电力系统概率优化调度理论研究

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【摘要】随着社会经济的发展，电力的应用范围也越来越广，为了满足市场对电力的需求，电力系统的规模也逐渐扩大，但是，随着发输电资源格局的改变，电力系统在运行中出现的问题也在逐渐增多，市场竞争机制的应用，使得电力系统运行程度愈发紧张，电力行业面临着完善提升电力系统的迫切需要，本文主要以电力系统在运行中的概率规律为解决问题的重点，进行电力系统概率优化调度理论的研究。

【关键词】电力系统;概率优化调度

一、前言

电力系统是由发输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统，主要作用就是把一次资源转换成动力供人们生产生活，目前，全球社会生产生活主要动力都来源于电能资源产生的动力，虽然目前倡导绿色能源、太阳能和风能，但是，这些能源开发技术要求比较高，所以，电力依然是现在最重要的动力来源。为了保证电力资源的有效供应，就要努力克服电力系统运行过程中存在的各种问题，充分协调电力系统在运行中存在的各种不确定因素，并根据这些不确定因素的概率进行风险评估和对预知风险进行预防。以此来促进电力系统的安全经济性运行，推动电力行业的改革和发展，提高国家的综合经济水平。电力系统调度的示意图如图1所示：

图1 电力系统调度分级管理示意图

概率优化调度的含义是指，在电力系统运行过程中利用概率优化调度对影响系统顺利运行的各种不稳定因素进行协调，把经济价值作为引导电力系统概率优化调度的引导线索，实现电力行业社会效益为导向，统筹运行过程中存在的风险为电力系统调度概率优化的基本含义。

概率优化的特点主要由四个方面，其一，具有安全性和可靠性，在电力系统中使用概率优化的方法，必然会以经济价值为尺度，电力系统概率优化是不需要人为干预，所以具有安全性和可靠性的特点;其二，概率优化是以系统整体指标为中心的方式，概率优化以系统运行中出现的小概率事件判断对整个系统的影响，在对风险的判断上具有全面性;其三，概率优化调度对电力系统运行中存在的风险具有预知功能，风险事故的发生是由过去和现在存在的问题累计造成的，在对电力系统进行概率优化分析的时候，利用对运行中存在的不稳定因素，结合时间因素的情况下，对未知风险的预测，这种对风险的预测是有准确性的;其四，概率优化调度具有经济性，电力行业在发展中也要追求社会效益和经济效益，概率优化就是以实现企业社会效益为导向，因此，概率优化调度是符合经济发展规律的。

二、电力系统概率优化调度存在的问题

（一）风险评估与系统优化调度决策之间的问题

在电力系统中风险评估，主要是通过度量电力系统的质量安全水平，为优化调度决策提供信息。但是，目前电力系统中的风险评估研究延续了可靠性评估的流程，在风险评估中主要是对已知运行方式的评估，忽略了对电力系统运行条件下未来运行方式的风险评估。例如，风险评估专家在评估电力工程电网进行有效风险估测的时候，会根据电网线的质量进行使用寿命的预测估计，对于在使用过程中暴风、雨、血对电网线的影响没有进行详细分析，这就导致电网系统的寿命达不到预期年限，或者在超出使用年限电网线老化造成安全事故的情况。

（二）风险度量和表达与电力系统概率优化调度之间的问题

在电力行业中，传统的风险度量值是一个期望值，电力系统概率优化调度是具体的实施方案，这两者并没有充分结合起来，没有办法为运行调度部门进行概率优化调度工作提供调整策略，不能得出直观准确的风险评估值，运行调度人员也无法在把握风险水平的基础上制定具体实施方案。

（三）电力系统经济性、安全性和概率优化调度之间的问题

有研究结果显示，电力系统中经济性和安全性不可能同时存在，两者是矛盾体。在电力系统中要充分保证各项工程安全顺利运行，人力、物力和财力的耗费是巨大的。所以，在传统电力系统中经济性和安全性是无法同时兼顾的。如何在电力系统概率优化调度实现两者的兼容，对电力系统的发展具有重要意义。

（四）机组故障与概率优化调度之间存在的问题

在电力系统中，发电机在运行过程中可能存在随机停运的问题，这个随机事件会对电力系统概率优化调度产生重要作用。在电力系统实际运行过程中，发电机组随机停运的概率是比较大的，目前的可靠性研究分析是难以反映出概率优化调度所对应的电力系统在运行过程中的风险水平。市场需求的负荷波动性，对发电机组优化调度决策的经济型和有效性都会产生较大的影响，如果实际需求负荷和平均期望值相差太远，对发电机组的影响会更大。

三、电力系统概率优化调度理论研究

（一）电力系统概率优化调度理论运行风险研究

随着电力系统规模的扩大和电力系统的复杂程度增加，传统的可靠性研究已经不能直接应用在电力系统的风险评估和概率优化调度决策中了，主要是因为它们的本质不同，两者的研究方向哦侧重点和表达上都是有差别的。因此，在电力系统对运行风险进行评估决策就要将可靠性研究和概率优化调度理论两者融合考虑。

关于电力系统运行风险研究思路，主要是对设备元件的寿命建立直观的模型、电力系统运行过程中随机扰动因素进行预测、随机因素对电力系统影响程度综合分析以及概率优化调度决策。总之，对于运行风险的研究，依靠风险评估方法展开，在风险研究思路中也借鉴了可靠性研究的优点。

（二）概率优化调度理论和风险相结合

风险指的是对未来毫无预见性出现的事故，但是风险具有累积性，所以人们可以根据对已知情况的了解来推测未来情况，以便于能够采用相对应的措施把未来可能造成的损失降低到最小程度。电力系统在运行中的风险因素包括：运行条件、度量和运行中不确定因素，概率优化调度可以对这些风险因素做出分析，以此来制定出降低电力系统在未来运行中带来的风险。

（三）发电机组的概率优化调度

基于发电机组的重要性和在电力系统中实际运行过程中存在的随机停运问题，电力系统的概率优化调度理论可以制订出优化调度决策。概率优化调度是围绕机组负荷平衡进行调度研究，充分根据机组随机停运等故障和负荷波动，进一步结合电力系统概率优化调度理论对风险水平的作用能力，实现保证发电机组旋转能量和市场需求中中断负荷的优化配置。在电力系统运行下获取机组故障和负荷波动，是实现电力系统概率优化调度的基本条件。运行状态下的发电机组状态概率规律是依据运行条件的发生变化和随着时间的推延发生变化，在电力系统概率优化调度中机组未来运行状态的最佳概率是通过滚动修订完成的，然而要实现这个目标，就要对电力系统大量元件进行基础研究。对于发电机组概率优化调度理论研究主要数学模型中的费用函数和目标函数，把发电机组输出功率和机组停运事件发生的概率放进费用函数中进行详细分析，在分析过程中可以看出来，在机组发生停运状态下，为了保持电力系统供需平衡，仍在运行的发电机组就要在做调整，这些安全矫正措施都会产生相应的费用，对费用的详细分析可以让电力行业对预知的风险提前做好准备，以便于在实际机组发生停运事件的时候，电力系统还可以顺利运行，社会的生产生活才不会受到影响。

当然，在对机组故障做概率优化调度分析的时候，要考虑其中的约束条件，其中约束主要表现为一定时间里，机组寿命等其他特性决定机组输出功率是有限制的。对机组数学模型的概率优化调度分析包括：考虑发电机组停运事件的概率和具体的调度成本，只有这样机组功率等式约束力和出力现值才能相等，即电力系统概率优化调度。

（四）电力系统概率优化调度理论在输电元件停运问题的研究

电力系统中输电是整个环节中相当重要的环节之一，它主要是把在电力系统中完成转换的一次能源输送到生产生活的各个环节，因此，输电网络的安全性和可靠性对于整个电力系统的运行有着极其重要的作用。输电元件停运会引起系统混乱的问题，它会造成输电网络中断，从而影响人们的生产生活和整个电力系统的安全运行，电力系统构建概率优化调度理论，可以有效的协调输电元件故障停运事件发生的概率和带来的严重影响，解决安全性和经济性之间的问题。概率优化系统主要是通过将输电元件发生故障的概率、维持电力系统运行的成本、发生停运事故的安全矫正成本和电网负荷平衡联系起来，有效量化产生的矛盾，实现电力协调概率优化调度决策。对输电元件停运问题的研究主要采用的是概率优化中的目标函数建模法，目标函数清晰的描述了输电元件停运造成事故前后，其电力系统中输电元件的状态以及引发事故的概率，在输电元件故障发生后电网的载荷程度，在目标函数中加入电网安全价值函数，从而构成概率优化调度中对于输电元件安全性和经济性的融合。

当然，在输电元件停运问题中运用概率优化调度理论，也要注意使用目标函数的约束条件，即输电元件停运矫正调整措施的牵制。

（五）概率优化对于电力系统中综合效益的重要意义

随着市场经济大发展，电力行业为了自身的发展，也提高了对电力系统整体运行带来的综合效益的重视程度，即成本和收益。为协调电力系统中运行综合效益的概率优化调度，在概率优化调度之前，要对运行过程中随机事件发生的概率做一定的考虑，调度决策要考虑发电侧和负荷需求侧的函数，从而制定适应电力系统综合效益的调度决策。在制定调度决策时要注意的内容具体包含注意输电元件故障停运事件发生的概率和机组停运的概率。只有这样才能概率优化调度决策和故障后果之间的有效衔接，实现电力系统综合效益的目标，避免调度方式中存在的弊端对调度决策的影响。

（六）电力系统概率优化调度问题解算方式

在构建电力系统的概率优化调度理论过程中从不同的研究层面对概率优化调度理论进行了数学模型的分析，系统的分析了概率优化调度方式对电力系统运行的安全性、可靠性和经济性发展的重要意义。但是，将概率优化调度运用到实际的电网中还是有很多问题需要解决的，概率优化调度解算方式主要是通过分析可靠性研究模型的优点，吸取传统的分解处理方法，以此降低问题的解算规模，提高解算效率。解算问题的快速解决法概率优化调度在电力系统中的应用奠定了良好基础，电力系统自身就是复杂的系统，概率优化调度的应用是为了化复杂为简便，因此，在建立概率优化调度理论的时候要以最简单高效的方式，这样才能便于电力系统的采用，也才能起到概率优化在电力系统中作用。

四、结束语

本文通过对电力系统概率优化调度的概念分析，以建立数学模型的方式从不同研究层面具体剖析了概率优化在电力系统中发挥的巨大作用，构建概率优化调度可以实现电力系统安全、可靠和经济的顺利运行，有效实现了电力系统中运行风险和调度决策之间的有机结合。全球经济一体化的发展，国家与国家之间的交流越来越频繁，保证电力系统安全、有效和顺利的运行，才能保证生产生活的发展，避免在经济发展中由于电力系统出现问题影响整个经济系统的瘫痪，使电力系统高效发展，促进概率优化调度理论和电力系统的融合是有重要意义的。概率优化调度理论在电力系统应用中各个方面的优点已经充分展现出来，两者的有机整合不仅能促进电力行业的快速、顺利的发展，也能促进国家经济的高效发展。

参考文献

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作者简介：朱立旗（1963―），男，江苏洪泽人，1990年毕业于南京电力专科学校发电及电力系统专业，助理工程师，现供职于江苏省电力公司洪泽县供电公司，研究方向：调度专业。