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摘 要：本文以节能环保、经济、公平为目标，建立兼顾购电费用与能源节约的模糊双目标节能发电调度优化模型，并利用模糊多目标规划理论将该模型转化为单目标规划问题并对其进行求解。
关键词：节能发电调度；模式；优化
0 引言
目前我国电力工业电源结构调整的任务仍然非常艰巨。面对当前我国的能耗状况和环境问题，为加快建设资源节约型，环境友好型的社会，节能发电调度的开展势在必行。
本文根据节能发电调度原则，针对电网火电机组提出既考虑电网购电成本和机组发电煤耗消耗量最小的双目标模糊优化短期交易计划制定策略，建立多目标模糊优化模型，并进行了算例比较。结果表明所建模型使综合指标高的发电商在竞争时有明显优势。
1 节能发电调度对传统调度模式的影响
1.1节能发电调度模式的分析
节能发电调度适用于所有并网运行的发电机组，上网电价暂按国家现行管理办法执行。对符合国家有关规定的外商直接投资企业的发电机组，可继续执行现有购电合同，合同期满后，执行节能发电调度。而机组发电排序的序位表（以下简称排序表）是节能发电调度的主要依据。各省（区、市）的排序表由省级人民政府责成其发展改革委（经贸委）组织编制，并根据机组投产和实际运行情况及时调整。排序表的编制应公开、公平、公正，并对电力企业和社会公开，对存在重大分歧的可进行听证。在调度优先级上，各类发电机组按以下顺序确定序位：
1）无调节能力的风能、太阳能、海洋能、水能等可再生能源发电机组；
2）有调节能力的水能、生物质能、地热能等可再生能源发电机组和满足环保要求的垃圾发电机组；
3）核能发电机组；
4）按“以热定电”方式运行的燃煤热电联产机组，余热、余气、余压、煤矸石、洗中煤、煤层气等资源综合利用发电机组；
5）天然气、煤气化发电机组；
6）其他燃煤发电机组，包括未带热负荷的热电联产机组；
7）燃油发电机组。
1.2节能发电调度对传统调度模式的影响
电力行业落实节能减排有三大主要任务：改进发电调度方式、关停小火电机组和加大脱硫力度。其中，改进发电调度方式又是电力行业节能减排的主要环节。长期以来，中国电力调度存在一些问题，主要表现在不同能耗水平的机组在电力市场和发电调度中的“大锅饭”，这与历史上投资机制、供需形势、市场机制和运行管理机制有很大的关系。改进调度方式，不仅仅是技术上的电量平移，它将对投资政策、电价政策和企业生产经营稳定产生深刻影响，需要通过综合措施才能解决。改变调度方式的过程实际上是利益再分配的过程，与市场内相关各方的切身利益密切相关。
对于电力市场中的发电主体，火电机组在集中竞价的电力现货市场中，按机组报价进行发电排序，这一过程既给出了调度依据，又给出了系统边际电价，实现了市场的价格发现功能。节能调度是按煤耗排序，暂时仍按批复电价作为上网电价。在这种情况下，为保证各发电企业公平竞争及实时经济调度，其调度原则、方案应模型化。电力市场条件下的节能日发电计划模型应该是多目标优化模型。从电网公司的角度出发，短期交易计划可以改变原有的以购电成本最小的经济调度，在其基础上增加煤耗指标，变单目标优化调度为双目标优化调度，引入多目标优化决策的方法。
2 节能发电调度优化模型
与常规经济调度一样，节能调度也应包括两个过程：一是机组的组合排序过程。二是机组发电容量的实时调度过程。交易中心应尽量满足清洁能源机组的上网电量要求，交易价格按国家规定价格执行。在节能发电序表上各火电机组的上网电价和煤耗水平已经确定的前提下，建立双目标模型。
带模糊约束的模糊多目标决策模型可以表示为：
min （f1（x），f2（x），…，fm（x）） （1）
st. gi（x）≤0， i=1，2，…，p
hr（x）=0，r=1，2，…，q
其中x为n维决策列向量，min表示“尽可能使目标函数小”，fi（x）为目標函数，gi（x） 、hr（x）分别为约束条件函数。由于fi之间往往是相互制约甚至相互矛盾的，因此不一定能找到一个解x，使fi都可以达到最优，这正是多目标规划所反映的实际问题中的多目标决策的困难性与复杂性，所以人们提出关于最优解范畴的多种概念。
2.1模糊多目标规划方法
求解多目标决策问题的算法包括目的规划法、分层规划法、交互规划法以及模糊解法即隶属函数法，本章求解上述模型采用模糊数学中最大隶属度原则。对于多目标规划问题，就是在相同的约束条件下，追求多个目标优化的问题。对目标函数F（x）=[f1（x） f2（x） … fm（x）]T在约束条件下的模糊极小值求取方法步骤如下：
1）求出每一目标分量fi（x）的模糊子集，每个目标对应的隶属度函数为μ（fi（x）），i=1，2…；
2）用最大隶属度原则求x*，使x*在满足约束条件还满足：μ0（x*）=max[μ（f1（x））^μ（f2（x））^…^μ（fn（x））]， x？？
3）这样对于多目标最小化问题，引入模糊隶属度变量μ后，可化为单目标优化问题。
2.2 双目标节能发电调度模型（M1）
PGi（t）为机组i在时间段t的出力。式（2）为发电煤耗量函数，现阶段可认为机组能耗参数是固定的，与发电量呈线性变化关系。νi为机组i的能耗参数，即机组每兆瓦出力消耗煤耗所产生的费用。
式（3）为以各发电商实际报价结算全网购电费用最小目标函数。wi（PGi（t））为机组i在时间段t报价函数。本文设机组在交易周期采用报价曲线wi（PGi（t） ）=aiPGi（t）+bi。T为时段数（一般取24，48，96），M为系统中发电机组的台数。
式（4）和式（5）分别为有功功率平衡约束和机组出力约束；PD（t）为t时段电网的有功负荷，Prc（t）为t时段有功网损，PGimax与PGimin分别为i号机组出力约束上下限，假定已经考虑机组备用。模型只考虑的约束条件还不够完善，为简化模型，该模型并没有考虑机组启停等约束条件对调度的影响。
2.3 目标函数的模糊化
求解该模型采用模糊数学中最大隶属度原则。为确定等价模型，先确定各单目标函数的隶属函数。选择半直线形函数为它们的隶属函数，目标隶属函数用式（6）表示。
式（6）中x=[PG1 PG2 … PGm]T，c0i（i=1，2）分别为以购电费用最小单目标优化和煤耗量最小的目标值，δ0i为期望的最大目标节约，它可以通过c0i乘以反映目标弹性程度的βi来确定，c0i+δ0i表示目标最大可接受值，即（-∞，c0i+δ0i]为第i个目标函数值可接受的区间。
2.3 双目标模糊优化节能发电调度模型
将模型M1转化为满足两个目标及所有约束条件的隶属度即满意度 的最大化问题，通过式（6）将模型M1转化为双目标模糊优化模型M2：
本文设弹性系数βi为0.1，则δ0i即为0.1c0i。
由于假定机组在交易周期采用一次报价曲线，则购电成本目标函数为二次型，即式（3）等价为：
因此模型M2约束条件中的第一个不等式约束为二次不等式，为此采用逐步线性化方法求解。
因此，该不等式约束等价为：
模型M2成为线性规划问题如下：
用单纯形法求解该模型，求出最大满意度及最优负荷分配结果。
关键词：节能发电调度；模式；优化
0 引言
目前我国电力工业电源结构调整的任务仍然非常艰巨。面对当前我国的能耗状况和环境问题，为加快建设资源节约型，环境友好型的社会，节能发电调度的开展势在必行。
本文根据节能发电调度原则，针对电网火电机组提出既考虑电网购电成本和机组发电煤耗消耗量最小的双目标模糊优化短期交易计划制定策略，建立多目标模糊优化模型，并进行了算例比较。结果表明所建模型使综合指标高的发电商在竞争时有明显优势。
1 节能发电调度对传统调度模式的影响
1.1节能发电调度模式的分析
节能发电调度适用于所有并网运行的发电机组，上网电价暂按国家现行管理办法执行。对符合国家有关规定的外商直接投资企业的发电机组，可继续执行现有购电合同，合同期满后，执行节能发电调度。而机组发电排序的序位表（以下简称排序表）是节能发电调度的主要依据。各省（区、市）的排序表由省级人民政府责成其发展改革委（经贸委）组织编制，并根据机组投产和实际运行情况及时调整。排序表的编制应公开、公平、公正，并对电力企业和社会公开，对存在重大分歧的可进行听证。在调度优先级上，各类发电机组按以下顺序确定序位：
1）无调节能力的风能、太阳能、海洋能、水能等可再生能源发电机组；
2）有调节能力的水能、生物质能、地热能等可再生能源发电机组和满足环保要求的垃圾发电机组；
3）核能发电机组；
4）按“以热定电”方式运行的燃煤热电联产机组，余热、余气、余压、煤矸石、洗中煤、煤层气等资源综合利用发电机组；
5）天然气、煤气化发电机组；
6）其他燃煤发电机组，包括未带热负荷的热电联产机组；
7）燃油发电机组。
1.2节能发电调度对传统调度模式的影响
电力行业落实节能减排有三大主要任务：改进发电调度方式、关停小火电机组和加大脱硫力度。其中，改进发电调度方式又是电力行业节能减排的主要环节。长期以来，中国电力调度存在一些问题，主要表现在不同能耗水平的机组在电力市场和发电调度中的“大锅饭”，这与历史上投资机制、供需形势、市场机制和运行管理机制有很大的关系。改进调度方式，不仅仅是技术上的电量平移，它将对投资政策、电价政策和企业生产经营稳定产生深刻影响，需要通过综合措施才能解决。改变调度方式的过程实际上是利益再分配的过程，与市场内相关各方的切身利益密切相关。
对于电力市场中的发电主体，火电机组在集中竞价的电力现货市场中，按机组报价进行发电排序，这一过程既给出了调度依据，又给出了系统边际电价，实现了市场的价格发现功能。节能调度是按煤耗排序，暂时仍按批复电价作为上网电价。在这种情况下，为保证各发电企业公平竞争及实时经济调度，其调度原则、方案应模型化。电力市场条件下的节能日发电计划模型应该是多目标优化模型。从电网公司的角度出发，短期交易计划可以改变原有的以购电成本最小的经济调度，在其基础上增加煤耗指标，变单目标优化调度为双目标优化调度，引入多目标优化决策的方法。
2 节能发电调度优化模型
与常规经济调度一样，节能调度也应包括两个过程：一是机组的组合排序过程。二是机组发电容量的实时调度过程。交易中心应尽量满足清洁能源机组的上网电量要求，交易价格按国家规定价格执行。在节能发电序表上各火电机组的上网电价和煤耗水平已经确定的前提下，建立双目标模型。
带模糊约束的模糊多目标决策模型可以表示为：
min （f1（x），f2（x），…，fm（x）） （1）
st. gi（x）≤0， i=1，2，…，p
hr（x）=0，r=1，2，…，q
其中x为n维决策列向量，min表示“尽可能使目标函数小”，fi（x）为目標函数，gi（x） 、hr（x）分别为约束条件函数。由于fi之间往往是相互制约甚至相互矛盾的，因此不一定能找到一个解x，使fi都可以达到最优，这正是多目标规划所反映的实际问题中的多目标决策的困难性与复杂性，所以人们提出关于最优解范畴的多种概念。
2.1模糊多目标规划方法
求解多目标决策问题的算法包括目的规划法、分层规划法、交互规划法以及模糊解法即隶属函数法，本章求解上述模型采用模糊数学中最大隶属度原则。对于多目标规划问题，就是在相同的约束条件下，追求多个目标优化的问题。对目标函数F（x）=[f1（x） f2（x） … fm（x）]T在约束条件下的模糊极小值求取方法步骤如下：
1）求出每一目标分量fi（x）的模糊子集，每个目标对应的隶属度函数为μ（fi（x）），i=1，2…；
2）用最大隶属度原则求x*，使x*在满足约束条件还满足：μ0（x*）=max[μ（f1（x））^μ（f2（x））^…^μ（fn（x））]， x？？
3）这样对于多目标最小化问题，引入模糊隶属度变量μ后，可化为单目标优化问题。
2.2 双目标节能发电调度模型（M1）
PGi（t）为机组i在时间段t的出力。式（2）为发电煤耗量函数，现阶段可认为机组能耗参数是固定的，与发电量呈线性变化关系。νi为机组i的能耗参数，即机组每兆瓦出力消耗煤耗所产生的费用。
式（3）为以各发电商实际报价结算全网购电费用最小目标函数。wi（PGi（t））为机组i在时间段t报价函数。本文设机组在交易周期采用报价曲线wi（PGi（t） ）=aiPGi（t）+bi。T为时段数（一般取24，48，96），M为系统中发电机组的台数。
式（4）和式（5）分别为有功功率平衡约束和机组出力约束；PD（t）为t时段电网的有功负荷，Prc（t）为t时段有功网损，PGimax与PGimin分别为i号机组出力约束上下限，假定已经考虑机组备用。模型只考虑的约束条件还不够完善，为简化模型，该模型并没有考虑机组启停等约束条件对调度的影响。
2.3 目标函数的模糊化
求解该模型采用模糊数学中最大隶属度原则。为确定等价模型，先确定各单目标函数的隶属函数。选择半直线形函数为它们的隶属函数，目标隶属函数用式（6）表示。
式（6）中x=[PG1 PG2 … PGm]T，c0i（i=1，2）分别为以购电费用最小单目标优化和煤耗量最小的目标值，δ0i为期望的最大目标节约，它可以通过c0i乘以反映目标弹性程度的βi来确定，c0i+δ0i表示目标最大可接受值，即（-∞，c0i+δ0i]为第i个目标函数值可接受的区间。
2.3 双目标模糊优化节能发电调度模型
将模型M1转化为满足两个目标及所有约束条件的隶属度即满意度 的最大化问题，通过式（6）将模型M1转化为双目标模糊优化模型M2：
本文设弹性系数βi为0.1，则δ0i即为0.1c0i。
由于假定机组在交易周期采用一次报价曲线，则购电成本目标函数为二次型，即式（3）等价为：
因此模型M2约束条件中的第一个不等式约束为二次不等式，为此采用逐步线性化方法求解。
因此，该不等式约束等价为：
模型M2成为线性规划问题如下：
用单纯形法求解该模型，求出最大满意度及最优负荷分配结果。