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开题报告第一次修改


毕业设计(论文) 毕业设计(论文)开题报告 论文题目
集中电力市场统一出清价计算的仿真软件包设计

一、选题背景和意义: 电力工业应该保持持续、快速、健康的发展,以足够的电力来保证国民经济和社会持续、 稳定、健康的发展。电力的发展促进电力市场的形成,特别是电网的建设与发展,将为电力 市场的建设提供物质基础;也只有发展了电力市场、完善市场机制,才能进一

步促进电力工 业的健康、快速、高效的发展。 一个合理电力市场应该是:全面实行厂网分开,上网电价由市场竞争来调节;在发电方 面,实行市场经济,让用户有权选择发电厂;在输电方面,有权保持独家经营,形成适合我 国发电现状的若干区域电力市场;政府对电力市场的监管主要是针对具有垄断经营性质的电 网企业。 完善、健全的市场体制和运行机制是电力市场改革的基础。市场经济中,资源配置由市 场引导,价格由供求关系调节。在电力市场中,电价就成为决定供求平衡的主要手段,并且 借助电价形成机制实现资源优化配置。电价形成机制中,竞价模式是其核心内容。 集中电力市场出清价计算仿真软件设计目的在于培训电力市场参与者。立足于电力市场 运作的仿真,此软件模拟电力市场交易过程中电价出清这一过程,为学生及专业人员熟悉电 力交易机制,掌握市场规律提供有效的工具。 本设计的目的是编制一套发电商和用户提出竞价和投标方案,由系统运行员根据双方投 标、竞价情况,并结合电网的输送能力出清市场,得到最终市场运行结果的演示系统软件包, 用于教学。

二、课题关键问题及难点: 课题问题是进行电力市场电价出清的软件编制,关键问题有如下几点: 1.确定合适的报价方案; 2.根据课题需要选定适当的竞价模式; 3.选择合理的出清算法; 4.在结合电网结构的前提下,进行阻塞管理。 其中,难点有以下几个方面: 1.竞价方式。本课题所要处理的是双边电力市场的竞价问题,比起一般的单边市场,难度有 所增加;购电侧不是由电网统一购电,而是由各个负荷点单独报价,在处理和操作方面难度 又增加了,特别是在考虑分段竞价模式下的出清算法会比较困难。 2.阻塞管理。本课题中,电力市场和电力网络是联系在一起的,电力市场出清的负荷还需要 经过潮流计算,需要检验是否满足线路的安全约束等,需要多次调整、循环往复,加深了问 题的难度。

注:开题报告可单独装订,但在院(系)范围内,封面和装订格式必须统一。

三、文献综述(或调研报告) : 集中电力市场出清价计算仿真软件设计目的在于培训电力市场参与者。立足于电力市场 运作的仿真,此软件模拟电力市场交易过程中电价出清这一过程,为学生及专业人员熟悉电 力交易机制,掌握市场规律提供有效的工具。 1. 竞价模型 目标函数有三种类型:按电网统一边际成本结算的购电费用最低;按各发电机组实际报 价结算的购电费用最低;按发电成本最小,即考虑机组的最优组合问题 。但一般来说,发 电成本最小的机组最优组合一般与购电费用最低相冲突, 因为此时电价为电网统一边际成本, 机组组合的目标函数和市场按统一出清价结算是有矛盾的 。由此看来,最优机组组合可以 作为政府宏观控制的一个工具,分析系统运行是否合理,市场运作是否健康,而不能作为安排 市场出清的工具。 需要考虑的约束条件:第一类约束---功率与容量: 1).电网功率平衡的等式约束条件; 2).机组功率不等式约束条件: P P , (i=1,2,…,I) (1.1) P P , (i=1,2,…,I) (1.2) 3).电网负荷备用功率不等式约束条件; 4).电网负荷旋转备用功率不等式约束条件; 第三类约束---电网安全 1).支路潮流功率不等式约束条件; 2).节点电压不等式约束条件; 2. 竞价模式 2.1 分时竞价模式 当前普遍采用的分时竞价机制,各国都在实践以分时竞价为基础的电力市场。这种竞价 方式下,交易中心逐时段地对负荷进行拍卖,市场规则要求为: 1).发电商对次日每 1 h(或 0.5 h)负荷提交一条竞价曲线,全天共提交 24(或 48)条竞价曲线; 2).交易中心对每 1 h(或 0.5 h)负荷出清,确定统一的出清电价,并按此出清价进行结算; 这种分时竞价的市场规则给电力市场的运营带来两方面的弊端。 首先,火电厂的运行有强 烈的连续性要求,火电机组的启停不仅非常复杂,而且消耗大量资源。按时段报价增加了火电 机组运行状态的随机性,无论对发电厂商还是对整个电力系统的经济、安全运行都无好处。其 次,从公平竞争原则出发,商品应享受“同质同价”的待遇,峰谷电价应有差别已被公认,然而 [25] 所有在峰荷时段供电的发电厂商的电能质量显然并非都是一样的 。 2.2 分段竞价模式 分段竞价机制把预测的负荷曲线按连续生产(或消费)的时间分为 1,2,…,l,…,L 段,相应的 持续时间为 h(1),h(2),…,h(l),…,h(L)。各负荷分段的边际生产成本ρ 是负荷水平和持续时间 的函数,根据电力生产和消费的特点,不同分段的电能有不同的生产成本,也具有不同的使用价 值。分段竞价对电能市场进行逐段出清,当 h(1)>h(2)>…>h(l)>…>h(L)时,相应各段的电价 ρ 应有如下关系: ρ ≤ρ ≤…≤ρ (2.1) 式中: ρ 为第 l 负荷分段的出清电价(MCP)。 分段竞价符合电力生产和消费的实际情况。 在分段竞价电力市场中,由于所有竞争对手生 产的是同样质量的电能,因此不存在对各发电厂不公平或搭配销售的问题。 所有负荷分段出清 [1,2,3 ,12,22,23] 后,作为市场信号的实时电价等于该时刻对应的最高负荷分段的分段出清电价 。
[20] [13]

3. 竞价算法 3.1 排队法 排队法也称优先级法,既可以用于解决机组经济组合或机组开停问题,又可以用于解决经 济功率分配问题,同时还可以用做动态规划机组经济组合的初始状态。 排队法可以用于各种周 [4,6] 期包括年、月、日的计划、校正和控制以及实时调度之中 。 排队法的使用条件是报价必须是分段水平线(阶梯形)。 3.2 等报价法 等报价法(或称等微增率法)是发电竞价的基本算法。 只要报价曲线不包含下降段,用该算 法计算速度快、收敛可靠。计算的方法有:线性方程法、牛顿内插法、牛顿外插法、合成曲 [7] 线(等值)法和夹板二分法等 。 [8] 3.3 动态规划法 动态规划法可以用来解决发电竞价中的机组组合与功率分配问题。在机组组合模型中可 以考虑时段间启动费用和启停约束,在功率分配模型中可以处理报价曲线的下降特性。 用该方 法解决机组组合问题的困难是状态量过多,技术关键是在不丢失最优解的前提下尽量减少状 [8] 态数。目前,在解决机组组合和竞价中处理下降报价特性方面,动态规划法仍是最好的方法 。 3.4 网络流规划法 网络流规划法计算原理符合市场操作过程,容易解决竞价中关于时间耦合的约束和网络 [9] 安全的约束,是目前最有前途的发电竞价算法 。 其特点是: 1).竞价过程非常简单、直观,计算过程与“赚钱”的过程相一致,易于理解与应用; 2).可以用于一日前计划和一小时前计划,更适合做实时调整和电力拍卖; 3).可以解决各种约束问题,特别是与时间相关的约束和与网络相关的约束。 4).线性规划法 在竞价模型的目标函数及约束条件(不考虑网损时)是线性模型的情况下,可以方便地引 [10] 入线性规划作为竞价算法 。 线性规划竞价算法的主要优点是:快速、 可靠;能有效地处理网络安全约束;可以直接解决 与时间有关的约束;能无障碍地使用报价的下降特性。 其缺点是:处理网损比较麻烦;逐次线性 化会造成计算精度的损失。 4. 阻塞管理 阻塞管理是系统运行部门的一个很重要的问题,直接关系到系统的安全稳定性。在电力 市场竞价软件中也需要模拟这一过程,从而使仿真更具实际意义。另外,在竞价中考虑阻塞 [11] 则可以进一步观察电力网结构对竞价环节的影响,这也是十分意义的 。 当发生输电阻塞时,首先应动用调节潮流的设备,如调节变压器分接头,或控制 FACTS 元件,特别是串联设备,这是在实际操作中所需要做的。在上述措施仍未完全消除阻塞时, 则只有调整发电机出力和消减负荷,在电力市场竞价中,也主要是通过这种方式在出清算法 中设置约束条件进行处理,从而满足相关的要求[20]。 目前, 消除阻塞的算法主要有基于灵敏度分析的调整类算法和基于最优潮流计算的优化 规划类算法。灵敏度类算法一般是首先找到过载最严重的支路, 并按发电机对此支路的灵敏 度大小修正发电机的功率, 直到没有支路过载达到消除阻塞的目的, 灵敏度类方法计算量少, 无收敛性问题。优化类算法把支路约束作为一个不等式约束加入到最优潮流中, 直接按最优 化方法求解, 由于是非线性优化问题, 算法计算复杂, 有收敛性问题[14,15]。 4.1 基于最优潮流的阻塞管理方法 阻塞管理的一个基本思路是在竞价市场之外建立一个实时平衡交易市场,使电厂和用户 参与市场竞争,协助调度部门修订调度计划,解决传输阻塞问题。借助于最优潮流这个方法,

可以根据市场报价调整实时平衡市场的电厂出力。根据市场参与者提出的增减出力报价,设 目标函数是为调整费用最小。 4.2 基于灵敏度分析的阻塞管理方法 灵敏度分析方法可以简明地给出支路潮流与节点注入功率的关系,以确定在何处、消减 多少发电出力或负荷从而以最小的代价消除阻塞[17]。 在只考虑调整节点有功功率的情况下,阻塞管理的目标函数有以下两种类型:1、发电机 的出力及负荷的调整容量总和最少;2、发电机的出力及负荷的调整费用总和最少。 阻塞管理应满足的约束条件包括:节点发电机的出力限额、节点负荷限额、节点电压限 额。 在系统稳定运行方式下,线路潮流可以表示为: Lk=∑ S P (i=1,2,3,…n) (4.1) 式中 Pi 为节点 i 净注入功率,Ski 为线路 K 的潮流相对节点 i 诸如功率的灵敏度系数。 若线路某线路 K 出现阻塞, 首先根据灵敏度系数找出对削减该支路过负荷最灵敏的节点, 并确定应调整注入功率数量。调整可以在发电机节点之间进行,也可以在发电机节点和负荷 节点之间进行。 参考文献 [1] 王锡凡,耿建 分段竞价与分时竞价的比较 [J].电力系统自动化,2003 [2] 耿建,王锡凡,陈皓勇,张显 分段竞价电力市场的模拟、分析和比较 [N].西安交通大学 报,2003 [3]王锡凡.分段竞价的电力市场 N].中国电机工程学报,2001,21(12):1 一 6 [4] 肖鸣,李林川,孙伟,毛波.分段竞价电力市场的出清算法实现 [J].电力系统自动化,2003 [5] 于尔铿,周京阳,吴玉生.发电报价曲线研究 [J].电力系统自动化,2001 [6] 于尔铿,周京阳,吴玉生.发电竞价算法(一)——排队法 [J].电力系统自动化,2001 [7] 于尔铿,周京阳,吴玉生.发电竞价算法(二)——等报价法 [J].电力系统自动化,2001 [8] 于尔铿,周京阳,吴玉生.发电竞价算法(三)——动态规划法 [J].电力系统自动化,2001 [9] 于尔铿,周京阳,吴玉生.发电竞价算法(四)——网络流规划法 [J].电力系统自动化,2001 [10] 于尔铿,周京阳,吴玉生.发电竞价算法五)——线性规划法 [J].电力系统自动化,2001 [11] 王锡凡,方万良,杜正春. 现代电力系统分析[M]. 北京:科学出版社,2003 [12] 耿建,王锡凡,陈皓勇,张显. 分段竞价电力市场的模拟、分析和比较 [N].西安交通大学学 报,2003 [13] 于尔铿,周京阳,张学松.电力市场竞价模型与原理 [J].电力系统自动化,2001 [14] 李林川,黄海浪,李俊元,王靖然.基于统一边际价格结算的用线性规划法消除阻塞的算 [N].电工技术学报,2006 [15] 李林川, 顾丽梅, 赵森林.考虑消除阻塞的分段竞价电力市场出清算法 [J].电力自动化 设备,2007 [16] 王玉荣,魏萍,王磊,李庆昌,万秋兰. 电力市场仿真培训系统的设计与实现 [C]. 中国 高等学校电力系统及其自动化专业第二十二届学术年会,2006

[17] 王秀丽,甘志,雷兵,王锡凡. 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, 2002 [18] 薛禹胜,彭慧敏,Q.H.WU. 电力市场与电力系统交互动态仿真设计 [J]. 电力系统自动 化,2006 [19] 吴志宏,王瑞艳,邹全平. 基于 MATLAB 的电力市场交易仿真培训系统的设计与实现 [N]. 沈阳电力高等专科学校学报,2004 [20] 王锡凡,王秀丽,陈皓勇.电力市场基础[M].西安交通大学出版社,2003 [21] 张志涌等. 精通 MATLAB6.5 版[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003 [22] 郭建刚. 双边分段竞价电力市场研究 [J]. 现代农业科技,2011 [23] 胡福年, 汤玉东, 邹云. 考虑双边价格联动的峰谷分时电价机理研究 [N]. 中国电机工程 学报,2007 [24] 肖 宇 ,董 珉. 应用 Matlab 计算电力系统的最优潮流 [J]. 机械工程与自动化,2006 [25] Louise Wilkinson, Joseph Winsen What We Can Learn from a Statistical Analysis of Electricity Prices in New South Wales[J], The Electricity Journal, 2002.4:60-69

四、方案(设计方案、或研究方案 或研究方案、研制方案)论证: 本设计的流程图如下:

了解集中电力市场的构造, 了解集中电力市场的构造,明确问题环节 确定市场各参与者报价方式

确定电力市场竞价模式

选择出清价计算的算法

研究阻塞管理方法 拟合课题要求

软件设计, 软件设计,编程实现方案
集中电力市场统一出清价计算软件包设计主要由发电商/购电商报价环节 竞价出清环 集中电力市场统一出清价 环节、 节、潮流计算和阻塞消除环节构成 潮流计算和阻塞消除环节构成。 1. 报价方式确定 对于报价环节,依照一定的经济学原理 依照一定的经济学原理,采取比较普遍的做法,即报价曲线选用 报价曲线选用单调 的分段水平线。这样所形成的 的阶梯电价比较符合实际情况,处理起来也较为简单 处理起来也较为简单。 2. 竞价模式确定 方案为同时设计分时竞价模式和分段竞价模式 这样仿真得到的结果可以相互对照, 设计分时竞价模式和分段竞价模式,这样仿真得到的结果可以相互对照 从而加深实验者对电力市场行为的理解。 从而加深实验者对电力市场行为的理解 两类竞价模式中,目标函数类型为按电网统一边际成本结算的购电费用最低。 目标函数类型为按电网统一边际成本结算的购电费用最低 需要考虑的约束条件: 第一类约束---功率与容量 功率与容量 1).电网功率平衡的等式约束条件 电网功率平衡的等式约束条件; 2).机组功率不等式约束条件 机组功率不等式约束条件: P P , (i=1,2,…,I) ,I) (2.1) P P , (i=1,2,…,I) ,I) (2.2) 3).电网负荷备用功率不等式约束条件 电网负荷备用功率不等式约束条件; 4).电网负荷旋转备用功率不等式约束条件 电网负荷旋转备用功率不等式约束条件; 第三类约束---电网安全 电网安全

1).支路潮流功率不等式约束条件; 2).节点电压不等式约束条件; 3. 竞价算法选择 排队法也称优先级法,既可以用于解决机组经济组合或机组开停问题,又可以用于解决 经济功率分配问题,同时还可以用做动态规划机组经济组合的初始状态。 排队法可以用于各 种周期包括年、月、日的计划、校正和控制以及实时调度之中。排队法的使用条件是报价 必须是分段水平线(阶梯形)。 根据报价曲线的特点采用排队法。排队法具有直观、简洁的特点。 4. 阻塞管理方式选择 阻塞管理中要涉及到潮流计算。潮流计算采用 Matlab 计算系统的潮流,这样会相对方 便一些。阻塞消除有两个途径,一个是基于最优潮流,一个是基于灵敏度分析。最优潮流 法会带来较大的计算量,并且有收敛性的问题;而灵敏度分析法计算简单,无收敛性问题, 能够高效地消除阻塞。因此,本方案采用基于灵敏度分析的阻塞管理方法。 灵敏度分析方法可以简明地给出支路潮流与节点注入功率的关系,以确定在何处、削 减多少发电出力或负荷从而以最小的代价消除阻塞。 阻塞管理应满足的约束条件包括:节点发电机的出力限额、节点负荷限额、节点电压 限额。 在系统稳定运行方式下,线路潮流可以表示为: Lk=∑ S P (i=1,2,3,…n) (4.1) 式中 Pi 为节点 i 净注入功率,Ski 为线路 K 的潮流相对节点 i 诸如功率的灵敏度系数。 若线路某线路 K 出现阻塞,首先根据灵敏度系数找出对削减该支路过负荷最灵敏的节 点,并确定应调整注入功率数量。调整可以在发电机节点之间进行,也可以在发电机节点 和负荷节点之间进行。 灵敏度的计算采用 P- Q 分解法的 B′矩阵和直流潮流的计算公式。基于直流潮流模 型的反映发电机出力与线路潮流之间的关系的攻势如下: Ski= X X /x (4.2)

式中:θ 表示线路 K 的始末端的电压相角;X 表示直流潮流阻抗矩阵中对应位置的阻抗值。 根据灵敏度数值全为正、 全为负和有正有负 3 种情况, 分别对发电机功率进行调整, 调 整时各发电机的出力以及调整量应满足: P P ?P P P i=1, 2, …… , G (4.3) 式中 P 、?P 、P 和P 分别为发电机的当前功率、功率增量、最小和最大功率。 5. 课题要求 1)可以灵活设置实验参数。对于参数设置,方案采取这样的规划:采用 IEEE30 节点系 统,系统中每条线路的容量限制可以自由设置,便于观察阻塞的影响;同时对于报价参数, 也可以加以设置,这样利于观察极端情况诸如竞价失败等。 2)结果图形化显示和动态模拟。方案将发电商和购电商两方的报价转化为报价曲线, 并且自动形成报价排队图;同时在出清的过程中通过图形即时显示结果,动态地展示出清 过程;阻塞管理中,潮流也在电网结构图中加以标示,并标出过载线路,反馈回出清环节, 动态显示经过修正的报价曲线直到得到最终结果。总之,总体的要求是要让整个实验过程 清晰可见,能够满足教学这一要求。 6. 软件设计 1)问题分析与定义。细化软件各项功能,并设计系统框图,分析软件输入输出信息和 需要的技术。

2)软件总体设计。依据软件功能要求,对问题描述中涉及的操作对象定义相应的数据 类型,并按照以数据结构为中心的原则划分模块,定义主程序模块和各抽象数据类型。逻辑 设计的结果应写出每个抽象数据类型的定义(包括数据结构的描述和每个基本操作的功能 说明),各个主要模块的算法,并画出模块之间的调用关系图。 3)软件详细设计。定义相应的存储结构并写出各函数的伪码算法。在这个过程中,要 综合考虑系统功能,使得系统结构清晰,合理,简单和易于调试,抽象数据类型的实现尽可能 做到数据封装,基本操作的规格说明尽可能明确具体。 详细设计的结果是对数据结构和基本 操作作出进一步的求精,写出数据存储结构的类型定义,写出函数形式的算法框架。 4)程序编码:把详细设计的结果进一步求精为程序设计语言程序。同时加入一些注解 和断言,使程序中逻辑概念清楚。 5)程序调试与测试:采用自底向上,分模块进行,即先调试低层函数。利用调试工具的 各种功能,设计测试数据确定疑点,通过修改程序来证实它或绕过它。 调试正确后,认真整理 源程序及其注释,形成格式和风格良好的源程序清单和结果。

五、进度安排:

起止日期
第 3 周(3 月 5
日至 3 月 11 日) 月 18 日)

工作内容
熟悉课题 明确任务,查阅文献 查阅文献,深入分析课题 完成开题报告 软件功能分析及系统框架构成搭建, 明确输入输出信息和出清电价的计算 原理 软件总体设计:问题描述中涉及的操 作对象定义相应的数据类型,依据软 件功能和逻辑设计结果模块化软件各 组件 软件详细设计:定义相应的存储结构 并写出各函数的伪码算法 程序编码:初步完成 电力市场竞价 MFC 平台的搭建、出清价程序及阻塞 管理等相关程序 程序编码:本周需要完成软件各模块 的整合和集成 程序调试与测试 撰写论文,完成文字部分

第 4 周(3 月 12 日至 3 第 5 周(3 月 19 日至 第 6 周(3 月 26

3 月 25 日)

日至 4 月 1 日) 4 月 8 日)

第 7 周(4 月 2 日至

第 8 周(4 月 9 日至

4 月 15 日)

第 9 周(4 月

16 日至 4 月 22 日) 日)

第 10 周 4 月 23 日至 4 月 29 (

第 11 周 4 月 30 日至 5 ( 第 12 周(5 月

月 6 日)

7 日至 5 月 13 日) 日至 5 月 20 日) 日至 5 月 27 日) 6月

第 13 周(5 月 14 第 14 周(5 月 21

第 15 周(5 月 28 日至

撰写论文,完成论文图片及源代码、 测试结果等数据部分 3 日) 整理论文 论文完善,毕业设计成果验收,毕业答 辩

第 16 周(6 月
六、指导教师意见:

4 日至 6 月 10 日)

签名:







七、开题审查小组意见:

签名:








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