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user: 3. 基于信息还原的理想调度评估方法 3.1. 评估理念 为精细化评估不同因素的作用效果，量化不同因素对于经济成本的影响程度，本文将以“信息还原”为核心评估理念，在理想调度评估过程中不断重构当时的场景边界，并对电网调度运行人员的决策思维方式进行模拟。评估理念详细介绍如下： 信息还原，是指依托于电网运行相关数据的全过程记录，在理想调度评估过程中，将边界数据还原到当时的实际决策时间断面上，而不能简单使用事后的电网实际运行数据。以实时调度为例，实施理想调度评估所依据的信息应还原到该时间断面上调度员进行决策所依据的系统状态与预测信息。若以事后的实际信息为评估依据，则会造成评估基准不一致，混淆评估结果。 在此过程中，还需要模拟调度运行人员的决策规则与思维模式，从调度运行人员的视角出发去构建最理想的评估框架，以确保评估目标与范围上的一致性。如，对实时调度工作的理想度进行评估时，调度员决策分析依据的是电网当前运行状态和近期的预测场景，因此在对评估其决策水平时，所提出的理想调度方案所遵循的决策规则与决策范围也应与之保持一致，而不应该简单地以“日”作为评估周期。 此外，为了分析不同外部因素对电网运行成本的影响，可对电网的运行场景进行虚拟的构造，以“单变量影响”为原则，构造出仅有单一外部因素起作用的新的运行场景，并通过对比该构造场景和实际场景的区别，量化分析该因素的影响程度。 3.2. 理想调度分析工具 机组组合(SCUC) [ 11 ] [ 12 ] 和经济调度(SCED) [ 13 ] - [ 17 ] 模型，是常见的调度计划优化工具，均可用于模拟电网的运行状态，以获得在给定目标下满足约束条件的最优调度计划方案。为了简化分析，本文以SCED模型 [ 14 ] 作为理想调度的评估模型。该模型以系统购电成本最低为优化目标，综合考虑了机组出力范围、机组爬坡能力、线路潮流限制、电力平衡、旋转备用水平、AGC备用水平等方面约束条件。限于文章篇幅，本文不对该数学模型展开描述。事实上，此模型将作为本文所提出理想调度方法的“模拟计算器”，可在不同运行场景与边界条件下调用，计算不同条件下的最优调度计划结果，从而为理想调度分析提供基础的比对信息。 3.3. 过程化理想调度评估模型 基于信息还原理念，对电网运行信息实施全过程记录之后，即可对实际执行过程中的运行场景进行“回溯再现”，从而能够在不同时间断面上量化分析电网调度运行过程中不同因素对于调度理想度的影响。基于此，本文提出了基于信息还原的过程化理想调度评估方法，其评估框架如图4所示。 与PJM的理想调度评估方法相比，本文所提出的评估方法将理想调度评估与实际的调度业务流程相结合，转化为以“周期性滚动+事件触发+前瞻回顾”为特征的过程化的评估模式。评估周期从一日细化到日内的多时段，时间粒度可以细化到一个实时调度时段，一般为5分钟。 首先，在每一个实时调度时段，先进行“前瞻式”的预决策评估。本文所提出的理想调度评估方法将自动读取当前电网运行的状态估计信息，构建电网运行模型，并读取电网未来一段时间的预测信息，所读取时间长度取决于调度工作对于“前瞻”能力的要求，一般为数个小时；从而构成了调度员实时调度决策所依据的完整信息集。据此，可以对调度员的实时调度决策进行基于SCED的理想调度评估，生成在预调度时间断面上的理想调度方案，记为“调度员理想调度方案”；并同时记录下调度员实际下发的运行计划，对此两个方案进行对比，即可对调度员决策水平的理想度进行精确的评估。 与此同时，在每一个实时调度时段，需要对过往一段时间电网的实际运行情况进行“回顾”，即进行“回顾式”的后评估；时间长度可以是一天、一个调度班次、也可以细化到数个时段；基于电网的实际运行数据构造“实际电网运行方案”计算电网实际的运行成本，并从事后评估的角度，以实际运行情况构造边界数据，调用SCED模型进行模拟计算，获取“实际理想调度方案”，该方案实际上就是PJM所生成的方案。通过比对以上两个方案，即可得到实际发生的电网运行整体的理想度偏差，该偏差事实上既包括了决策水平等内部因素，也包括了外部边界信息变化所引起的外部因素。 因此，为了准确分析每一类外部因素对于电网调度运行理想度的影响，需要进一步引入“事件触发”的理想调度评估机制；在电网的调度运行过程中，实时监视电网关键设备、状态变量的运行情况，一旦辨识出某个因素变化超过阈值，则启动评估流程。针对每一类因素构造一个单因素变化的电网运行边界数据，并调用SCED进行修正性的模拟计算，产生针对该因素的“构造理想调度方案”，将该方案与“调度员理想调度方案”比较，即可以准确分析该外部因素的变化对于电网调度运行的理想度所产生的影响，因为此时电网运行遵循一致的调度规则，且只有该因素本身产生了实质性的变化。当同时或相继辨识出多个外部因素触发事件时，以上过程需要重复进行。需要进一步说明的是，考虑到电网运行模型的复杂性与非线性，多因素相互影响的关系往往不是线性的，需要对非线性耦合的情况进行校准；校准对象是“实际电网运行方案”与“调度员理想调度方案”之间的差异，该差异即反映了所有外部因素共同作用下所造成的影响。 3.4. 基础数据与运行方案 为了更加清楚地描述以上评估框架，下面将对图4中所涉及的基础数据与运行方案进行定义。评估 图4. 理想调度评估框架 过程中所涉及的基础数据包括以下四类： 1) 电网运行实际数据，是对电网实际运行信息的记录，包括机组实际出力曲线、线路潮流、负荷曲线、风功率曲线等； 2) 电网运行预测数据，是对电网调度运行中预测信息的记录，包括负荷预测、风功率预测等，需要说明的是，依据信息还原的原则，对于预测数据的记录，应该记录决策时间点上的信息，即每一个调度决策时间点上，面向未来一个或几个时段的超短期预测信息； 3) 电网运行计划数据，是调度员在每个调度决策周期所制定并下达的调度计划，包括机组的发电计划、设备的运行计划等； 4) 电网运行构造数据，是根据理想调度评估需要所提取的边界数据，通过对比电网的实际运行状态与决策时的预测信息，找出发生变化的非决策因素，按照“单变量”原则重新构造理想调度SCED计算的边界数据，以分析非决策因素对电网运行的影响。 基于对上述基础数据的分析，可以计算得到五套运行方案： 1) 实际理想调度方案，从事后评估的角度，提取电网运行的实际边界数据，通过调用SCED模型进行模拟计算，获取最“理想”的运行方案，并计算此方案下电网最理想的运行成本，计为 ；此方案本质上即是PJM的理想调度方案； 2) 实际电网运行方案，提取电网的实际运行数据，包括机组实际的出力曲线、设备的运行状态、线路潮流曲线等，从而形成电网实际运行方案，并计算实际的运行成本，计为 ； 3) 调度员理想调度方案，提取电网在每一个调度时段做出决策的边界数据，包括当时电网的运行状态与此后的超短期预测信息，对一定的决策周期进行SCED优化计算，计算结果即为该决策时点上调度员所能决策出的最理想调度方案，同样可计算出该方案的运行成本，计为 ； 4) 实际下达调度方案，提取调度员所下达的调度计划数据，包括机组计划出力、设备的运行计划等，并计算线路潮流等状态变量，形成实际下达的调度方案，并计算该方案的运行成本，计为 ； 5) 构造理想运行方案，对比实际电网运行方案与调度员理想调度方案的边界数据，辨识出发生了变化的外部因素；基于每一个外部因素对调度员理想调度方案的边界数据进行重构，并调用SCED模型进行优化计算，以获得第j项发生变化的非决策变量所对应的构造场景下的理想调度方案，并计算该方案的运行成本，计为 。 通过对上述五套运行方案运行成本的对比分析，即可对电网调度运行的理想度进行科学、定量、过程化、精细化的评估，量化计算内部因素、外部因素对于电网调度运行的影响程度。下文将对具体的评估方法进行详细阐述。 3.5. 内部因素的理想度评估方法 基于信息还原的评估理念，在每个决策周期上， 与 之差即反映了调度员决策水平对于电网调度运行理想度的影响。方法描述如下： 首先，基于信息还原的理念，这两个方案采用了一致的边界信息，保证两者站在同一“起跑线”上，从而剔出了在电网调度运行的实际执行过程中，由于边界信息出现偏差而出现的评估偏差。具体来说，在实时调度评估中，两个方案应选用相同的超短期负荷预测数据、网络拓扑信息、机组运行状态信息等边界数据。 其次，基于决策模拟的理念，要求调度员应具有一定的前瞻性能力。特别在实时调度过程中，需要框定实时调度运行的决策时间范围，不仅需要对当前时段的运行状态负责，并适当考虑未来一定时间范围的运行前瞻性。在本文中，不妨记决策周期为T，一般来说，T的范围可在数分钟到数小时之间，可根据实际工作要求及调度员的职权划分而定。需要说明的是，决策周期T的选择也反映了对于实时调度工作水平的要求，T越长，则意味着对调度员的要求更高，要求调度员能够具备更强的“look-ahead”的能力 [ 18 ] ，能够在优化电网当前运行方式的基础上，考虑其对于未来时段的适应性，实现更长时序上的多时段优化。 由此，决策因素的理想度指标计算公式为： (3.1) (2.2)式中， 为决策因素的理想度指标， 为“前瞻”的时间范围，也可认为是实时调度中调度员下达调度方案的次数。 和 分别为第 次实际下达调度方案的运行成本和调度员理想调度方案的运行成本。 3.6. 外部因素的理想度评估方法 首先，比较 与 之差。把电力系统抽象为一个控制单元，则这两个运行方案即分别反映了控制单元在一定输入信息下预想的输出与实际的输出；虽然两个输出信息的获取有一定的时间延迟，如：实时调度为5分钟，但在这个时间周期中，调度员并未发出新的调度指令，因此，当系统本身的状态并未发生改变时，两个输出之间应该是无差的，换言之，若两个输出之间有差，则该差别主要是由于系统本身的状态发生变化所引起的，即能够精确反映外部因素的影响。 由此，记外部因素对于理想度的综合影响为 ，其计算公式如下： (3.2) (2.3)式反映了所有外部因素的综合影响，但却无法对每一个因素单独的影响程度进行量化计算。为此，本文引入了构造理想运行方案这一个在实际电网运行中并不存在的运行状态。通过比较电网运行的实际数据和预测数据，定位运行过程中发生了变化的边界信息；对于每一类边界信息，修改其预测数据，转换为实际数据，即构造出相应的构造理想运行方案；通过调用SCED模型进行模拟计算，即可得到该构造理想运行方案的运行成本 ，将其与调 进行比较，即反映了该外部因素单独作用下对于电网运行理想度的影响情况。计算公式如下： (3.3) 对以上结果进行校准，不妨假设外部因素之间的耦合关系是拟线性的，则可计算每一类要素的影响占比： (3.4) (3.4)式中， 为起作用的外部因素数量； 为第j类外部因素影响程度占比。 校准后的计算公式如下： (3.5) (3.5)式中， 为第j类外部因素的影响程度，显然有： (3.6) 需要说明的是，上述评估流程实际上针对的是实时调度中调度员下达一次调度方案所对应的时间范围，当需要对更大时间范围的影响进行评估时，只需要将上述计算公式中 替换成相应时段统计值， 和 替换成多次调度方案的累加值即可，不再赘述。