接手段。⑹分析了节能发电调度环境下AGC面临的问题,提出了AGC性能改进的方法和提高CPS控制水平的综合策略;提出了节能发电调度环境下AGC的数学算法模型、运行方式建议及补偿方法,在此基础上,提出了新的电厂GCPS考核办法。最后对论文中所作的研究进行简要总结,并指出了这一领域有待进一步深入研究的问题。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-13
第一章 绪论  13-43
  1.1 研究的背景与意义  13-16
    1.1.1 调度模式  13-14
    1.1.2 节能发电调度环境下的电力系统调度与安全  14-16
    1.1.3 电力市场和节能发电调度环境下的AGC  16
  1.2 国内外的研究现状  16-41
    1.2.1 世界各国的电网调度管理体制  16-22
    1.2.2 节能发电调度及节能电力市场运营模式  22-30
    1.2.3 AGC 辅助服务的考核与补偿  30-41
  1.3 本文的主要工作  41-43
第二章 电网快速扩张环境下调度模式的变更  43-53
  2.1 引言  43-44
  2.2 增加值班调度员人数的模式  44-45
  2.3 在中调设立集控中心的调度模式  45-48
    2.3.1 基本设计  45-47
    2.3.2 地区电网集控模式的配合变更方法  47-48
  2.4 增设调度层次、实施分区调度  48-50
    2.4.1 修改中调调度员的值班配置  49
    2.4.2 在省级电网内部增设全新的区调  49-50
  2.5 对调度关系调整的探讨  50-52
  2.6 本章小结  52-53
第三章 电力市场和节能发电调度环境下调度模式的变更  53-69
  3.1 引言  53-54
  3.2 电力市场建立后调度工作的变更  54-61
    3.2.1 检修与操作  55-56
    3.2.2 负荷预计  56-57
    3.2.3 事故处理  57-58
    3.2.4 合同管理  58-59
    3.2.5 辅助服务  59-60
    3.2.6 调度员实时监控  60-61
  3.3 节能减排政策下的发电调度模式  61-67
    3.3.1 理论基础  61
    3.3.2 节能发电调度措施的实施范围  61-62
    3.3.3 节能发电调度机制  62-67
  3.4 结合电力市场和节能减排政策的发电调度机制  67-68
  3.5 本章小结  68-69
第四章 大规模机组组合优化算法理论研究  69-87
  4.1 引言  69-72
    4.1.1 改变发电调度方式的现实意义  69
    4.1.2 节能调度对电力市场发展的新要求  69-70
    4.1.3 节能调度对电力系统安全的影响  70-71
    4.1.4 节能调度对机组组合算法的要求  71-72
  4.2 机组组合问题的数学模型  72-73
  4.3 考虑节能发电调度的机组组合问题的数学模型  73-75
    4.3.1 纯价格优化模式  74
    4.3.2 纯能耗优化模式  74
    4.3.3 价格能耗合成优化模式  74-75
  4.4 基于拉格朗日松弛法的大规模机组组合优化算法研究  75-78
    4.4.1 机组组合算法概述  75-76
    4.4.2 拉格朗日松弛法  76-77
    4.4.3 大规模机组组合算法改进  77-78
  4.5 动态经济调度  78-83
    4.5.1 考虑旋转备用的静态负荷经济分配  78-81
    4.5.2 考虑旋转备用的动态经济调度  81-83
  4.6 大规模月度机组组合算法性能研究  83-86
    4.6.1 月度720 小时机组组合计算规模分析  83-84
    4.6.2 计算性能分析  84-86
  4.7 本章小结  86-87
第五章 大规模网络安全校核优化算法研究  87-101
  5.1 引言  87
  5.2 最优潮流问题的数学模型  87-88
  5.3 考虑节能问题的最优潮流数学模型  88-91
    5.3.1 纯价格优化模式  90
    5.3.2 纯能耗优化模式  90
    5.3.3 价格能耗合成优化模式  90-91
  5.4 基于非线性内点算法的最优潮流算法研究  91-99
    5.4.1 最优潮流算法概述  91-92
    5.4.2 内点优化算法  92-95
    5.4.3 大规模OPF 算法稀疏技术的改进  95-99
  5.5 大规模网络安全校核算法性能研究  99-100
    5.5.1 安全校核计算规模分析  99
    5.5.2 计算性能分析  99-100
  5.6 本章小结  100-101
第六章 节能发电调度计算模型  101-121
  6.1 引言  101
  6.2 节能发电调度的数学模型  101-105
    6.2.1 符号说明  101-102
    6.2.2 目标函数  102-104
    6.2.3 约束条件  104-105
    6.2.4 求解方法  105
  6.3 节能发电调度对电网公司的影响分析  105-114
    6.3.1 对购电成本、经济效益方面的影响分析  107-109
    6.3.2 对外送电及区域内电力交易的影响分析  109-110
    6.3.3 对系统安全运行的影响分析  110-113
    6.3.4 对电网规划的影响  113-114
  6.4 实施节能发电调度面临的问题  114
  6.5 节能发电调度的几个相关问题研究  114-116
  6.6 节能发电调度实施中应注意的问题  116-117
  6.7 节能发电调度与电力市场建设的衔接  117-120
    6.7.1 修改电力市场竞价上网规则  117-118
    6.7.2 实行节能环保的电价政策  118-119
    6.7.3 建立必要的补偿机制  119-120
  6.8 本章小结  120-121
第七章 节能发电调度环境下AGC 运行方式研究  121-130
  7.1 引言  121
  7.2 节能发电调度环境下AGC 面临的问题  121-122
  7.3 节能发电调度环境下AGC 的改进方法  122-124
  7.4 节能发电调度环境下提高CPS 控制水平的策略  124-127
  7.5 节能发电调度环境下AGC 数学模型  127-129
  7.6 本章小结  129-130
第八章 AGC 辅助服务补偿  130-142
  8.1 引言  130
  8.2 AGC 辅助服务的重要性  130-131
  8.3 AGC 辅助服务原理  131-136
    8.3.1 电力系统负荷变化与频率调节  131-133
    8.3.2 自动发电控制的一般过程  133-135
    8.3.3 自动发电控制的控制目标  135
    8.3.4 AGC 的控制方式和区域控制偏差ACE 的计算  135-136
  8.4 AGC 辅助服务补偿  136-141
    8.4.1 AGC 补偿方式  136-137
    8.4.2 AGC 补偿原则  137
    8.4.3 调频服务市场化交易机制  137-141
  8.5 本章小结  141-142
第九章 发电厂AGC 运行性能考核的新方法—GCPS  142-151
  9.1 引言  142-143
  9.2 CPS 考核方法  143-145
    9.2.1 CPS 考核标准  143-144
    9.2.2 区域电力系统基于CPS 标准的经济考核  144-145
  9.3 发电机组控制行为标准（GCPS）  145-149
    9.3.1 GCPS 计算公式  145-146
    9.3.2 容量系数的确定  146-147
    9.3.3 GCPS 考核方法  147-148
    9.3.4 GCPS 计算流程  148-149
  9.4 算例分析  149-150
  9.5 对GCPS 考核方法的进一步探讨  150
  9.6 本章小结  150-151
第十章 机组AGC 补偿和电厂GCPS 考核软件  151-163
  10.1 软件架构  151-152
  10.2 机组AGC 补偿软件  152-158
    10.2.1 机组的AGC 控制模式  152-153
    10.2.2 机组的AGC 补偿方法  153
    10.2.3 机组的AGC 补偿软件介绍  153-157
    10.2.4 计算处理过程  157-158
  10.3 电厂GCPS 考核软件功能界面介绍  158-163
结论与展望  163-165
参考文献  165-176
附录：IEEE RTS－96 系统机组数据  176-178
  附表1 各母线机组数据  176
  附表2 机组启动耗量  176
  附表3 机组开停机时间及加减负荷速度限制（Hr）  176-177
  附表4 机组热耗率  177-178
攻读博士学位期间取得的研究成果  178-180
致谢  180-181
答辩决议书  181

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