直调火力发电单元月度电能交易计划制定的基尼系数法

摘要

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种直调火力发电单元月度电能交易计划制定的基尼系数法。本发明利用基尼系数判断机组电量公平性，机组剩余负荷率满足基尼系数小于0.3的要求时，符合机组电量公平性约束条件。本发明中所有待编制计划火力发电单元剩余负荷率满足基尼系数约束，能够实现在保证机组电量公平性、节能、环保等约束条件下使火力发电单元综合成本最低。机组剩余负荷率同时受负荷率偏差阈值与基尼系数的约束，能够在剩余负荷率满足基尼系数约束的前提下对负荷率偏差阈值适当放宽，从而使火力发电单元综合成本降低。基于基尼系数约束法的直调火力发电单元月度电能交易计划综合成本低于现有的负荷率偏差法和综合成本加权法。

主权项

直调火力发电单元月度电能交易计划制定的基尼系数法，其特征是：利用基尼系数判断机组电量公平性，将基尼系数引入到电力系统衡量机组电量公平性，机组剩余负荷率满足基尼系数小于0.3时，则符合机组电量公平性约束条件，具体包括：设待编制月度电能交易计划的月份为m月；对本年度后期第i(m～12)月，各月天数为Dⁱ,则后期总剩余天数为：$D_{remain}=\underset{i=m}{\overset{12}{\Sigma }}{D}^i---\left(1\right);$式(1)中：Dⁱ表示第i月的天数，D_remain表示本年度后期总剩余天数；设第j个(共N个)待编制计划的火力发电单元全年合同电量为G_contract(单元：万kWh)，容量为C_j(单位：万kW)，截止到第m‑1月已完成的发电量为G_completedj(单元：万kWh),第i月的检修容量·天数合计为C_maintenancej(单元：万kW·d)，则所有待编制计划的火力发电单元全年总合同电量为：$G_{contract}=\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{G}_{contractj}---\left(2\right);$式(2)中：G_contractj表示第j个待编制计划的火力发电单元全年合同电量，N表示待编制计划的火力发电单元总机组数，G_contract表示所有待编制计划的火力发电单元全年总合同电量；所有待编制计划的火力发电单元总容量及第i月的总检修容量·天数分别为：$C=\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_j---\left(3\right);$$C_{maintenance}^{\left(i\right)}=\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_{ma\mathrm{int}enancej}^{\left(i\right)}---\left(4\right);$式(3)和(4)中：C_j表示第j个待编制计划火力发电单元的容量，C表示所有待编制计划的火力发电单元总容量，表示第j个待编制计划火力发电单元第月的检修容量天数，表示所有待编制计划的火力发电单元第月的总检修容量天数；所有待编制计划的火力发电单元截止到第m‑1月已完成的发电量总和为：$G_{completed}=\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{G}_{completedj}---\left(5\right);$式(5)中：G_completedj表示第个待编制计划的火力发电单元截止到第m‑1月已完成的发电量，G_completed表示所有待编制计划的火力发电单元截止到第m‑1月已完成的发电量总和，N表示待编制计划的火力发电单元总机组数；若设第i月的系统负荷系数为(即第i月的系统负荷与全年系统负荷的比值)，则所有待编制计划的火力发电单元后期剩余月份(m～12)中各月的年合同电量月分解值可按如下方法计算：后期平均每天发电量为：$\bar{G}=\frac{G_{contract}-G_{completed}}{D_{remain}-\frac{1}{C}\underset{i=m}{\overset{12}{\Sigma }}{C}_{ma\mathrm{int}enance}^{\left(r\right)}}---\left(6\right);$式(6)中：G_contract表示所有待编制计划的火力发电单元全年总合同电量，G_completed表示所有待编制计划的火力发电单元截止到第m‑1月已完成的发电量总和，D_remain表示本年度后期总剩余天数，表示所有待编制计划的火力发电单元第月的总检修容量天数，后期平均每天发电量；后期第i月发电量经该月负荷系数加权修正后的中间结果为：$E^{\left(i\right)}=\bar{G}[D^{\left(i\right)}-\frac{C_{maintenance}^{\left(i\right)}}{C}]\frac{{\eta }_{load}^{\left(i\right)}}{\underset{i=m}{\overset{12}{\Sigma }}{\eta }_{load}^{\left(i\right)}}---\left(7\right);$式(7)中：表示后期平均每天发电量，D⁽ⁱ⁾表示第i月天数，表示所有待编制计划的火力发电单元第月的总检修容量天数，C表示所有待编制计划的火力发电单元总容量，表示第月的系统负荷系数，E⁽ⁱ⁾表示后期第i月发电量经该月负荷系数加权修正后的中间结果；后期第i月的年合同电量月分解总值的最终结果为：$G^{\left(i\right)}=\frac{E^{\left(i\right)}}{\underset{i=m}{\overset{12}{\Sigma }}{E}^{\left(i\right)}}(G_{contract}-G_{completed})=\frac{E^{\left(i\right)}}{\underset{i=m}{\overset{12}{\Sigma }}{E}^{\left(i\right)}}{G}_{remain}---\left(8\right);$式(8)中：E⁽ⁱ⁾表示后期第i月发电量经该月负荷系数加权修正后的中间结果，G_contract表示所有待编制计划的火力发电单元全年总合同电量，G_completed表示所有待编制计划的火力发电单元截止到第m‑1月已完成的发电量总和，G⁽ⁱ⁾表示后期第i月的年合同电量月分解总值的最终结果，G_remain表示所有待编制计划的火力发电单元剩余发电量；在获得所有待编制计划的火力发电单元后期剩余月份(m～12)中各月的年合同电量月分解总值后，尚需将其分解到各个火力发电单元中去，具体分解方法如下：第j发电单元第i月等效满容量发电天数为：$D_j^{\left(i\right)}=D^{\left(i\right)}-\frac{C_{ma\mathrm{int}enancej}^{\left(i\right)}}{C_j}---\left(9\right);$第j发电单元第i月发电量初值为：${\tilde{G}}_j^{\left(i\right)}=\frac{D_j^{\left(i\right)}{C}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{D}_j^{\left(i\right)}{C}_j}{G}^{\left(i\right)}---\left(10\right);$一次修正值为：${\hat{G}}_j^{\left(i\right)}=\frac{{\tilde{G}}_j^{\left(i\right)}}{\underset{i=m}{\overset{12}{\Sigma }}{\tilde{G}}_j^{\left(i\right)}}(G_{contractj}-G_{completedj})=\frac{{\tilde{G}}_j^{\left(i\right)}}{\underset{i=m}{\overset{12}{\Sigma }}{\tilde{G}}_j^{\left(i\right)}}{G}_{remainj}---\left(11\right);$二次修正值为：${\tilde{G}}_j^{\left(i\right)}=\frac{{\hat{G}}_j^{\left(i\right)}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\hat{G}}_j^{\left(i\right)}}{G}^{\left(i\right)}---\left(12\right);$式(9)‑(12)中：D⁽ⁱ⁾表示第i月天数，表示第i月的检修容量天数，C_j表示第j个待编制计划的火力发电单元的容量，表示第j发电单元第i月等效满容量发电天数，G⁽ⁱ⁾表示后期第i月的年合同电量月分解总值的最终结果，表示第发电单元第月发电量初值，G_contractj表示第j个待编制计划的火力发电单元全年合同电量，G_completedj表示第个待编制计划的火力发电单元截止到第m‑1月已完成的发电量，G_remainj表示第j个待编制计划的火力发电单元剩余发电量；将式(12)的结果代入式(11)，即可求得第j发电单元第i月的年合同电量月分解值。该值既满足后期每个单元剩余合同电量G_remainj约束，又兼顾了所有单元需要完成的年合同电量月分解总值G⁽ⁱ⁾的约束；设系统第m月天数为D(m)，待计划的月度负荷电量空间为第j待编制计划的火力发电单元的年合同电量月分解值为第m月第j单元日检修容量·小时数为设T为每天的小时数，x(j)为剩余负荷率即第m月第j火力发电单元剩余发电量与合同电量的比值，β_j为发电煤耗率、上网电价、环保指标、网损微增率或包含这些因素的某种综合指标等(单位：元/万kWh)，在制定直调火力发电单元月度电能交易计划时，可以通过适当的权重和物理量纲换算系数将多种特性参数进行综合以形成β_j(单位：元/万kWh)，即：β_j＝μ₁(0.01p_fuelτ_j1)+μ₂(10000τ_j2)+μ₃(10000p_electτ_j3)+μ₄(10000τ_j4)   (13)；式(13)中：τ_j1表示发电单元单位煤耗率，g/kWh；p_fuel表示燃料市场平均价格，元/t；τ_j2表示上网电价，元/kWh；τ_j3表示单位发电量时的网损电量平均微增率，kWh/kWh；p_elect表示电网公司平均购电价格，元/kWh；τ_j4表示环境综合指标，它反映单位发电量时的污染物排放治理的综合社会成本，元/kWh；β_j表示发电煤耗率、上网电价、环保指标、网损微增率或包含这些因素的某种综合指标；μ_k(k＝1～4)表示各分指标的权系数，满足关系：$\begin{array}{cc}0\le u_k\le 1& \underset{k=1}{\overset{4}{\Sigma }}{\mu }_k=1\end{array}---\left(14\right);$式(14)中：μ_k表示各分指标的权系数；所有待编制计划的火力发电单元第m月的剩余发电量为：$G_{load\_remain}^{\left(m\right)}=G_{load}^{\left(m\right)}-G^{\left(m\right)}---\left(15\right);$式(15)中：表示所有火力发电单元第月的月度负荷电量，G^(m)表示第月的年合同电量月分解总值，表示所有待编制计划的火力发电单元第m月的剩余发电量；第j发电单元第m月的剩余发电能力为：$G_{abililty\_remain}\left(j\right)=\left(\right(C_{j}D\left(m\right))-C_{ma\mathrm{int}enancej}^{\left(m\right)})T---\left(16\right);$式(16)中：G_{ability_remain}(j)表示第发电单元第m月的剩余发电能力，C_j表示第个待编制计划的火力发电单元容量，D(m)表示第m月天数，表示第m月第单元日检修容量小时数，T表示每天的小时数；所有待编制计划的火力发电单元第月的平均负荷率为：${\overline{ϵ}}^{\left(m\right)}=\frac{G_{load}^{\left(m\right)}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{G}_j^{\left(m\right)}}=\frac{G_{load}^{\left(m\right)}}{G^{\left(m\right)}}---\left(17\right);$式(17)中：表示待计划的月度负荷电量空间，表示第待编制计划的火力发电单元的年合同电量月分解值，G^(m)表示表示第月的年合同电量月分解总值，表示所有待编制计划的火力发电单元第月的平均负荷率；为在满足直调火力发电单元电量公平性、节能、环保等约束条件下尽可能降低综合成本，直调火力发电单元月度电能交易计划的目标函数如下式所示：$\min \underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\beta }_j(1+x(j\left)\right)G_j^{\left(m\right)}---\left(18\right);$式(18)中：表示第待编制计划的火力发电单元的年合同电量月分解值，x(j)表示剩余负荷率，β_j表示发电煤耗率、上网电价、环保指标、网损微增率或包含这些因素的某种综合指标；考虑到实际电网在安排月度电能交易计划初期需要兼顾各方利益，故各发电公司的负荷率偏差一般不宜过大，通常可设定某一阈值，即负荷率在范围内调整：${\overline{ϵ}}^{\left(m\right)}(1-\gamma )<1+x\left(j\right)<{\overline{ϵ}}^{\left(m\right)}(1+\gamma )---\left(19\right);$式(19)中：表示所有待编制计划的火力发电单元第月的平均负荷率，x(j)表示剩余负荷率，γ表示某一阈值；使用基尼系数对机组电量公平性进行约束，设为第发电单元的剩余负荷率，、为发电单元中单位容量(容量单元为1)的剩余负荷率，为第发电单元包含的单位容量数，为所有发电单元中包含的总的单位容量数，满足u为所有发电单元中单位容量剩余负荷率值均值，满足：$u=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\left(x\right(i\left)N\right(i\left)\right)---\left(20\right);$式(20)中：x(i)表示第发电单元的剩余负荷率，N(i)表示第发电单元包含的单位容量数，n表示所有发电单元中包含的总的单位容量数，u表示所有发电单元中单位容量剩余负荷率值均值；基尼系数直接计算法为：$\begin{array}{c}g=\frac{1}{2n(n-1)u}\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}|y\left(t\right)-y\left(k\right)|\\ =\frac{1}{2(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}N\left(i\right)-1)\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\left(x\right(i\left)N\right(i\left)\right)}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}|x\left(i\right)-x\left(j\right)|N\left(i\right)N\left(j\right)\\ <0.3\end{array}---\left(21\right);$式(21)中：g表示基尼系数，n表示表示所有发电单元中包含的总的单位容量数，u表示所有发电单元中单位容量剩余负荷率值均值，y(t)、y(k)表示发电单元中单位容量(容量单元为1)的剩余负荷率，N(i)、N(j)第发电单元包含的单位容量数,x(i)、x(j)表示第发电单元的剩余负荷率；所有待编制计划的火力发电单元剩余负荷率满足约束：$\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}x\left(j\right)G_j^{\left(m\right)}=G_{load\_remain}^{\left(m\right)}---\left(22\right);$$x\left(j\right)G_j^{\left(m\right)}<G_{ability\_remain}\left(j\right)---\left(23\right);$式(22)和(23)中：x(j)表示第发电单元的剩余负荷率，表示第待编制计划的火力发电单元的年合同电量月分解值，表示所有待编制计划的火力发电单元剩余负荷率；使用内点法求得一组最优的剩余负荷率x(j)值后，将调整完的各单元的负荷率记为从而求出第j单元第m月的月度负荷量值并据此信息求解第m月各单元每日的计划发电量，从而得到该月各天的负荷电量分解值，最终可求得各发电单元具体的月度电能交易计划。