 Smart Grid 智能电网, 2013, 3, 74-79 http://dx.doi.org/10.12677/sg.2013.33013 Published Online June 2013 (http://www.hanspub.org/journal/sg.html) Development and Application of Day-Ahead Generation Scheduling System in Ningxia Provincial Power Grid Peng Shao1, Huiling Zhang1, Honghui Kuang2*, Shaoqing Guo2 1Ningxia Provincial Power Dispatch and Control Center, Yinchuan 2Beijing QTCT Limited Company, Beijing Email: *kuanghonghui@263.net Receiv ed: Apr. 27th, 2013; revised: May 24th, 2013; accepted: May 31st, 2013 Copyright © 2013 Peng Shao et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unre- stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: This paper introduced the development and application of day-ahead generation scheduling (DAGS) system in Ningxia Provincial Power Grid. The system is designed considering the actual work process of generation scheduling in Ningxia Provincial Power Grid, towards the target of efficiency, flexibility and optimality. In the DAGS system, the input-output data would be automatically examined, operation parameters could be set flexibly, a self-adaptive grid model is embedded, and the process of algorithm could be incepted by the operators. The grid model for the planned day would be built based on the EMS module considering the impacts of equipment maintenance, with 96 periods and 15 minutes as interval. The generation scheduling problem would be then transferred into a standard security con- strained economic dispatch (SCED) problem, considering static and N-1 security correction embedded. This paper would introduce the function framework and work process of the DAGS system. And the function module of constraint setting, algorithm configuration and security correction would be described in detail. Finally, application effects of the DAGS system in Ningxia Provincial Power Grid would be introduced. Keywords: Day-Ahead Generation Scheduling; Security Constrained Economic Dispatch; Security Correction; Optimization Algorithm; System Development 宁夏电网日前调度计划编制系统的开发与应用 邵 鹏1，张慧玲 1，匡洪辉 2*，郭少青 2 1宁夏电力调度控制中心，银川 2北京清大科越科技有限公司，北京 Email: *kuanghonghui@263.net 收稿日期：2013 年4月27 日；修回日期：2013 年5月24 日；录用日期：2013 年5月31 日 摘 要：本文所开发的宁夏电网日前调度计划编制系统，对于提高调度计划管理的精益化水平与智能化水平具 有重要意义。该系统结合宁夏电网日前调度计划编制工作的业务流程，实现了智能的数据检测、边界参数的灵 活配置、电网模型自适应、以及算法流程可感知等重要的功能目标，全面提高了电网调度运行计划编制的最优 性、灵活性和高效性。该系统基于宁夏电网 EMS 的实际电网模型，考虑发输变电设备检修计划的影响，可以自 动匹配生成未来态的 96 点电网模型，能够在日前调度计划决策的同时，对系统的机组开停方案和检修计划进行 安全校核，并考虑基态、断面、N-1、故障集等校核要求，实现内嵌式闭环化的安全校核计算。本文将对宁夏电 网日前调度计划编制系统的功能框架与计划编制流程进行分析与梳理；在此基础上，重点介绍该系统在约束配 置、算法支撑、安全校核等方面的功能特点，并介绍该系统在宁夏电网的应用效果。 关键词：日前调度计划；安全约束经济调度；安全校核；优化算法；系统开发 *通讯作者。 Copyright © 2013 Hanspub 74  宁夏电网日前调度计划编制系统的开发与应用 Copyright © 2013 Hanspub 75 1. 引言 2. 系统功能介绍 本文所开发的宁夏电网日前调度计划编制系统， 主要包括以下功能模块： 随着电网规模的快速发展与 750 KV网架的建 设，宁夏电网已经开始迈入现代化大电网的阶段，传 统的通过手动编制发电计划的工作方式，以及只以满 足安全性为目标的“三公”调度方式已经很难适应现 代化大电网“安全、经济、优质、智能化”运行的要 求。亟待设计并开发更加高效的日前调度计划决策软 件系统。 基础支撑模块：实现系统管理、基础信息管理、 数据采集等功能； 数据准备模块：实现数据准备功能，以及数据准 备完成后的数据浏览和数据维护功能； 计划编制模块：实现计划编制、结果分析等功能； 审核发布模块：实现计划提交、计划发布、结果 打印等功能； 日前调度计划的相关技术支持系统[1-4]广泛应用 于我国的各个区域电网与省级电网公司。这些系统可 以对实际的业务流程进行良好的支撑，然而对于调度 计划优化决策的支撑却往往不够，主要表现在难以自 适应地生成反映实际电网拓扑的电网模型，难以对复 杂的决策问题进行鲁棒的优化求解，或者难以解释优 化结果的合理性等。为此，本文结合宁夏电网日前调 度计划编制工作的业务流程，开发了宁夏电网日前调 度计划编制系统(Day-Ahead Generation Scheduling DAGS)，该系统实现了智能的数据检测、边界参数的 灵活配置、电网模型自适应、以及算法流程可感知等 重要的功能目标，可以全面提高电网调度运行计划编 制的最优性、灵活性和高效性。 后评估模块：实现信息统计、后评估、执行情况 监视等功能。 系统的功能模块架构图如图1所示。 3. 计划编制流程 DAGS 系统的日前调度计划编制流程描述如下， 流程图描述见图 2所示。 1) 连接负荷预测系统的数据接口，读取系统负荷 预测、母线负荷预测和新能源预测等数据； 2) 导入 EMS 系统中最新的电网模型，包括实际 的拓扑关系与网络参数； 3) 导入审批后的机网设备检修计划，修改此前形 成的电网模型； 与此同时，DAGS 系统基于宁夏电网 EMS 的实 际电网模型，考虑发输变电设备检修计划的影响，可 以自动匹配生成未来态的96 点电网模型，能够在日 前调度计划决策的同时，对系统的机组开停方案和检 修计划进行安全校核，并考虑基态、断面、N-1、故 障集等校核要求，实现内嵌式闭环化的安全校核计 算。其核心算法采用了安全约束经济调度优化算法 (security constrained economic dispatch, SCED)[5-9]，能 够综合考虑不同机组的燃料类型、能耗、启停费用等 各项特性参数；考虑电网拓扑、潮流极限、网络损耗 等网络约束；以及考虑污染物排放等节能环保运行要 求。 4) 根据最新的电网模型和计划检修信息，生成计 划日 96 点的未来态电网模型，形成相应的数学模型； 5) 分析系统的全网旋备、分区事故备用、AGC 调整能力等备用预留的充裕度，当不满足备用预留需 本文的组织方式如下：第一章、第二章、第三章 将分别对宁夏电网日前调度计划编制系统的功能框 架与计划编制流程进行分析与梳理；第四章、第五章 与第六章将重点介绍 DAGS 系统在约束配置、算法支 撑、安全校核三个方面的功能特点，第六章介绍该系 统在宁夏电网的应用效果，第七章则是结论。 Figure 1. Function module framework for the DAGS system 图1. 系统功能模块架构图  宁夏电网日前调度计划编制系统的开发与应用 EMS电网模型及拓扑导入 全网旋转备用分析 分区事故备 用分析 调用SC ED算法含静态安全校核及校正 调度计划计算结果分析 调度计划发布 AGC机组调整 能力分析 开停机调整 系统负荷预测、母线负荷预测及新能源预测 机网设备检修计划导入 未来态96点电网模型生成 Figure 2. Implementation process for day-ahead power system scheduling 图2. 日前调度计划的编制流程 要的条件时，给出预警信息，并调整机组的开停组合， 甚至改变已有的检修计划； 6) 在备用条件得到满足的前提下，调用 SCED 优 化算法，生成不同发电机组在计划日的 96 点发电曲 线；在优化计算中可以同时考虑静态安全约束与N-1 安全校核，也可以分步实施； 7) 发布所制订的日前发电调度计划。 4. 边界条件的个性化设置 在日前调度计划的编制过程中，系统将各类影响 计划编制的边界条件进行了模块化的封装，以方便计 划编制人员对各类边界条件的调整与设置，主要功能 介绍如下： 1) 母线负荷参数：可以查询并调整系统各个母线 的负荷数据，对其中的坏数据进行修正与剔除，并修 正相关的系统边界参数；母线负荷数据是考虑编制日 前调度计划最为关键的边界参数； 2) 机组运行参数：可以查询并设置机组的一些主 要运行参数，包括机组容量、出力上下限、机组爬坡 能力和降出力能力、机组振动区、机组电量约束条件、 机组检修计划、煤耗参数等； 3) 电厂运行参数：可以查询并设置电厂的各种运 行参数，包括容量约束参数、电厂的电量约束参数、 电厂检修计划等； 4) 区域参数设置：可以定义系统中的局部区域网 络，并对网络中局部的机组群添加一些边界约束，如： 机组群的用煤量限制、区域最小开机容量限制、区域 环保容量限制等； 5) 电网拓扑参数：可以查询并设置电网在发电计 划决策周期内的拓扑信息与线路实际参数、发输变电 设备的检修数据等，并设置线路、断面、变压器的运 行参数等； 6) 机组出力平滑设置：在调度计划编制中，往往 要求机组的计划出力曲线要尽量平滑，以减小机组的 物理磨损，本系统支持计划编制人员自定义添加对于 机组出力平滑性的约束条件，以规避段时间内的出力 阶跃、跳动等情况； 7) AGC 调频预留设置：可以统计计算当前机组 组合与 AGC 开机状态下，系统的 AGC 调频预留能力， 当发现调频能力不足时，可以改变 AGC 机组的运行 状态，并将其作为计划编制的新的边界条件； 8) 其它实用化设置：可以实现机组出力值归零、 风电的区间预测、水电电量、供热机组保证供热参与 平衡功能等相关功能。 图3展示了母线负荷参数设置页面的界面设计。 5. SCED优化计算 基于直流潮流构建日内调度计划编制的 SCED 模 型，并采用线性规划算法进行求解。算法的实施流程 如图 4。 对于算法流程中的各个环节，本着流程化、智能 化管理的理念，系统设计了相应的功能模块予以支 撑，以提供在优化计算过程中所需的个性化设置，并 保证算法的鲁棒性。 对于各个功能模块的描述如下： 1) 数据与模型的合理性检验： 在对 SCED 模型进行求解时，一个非常关键的问 题在于如何建立有效的数据检错机制和保证机制，以 确保模型中数据的正确性和合理性，提高模型计算的 稳定性和可控性。 数据合理性校验功能模块主要实现了以下功能： 坏数据检测修正：主要检验并修正由于数据采 集、传输过程中造成的坏数据，并且通过重新采 集或者状态估计的方法予以校正。 数据合理性检测：主要包括机组数据的校验以及 网络数据的校验，重点监测包括机组不合理约束 Copyright © 2013 Hanspub 76  宁夏电网日前调度计划编制系统的开发与应用 Copyright © 2013 Hanspub 77 Figure 3. Page design for bus load parameter setting 图3. 母线负荷参数设置页面设计 电网基础数据平台 数据合理性校验 是否合理 数据抽象、模型建立 模型求解 是否可行、可操作 是否最优 SCED结果整理 SCED结果输出 N Y N Y 系统数据接口 以及网络链接孤岛等问题。 模型合理性检验：在构造SCED 模型时需要考虑 SCED 模型约束条件的相容性和合理性问题，防 止由于模型约束条件之间存在矛盾造成的 SCED 模型不可解。 机组组合合理性检验：主要检验机组组合方案的 合理性，防止由于组合方案不合理造成 SCED 模 型无解的情况。 2) 模型的抽象与简化： 根据模型的输入参数，首先构建基本的 SCED 模 型。在此基础上，结合稀疏技术和松弛技术对模型进 行简化，以提高模型的计算效率和模型的鲁棒性。主 要实现了以下两方面的功能目标： 辨识有效的约束条件、简化相关的约束条件，并 利用稀疏存储和检索方法，减低模型的复杂度； 采用松弛变量技术对模型进行转化，在不增加模 型计算量的前提下，通过引入必要的松弛变量， 可迅速判断求解结果的可行性，并迅速定位模型 可能出现的错误信息。 有选择性地添加断面和支路约束，迭代调用 SCED 模型，辨识此过程中的起作用约束，并逐 Figure 4. Flow chart for SCED algorithm process 图4. SCED优化计算流程图  宁夏电网日前调度计划编制系统的开发与应用 步将起作用约束加入到 SCED模型中，知道求解 结果收敛。 3) 优化结果的合理性检验 为了确保模型计算结果的最优性，并提高计划编 制人员对于计划物理意义的理解与优化程度的把握， 本系统设计了一个完善的优化结果校验机制，可以迅 速定位模型在数据、建模、求解、校核等环节可能出 现的缺陷，并提供一个便利的反馈修改环节。 主要实现的功能目标如下： 优化结果可行性检验：当模型没有可行解时，系 统将给出一个最佳的不可行解，并给出相关的提 示信息，提示信息将对计算结果与模型约束条件 进行比对，快速定位模型不可行的原因和存在的 问题，并反馈修改原模型。 优化结果可操作性检验：由于SCED 模型中存在 部分非解析约束，只能通过简化建模的方式将约 束加入优化模型中。因此，模型的求解结果可能 并不能完全符合这些实际运行约束的要求。此 时，需要通过其他的约束检测策略或者人工的方 式定位 SCED 模型存在的问题，并且修改 SCED 模型。 6. 安全校核 6.1. 检修计划对于校核模型的更新 结合检修计划进行日前发电计划的一体化安全 校核，是提高电网调度计划编制工作精益化程度的重 要途径。在本系统中，我们以电网模型(来自 EMS)为 源数据，对各类检修信息进行规范整合，并修正模型。 主要考虑了以下的功能目标： 1) 考虑机组检修计划对机组开停机方式的影响, 直接将机组的检修计划导入到机组的指定状态中，确 定该类机组为停机方式。 2) 考虑线路、主变、母线检修方式对电网拓扑的 影响，修正调度计划决策与安全校核的计算模型。 3) 考虑不同设备检修下，关键拓扑断面运行方式 约束极限的变化。 4) 对母线检修造成的单母线运行薄弱点进行校核。 6.2. 内嵌式的安全校核闭环校正 本系统的 SCED 求解模型，采用了先进的安全校 核算法，同时实现基态、N-1、故障集状态下内嵌式 的安全校核闭环校正，以提高发电计划的精准性及检 修计划的可行性。闭环校正的计算流程如图 5所示。 7. 应用效果 所开发的日前调度计划编制系统在宁夏电网得 到了良好应用。该系统应用以来，运行稳定，在调度 计划编制的公平性、合理性、安全性及新能源的吸纳 等方面提供了强有力的技术支撑。 系统主要的应用效果如下： 1) 日前调度计划编制系统的应用，提高了发电侧 的平均运行负荷率，尤其显著地提高了大容量、高效 益机组的负荷率水平，从而改善了机组的工况运行 点，提高了机组的运行效率。 2) 日前调度计划编制系统超前考虑风电的波动 区间，基于风电期望出力的大概率事件制定发电计 划，预留适应未来风电波动极端运行场景等小概率事 件的优化调度空间，全面提升了电网对风电波动的包 容性，提高了新能源发电的吸纳能力。 3) 日前调度计划编制系统超前考虑了 AGC 机组 的状态，预留 AGC 机组的调整空间，从而降低了系 统AGC 调频压力。 4) 日前调度计划编制系统采用的 N-1 内嵌式自 校正优化调度技术、降低了线路和断面发生重载的频 率、备用的空间分布更加合理。 5) 日前调度计划编制系统能够适应多种调度模 数据准备 基态安全校核 N-1校核 计划发布 N Y 无约束发电计划 故障集校核 基态阻塞管理 N-1校正 故障集校正 Y Y Y N N Figure 5. Flow chart for embedded closed-loop security correction 图5. 内嵌式安全校核闭环校正流程图 Copyright © 2013 Hanspub 78  宁夏电网日前调度计划编制系统的开发与应用 Copyright © 2013 Hanspub 79 式，编制各机组发电计划时，充分考虑了各机组计划 电量的完成率，兼顾了发电计划的效率与公平 8. 结论 本文所开发的宁夏电网日前调度计划编制系统 是电网智能调度的一个重要创新，该系统实现了智能 的数据检测、边界参数的灵活配置、电网模型自适应、 以及算法流程可感知等重要的功能目标，实现了内嵌 式闭环化的安全校核计算。在宁夏电网应用的实际效 果表明，该系统可以提升电网日前调度计划管理工作 的精益化水平与智能化水平。希望本文的工作可以为 我国调度计划管理、决策与信息化建设等相关领域的 研究提供有益的借鉴。 参考文献 (References) [1] 那志强, 高国宁, 顾新建. 浙江电网调度计划和检修管理 系 统[J]. 电力系统自动化, 2003, 27(8): 73-76. [2] 朱晟, 葛敏辉, 毕晓亮. 安全约束调度系统在华东电网的应 用[J]. 电网技术, 2008, 32(26): 154-156. [3] 陈之栩, 李丹, 张晶. 华北电网安全节能发电优化调度系统 功能设计[J]. 电力系统自动化, 2008, 32(24): 43-47. [4] 葛朝强, 汪德星, 葛敏辉. 华东网调日计划安全校核系统 及 其扩展[J]. 电力系统自动化, 2008, 23(10): 45-48. [5] 汪洋, 夏清, 朱明祥, 杨明辉. 最优校正型安全机组组合模型 及其求解算法[J]. 电力系统自动化, 2011, 35(9): 19-24. [6] 张宁, 陈慧坤, 骆晓明等. 广东电网节能发电调度计划模型 与算法[J]. 电网技术, 2008, 32(24): 11-15, 38. [7] 李利利, 耿建, 姚建国等. 均衡发电量调度模式下的SCED 模型和算法[J]. 电力系统自动化, 2010, 34(15): 23-27. [8] 张智刚, 夏清. 智能电网调度发电计划体系架构及关键技术 [J]. 电网技术, 2009, 33(20): 1-8. 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