购电价格实时分析系统.docx

购电价格实时分析系统
技术白皮书

四川启明星银海科技有限公司
2009年07月
前　言
概况：
系统主要功能是为了实现发电节能效率最大化、购电成本最低化。系统针对计划发电数据、实时出力、采集电量和结算电量等数据，结合合同电价、临时交易电价实时分析电网购电成本变化趋势。对于临时增加的发用电计划，通过计算分析，在保证电网系统安全、可靠的运行前提下，得出最佳的发购电分配组合，以达到经济效益最大化的要求。

客户价值：
系统可以在如下方面给客户带来价值：
ü 相关人员可以利用该系统精确实时掌握全网购电成本的变化趋势，尤其是系统边际成本的变化趋势，提高了对跨省区电力电量交易经济性的控制把握能力；
ü 在满足系统负荷需求和保障电网安全稳定的前提条件下实现了对电网购电成本的实时分析和优化的目标；
ü 减轻电网调度运行人员的劳动强度，提高了工作效率，保障了电网的经济性和安全性；
ü 提高电网经济调度的数据挖掘与分析水平。

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目 录

1. 产品概述 4
1.1. 现状和需求 4
1.2. 系统功能介绍 4
2. 产品主要技术特点 18
2.1. 系统特点 18
2.2. 总体性能指标 19
3. 系统部署和配置 20
3.1. 部署运行环境 20
4. 经济和社会效益分析 21
5. 成功案例 22

1. 产品概述
1.1. 现状和需求
电网公司作为一个公司化运作的经济实体，公司也必须将不断降低购电成本，提高公司效益作为公司的一个主要经营目标。对于调度机构而言，在保证系统安全稳定运行，满足“三公”调度目标的基础上，如何优化机组负荷分配，采用经济合理的跨省区购售电交易策略是降低公司购电成本，提高经济效益的重要内容。
长期以来，调度运行人员缺乏有效的工具对电网的购电成本变化情况进行快速准确的分析，对跨省区电力电量交易的经济性评价往往也只能事后才能准确获得，影响了电力电量交易的灵活性和时效性。实时分析电网购电成本，预测其中、短期变化趋势已经成为必须尽快解决的课题。
传统的调度模式下，电网调度运行人员主要依据对系统的了解，凭借个人经验或调度控制软件对机组出力进行安排和控制，主要的约束是电网安全，缺乏对购电成本的控制和电网经济运行的考虑。
随着调度自动化的逐步发展，各种系统积累了大量历史数据，如何对这些系统提供历史和实时数据进行深入的加工和利用，在确保电网安全运行的情况下，对临时购售电计划进行经济性评估，提高调度运行人员的经济调度决策水平，降低工作强度，方便各级领导实时了解系统的购电成本及变化趋势提高公司现代化管理水平，成为了开发这套系统的首要工作目标。
1.2. 系统功能介绍
1.2.1. 功能概述
购电价格实时分析系统，在考虑电网安全稳定运行约束条件的前提下，综合节能减排发电调度原则和当前电力市场环境，提出了在节能调度排序方式下以电网公司实时购电成本最小为目标的综合决策模型，实现了：
历史购电费用查询：按照时间（年/月）、发电集团、电厂、发电类型、峰谷时段和丰枯季节等不同的维度组合，实现购电量/购电均价的查询和对比。
实时购电价格计算：实时购电价格计算依据当天的发电计划和超短期负荷预测结果，预测当天未来的发电出力和均价变化趋势，从而得出实时的购电量、购电均价和煤耗等数据。同时，按照节能发电调度的机组出力分配原则，计算出全网负荷不同变化量的机组出力分配情况和对全网购电价格影响，并核算负荷变化所引起的系统边际购电成本的变化。
购售电经济性分析：购售电经济性分析根据模拟跨省区电力电量交易（对应省内发电出力与电价的变化），根据节能发电调度的机组出力分配原则，分析交易可能导致的公司购电成本的变化，评价交易的经济性。
1.2.2. 系统功能架构
系统包括五个大的功能模块：数据接入、购电成本计算、分析及模拟、综合分析、系统管理等，每个功能模块又包括若干个多级子模块。如下图所示：

图（1）：系统功能架构图
1.2.3. 数据交互流程

图（2）：数据交互流程图
根据数据流向，系统可分为四个层面：
数据接入层：接入实时购电价格计算分析所需的各种计划、出力、电量、频率等数据，系统需要管理的合同和价格数据；
计算层：用于计算计划购电成本、实时购电成本、结算购电成本；
模拟层：带入目标函数，用来计算赢得值和系统边际数据；
统计分析层：采用商业智能技术，对计算的结果数据进行商业智能统计分析和报表。
1.2.4. 计算分析流程
1.2.4.1. 计划购电成本

图（3）：计划购电成本计算流程
1.2.4.2. 实时购电成本

图（4）：实时购电成本计算流程
1.2.4.3. 结算购电成本

图（5）：结算购电成本计算流程
1.2.4.4. 跨网购售电分析

图（6）：跨网购售电分析计算流程
1.2.5. 主要业务功能
1.2.5.1. 数据接入
1.2.5.1.1. 机组发电计划接入
Ø 发电厂各机组总发电计划曲线；
Ø 发电厂发电计划曲线，包含合同曲线、置换曲线、竞价曲线、直供曲线；
Ø 水电站采用站端汇总计划曲线，不分机组；
Ø 火电厂没有机组发电曲线的采用厂级总计划曲线；
Ø 不能提供定点置换曲线的，将定点置换曲线汇总如合同曲线，直接在合同分量中抵扣；
Ø 不能提供直供曲线对方单位的，将定点置换曲线汇总如合同曲线，直接在合同分量中抵扣。
1.2.5.1.2. 联络线计划接入
Ø 联络线各逻辑关口输送电能计划数据；
Ø 通过联络线输送的各单位电能计划分量，包括对方单位；
Ø 联络线网损在购售电合同中管理，此处计划因根据合同内容决定是否包含网损电量。
1.2.5.1.3. 机组实时发电出力接入
Ø 从电能量管理系统（EMS）中获取：机组出力、关口采集点的功率数据，并以时间序列的形式存储到系统数据库中。系统每分钟保存一次各采集点的数据，每个采集点每天保存1440点数据；
Ø 从EMS获取的机组及关口采集点功率数据能够对机组及线路状态进行分析，是网络安全校核所需的重要数据输入来源。
1.2.5.1.4. 机组发电量接入
Ø 从电能量计量系统中获取:机组出力、关口采集点的电量数据，并以时间序列的形式存储到系统数据库中。每分钟采集一次数据，每天保存1440点数据；
Ø 从电能量计量系统获取的机组及关口采集点电量数据主要作为电量考核的重要输入数据，同时能够和功率积分值进行比较，能够初步计算综合厂用电率，功率积分和电量的差异。
1.2.5.1.5. 联络线输送电量接入
Ø 从电能计量系统中获取联络线各关口的电量数据，并以时间序列的形式存储到系统数据库中；
1.2.5.1.6. 结算电量接入
Ø 各结算单位月结抄表电量、实际电量、超发电量、欠发电量、合同电量、置换电量、竞价电量、外送电量、直供电量。
1.2.5.2. 购电陈本计算分析
1.2.5.2.1. 计划购电成本计算
计划购电成本计算主要根据次一日发电计划曲线，结合合同对全网购电费用、全网购电均价进行计算，计算结果作为经济调度和临时购售电参考。
1.2.5.2.2. 实时购电成本计算
实时购电成本计算和计划购电成本计算的流程基本一致，主要区别在于：
数据来源不是来自计划管理系统中的计划数据，而是直接采用EMS的电力积分数据和TMR中的实时采集电量数据；
1.2.5.2.3. 结算购电成本计算
结算购电成本计算主要根据结算单上的各项电量数据，结合购电价格对全网购电费用、全网购电均价进行计算。
结算购电成本作为最终结算依据，相对计划和实时购电均价计算属于逐步求精的过程，并能够通过比较计划购电成本、实时购电成本，获取实时计算的购电成本与最终购电成本的差异，作为决策电价的修正依据。
1.2.5.2.4. 联络线购售电成本计算
联络线本身不需要计算购电成本，即使计算，也可以参考购发电厂成本的公式，将联络线虚拟成为一个发电厂进行计算。
对联络线购售电成本的计算主要是考虑联络线受送电量对全系统购电成本和购电均价的变化，并对两者的成本进行比较，以获取跨网购售电赢得值。
可以将联络线购售电成本计算分解成为两个子问题来解决：将联络线送入作为发电厂考虑，但是相对于发电厂计算，需要额外考虑：
需要考虑网损承担方的额外送出电量；
需要考虑电价是否含税。
对于因为联络线购售电导致的购电成本变化，可以分析及模拟中的增减负荷分析来求解。
将计算出跨网购电成本和模拟的增减负荷导致网内购电成本比较，即得到联络线赢得值。
1.2.5.3. 数据查询
1.2.5.3.1. 历史购电情况查询
历史购电情况查询模块通过“全网汇总”、“按集团查询”、“按电厂查询（年度数据查询、分月数据查询）”、“按丰枯季节查询”、“按峰谷时段查询”等五个功能子模块实现了对四川电网历史购电电量、购电费用数据的计算、统计、分析、查询和显示等功能。
1.2.5.3.2. 按集团查询
按集团查询子模块包括：“全网各集团合同电量/购电均价明细”、“全网各集团合同电量曲线”、“全网各集团购电均价曲线”。
按集团查询通过分年度的方式分类显示了四川电网中各个发电集团水电、火电的合同电量和购电均价。
1.2.5.3.3. 按电厂查询
进入按电厂查询子模块后，可以选择全网多个电厂进行比较分析，包括“电厂购电量/购电均价明细”、“电厂合同电量对比曲线”、“电厂购电均价对比曲线”。同时，还可以按不同时间维度（年度数据、月度数据）的方式进行查询。
1.2.5.3.4. 按丰枯季节查询
按丰枯季节查询子模块包括：“全网（丰水期、枯水期、平水期）合同电量/购电均价明细”、“全网（丰水期、枯水期、平水期）合同电量及购电均价曲线”、“全网丰枯季节合同电量水火电分类曲线”、“全网丰枯季节购电均价水火电分类曲线”。
按丰枯季节查询通过分年度的方式整体或分类显示了四川电网丰水期、枯水期、平水期的合同电量、购电均价和电量占比。
1.2.5.3.5. 按峰谷时段查询
按峰谷时段查询子模块包括：“全网（峰段、谷段、平段）合同电量/购电均价明细”、“全网（峰段、谷段、平段）合同电量及购电均价曲线”、“全网峰谷时段合同电量水火电分类曲线”、“全网峰谷时段购电均价水火电分类曲线”。
按峰谷时段查询通过某年度分月查询的方式整体或分类显示了四川电网峰段、谷段、平段的合同电量、购电均价和电量占比。
1.2.5.4. 购售电经济性分析
在购售电经济性分析（跨省区电力电量传输经济性评估）前，需要根据96个时间点（每15分钟刷新一次），在未发生的任意时间点输入模拟购售电负荷曲线、联络线网损因子以及联络线对应该时间点的交易电价。
同时，根据“实时电价计算”模块中得到的负荷预测结果为基础，将输入的购售电交易负荷，依照节能发电调度排序原则并根据已发生和未发生时间点的电网负荷情况，满足电网实时经济安全约束条件，对电网当天各个时间点的发电计划进行实时分解（分配到各个水电厂或火电机组），重新计算得到系统各电厂或机组在每一时间点新的出力计划，汇总后得到全网、水电、火电的实时购电均价和动态的电价曲线，以及平均煤耗和全网边际电价。
其中，如果是减小负荷（表示要从联络线上购入电），需要考虑网损因子。实际减少的负荷＝输入的购售电交易负荷－（输入的购售电交易负荷×网损因子）。
购售电经济性分析结果确认后，系统将模拟负荷累加到计划中，并重新对全网进行实时电价计算的操作。
1.2.6. 系统界面展示

图（7）：实时购电均价及能耗水平（每5分钟刷新）

图（8）：购售电经济性分析（跨网交易分析）

图（9）：不同电厂的合同电量及均价

图（10）：模拟用电在-500到+500MW变化导致的边际电价变化

图（11）：模拟用电增减导致的均价及边际电价变化趋势

图（12）：不同集团的合同电量及均价

图（13）：丰枯季节电量占比及均价

图（14）：分时段电量占比及均价

图（15）：分水火电价分类比较

图（16）：分时段电价分类比较
2. 产品主要技术特点
2.1. 系统特点
ü 实现了实时经济调度的多目标优化，突出了电网购电成本与节能减排的社会经济双重效益；
ü 为调度运行人员进行电网实时购电及其未来变化趋势预测提供了综合信息管理与辅助决策分析的工具；
ü 整合了现有系统的运行数据，实现了数据的自动接入和免维护功能，避免了信息孤岛和系统的重复投资建设；
ü 集成了超短期电网负荷预测，实现了超短期机组出力计划预测和滚动修正；
ü 实现了多种原则模式下机组负荷分配，包括：节能发电调度、购电成本最低、电力市场等；
ü 提高了电网经济调度中数据挖掘与分析的水平，完成了对调度自动化系统软件的自主创新；
2.2. 总体性能指标
系统的总体性能指标包括可靠性、易用性（用户界面）、集成性、可维护性、可扩展性、可管理性、软件时间效率和安全性等，具体如下：
可靠性：能屏蔽用户操作错误，输入数据时能进行有效性检查；具有失效恢复能力及容错性，故障可追溯；操作权限控制安全可靠，不易非法侵入；提供运行日志管理及审计功能；系统运行稳定，操作错误不会导致死机或系统异常退出现象；具备数据备份及数据恢复能力，数据安全可靠，不丢失。
易用性（用户界面）：易安装；易学习性和理解性；软件具有可配置能力，如显示界面、显示格式、报表格式等可以调整；用户界面友好、界面风格保持一致；提供联机帮助，软件操作方便；各种提示信息准确，术语规范；友好的图形用户界面和多语种支持。
集成性：支持节能调度各功能模块间的数据共享；节能调度系统各功能模块数据的一致性；支持与电子商务及其他业务系统的数据集成；提供门户支持界面的集成。
可维护性：易分析，软件具有自我诊断与查错能力；易修改，当软件出现故障或环境变化时，修改软件的容易；升级维护方便。
可扩展性：用户可定制界面；可进行系统功能扩充；提供二次开发接口。
可管理性：提供组件和业务构件的部署图形化管理；提供图形化的组织、用户和角色及权限管理；提供可视化的流程定义、配置和管理。
实时性：局域网上系统响应时间≤3秒、低速线路（拨号方式）连接的广域网上系统响应时间≤15秒、64K以上速率线路连接的广域网上系统响应时间≤10秒；平均无故障时间≥5000小时。
安全性：结合国家保密、机要、公安和安全部门对安全保密的有关法规要求，充分考虑电力行业系统的安全级别和应用安全性的特殊需要，实现系统在物理安全、网络安全、应用安全、系统安全和安全管理等层面上的安全支撑。
3. 系统部署和配置
3.1. 部署运行环境
3.1.1. 系统部署
系统部署在现有节能调度技术支持系统服务器上，利用节能调度系统中的数据库服务器、接口服务器、报表服务器、计划工作站、调度工作站。如下图所示：

基础信息：直接利用节能调度技术支持系统的基础信息数据库。
数据库：利用节能调度技术支持系统的数据库，用于保存接入的出力数据、电量数据、系统频率，计算结果等信息。
数据仓库：利用节能调度技术支持系统的数据库作为仓库存储介质。
接口服务器：用来采集数据的接口程序部署在节能调度技术支持系统接口服务器。
应用服务器：应用程序部署在节能调度技术支持系统应用服务器。
报表服务器：报表产生程序和产生的报表部署在节能调度技术支持系统报表服务器。
客户端：操作人员直接通过计划工作站和调度工作站访问应用服务器和报表服务器。
3.1.2. 数据库服务器
CPU主频3.0 GHz以上，内存4以上，硬盘1TB以上，1000M以太网适配器；
操作系统：Windows Server 2003
数据库：Microsoft SQL Server 2000
3.1.3. 报表服务器
CPU主频3.0 GHz以上，内存4G以上，硬盘500GB以上，1000M以太网适配器。
操作系统：Windows Server 2003
报表服务器：Cognos 8.1
4. 经济和社会效益分析
系统投运以来发挥了预期的作用，创造了的经济和社会效益主要体现在：
系统在满足系统负荷需求和保障电网安全稳定的前提条件下实现了对电网购电成本的实时分析和优化的目标。系统采用B/S模式，通过网页访问，操作简便直观，作为各级领导和调度运行管理人员的辅助决策工具，系统通过建立科学可行的经济优化调度模型，全面、准确、及时地分析购电成本及变化趋势，信息及时和准确，提高了公司的科学化、精细化管理水平。
利用该系统的购售电交易计划经济性分析功能，调度中心技术管理人员精确掌握全网购电成本的变化趋势，尤其是系统边际成本的变化趋势，提高了对跨省区电力电量交易经济性的控制把握能力。运行人员据此于区外电网展开电力电量交易，可以最大限度保证公司的利益。系统试运行期间，调度中心累计开展45次临时电力电量交易，完成交易总量10亿KWh，取得直接经济效益6000万元，大大高于项目的投资水平。
有效地整合了四川省电力公司调度中心现有的各个生产运营系统平台，实现了运行数据的自动接入。通过与电能量管理系统、电能量计量系统、节能调度技术支持系统等平台的统一数据接口，实现了系统的免维护功能。系统充分整合了其他系统的数据并进行深入的分析和加工，较大程度上消除了信息孤岛，并最大限度地避免了系统的重复投资建设。
在很大程度上减轻了电网调度运行人员的劳动强度，提高了工作效率，保障了电网的经济性和安全性。该系统能在确保电网安全可靠的运行前提下，自动预测未来一段时间内机组的出力分配组合，实时的进行购售电经济性评估，并方便快速地展示给调度运行人员，从而使他们能够将有限的精力和时间专注于电网安全稳定运行方面，提高了调度运行人员对电网安全经济运行的决策水平。
提高了电网经济调度的数据挖掘与分析水平。历史购电情况查询功能在投入运行以来，保存了近年电网经济运行的相关重要数据，通过全网汇总、按集团查询、按电厂查询、按丰枯季节查询、按峰谷时段查询等精确到年、月度的数据查询手段，为电网运行管理人员在分析总结电网经济行为方面提供了有力的支撑平台。
系统是一套贴近电网实时经济调度生产实际的实用化系统，是电网调度运行人员进行实时购电的综合信息管理及辅助决策分析工具，以科学化、智能化的手段和技术，将运行系统中的海量数据和信息进行计算和分析，突出了降低购电成本和确保电网安全的社会经济双重效益，在保证电网安全稳定运行的同时，为电网实时经济运行提供了有效的信息决策，成为调度运行人员提高实时经济调度水平的重要技术支撑工具。系统还为各级领导实时掌握电网实时的经济运行情况提供了方便快捷的技术手段，提高了工作质量和效率。
5. 成功案例
该系统目前已经在四川省电力公司调度中心运行，并获得四川省电力公司科技项目二等奖。