基于數(shù)據(jù)讀取與分析的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

朱珂,李昱，胡振亞,王林

(1.杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司,浙江 杭州 310000；2.遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司,遼寧 鐵嶺 112700)

0 引言

智慧電廠是指通過信息化技術(shù)將電廠內(nèi)各個(gè)控制設(shè)備與系統(tǒng)之間相互連接的一種電廠形式，能夠有效分配電廠企業(yè)資產(chǎn)。智慧電廠是體現(xiàn)電力企業(yè)現(xiàn)代化的重要部分，對(duì)電力企業(yè)發(fā)展與提升過程中具有重要意義。通過將數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用到電廠中，不僅提高了電廠的自動(dòng)化水平，還降低了生產(chǎn)成本。智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)采用數(shù)據(jù)讀取與分析技術(shù)，對(duì)智慧電廠生產(chǎn)經(jīng)營過程、全價(jià)值鏈進(jìn)行全面的和系統(tǒng)的分析，將先進(jìn)的管理手段與技術(shù)融入應(yīng)用功能平臺(tái)中，從而全面提升管控水平，提供科學(xué)的智慧電廠。

在智慧電廠發(fā)展的背景下，電力工業(yè)從一體化壟斷經(jīng)營體制轉(zhuǎn)向以市場(chǎng)為導(dǎo)向的公平競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，相應(yīng)的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)策略被提出。然而，目前對(duì)于智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的研究較少，由于智慧電廠中設(shè)備、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手等較多，目前的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)對(duì)智慧電廠成本計(jì)算上出現(xiàn)準(zhǔn)確性低的情況，其中機(jī)組運(yùn)行成本計(jì)算是影響準(zhǔn)確性低的重要因素，因此，此次重點(diǎn)研究提高智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)對(duì)智慧電廠機(jī)組運(yùn)行成本計(jì)算的準(zhǔn)確性，從而為智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)提供基礎(chǔ)依據(jù)。建立了基于數(shù)據(jù)讀取與分析的智慧電廠上網(wǎng)平臺(tái)框架，重點(diǎn)對(duì)日前競(jìng)爭(zhēng)電量范圍計(jì)算、成本預(yù)測(cè)和負(fù)荷預(yù)測(cè)等。實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明，此次設(shè)計(jì)的基于數(shù)據(jù)讀取與分析的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)比傳統(tǒng)平臺(tái)成本計(jì)算的準(zhǔn)確性高，能夠?yàn)橹腔垭姀S競(jìng)價(jià)上網(wǎng)提供一定的幫助。

1 基于數(shù)據(jù)讀取與分析的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)框架

此次設(shè)計(jì)的基于數(shù)據(jù)讀取與分析的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)包括用戶層[1]、應(yīng)用層、應(yīng)用支持層、數(shù)據(jù)資源層和基礎(chǔ)設(shè)施層，此次設(shè)計(jì)的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)遵循規(guī)范體系，具有一定的規(guī)范性，平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)框架圖

其中，用戶層是整個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)構(gòu)成，其中客戶端與服務(wù)器相對(duì)應(yīng)；應(yīng)用層為平臺(tái)的核心部分，為平臺(tái)提供業(yè)務(wù)處理、管理與應(yīng)用功能；應(yīng)用支持層是整個(gè)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)的基礎(chǔ)支撐部分，其中包括用戶信息、運(yùn)行信息等；數(shù)據(jù)資源層，形成智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、采集到的數(shù)據(jù)、智慧電廠歷史數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等都存入到該層中；數(shù)據(jù)感知層主要采集電廠內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸，為平臺(tái)提供智慧電廠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；基礎(chǔ)設(shè)施層為整個(gè)智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)的基礎(chǔ)性支撐。

1.2 日前競(jìng)爭(zhēng)電量范圍計(jì)算

在智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)中，存在多個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手[2]，主要包括火電廠、水電廠和其他競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的電廠，為提高此次設(shè)計(jì)的平臺(tái)的競(jìng)價(jià)上網(wǎng)能力，需獲得競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的歷史數(shù)據(jù)，因此采用數(shù)據(jù)讀取與分析技術(shù)[3]，獲取這些數(shù)據(jù)。

智慧電廠根據(jù)市場(chǎng)需求決定自己產(chǎn)量，智慧電廠的價(jià)格根據(jù)產(chǎn)量與需求曲線決定，當(dāng)前電力市場(chǎng)運(yùn)營方式如圖2所示。

圖2 當(dāng)前電力市場(chǎng)運(yùn)營方式

(1)

計(jì)算各個(gè)智慧電廠的均衡產(chǎn)量的方法為式(2)。

Gi=s(m)+z

(2)

式中，Gi代表供電廠的成本函數(shù)；s(m)代表采用的各成本函數(shù)概率；z代表均衡參數(shù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，利用上述計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手電廠情況，為智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)提供理論支持。

1.3 智慧電廠短期負(fù)荷預(yù)測(cè)

為保證經(jīng)濟(jì)效益，按照最優(yōu)化的機(jī)組負(fù)荷分配制定各機(jī)組發(fā)電計(jì)劃，只要對(duì)總負(fù)荷最優(yōu)化分配，就能夠?qū)崿F(xiàn)日前合約負(fù)荷組優(yōu)化分配[7-8]。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)智慧電廠的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)過程如圖3所示。

圖3 短期負(fù)荷預(yù)測(cè)過程

對(duì)智慧電廠的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)[9]，考慮電廠的短期交易的計(jì)算式為式(3)。

(3)

在負(fù)荷預(yù)測(cè)中，包含可變成本，動(dòng)態(tài)成本中可變成本預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)流圖如圖4所示。

圖4 動(dòng)態(tài)成本中可變成本預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)流圖

在上述負(fù)荷與與預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)電廠的短期交易結(jié)果對(duì)智慧電廠約束[10]，其中智慧電廠所要考慮的約束條件主要包括機(jī)組最大和最小出力約束，機(jī)組最小運(yùn)行與停機(jī)持續(xù)時(shí)間約束。

根據(jù)約束條件，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性曲線擬合[11]，智慧電廠中的各個(gè)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性曲線是不同的，因此依據(jù)經(jīng)濟(jì)性曲線優(yōu)化負(fù)荷分配[12]。根據(jù)智慧電廠的歷史數(shù)據(jù)擬合經(jīng)濟(jì)曲線，能夠構(gòu)造出經(jīng)濟(jì)性曲線如式(4)。

G(i)=Pai+s+D′

(4)

式中，G(i)代表機(jī)組特征參數(shù)集合；Pai代表機(jī)組輸出功率之和；s代表機(jī)組可靠性成本總和。

即要求智慧電廠總的耗量成本最小[13]，因此智慧電廠負(fù)荷優(yōu)化分配的目標(biāo)函數(shù)為式(5)。

(5)

根據(jù)機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化模型，得到智慧電廠機(jī)組的含量成本[14]，則由于日前負(fù)荷引起的機(jī)組耗量成本計(jì)算式為式(6)。

(6)

在此基礎(chǔ)上，對(duì)智慧電廠日前負(fù)荷定價(jià)[15]，其中成本預(yù)測(cè)主要考慮可變成本，即日前負(fù)荷引起的機(jī)組耗量成本，計(jì)算式為式(7)。

(7)

式中，p代表各項(xiàng)內(nèi)容與負(fù)荷相關(guān)的支出；E(pi)代表與定價(jià)所關(guān)聯(lián)的費(fèi)用因子；Sa代表固定成本。

通過上述過程，對(duì)智慧電廠的負(fù)荷預(yù)測(cè)、機(jī)組能耗成本計(jì)算以及設(shè)定約束條件，為智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的基于數(shù)據(jù)讀取與分析的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)的有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，并依據(jù)實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性要求，將傳統(tǒng)的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)與此次設(shè)計(jì)的平臺(tái)對(duì)比。

2.1 實(shí)驗(yàn)樣本

實(shí)驗(yàn)選取某地2018年度其中一天的智慧電廠機(jī)組成本作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其基本數(shù)據(jù)如表1所示。

表1為實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)主要對(duì)比兩個(gè)平臺(tái)對(duì)這8個(gè)機(jī)組總耗量成本計(jì)算的準(zhǔn)確性。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加直觀，采用數(shù)據(jù)軟件將對(duì)比數(shù)據(jù)生成實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

傳統(tǒng)平臺(tái)與此次設(shè)計(jì)的基于數(shù)據(jù)讀取與分析的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果，如圖5所示。

圖5 準(zhǔn)確率實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

分析上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在這8個(gè)機(jī)組能耗成本計(jì)算上，此次設(shè)計(jì)的基于數(shù)據(jù)讀取與分析的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)的計(jì)算準(zhǔn)確性基本能夠達(dá)到80%以上，說明此次平臺(tái)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的機(jī)組總耗量成本相差較小。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的平臺(tái)能夠有效衡量各個(gè)機(jī)組之間的情況與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的發(fā)電情況，并設(shè)置相應(yīng)的約束條件，從而保證較高的計(jì)算準(zhǔn)確率。而傳統(tǒng)的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)在8個(gè)機(jī)組能耗成本計(jì)算上，準(zhǔn)確度較低，整體準(zhǔn)確度呈下降趨勢(shì)，說明傳統(tǒng)平臺(tái)不能有效計(jì)算8個(gè)機(jī)組能耗成本，與實(shí)際成本相差較大，從而對(duì)智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)產(chǎn)生影響。

因此，通過上述實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C明，此次設(shè)計(jì)的基于數(shù)據(jù)讀取與分析的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)比傳統(tǒng)平臺(tái)在機(jī)組能耗成本計(jì)算上準(zhǔn)確性高，證明了此次設(shè)計(jì)的平臺(tái)的有效性。證明該平臺(tái)能夠依據(jù)日前市場(chǎng)各負(fù)荷的最優(yōu)耗量成本，可以實(shí)現(xiàn)智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的輔助決策，為智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)各個(gè)階段決策上提供基礎(chǔ)依據(jù)，從而做出正確的判斷。

3 總結(jié)

通過分析智慧電廠各個(gè)機(jī)組、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手等的行為機(jī)理，可知智慧電廠競(jìng)價(jià)受國家政策、電力系統(tǒng)、自身能力以及風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度的影響。依據(jù)這些內(nèi)容，設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)據(jù)讀取與分析的智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，此次設(shè)計(jì)的平臺(tái)比傳統(tǒng)智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)平臺(tái)機(jī)組能耗成本計(jì)算準(zhǔn)確性高。通過成本分析，合理簡(jiǎn)化目前競(jìng)爭(zhēng)電量的耗量成本，說明該研究結(jié)果可用于智慧電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)研究提供了技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。針對(duì)此次研究，做出如下展望，我國智慧電廠還在不斷發(fā)展中，各種類型市場(chǎng)逐步開放，需不斷根據(jù)智慧電廠的發(fā)展對(duì)方法優(yōu)化，從而真正準(zhǔn)確的為智慧電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)提供依據(jù)。