基于数据读取与分析的智慧电厂竞价上网平台设计

朱珂,李昱，胡振亚,王林

(1.杭州和利时自动化有限公司,浙江 杭州 310000；2.辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司,辽宁 铁岭 112700)

0 引言

智慧电厂是指通过信息化技术将电厂内各个控制设备与系统之间相互连接的一种电厂形式，能够有效分配电厂企业资产。智慧电厂是体现电力企业现代化的重要部分，对电力企业发展与提升过程中具有重要意义。通过将数字化系统应用到电厂中，不仅提高了电厂的自动化水平，还降低了生产成本。智慧电厂竞价上网平台采用数据读取与分析技术，对智慧电厂生产经营过程、全价值链进行全面的和系统的分析，将先进的管理手段与技术融入应用功能平台中，从而全面提升管控水平，提供科学的智慧电厂。

在智慧电厂发展的背景下，电力工业从一体化垄断经营体制转向以市场为导向的公平竞争机制，相应的智慧电厂竞价上网策略被提出。然而，目前对于智慧电厂竞价上网的研究较少，由于智慧电厂中设备、竞争对手等较多，目前的智慧电厂竞价上网平台对智慧电厂成本计算上出现准确性低的情况，其中机组运行成本计算是影响准确性低的重要因素，因此，此次重点研究提高智慧电厂竞价上网平台对智慧电厂机组运行成本计算的准确性，从而为智慧电厂竞价上网提供基础依据。建立了基于数据读取与分析的智慧电厂上网平台框架，重点对日前竞争电量范围计算、成本预测和负荷预测等。实验对比结果表明，此次设计的基于数据读取与分析的智慧电厂竞价上网平台比传统平台成本计算的准确性高，能够为智慧电厂竞价上网提供一定的帮助。

1 基于数据读取与分析的智慧电厂竞价上网平台设计

1.1 智慧电厂竞价上网平台框架

此次设计的基于数据读取与分析的智慧电厂竞价上网平台包括用户层[1]、应用层、应用支持层、数据资源层和基础设施层，此次设计的智慧电厂竞价上网平台遵循规范体系，具有一定的规范性，平台架构如图1所示。

图1 智慧电厂竞价上网平台框架图

其中，用户层是整个平台的基础构成，其中客户端与服务器相对应；应用层为平台的核心部分，为平台提供业务处理、管理与应用功能；应用支持层是整个竞价上网平台的基础支撑部分，其中包括用户信息、运行信息等；数据资源层，形成智慧电厂竞价上网基础数据、采集到的数据、智慧电厂历史数据和非结构化数据等都存入到该层中；数据感知层主要采集电厂内设备的运行数据，并将采集到的数据传输，为平台提供智慧电厂的基础数据；基础设施层为整个智慧电厂竞价上网平台的基础性支撑。

1.2 日前竞争电量范围计算

在智慧电厂竞价上网中，存在多个竞争对手[2]，主要包括火电厂、水电厂和其他竞价上网的电厂，为提高此次设计的平台的竞价上网能力，需获得竞争对手的历史数据，因此采用数据读取与分析技术[3]，获取这些数据。

智慧电厂根据市场需求决定自己产量，智慧电厂的价格根据产量与需求曲线决定，当前电力市场运营方式如图2所示。

图2 当前电力市场运营方式

(1)

计算各个智慧电厂的均衡产量的方法为式(2)。

Gi=s(m)+z

(2)

式中，Gi代表供电厂的成本函数；s(m)代表采用的各成本函数概率；z代表均衡参数。

在实际应用中，利用上述计算竞争对手电厂情况，为智慧电厂竞价上网提供理论支持。

1.3 智慧电厂短期负荷预测

为保证经济效益，按照最优化的机组负荷分配制定各机组发电计划，只要对总负荷最优化分配，就能够实现日前合约负荷组优化分配[7-8]。根据历史数据对智慧电厂的短期负荷预测，预测过程如图3所示。

图3 短期负荷预测过程

对智慧电厂的短期负荷预测[9]，考虑电厂的短期交易的计算式为式(3)。

(3)

在负荷预测中，包含可变成本，动态成本中可变成本预测数据流图如图4所示。

图4 动态成本中可变成本预测数据流图

在上述负荷与与预测的基础上，根据电厂的短期交易结果对智慧电厂约束[10]，其中智慧电厂所要考虑的约束条件主要包括机组最大和最小出力约束，机组最小运行与停机持续时间约束。

根据约束条件，对机组经济性曲线拟合[11]，智慧电厂中的各个机组经济性曲线是不同的，因此依据经济性曲线优化负荷分配[12]。根据智慧电厂的历史数据拟合经济曲线，能够构造出经济性曲线如式(4)。

G(i)=Pai+s+D′

(4)

式中，G(i)代表机组特征参数集合；Pai代表机组输出功率之和；s代表机组可靠性成本总和。

即要求智慧电厂总的耗量成本最小[13]，因此智慧电厂负荷优化分配的目标函数为式(5)。

(5)

根据机组负荷优化模型，得到智慧电厂机组的含量成本[14]，则由于日前负荷引起的机组耗量成本计算式为式(6)。

(6)

在此基础上，对智慧电厂日前负荷定价[15]，其中成本预测主要考虑可变成本，即日前负荷引起的机组耗量成本，计算式为式(7)。

(7)

式中，p代表各项内容与负荷相关的支出；E(pi)代表与定价所关联的费用因子；Sa代表固定成本。

通过上述过程，对智慧电厂的负荷预测、机组能耗成本计算以及设定约束条件，为智慧电厂竞价上网提供基础依据。

2 实验

为了验证此次设计的基于数据读取与分析的智慧电厂竞价上网平台的有效性，进行实验对比，并依据实验严谨性要求，将传统的智慧电厂竞价上网平台与此次设计的平台对比。

2.1 实验样本

实验选取某地2018年度其中一天的智慧电厂机组成本作为实验对象，其基本数据如表1所示。

表1为实验所需的实验数据，实验主要对比两个平台对这8个机组总耗量成本计算的准确性。为了使实验结果更加直观，采用数据软件将对比数据生成实验对比图。

表1 实验参数

2.2 实验结果分析

传统平台与此次设计的基于数据读取与分析的智慧电厂竞价上网平台的实验对比结果，如图5所示。

图5 准确率实验对比结果

分析上述实验结果可知，在这8个机组能耗成本计算上，此次设计的基于数据读取与分析的智慧电厂竞价上网平台的计算准确性基本能够达到80%以上，说明此次平台计算结果与实际的机组总耗量成本相差较小。因为此次设计的平台能够有效衡量各个机组之间的情况与竞争对手的发电情况，并设置相应的约束条件，从而保证较高的计算准确率。而传统的智慧电厂竞价上网平台在8个机组能耗成本计算上，准确度较低，整体准确度呈下降趋势，说明传统平台不能有效计算8个机组能耗成本，与实际成本相差较大，从而对智慧电厂竞价上网产生影响。

因此，通过上述实验能够证明，此次设计的基于数据读取与分析的智慧电厂竞价上网平台比传统平台在机组能耗成本计算上准确性高，证明了此次设计的平台的有效性。证明该平台能够依据日前市场各负荷的最优耗量成本，可以实现智慧电厂竞价上网的辅助决策，为智慧电厂竞价上网各个阶段决策上提供基础依据，从而做出正确的判断。

3 总结

通过分析智慧电厂各个机组、竞争对手等的行为机理，可知智慧电厂竞价受国家政策、电力系统、自身能力以及风险调度的影响。依据这些内容，设计了一种基于数据读取与分析的智慧电厂竞价上网平台，并经实验证明，此次设计的平台比传统智慧电厂竞价上网平台机组能耗成本计算准确性高。通过成本分析，合理简化目前竞争电量的耗量成本，说明该研究结果可用于智慧电厂的经济运行，为智慧电厂竞价上网研究提供了技术实现途径。针对此次研究，做出如下展望，我国智慧电厂还在不断发展中，各种类型市场逐步开放，需不断根据智慧电厂的发展对方法优化，从而真正准确的为智慧电厂竞价上网提供依据。