国际电气工程先进技术译丛 电力系统高级预测技术和发电优化调度.pdf

国际电气工程先进技术译丛电力系统高级预测技术和发电优化调度Electric Power Systems Advanced ForecastingTechniques and Optimal Generation Scheduling（葡萄牙）Joo P.S.Catalo 主编刘长浥 张 菲 王晓蓉 许晓艳 译机 械 工 业 出 版 社 本书旨在帮助读者开发他们在电力系统建模、仿真和优化方面的技巧。本书精心平衡了它在理论与实践两方面的内容，介绍了预测与调度计划方面最新的前沿发展。本书把重点放在理解与解决发电系统管理方面的关键问题。本书首先概述了发电系统现实存在的问题。因为应对不确定性和风险的能力对发电公司非常关键，所以本书第 2 部分考查了自调度、负荷预测、短期电价预测和风电功率预测的最新方法及模型。本书第 3 部分用案例研究方法考察如何能实现可用能源的最佳利用。这一部分的各章讨论发电公司基于价格进行的调度、水力发电商的优化调度、水火电协调、对风电机组的优化组合，以及多联产系统的优化。本书以满足研究生需求的教学方式撰写，还把论述内容扩展到对工程技术研究人员大有裨益的研究成果方面。本书还介绍了越来越重要的电力系统运行与规划领域的最新技术。Electric Power Systems Advanced Forecasting Techniques and Optimal Genera-tion Scheduling/by Joo P.S.Catalo/ISBN 978-1-4398-9394-4Copyright2012by CRC PressAuthorized translation from English language edition published by CRC Press，part of Taylor&Francis Group LLC；All rights reserved；本书中文简体翻译版授权由机械工业出版社独家出版并限在中国大陆地区销售。未经出版者书面许可，不得以任何方式复制或发行本书的任何部分。Copies of this book sold without a Taylor&Francis Sticker on the cover areunauthorized and illegal.本书封面贴有 Taylor&Francis 公司防伪标签，无标签者不得销售。本书北京市版权局著作权登记号：图字 01-2012-8710图书在版编目（CIP）数据电力系统高级预测技术和发电优化调度/（葡）卡特主编；刘长浥等译.北京：机械工业出版社，2013.7（国际电气工程先进技术译丛）书名原文：Electric power systems advanced forecasting techniques and opti-mal generation scheduling ISBN 978-7-111-42436-9.电.卡刘.电力系统-电力负荷-预测技术电力系统调度-发电调度.TM714TM73中国版本图书馆 CIP 数据核字（2013）第 095312 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：赵玲丽 责任编辑：赵玲丽版式设计：常天培 责任校对：张 媛责任印制北京机工印刷厂印刷（三河市南杨庄国丰装订厂 装订）2106193mm年723月9第mm1版23第.215次印印张刷476 千字标准书号0 0013000 册定价：98.00 元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务网络服务社 服 务 中 心：（010）88361066销 售 一 部：（010）68326294销 售 二 部：（010）88379649教材网：http：/机工官网：http：/机工官博：http：/ 978-7-111-42436-9：乔 宇译者序世界范围内可再生能源的迅猛发展和解除管制的电力市场的出现是对电力行业产生深远影响的两个重大事件。它也给电力行业的运行管理带来巨大挑战。由此产生的新问题已经成为世界范围的研究热点。本书是编者若昂P.S.卡塔罗（Joo P.S.Catalo）约请有关领域世界著名专家以教育学系统方法撰写的电力系统高级预测技术及发电优化调度方面的专著。本书论述了过去 10 年这些领域的最新研究成果，揭示了某些现有知识的路线，并展望了发电系统管理领域未来研究的可能路线。本书主要针对研究生学业需求的读者，但也论及很多对于从事该领域工作的工程师和研究人员很有助益的最新成果。本书编者和作者们都力图使选题丰富多样，不仅注意了当前人们的关注重点，也给出了今后相当一段时间在发电领域提高管理水平的研究主线。本书内容主要基于作者和他人的近期研究；论题选择有一定随机性，但论述精准，而且注意了理论与实践的均衡。每章各有重点，但连贯有序，介绍有创新性、重大价值的最新研究，还可以为感兴趣的读者提供前瞻性研究的未来路线。本书共 10 章。各章主要内容在编者“前言”和“各章摘要”中有较详细介绍，此处不再赘述。编者若昂P.S.卡塔罗现任葡萄牙科维良（Covilha）贝拉地区大学（Univer-sity of Beira Interior，UBI）教授。各章作者来自世界各地，包括加拿大、伊朗、希腊、意大利、西班牙、德国、哥伦比亚、巴西、荷兰、丹麦、黎巴嫩、葡萄牙、新加坡等国的大学和企业。编者和作者的简要介绍都请参见专门章节。本书可作为相关专业的研究生、工程技术人员、研究人员、管理人员的参考资料。本书译校者都是中国电力科学研究院新能源研究所的科研人员，具体分工为（按工作量排序）：刘长浥译第 1、2、3、8、10 章和辅文，并负责全书校对和统稿；张菲译第 6、9 章；王晓蓉译第 4、5 章；许晓艳译第 7 章。由于我们的专业和外语水平的限制，译文中难免出现缺点和错误，欢迎读者批评指正。译者2013 年 3 月前言本书讨论的课题给人最深刻的印象是，这些题目对理解和解决 21 世纪第二个十年中在发电系统管理领域盛行的问题极其重要。本书各章首先介绍过去 10 年人们对这些问题的了解，揭示某些现有知识的研究路线，并合乎情理地预见发电系统管理领域未来研究的某些可能路线。本书的论述范围定义明确而且受到人们的密切关注。确实，在新的竞争条件及环境约束更加严格的能源政策下，改进发电系统预测及开发调度计划新方法非常重要。应对不确定性和风险的能力会给发电公司带来巨大效益。要避免失掉参与电力市场和双边合约谈判的优势，电力生产者就应该预先进行它自己系统的自调度计划。在认识到这一事实的前提下，当今的水火电调度计划是一个相互关联的课题。风电在某些国家已经起着重要作用，而且对很多国家来说，风电将会在不久的将来起更重要的作用。因此，水电、火电和风电之间的优化协调有极其重要的意义。使用确定性的和随机的建模框架可以开发出下一代计算工具，有助于成功管理发电系统。正如本书介绍的，人们正在进行研究，以获取应对发电系统现在和将来问题的能力。本书提出的重要议题针对的是研究生的学业要求，由优秀的大学教授以上乘教育学系统方法撰写，但也论及很多对于如今从事本领域工作的工程师和研究人员很有助益的最新成果。本书的很多部分都基于作者和其他人的近期研究，有很多部分从未在其他课本中出现过；这些讨论的大部分曾作为作者博士论文、博士后研究及工业开发的题目，虽然它们的选择有一定随机性，但论述精准，而且注意了理论与实践的均衡。每一章在组织上都有一定重点，而且连贯有效，介绍有创新性、重大价值的最新研究，激发对发电系统预测及调度计划问题感兴趣的读者对前沿研究未来路线的意识。全书分为三部分。第 1 部分是第 1 章，论述关于发电系统现有的必要知识和实际问题，包含这些问题的结构以及它们的影响。第 2 部分从第 2 章到第 5 章，论述的问题有不确定性、风险和短期预测，系统地说明了信息管理系统的发展，帮助电力系统决策人员摆脱对现有和不久将来的发电系统一无所知和莫衷一是的状态。讨论了了解和表述这些问题的重要性。这一部分显然最重要，是调度问题的关键输入，目标是优化使用可用能源。而可用能源是下一部分的论述内容。第 3 部分从第6 章到第 10 章，论述开发信息管理系统的合理性研究，以帮助在决策时避免丢失电力市场和双边谈判带来的好处。讨论水火电调度时论述了确认主变量和参数以及相关数学规划问题，以达到优化决策。论述了风力发电与水火电的协调。这一部分的最后一章是多联产系统运行。该章讨论了多目标规划及规划理论体现的支持部件的表述和解决方法。对本书要指出的最后一点是，它没有声称概述了发电系统管理的所有已知成果。然而，编者和作者们都试图使选择的课题丰富而多样化，这些课题不仅是当前人们的关注重点，我相信，也将会是今后 20 年中在发电系统领域提高管理水平的研究主线。MATLAB 是 MathWorks 公司的注册商标。欲了解产品信息，请联系The MathWorks，Inc.3 Apple Hill DriveNatick，MA 01760-2098 USATel：508 647 7000Fax：508-647-7001E-mail：info Web： 前 言致谢如果没有几位在电力系统领域得到世界范围认可的专家的非凡贡献，本书是不可能完成的。我要特别感谢每章作者同意为本书撰文，及时而且始终如一，感谢他们热情和积极的参与。能与他们合作共事是我的荣幸和骄傲。我感谢那些给我鼓励、使我能完成这一有挑战性工作的教授们，感谢他们充满灵感的领导和指教。我特别感谢 Carlos Cabrita 教授、Lus Marcelino Ferreira 教授、Joo Santana 教授和 Antonio Conejo 教授。我尤其感谢 Victor Mendes 教授，多年来他一直是我的良师益友，让我分享他的智慧，向我提出忠告和激励。我感谢我的所有研究生对我工作的关注，为我提供富有洞察力的思想，不断揭示新的研究思路。其中我特别想表示感谢的有 Rui Melcio、Rafael Rodrigues、HugoPousinho 和 Nelson Batista。我感谢葡萄牙科学技术基金会（FCT）和 FEDER 通过 COMPETE 提供的资金支持。我还要感谢 CRC 出版社的员工们，特别是 Nora Konopka 女士的亲切帮助和专业精神。我希望本书能让全世界电力系统的从业人员都感兴趣，并对他们有所裨益，不仅本专业的研究生，而且是所有专业人员，都会采取决定性措施，使未来电网是可持续的和智能的。Joo P.S Catalo各 章 摘 要第 1 章：发电系统概述。第 2 章：用现代投资组合优化理论工具阐述电力市场发电自调度计划问题。本章介绍基于风险值（Value-at-Risk，VaR）和条件风险值（Conditional Value-at-Risk，CVaR）测度的调度结构。本章还讨论了在决策过程中数据不确定性在最坏情况下的表述。在所有表述中，这些问题都可以作为可以有效求解的半确定程序计算。本章还在小型试验系统中对优化程序做了清晰的说明。第 3 章：出于经济和安全原因，负荷预测的应用重点从大型集中负荷转向母线需求。因此，对于成百上千个在在线环境下同时预测的负荷点，非自动的模型估计程序已经不再适用。本章介绍一种设计基于神经网络的负荷预测时使用的数据驱动法。自动程序从用小波对数据进行多分辨率分解开始，然后进行输入和模型结构选择。输入变量用适用于非线性模型的组合技术选择。神经网络结构由贝叶斯推理确定。再由估计预测区间的非参数技术完成这一框架，把需要的信息馈入运行辅助工具。第 4 章：随着电力产业的重组，电力在开放电力市场的新环境中被作为商品来交易。与其他很多金融市场一样，电力市场的参与者也很注意这种商品的价格。然而，由于交易数量巨大，而且电价高度变化，使得电力市场与其他金融市场有巨大区别。这两个因素也激发了近年来在电价预测领域的很多研究工作。根据预测尺度，电价预测可以分为短期（几小时/几天）、中期（几周/几月）和长期（几年