学号：144611012 专业：电气工程 学生：车如宇 任课教师：黄挚雄
中南大学 电力市场课程报告
电力市场下的电网规划研究
中南大学 车如宇 144611012
摘要：电力市场中电网规划的技术目标应该是最小化成本、同时满足电网的需求、和可靠性的要求。电网规划将面临的困难：未来电源规划的不确定性，未来负荷变化的不确定性，系统潮流的不确定性。本文将从面临的问题出发提出一系列的解决方法，用预测控制、智能控制等先进的控制理论解决这些实际问题。并提出以后详细的研究方向。
关键词：电力市场；电网规划；先进控制技术
一、电网规划及其意义 电网规划又称输电系统规划，以负荷预测和电源规划为基础。电网规划确定在何时、何地投建何种类型的输电线路及其回路数，以达到规划周期内所需要的输电能力，在满足各项技术指标的前提下使输电系统的费用最小。
1、方法
电力系统规划的最终结果主要取决于原始资料及规划方法。没有足够的和可靠的原始资料，任何优秀的规划方法也不可能取得切合实际的规划方案。一个优秀的电力系统规划必须以坚实的前期工作为基础，包括搜集整理系统电力负荷资料，当地的社会经济发展情况，电源点和输电线路方面的原始资料等等。
目前，我国在规划方法方面，处于传统的规划方法和优化规划方法并用的状态。
2、可行性计划
在财务方面应着重考虑三个问题：建设投资的回收率、电网经济运行情况、可持续发展。 建设投资要讲回报，讲究回收率。电网的建设投资是否合理，是否满足电网经济运行。建设投资的回收率与电网经济运行情况是针对具体工程项目而言，而持续发展问题是从供电企业整体动作发展的角度来确定一定时期内或某个财政周期内对城网规划的要求，确定其间城网规划工作的整体规模与水平。
通常而言，城网规划中，首先根据可持续发展观点来解决中远期的规模，其次根据电网经济运行情况确定具体的规划项目，最后根据建设投资的回收率来决定具体规划项目的投资与设备选用。这其中，根据国民经济发展情况与人民银行利率水平来确定贴现率等理论计算的具体参数。在此基础之上再研究和确定电网最优的网络接线方式、投资水平以及投资的时间按排，使电网供电能力、供电质量供电可靠性能够满足用户的用电需求，以低于社会边际电价的成本向客户提供优质的电能。
城网规划除了要满足上述几个目标外，还要与城市规划相协调，满足城市整体发展的需要。对于城网规划对象应从地域、行业、时间上进行分类与分析。根据目前经济发展状况，宜将城网规划对象分为三类：老城区、新城区、准城区。
老城区是市政规划成型区，负荷易掌握，市政府对其进行的市政规划工作仅为局部性的调整，供电企业可充分利用已有的各级电力网与设备做好供电工作。
新城区是老城区的拓展区，是各地在促进经济发展的过程中划出临近老城区的乡镇，市政府对其进行的市政规划工作是整体的调整，供电企业在些地区的规划工作受制于市政规划，可参照市政规划并在负荷预测的基础之上根据本市或国内外同类型地区的负荷特点做好规划工作及电网建设工作。
准城区是经济发达的乡镇，能够给供电企业带来巨大的负荷和用电量及效益，虽然可能未市政府列入市政规划，这也是供电企业所必须考虑的，可在负荷预测的基础之上根据本市或国内外同类型地区的负荷特点作好规划工作及电网建设工作。
行业不同往往用电特点也不同，因此行业分类在城网规划中也很重要。一般是根据其用途分为：住宅、商业、各类工业等。
同一用户在不同时间里用电量是不同的，在规划中要充分考虑到时这一点。 负荷预测是城网规划的基础，对确定规划的长、中、短期规模、具体项目、规划的质量起到关键作用。
负荷预测的方法有多种，各种方法有各自的特点、适用范围和局限性。为了提高负荷预测的准确性，可以建立多种预测方法的负荷预测模型，将每种预测方法编成软件，建立了预测方法库。在实际预测中，将收集到的各种经济预测数据、规划及历史数据，通过调用预测主库的手段，用多种方法进行预测，然后以预测误差最小为目标，根据宏观经济形势及经验取各种方法的权数，将多种预测结果加权取平均值，即所谓“组合预测”，这样可得到较准确的负荷预测成果。
为保证电网投资的效益与可操作性，城网规划应在现有负荷基础之上从市政规划入手，在规划过程中服务于市政规划。具体在操作过程中应对负荷预测做到分区、分业与分时预测相合。应研究不同行业在城市的具体位置、具体年份的负荷，使变电站、线路等供电设备的规划及建设满足负荷增长的需要。具体的做法是将总负荷进行时空分解，可以根据城市规划，建立时空地理模型，借助GIS的应用，将总负荷分解为分区负荷，并落实到城市的具体位置上。负荷的时空地理模型将用电客户的行业类型和数量作为位置的函数，而每个客户的电能消费量人为时间的函数。这样就从时间、空间、本体上把握住了负荷的变化，能够较准确地做好负荷预测工作。
由于向供电用户提供良好服务的可能，近几年来，各地对配电网投资加大，因此配电规划成为规划的主要内容，变电所布点也要充分考虑配电规划，因为合理的变电所布点可减少供电企业配电网的投资，从而从整体上降低电网建设投资
3、电网规划中的投资方式
电网规划中的投资方式有以下两种：由垄断性的电网公司进行的投资方式、基于市场驱动的投资方式。我国由于国情比较复杂、所以是两者的综合，但是改革的目标一定是以市场为导向的。具有垄断性的公司有国有特大型企业国家电网公司，南方电网公司等。我国当前的电力市场是一个不完备的市场。
二、市场条件下的电网规划方法
一个可行的电网规划方案必须能满足未来市场对电网容量的需求，保证电网运行的可靠性和质量，并且能安全和较快地回收投资成本。
电网规划主要面临的未知因素是未来电源规划和负荷变化。
电网规划方案进行经济评估的目的在于减少项目投资的资金风险和保证获得最大的投资回报。
电网要针对市场的需要进行合理的规划，消除网络的拥挤情况，为日益增长的电力交易提供足够的输电容量，并保证电网的可靠性。
三、解决电力市场下电网规划的先进控制算法
1、预测控制 由于在电力系统中负荷的不确定性，所以常常是需要进行负荷的预测的。但是以往的方法可能都不是很成熟、但是预测控制能起到比较好的效果、它的主要特点是不依赖于具体的模型是一种在线实时优化，滚动优化。
模型预测控制(MPC)是一类特殊的控制。它的当前控制动作是在每一个采样瞬间通过求解一个有限时域开环最优控制问题而获得。过程的当前状态作为最优控制问题的初始状态，解得的最优控制序列只实施第一个控制作用。这是它与那些使用预先计算控制律的算法的最大不同。本质上模型预测控制求解一个开环最优控制问题。它的思想与具体的模型无关，但是实现则与模型有关。
随着现代科学技术的进步和计算机技术的发展，工业过程日益走向大型化、连续化、复杂化，对工业生产过程控制的品质提出了更高的要求，控制与经济效益的矛盾日趋尖锐。很多系统具有高度的非线性、多变量耦合性、不确定性、信息不完全性和大时滞等特性，被控变量与控制变量存在着各种约束等，要想获得精确的数学模型十分困难，常规控制无法得到满意的控制效果。因此，对于过程控制系统的设计，已不能采用单一基于定量数学模型的传统控制理论和控制技术，必须研究先进的过程控制规律。先进控制的目标就是为了解决那些采用常规控制效果不佳，甚至无法解决的复杂工业过程控制问题。现代控制理论和人工智能几十年来的发展为先进控制技术奠定了应用理论基础，而控制计算机尤其是集散控制系统(DCS)的普及和提高，则为先进控制(APC)的应用提供了强有力的硬件和软件平台。总之，企业的需要、控制理论和计算机技术的发展是先进控制技术发展的强有力的推动力。
通过模型识别、优化算法、结构分析、参数整定和稳定性鲁棒性的研究解决和处理了许多常规控制效果不好甚至无法控制的复杂过程控制的问题，构成了一种基于模型控制的理论体系，先进控制技术包括软测量技术、内模控制、模型预测控制、预测函数控制、模糊控制、神经网络、专家控制等。本文重点论述模型预测控制的方法和应用。
2、粒子群算法
粒子群算法，也称粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization），缩写为 PSO， 是近年来发展起来的一种新的进化算法(Evolutionary Algorithm - EA)。PSO 算法属于进化算法的一种，和模拟退火算法相似，它也是从随机解出发，通过迭代寻找最优解，它也是通过适应度来评价解的品质，但它比遗传算法规则更为简单，它没有遗传算法的“交叉”(Crossover) 和“变异”(Mutation) 操作，它通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优。这种算法以其实现容易、精度高、收敛快等优点引起了学术界的重视，并且在解决实际问题中展示了其优越性。粒子群算法是一种并行算法。
3、遗传算法
遗传算法（Genetic Algorithm）是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。遗传算法是从代表问题可能潜在的解集的一个种群（population）开始的，而一个种群则由经过基因（gene）编码的一定数目的个体(individual)组成。每个个体实际上是染色体(chromosome)带有特征的实体。染色体作为遗传物质的主要载体，即多个基因的集合，其内部表现（即基因型）是某种基因组合，它决定了个体的形状的外部表现，如黑头发的特征是由染色体中控制这一特征的某种基因组合决定的。因此，在一开始需要实现从表现型到基因型的映射即编码工作。由于仿照基因编码的工作很复杂，我们往往进行简化，如二进制编码，初代种群产生之后，
按照适者生存和优胜劣汰的原理，逐代（generation）演化产生出越来越好的近似解，在每一代，根据问题域中个体的适应度（fitness）大小选择（selection）个体，并借助于自然遗传学的遗传算子（genetic operators）进行组合交叉（crossover）和变异（mutation），产生出代表新的解集的种群。这个过程将导致种群像自然进化一样的后生代种群比前代更加适应于环境，末代种群中的最优个体经过解码（decoding），可以作为问题近似最优解。
四、电力系统智能控制（智能电网）的优越性 智能电网就是电网的智能化（智电电力），也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
与现有电网相比，智能电网体现出电力流、信息流和业务流高度融合的显著特点，其先进性和优势主要表现在：
（1）具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系，能够抵御各类外部干扰和攻击，能够适应大规模清洁能源和可再生能源的接入，电网的坚强性得到巩固和提升。
（2）信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合，可获取电网的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障。故障发生时，电网可以快速隔离故障，实现自我恢复，从而避免大面积停电的发生。
（3）柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、电力储能、配电自动化等技术的广泛应用，使电网运行控制更加灵活、经济，并能适应大量分布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的接入。
（4）通信、信息和现代管理技术的综合运用，将大大提高电力设备使用效率，降低电能损耗，使电网运行更加经济和高效。
（5）实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。
（6）建立双向互动的服务模式，用户可以实时了解供电能力、电能质量、电价状况和停电信息，合理安排电器使用；电力企业可以获取用户的详细用电信息，为其提供更多的增值服务。
五、本课程的学习心得体会
首先我选择这门课的原因是因为它是一门选修课，既然是一门选修课那就应该做到选修。抱着学习的心态，扩大自己知识面的心态，我选择了这门课。当前是一个经济社会、所有的东西都应该跟经济相关。电力作为一种特殊的商品，它既有普通商品的属性，又有别于别的一般商品，我的理解是它是一种可选择的刚性产品，因为电力无论是在哪个行业都是必须的，所以研究电力市场具有重要的意义。
其次，在课程的学习当中，我明白了一些经济学原理，这是以前没有接触过的。总结起来大概就是经济学基本原理：成本、价格、边际成本、需求曲线、市场竞争、竞价上网、运筹学在经济学中的应用等等。
最后，感谢黄老师的教诲。虽然我们有时不去上课，但是老师对我们很宽容，更让人敬佩的是老师负责任的态度。虽然课程的内容多，但是老师都有坚持讲完。这对丰富我们的知识面起到了一个很重要的作用。