計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)，包括電廠可交易電量輸入單元、隨機風險概率環(huán)境模擬單元、購電方案生成單元、購電費用及其節(jié)能風險概率輸出單元；內(nèi)部通過建立購電模型并得到省級電網(wǎng)的購電方案；本發(fā)明考慮節(jié)能電力市場中市場交易的網(wǎng)損因素,建立了機組單位交易電量節(jié)能效益評估指標。并借鑒概率風險的概念，考慮市場電價、水電機組電量生產(chǎn)、系統(tǒng)負荷電量需求的隨機性，建立電網(wǎng)公司市場購電節(jié)能風險概率指標，為實現(xiàn)電網(wǎng)公司市場購電節(jié)能風險的優(yōu)化管理，在隨機規(guī)劃的理論框架內(nèi)構(gòu)建計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電模型，采用內(nèi)嵌目標相對占優(yōu)和Monte-Carlo隨機模擬技術(shù)的遺傳算法求解。
【專利說明】計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力節(jié)能領(lǐng)域，特別涉及一種計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電 系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在能源緊缺的今天，節(jié)能降耗已納入國家戰(zhàn)略并成為國民經(jīng)濟發(fā)展的約束性指 標。對占全社會能耗較大比重的電力行業(yè)進行節(jié)能效益評估與管理，對節(jié)能降耗目標的實 現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003] 理論上講，節(jié)能降耗與電力市場在優(yōu)化資源配置、提高能源利用效率的目標上具 有一致性。但在中國電力市場建設(shè)初期，由于各售電單位（機組或電廠）市場價格與能耗 水平的分離，就必須通過行政手段在市場模式中引入能耗因素才能盡可能兼顧經(jīng)濟效益和 節(jié)能效益目標的一致性，由此產(chǎn)生了節(jié)能電力市場的概念。節(jié)能電力市場的本質(zhì)是在能耗 約束的前提下嵌入了對購電單位進行能耗考核的思想，從而使得購電單位在追求經(jīng)濟效益 盡可能高的同時也盡可能在能耗較低的售電單位購電，以此充分借助市場手段引導發(fā)電側(cè) 節(jié)能降耗工作的開展，并促進電力行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。
[0004] 在具有典型意義的僅發(fā)電側(cè)開放的節(jié)能電力市場模式下（后敘的節(jié)能電力市場 均特指該市場），作為購電單位的電網(wǎng)公司（省級電網(wǎng)公司）在期望的經(jīng)濟和節(jié)能效益雙重 目標下，根據(jù)本區(qū)域的負荷需求代表電能用戶在市場電價、隨機性水電機組電能生產(chǎn)（以 隨機性水電機組為例闡述隨機性綠色能源對節(jié)能效益的影響）以及負荷需求等隨機因素 影響的環(huán)境下，在多個機組中進行優(yōu)化決策以追求最佳的經(jīng)濟和節(jié)能效益。針對電網(wǎng)公司 購電經(jīng)濟效益的評估指標，現(xiàn)有文獻從確定性到不確定性（風險）均取得了極其豐碩的研 究成果。而針對其節(jié)能效益的評估多采用能耗率（煤耗率）、某一時段內(nèi)的能耗量以及單位 交易電量節(jié)能量等作為評估指標。這些指標均無法給出電網(wǎng)公司市場購電節(jié)能效益的風險 概率信息。
[0005] 實際上，在隨機因素影響的節(jié)能電力市場環(huán)境下，電網(wǎng)公司市場購電節(jié)能效益的 實現(xiàn)本質(zhì)上具有隨機性特征，且該隨機性隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)呈逐漸增加的趨勢。當節(jié)能 電力市場中的隨機性因素造成電網(wǎng)公司在能耗較高的火電機組增加購電時，就可能導致電 網(wǎng)公司期望的節(jié)能目標面臨無法完成的風險。該風險主要表現(xiàn)在以下2個方面 ：
[0006] 1)當?shù)湍芎幕痣姍C組的市場電價隨機性產(chǎn)生的風險價值超過電網(wǎng)公司的可接受 程度時，為實現(xiàn)風險價值的合理規(guī)避，電網(wǎng)公司就極可能需在電價隨機性較低但能耗較高 的火電機組增加購電。
[0007] 2)當隨機性水電機組電能生產(chǎn)減少或系統(tǒng)負荷需求增加導致系統(tǒng)負荷供需不滿 足平衡條件時，為實現(xiàn)系統(tǒng)負荷供需平衡，電網(wǎng)公司就極可能需在能耗較高的火電機組增 加購電。
[0008] 節(jié)能電力市場環(huán)境下節(jié)能風險的存在給電網(wǎng)公司市場購電節(jié)能效益的管理帶來 嚴峻挑戰(zhàn)，而目前未見有節(jié)能電力市場節(jié)能效益風險概率以及優(yōu)化管理的文獻報道。
[0009] 因此急需一種計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)及方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng) 購電決策系統(tǒng)及方法。
[0011] 本發(fā)明的目的之一是提出一種計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)；本發(fā) 明的目的之二是提出一種計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策方法。
[0012] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0013] 本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0014] 本發(fā)明提供的計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)，包括電廠可交易電 量輸入單元、隨機環(huán)境模擬單元、購電方案生成單元和購電費用及其節(jié)能風險概率輸出單 元；
[0015] 所述電廠可交易電量輸入單元用于輸入電廠的可交易電量范圍；
[0016] 所述隨機環(huán)境模擬單元用于模擬隨機性綠色能源、市場電價和負荷需求模型；
[0017] 所述購電方案生成單元，根據(jù)電廠可交易電量建立省級電網(wǎng)的購電模型并得到購 電方案；
[0018] 購電費用及其節(jié)能風險概率輸出單元用于顯示省級電網(wǎng)購買決策的購電費用和 節(jié)能風險概率信息；
[0019] 所述購電方案生成單元包括購電指標單元、購電模型建立單元和模型求解單元；
[0020] 所述購電指標單元，采用概率風險建立電網(wǎng)公司市場購電節(jié)能風險概率指標；
[0021] 所述購電模型單元，根據(jù)購電節(jié)能風險概率指標在隨機規(guī)劃的理論框架內(nèi)構(gòu)建購 電模型；
[0022] 所述模型求解單元，采用內(nèi)嵌目標相對占優(yōu)和Monte-Carlo隨機模擬技術(shù)的遺傳 算法對購電模型求解得到購電組合方案；
[0023] 所述購電節(jié)能風險概率指標采用以下公式進行計算：
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)，其特征在于：包括電廠可交易電量輸 入單元、隨機環(huán)境模擬單元、購電方案生成單元和購電費用及其節(jié)能風險概率輸出單元； 所述電廠可交易電量輸入單元用于輸入電廠的可交易電量范圍； 所述隨機環(huán)境模擬單元用于模擬隨機性綠色能源、市場電價和負荷需求模型； 所述購電方案生成單元，根據(jù)電廠可交易電量建立省級電網(wǎng)的購電模型并得到購電方 案； 購電費用及其節(jié)能風險概率輸出單元用于顯示省級電網(wǎng)購買決策的購電費用和節(jié)能 風險概率信息； 所述購電方案生成單元包括購電指標單元、購電模型建立單元和模型求解單元； 所述購電指標單元，采用概率風險的形式建立電網(wǎng)公司市場購電節(jié)能風險指標； 所述購電模型單元，根據(jù)購電節(jié)能風險概率指標在隨機規(guī)劃的理論框架內(nèi)構(gòu)建購電模 型； 所述模型求解單元，采用內(nèi)嵌目標相對占優(yōu)和Monte-Carlo隨機模擬技術(shù)的遺傳算法 對購電模型求解得到購電組合方案； 所述購電節(jié)能風險概率指標采用以下公式進行計算：
式中：m表示節(jié)能效益概率分布中低于期望節(jié)能指標的樣本數(shù);M表示節(jié)能效益概率樣 本中總樣本數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)，其特征在于： 所述購電模型包括目標函數(shù)和約束條件，其中的目標函數(shù)采用以下公式進行計算：
式中：％k表示第k臺水電機組的電價；Utu表示第k臺火電機組的期望電價。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)，其特征在于： 所述購電模型中含有的約束條件滿足以下公式： a) 節(jié)能效益考核指標機會約束
式中：Pr{ ?}表示{?}中事件成立的概率；JN、Y分別表示給定的節(jié)能效益考核指標 以及該機會約束的置信水平JN為政府下達的指標或電網(wǎng)公司結(jié)合政府下達的指標自主 確定的指標。 b) 購電費用對應(yīng)的經(jīng)濟風險機會約束 以購電費用越限的概率水平來間接描述經(jīng)濟風險。
式中：FY、P分別表示給定的購電費用上限值以及該約束的置信水平；Pu表示第k臺 火電機組的隨機電價； c) 負荷電量供需平衡約束
式中：aH，k、aak分別表示給定的水電和火電機組的市場交易網(wǎng)損率；D表示系統(tǒng)月負 荷電量； d) 各火電機組可售電量上下限約束 WG, k, min ^ WG,k ^ WG, k, maxk=I,2, . . . ,Ng； 式中：w〇in分別表示在第k個火電機組可售電量的上下限。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)，其特征在于： 所述模型求解單元中對購電模型通過以下步驟來計算： 首先基于目標相對占優(yōu)的染色體適應(yīng)度函數(shù)構(gòu)造如下：
式中：A(xi)表示染色體xi的適應(yīng)度函數(shù)；g^Xi)表示懲罰函數(shù)；'表示懲罰函數(shù)系 數(shù)，若gj(xi)滿足約束則《」為〇,否則不為〇且約束越重要罰函數(shù)系數(shù)就越大；Ny表示需 要判斷的總約束數(shù)； 將種群中的各染色體分別根據(jù)每個子目標函數(shù)值排序，選取每次迭代過程中使得各子 目標函數(shù)值最小且不為〇的染色體作為各子目標函數(shù)的基點； 然后再計算各染色體相對各基點的目標值之和，通過以下公式來計算：
式中，F(xiàn)(xi)表示染色體xi相對各基點的目標函數(shù)值之和，fj(xi)表示染色體xi對應(yīng) 的子目標函數(shù)j的函數(shù)值；fj(xj_〇)表示子目標函數(shù)j的基點xj_〇對應(yīng)的函數(shù)值；Nj表示 子目標函數(shù)的個數(shù)； 最后在滿足終止條件時最優(yōu)染色體為所求多目標模型的綜合最優(yōu)解。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策系統(tǒng)，其特征在于：所 述模型求解單元中對購電模型通過以下步驟來計算： 1) 輸入原始數(shù)據(jù)，輸入節(jié)能效益考核指標、購電費用上限以及各售電機組市場電價、煤 耗率等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及購電方案個數(shù)，交叉概率與變異概率等算法參數(shù)值； 2) 隨機產(chǎn)生一組購電方案作為遺傳算法的初始種群；對種群中的每一個染色體，采用 拉丁超立方采樣檢驗其種群中的染色體是否滿足節(jié)能效益考核指標機會約束和購電費用 對應(yīng)的經(jīng)濟風險概率機會約束； 3) 找到本次迭代中使得各子目標函數(shù)值排序第一且不為O的染色體作為基點，再基于 目標相對占優(yōu)的染色體適應(yīng)度函數(shù)計算各染色體的適應(yīng)度； 4) 采用輪盤賭方法對種群中的染色體進行選擇操作； 5) 對種群中的染色體進行交叉和變異操作得到新一代染色體，之后再利用拉丁超立 方采樣技術(shù)檢驗其是否滿足節(jié)能效益考核指標機會約束和購電費用對應(yīng)的經(jīng)濟風險機會 約束； 6) 重復(fù)步驟3)到步驟5)，直到達到給定的迭代終止判據(jù)為止；以求解過程中發(fā)現(xiàn)的綜 合最優(yōu)染色體作為最后的購電方案，所述購電方案包括各機組分配電量、購電費用、節(jié)能風 險概率信息。
6. -種計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策方法，其特征在于：包括以下步驟： 51 :輸入電廠的可交易電量范圍； 52 :建立隨機性綠色能源、市場電價和負荷需求模型； 53 :根據(jù)電廠可交易電量建立省級電網(wǎng)的購電模型并得到購電方案； 54 :顯示省級電網(wǎng)購買決策的購電費用和節(jié)能風險概率信息； 所述購電方案生成包括以下步驟： 531 :采用概率形式建立電網(wǎng)公司市場購電節(jié)能風險概率指標； 532 :根據(jù)購電節(jié)能風險概率指標在隨機規(guī)劃的理論框架內(nèi)構(gòu)建購電模型； 533 :采用內(nèi)嵌目標相對占優(yōu)和Monte-Carlo隨機模擬技術(shù)的遺傳算法對購電模型求 解得到購電組合方案； 所述購電節(jié)能風險概率指標采用以下公式進行計算：
式中：m表示節(jié)能效益概率中低于期望節(jié)能指標的樣本數(shù);M表示節(jié)能效益概率樣本中 總樣本數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策方法，其特征在于： 所述購電模型包括目標函數(shù)和約束條件，其中的目標函數(shù)采用以下公式進行計算：
式中：％k表示第k臺水電機組的電價；Utu表示第k臺火電機組的期望電價。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策方法，其特征在于： 所述購電模型中含有的約束條件滿足以下公式： a)節(jié)能效益考核指標機會約束
式中：Pr{ ?}表示{?}中事件成立的概率；JN、Y分別表示給定的節(jié)能效益考核指標 以及該機會約束的置信水平JN為政府下達的指標或電網(wǎng)公司結(jié)合政府下達的指標自主 確定的指標。 b) 購電費用對應(yīng)的經(jīng)濟風險機會約束 以購電費用越限的概率水平來間接描述經(jīng)濟風險。
式中：FY、P分別表示給定的購電費用上限值以及該約束的置信水平；Pu表示第k臺 火電機組的隨機電價； c) 負荷電量供需平衡約束
式中：aH，k、aak分別表示給定的水電和火電機組的市場交易網(wǎng)損率；D表示系統(tǒng)月負 荷電量； d) 各火電機組可售電量上下限約束 WG, k, min ^ WG,k ^ WG, k, maxk=I,2, . . . ,Ng； 式中：Wc^max、w〇in分別表示在第k個火電機組可售電量的上下限。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的計及節(jié)能風險概率的省級電網(wǎng)購電決策方法，其特征在于： 所述模型求解單元中對購電模型通過以下步驟來計算： 首先基于目標相對占優(yōu)的染色體適應(yīng)度函數(shù)構(gòu)造如下：
式中：A(xi)表示染色體xi的適應(yīng)度函數(shù)；g^Xi)表示懲罰函數(shù)；'表示懲罰函數(shù)系 數(shù)，若gj(xi)滿足約束則《」為〇,否則不為〇且約束越重要罰函數(shù)系數(shù)就越大；Ny表示需 要判斷的總約束數(shù)； 將種群中的各染色體分別根據(jù)每個子目標函數(shù)值排序，選取每次迭代過程中使得各子 目標函數(shù)值最小且不為〇的染色體作為各子目標函數(shù)的基點； 然后再計算各染色體相對各基點的目標值之和，通過以下公式來計算：
式中，F(xiàn)(xi)表示染色體xi相對各基點的目標函數(shù)值之和，fj(xi)表示染色體xi對應(yīng) 的子目標函數(shù)j的函數(shù)值；fj(xj_〇)表示子目標函數(shù)j的基點xj_〇對應(yīng)的函數(shù)值；Nj表示 子目標函數(shù)的個數(shù)； 最后在滿足終止條件時最優(yōu)染色體為所求多目標模型的綜合最優(yōu)解。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述計及節(jié)能風險概率評估的省級電網(wǎng)購電決策方法，其特征在 于：所述模型求解單元中對購電模型通過以下步驟來計算： 1) 輸入原始數(shù)據(jù)，輸入節(jié)能效益考核指標、購電費用上限以及各售電機組市場電價、煤 耗率等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及購電方案個數(shù)，交叉概率與變異概率等算法參數(shù)值； 2) 隨機產(chǎn)生一組購電方案作為遺傳算法的初始種群；對種群中的每一個染色體，采用 拉丁超立方采樣檢驗其種群中的染色體是否滿足節(jié)能效益考核指標機會約束和購電費用 對應(yīng)的經(jīng)濟風險機會約束； 3) 找到本次迭代中使得各子目標函數(shù)值排序第一且不為O的染色體作為基點，再基于 目標相對占優(yōu)的染色體適應(yīng)度函數(shù)計算各染色體的適應(yīng)度； 4) 采用輪盤賭方法對種群中的染色體進行選擇操作； 5) 對種群中的染色體進行交叉和變異操作得到新一代染色體，之后再利用拉丁超立 方采樣技術(shù)檢驗其是否滿足節(jié)能效益考核指標機會約束和購電費用對應(yīng)的經(jīng)濟風險機會 約束； 6) 重復(fù)步驟3)到步驟5)，直到達到給定的迭代終止判據(jù)為止；以求解過程中發(fā)現(xiàn)的綜 合最優(yōu)染色體作為最后的購電方案，所述購電方案包括各機組分配電量、購電費用、節(jié)能風 險概率信息。
【文檔編號】G06Q50/06GK104268697SQ201410508182
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】文旭, 郭琳, 劉國平, 朱小軍, 朱晟毅, 趙科, 李登峰 申請人:國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學研究院, 國網(wǎng)重慶市電力公司, 國家電網(wǎng)公司