本發(fā)明涉及一種基于量?jī)r(jià)空間約束的購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析方法。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)期以來(lái)，電網(wǎng)企業(yè)在資源配置方面，無(wú)論是“廠網(wǎng)分開”前或“廠網(wǎng)分開”后，由于多種原因，按市場(chǎng)運(yùn)作的電力電量部分占全部購(gòu)電量的比例很小，沒有形成用市場(chǎng)手段配置資源的局面，因此發(fā)電計(jì)劃未能達(dá)到優(yōu)化購(gòu)電結(jié)構(gòu)、降低購(gòu)電成本的目標(biāo)。

電力企業(yè)購(gòu)電業(yè)務(wù)主要包括年度計(jì)劃制定和下達(dá)、購(gòu)電合同簽訂和備案、月度購(gòu)電計(jì)劃編制與執(zhí)行、購(gòu)電量交易和調(diào)度、購(gòu)電量結(jié)算、購(gòu)電價(jià)管理、購(gòu)電費(fèi)支付等環(huán)節(jié)。以省級(jí)電網(wǎng)公司為例，購(gòu)電成分有省外短期購(gòu)電、省外長(zhǎng)期購(gòu)電、省內(nèi)火電(低電價(jià)機(jī)組、中電價(jià)機(jī)組、高電價(jià)機(jī)組)、水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能和其它購(gòu)電，從當(dāng)前各省公司不同購(gòu)電成分看，各省公司省內(nèi)火電購(gòu)電價(jià)與總體均價(jià)趨勢(shì)吻合，電價(jià)水平略高于總體均價(jià)；省外長(zhǎng)期購(gòu)電電價(jià)波幅小、穩(wěn)定性好；省外短期購(gòu)電價(jià)通常較高；一般水電大省的水電購(gòu)電價(jià)低于總體電價(jià)水平，每年7月、8月、9月、10月份豐水期電價(jià)波動(dòng)趨勢(shì)特征明顯；以風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源為主的省內(nèi)其它購(gòu)電成分電價(jià)水平遠(yuǎn)高于總均價(jià)。

在目前的電力市場(chǎng)環(huán)境中，銷售側(cè)分類電價(jià)在一定時(shí)期內(nèi)的是固定的，電網(wǎng)企業(yè)作為市場(chǎng)中的購(gòu)電商，要實(shí)現(xiàn)其利益最大，主要目標(biāo)就是找到一個(gè)最優(yōu)的市場(chǎng)購(gòu)電方案，即希望在保證系統(tǒng)安全與穩(wěn)定運(yùn)行、滿足用戶側(cè)需求的條件下，從各發(fā)電主體購(gòu)得的電力總費(fèi)用即購(gòu)電成本最小。在市場(chǎng)條件下，電網(wǎng)企業(yè)作為市場(chǎng)主體，從公司自身角度出發(fā)，其購(gòu)電優(yōu)化的原則即首先滿足其最大化經(jīng)濟(jì)利益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于量?jī)r(jià)空間約束的購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析方法，能夠有效解決如何明晰購(gòu)電業(yè)務(wù)降本增效的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于量?jī)r(jià)空間約束的購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析方法，依次包括以下步驟：

步驟一：將購(gòu)電成分分為公司省外短期購(gòu)電、省外長(zhǎng)期購(gòu)電、省內(nèi)火電(低電價(jià)機(jī)組、中電價(jià)機(jī)組、高電價(jià)機(jī)組)、水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能和其他購(gòu)電，可優(yōu)化購(gòu)電成分為省外短期購(gòu)電、省外長(zhǎng)期購(gòu)電、省內(nèi)火電(低電價(jià)機(jī)組、中電價(jià)機(jī)組、高電價(jià)機(jī)組)，采集并錄入電網(wǎng)公司可優(yōu)化購(gòu)電成分i第m月購(gòu)電量完成值、省外短期購(gòu)電費(fèi)完成值、各火電機(jī)組購(gòu)電量和購(gòu)電單價(jià)、省外購(gòu)電量月度最大值數(shù)據(jù)信息；

步驟二：根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息計(jì)算購(gòu)電成分i年度購(gòu)電均價(jià)，確定低電價(jià)機(jī)組、中電價(jià)機(jī)組和高電價(jià)機(jī)組的分界點(diǎn)、購(gòu)電均價(jià)和購(gòu)電量；

步驟三：計(jì)算可優(yōu)化購(gòu)電量∑q，通道容量允許最大年度省外購(gòu)電量h、省內(nèi)火電購(gòu)電成分i購(gòu)電量?jī)?yōu)化值滿足監(jiān)管要求的上下限；

步驟四：建立購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析模型，包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

步驟五：計(jì)算量?jī)r(jià)空間約束值，按照判斷條件選擇相應(yīng)的優(yōu)化規(guī)則，重新分配購(gòu)電量，得出優(yōu)化后的購(gòu)電結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，步驟二具體為：

計(jì)算購(gòu)電成分i購(gòu)電量當(dāng)年完成值qi：

式中qi,m為購(gòu)電成分i第m月購(gòu)電量完成值，i＝1代表省外短期購(gòu)電，i＝2代表省外長(zhǎng)期購(gòu)電；

計(jì)算購(gòu)電成分i年度購(gòu)電均價(jià)pi：

式中ci為購(gòu)電成分購(gòu)電費(fèi)當(dāng)年完成值；

以樣本數(shù)占比a及以下、b及以下、b以上為分界點(diǎn)，確定分界點(diǎn)l1、l2，區(qū)分低電價(jià)機(jī)組、中電價(jià)機(jī)組和高電價(jià)機(jī)組；將各購(gòu)電機(jī)組按照購(gòu)電價(jià)當(dāng)月均值由小到大排序，則：

l1＝p(n＝[an])(3)

l2＝p(n＝[(a+b)n])(4)

式中n為購(gòu)電機(jī)組臺(tái)數(shù)，p(n)為購(gòu)電機(jī)組序號(hào)與購(gòu)電價(jià)當(dāng)月均值構(gòu)成的離散型函數(shù)，[]為取整函數(shù)；

計(jì)算省內(nèi)低電價(jià)機(jī)組、中電價(jià)機(jī)組和高電價(jià)機(jī)組的購(gòu)電量、購(gòu)電均價(jià)：

式中，pmin為火電機(jī)組購(gòu)電價(jià)最小值，pmax為火電機(jī)組購(gòu)電價(jià)最大值，qi(p)為i類型火電機(jī)組購(gòu)電量與購(gòu)電價(jià)的離散函數(shù)，i＝3代表低電價(jià)機(jī)組，i＝4代表中電價(jià)機(jī)組，i＝5代表高電價(jià)機(jī)組。

優(yōu)選的，步驟三具體為：計(jì)算可優(yōu)化購(gòu)電量q：

計(jì)算通道容量所允許最大年度省外購(gòu)電量h：

h＝qmon,max×12×0.9(12)

式中qmon,max為當(dāng)年省外購(gòu)電量月度最大值；

計(jì)算省內(nèi)火電i類型購(gòu)電機(jī)組購(gòu)電量?jī)?yōu)化值滿足監(jiān)管要求下限qil和上限qih：

qil＝qi×(1-3％)i＝3,4,5(13)

qih＝qi×(1+3％)i＝3,4,5(14)

優(yōu)選的，步驟四具體為：

結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)：

式中，qi'為購(gòu)電成分i優(yōu)化后的購(gòu)電量；

結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的約束條件包括：

①模型假設(shè)條件：省外短期購(gòu)電最優(yōu)值為0；

省外短期購(gòu)電特指非計(jì)劃安排的臨時(shí)購(gòu)電，其占比小，通常在0.3％以下，且省外短期購(gòu)電電價(jià)往往遠(yuǎn)高于其它成分購(gòu)電電價(jià)，即

q1'＝0(16)

②電網(wǎng)約束條件：省外長(zhǎng)期購(gòu)電受通道容量限制；

為盡可能減少近年來(lái)新投運(yùn)跨區(qū)跨省電網(wǎng)項(xiàng)目對(duì)優(yōu)化空間高估的影響，優(yōu)化分析中，以省公司當(dāng)年月度最大省外購(gòu)電量作為通道容量所允許省外長(zhǎng)期購(gòu)電量最大，值h的計(jì)算依據(jù)，即

q2'≤h(17)

③政府監(jiān)管條件：同類機(jī)組購(gòu)售電合同完成進(jìn)度應(yīng)大致相當(dāng)，即

qil≤qi'≤qih(i＝3,4,5)(18)

④購(gòu)電量約束：優(yōu)化后購(gòu)電總量保持不變，即

優(yōu)選的，步驟五具體為：

假設(shè)b＝h+a，c＝q3h+q4l+q5l，d＝h+c，e＝h+q3h+q4h+q5l，量?jī)r(jià)空間約束值i1＝(p2-p3)(q-a)(q-b)，i2＝(p2-p3)(q-a)(q-c)，i3＝(p2-p3)(q-b)(q-d)，i4＝(p2-p4)(p2-p5)(q-c)(q-d)，i5＝(p2-p4)(p2-p5)(q-d)(q-e)，i5＝(q-e)(q-f)，則購(gòu)電優(yōu)化原則為：

①若i1≥0，q2'＝q-q3h-q4h-q5l；q3'＝q3h；q4'＝q4h；q5'＝q5l；

②若i2≤0，q2'＝0；q3'＝q-q4l-q5l；q4'＝q4l；q5'＝q5l；

③若i3≥0，q2'＝h；q3'＝q-h-q4l-q5l；q4'＝q4l；q5'＝q5l；

④若i4≤0，q2'＝q-q3h-q4l-q5l；q3'＝q3h；q4'＝q4l；q5'＝q5l；

反之，q2'＝0；q3'＝q3h；q4'＝q-q3h-q5l；q5'＝q5l；

⑤若i5≤0，q2'＝h；q3'＝q3h；q4'＝q-q3h-h-q5l；q5'＝q5l；

反之，q2'＝q-q3h-q4h-q5l；q3'＝q3h；q4'＝q4h；q5'＝q5l；

⑥若i6≤0，q2'＝h；q3'＝q3h；q4'＝q4h；q5'＝q-q3h-q4h-h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)建立在對(duì)電網(wǎng)公司購(gòu)電業(yè)務(wù)全面分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)匹配各專業(yè)明細(xì)電廠機(jī)組購(gòu)電量、價(jià)、費(fèi)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘方法，優(yōu)化購(gòu)電結(jié)構(gòu)。

(2)通過(guò)本方法對(duì)電網(wǎng)公司購(gòu)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，基于量?jī)r(jià)空間約束的購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，以購(gòu)電成本最小化為目標(biāo)函數(shù)，考慮政府監(jiān)管要求和電網(wǎng)約束條件，通過(guò)調(diào)減高電價(jià)成分購(gòu)電量，調(diào)增低電價(jià)成分購(gòu)電量，實(shí)現(xiàn)降本增效。

(3)本發(fā)明計(jì)算思路簡(jiǎn)單，計(jì)算過(guò)程可以通過(guò)excel等軟件實(shí)現(xiàn)，操作方便，適用于電網(wǎng)公司實(shí)際購(gòu)電業(yè)務(wù)，為公司運(yùn)營(yíng)決策提供參考。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述基于量?jī)r(jià)空間約束的購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型流程圖；

圖2為本發(fā)明所述購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析模型。

具體實(shí)施方式

參閱圖1為本發(fā)明一種基于量?jī)r(jià)空間約束的購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析方法的實(shí)施例，一種基于量?jī)r(jià)空間約束的購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析方法，依次包括以下步驟：

步驟一：將購(gòu)電成分分為如圖2所示的結(jié)構(gòu)，采集并錄入電網(wǎng)公司可優(yōu)化購(gòu)電成分i第m月購(gòu)電量完成值、省外短期購(gòu)電費(fèi)完成值、各火電機(jī)組購(gòu)電量和購(gòu)電單價(jià)、省外購(gòu)電量月度最大值數(shù)據(jù)信息；

步驟二：根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息計(jì)算購(gòu)電成分i年度購(gòu)電均價(jià)，確定低電價(jià)機(jī)組、中電價(jià)機(jī)組和高電價(jià)機(jī)組的分界點(diǎn)、購(gòu)電均價(jià)和購(gòu)電量；

計(jì)算購(gòu)電成分i購(gòu)電量當(dāng)年完成值qi：

式中qi,m為購(gòu)電成分i第m月購(gòu)電量完成值，i＝1代表省外短期購(gòu)電，i＝2代表省外長(zhǎng)期購(gòu)電。

計(jì)算購(gòu)電成分i年度購(gòu)電均價(jià)pi：

式中ci為購(gòu)電成分購(gòu)電費(fèi)當(dāng)年完成值。

以省內(nèi)火電購(gòu)電機(jī)組年度內(nèi)月度購(gòu)電均價(jià)為樣本，以樣本數(shù)12.5％及以下、62.5％及以下、62.5％以上為分界點(diǎn)，確定分界點(diǎn)l1、l2，區(qū)分低電價(jià)機(jī)組、中電價(jià)機(jī)組和高電價(jià)機(jī)組。將各購(gòu)電機(jī)組按照購(gòu)電價(jià)當(dāng)月均值由小到大排序，則：

式中n為購(gòu)電機(jī)組臺(tái)數(shù)，p(n)為購(gòu)電機(jī)組序號(hào)與購(gòu)電價(jià)當(dāng)月均值構(gòu)成的離散型函數(shù)，[]為取整函數(shù)。

計(jì)算省內(nèi)低電價(jià)機(jī)組、中電價(jià)機(jī)組和高電價(jià)機(jī)組的購(gòu)電量、購(gòu)電均價(jià)：

式中，pmin為火電機(jī)組購(gòu)電價(jià)最小值，pmax為火電機(jī)組購(gòu)電價(jià)最大值，qi(p)為i類型火電機(jī)組購(gòu)電量與購(gòu)電價(jià)的離散函數(shù)，i＝3代表低電價(jià)機(jī)組，i＝4代表中電價(jià)機(jī)組，i＝5代表高電價(jià)機(jī)組。

步驟三：計(jì)算可優(yōu)化購(gòu)電量∑q，通道容量允許最大年度省外購(gòu)電量h、省內(nèi)火電購(gòu)電成分i購(gòu)電量?jī)?yōu)化值滿足監(jiān)管要求的上下限；

計(jì)算可優(yōu)化購(gòu)電量q：

計(jì)算通道容量所允許最大年度省外購(gòu)電量h：

h＝qmon,max×12×0.9(12)

式中qmon,max為當(dāng)年省外購(gòu)電量月度最大值。

計(jì)算省內(nèi)火電i類型購(gòu)電機(jī)組購(gòu)電量?jī)?yōu)化值滿足監(jiān)管要求下限qil和上限qih：

qil＝qi×(1-3％)i＝3,4,5(13)

qih＝qi×(1+3％)i＝3,4,5(14)

步驟四：建立購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析模型；

式中，qi'為購(gòu)電成分i優(yōu)化后的購(gòu)電量。

步驟五：計(jì)算量?jī)r(jià)空間約束值，按照判斷條件選擇相應(yīng)的優(yōu)化規(guī)則，重新分配購(gòu)電量，得出優(yōu)化后的購(gòu)電結(jié)構(gòu)。

假設(shè)b＝h+a，c＝q3h+q4l+q5l，d＝h+c，e＝h+q3h+q4h+q5l，量?jī)r(jià)空間約束值i1＝(p2-p3)(q-a)(q-b)，i2＝(p2-p3)(q-a)(q-c)，i3＝(p2-p3)(q-b)(q-d)，i4＝(p2-p4)(p2-p5)(q-c)(q-d)，i5＝(p2-p4)(p2-p5)(q-d)(q-e)，i5＝(q-e)(q-f)，則購(gòu)電優(yōu)化原則為：

①若i1≥0，q2'＝q-q3h-q4h-q5l；q3'＝q3h；q4'＝q4h；q5'＝q5l；

②若i2≤0，q2'＝0；q3'＝q-q4l-q5l；q4'＝q4l；q5'＝q5l；

③若i3≥0，q2'＝h；q3'＝q-h-q4l-q5l；q4'＝q4l；q5'＝q5l；

④若i4≤0，q2'＝q-q3h-q4l-q5l；q3'＝q3h；q4'＝q4l；q5'＝q5l；

反之，q2'＝0；q3'＝q3h；q4'＝q-q3h-q5l；q5'＝q5l；

⑤若i5≤0，q2'＝h；q3'＝q3h；q4'＝q-q3h-h-q5l；q5'＝q5l；

反之，q2'＝q-q3h-q4h-q5l；q3'＝q3h；q4'＝q4h；q5'＝q5l；

⑥若i6≤0，q2'＝h；q3'＝q3h；q4'＝q4h；q5'＝q-q3h-q4h-h。

下面將結(jié)合應(yīng)用實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

采集a、b、c三省電網(wǎng)公司2015年度省外短期購(gòu)電、省外長(zhǎng)期購(gòu)電、省內(nèi)火電機(jī)組購(gòu)電數(shù)據(jù)信息，匯總計(jì)算得到各省購(gòu)電成分購(gòu)電價(jià)如表1、購(gòu)電量如表2所示。

表1各省購(gòu)電成分購(gòu)電價(jià)(單位：(元/兆瓦時(shí)))

表2各省購(gòu)電成分實(shí)際購(gòu)電量(單位：億千瓦時(shí))

a省電網(wǎng)公司量?jī)r(jià)空間約束值i6＜0，因此低電價(jià)機(jī)組、中電價(jià)機(jī)組和高電價(jià)機(jī)組購(gòu)電量均取上限值，剩余購(gòu)電量分配給省外長(zhǎng)期購(gòu)電，即

q2′＝h；q3′＝q3h；q4′＝q4h；q5′＝q-q3h-q4h-h

b省電網(wǎng)公司量?jī)r(jià)空間約束值i5＞0，因此最具電價(jià)優(yōu)勢(shì)的低、中電價(jià)機(jī)組購(gòu)電量取上限值，在滿足高電價(jià)機(jī)組購(gòu)電量取下限值的情況下，剩余所需購(gòu)電量全部分配給省外長(zhǎng)期購(gòu)電，即：

q2′＝q-q3h-q4h-q5l；q3′＝q3h；q4′＝q4h；q5′＝q5l

c省電網(wǎng)公司量?jī)r(jià)空間約束值i4＞0，最具電價(jià)優(yōu)勢(shì)的低電價(jià)機(jī)組購(gòu)電量取上限值，在滿足高電價(jià)機(jī)組購(gòu)電量取下限值的情況下，剩余所需購(gòu)電量全部分配給中電價(jià)機(jī)組。即：

q2′＝0；q3′＝q3h；q4′＝q-q3h-q5l；q5′＝q5l

根據(jù)上述優(yōu)化規(guī)則優(yōu)化購(gòu)電量，同時(shí)計(jì)算出實(shí)際與優(yōu)化的購(gòu)電費(fèi)和購(gòu)電均價(jià)，分析各省的購(gòu)電優(yōu)化空間，結(jié)果如表3所示。

表3購(gòu)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算表

從計(jì)算結(jié)果可以看出，優(yōu)化后2015年a省電網(wǎng)公司購(gòu)電均價(jià)可節(jié)約4.19元/兆瓦時(shí)，b省電網(wǎng)公司購(gòu)電均價(jià)可節(jié)約5.19元/兆瓦時(shí)，c省電網(wǎng)公司購(gòu)電均價(jià)優(yōu)化空間不大僅為0.33元/兆瓦時(shí)。今后電網(wǎng)公司在購(gòu)電過(guò)程中，可以采用調(diào)減高電價(jià)成分購(gòu)電量、調(diào)增低電價(jià)成分購(gòu)電量的手段實(shí)現(xiàn)降本增效。

以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的技術(shù)特征并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍之中。