电力系统规模的不断增大和互联给系统调度与控制增加了难度．与此同时，计算机、通信和人工智能等领域的新思想和新技术逐步应用于电力系统，调度自动化系统的数字化、集成化和智能化得到迅速发展，电力系统技术层面的难题逐一得到解决，关注的焦点因而逐步由安全性转向了经济性．此外，伴随着化石能源的逐步枯竭与环境污染的日益严重，中国逐步实施了节能、环保和经济调度方面的政策与措施．在上述背景下，建立与大规模电力系统运行相适应的安全经济协调优化体系就非常必要。因此，可以借鉴国外这方面的先进理念与经验，以加快中国电力系统优化体系的进程．
2002年，PJM电力市场就提出在制定电力交易和发电计划时一定要考虑系统安全约束，由此延伸出计及安全约束的机组组合问题(SCUC)．SCUC在综合考虑系统运行安全性和经济性的基础上能够给出实用的优化调度决策，因而已经在国外的实际电力系统运行中得到了比较普遍的应用，近几年，中国学术界和电力工业界对此也比较重视．可见，如何在电力系统运行调度中兼顾安全性和经济性已成为国内外电力系统领域共同关注的问题．
正是出于统筹兼顾电力系统安全性与经济性的考虑，美国电力市场于2007年提出了“完美调度”（PerfectDispatch,PD）的新理念，并启用了完美调度软件应用系统．完美调度，就是基于一些假设条件下以最小化发电成本为目标的机组最优组合与经济调度．PJM的运行数据表明：采用PD系统不仅带来了显著经济效益，而且系统运行的安全性也得到了改善．因此，PJM的“完美调度”很值得借鉴．在此背景下，笔者首先阐述PD的基本概念，进而介绍相关的模型和运行效益等．在此基础上，结合中国电力系统调度的现状，对PD在中国调度机构中的应用前景进行初步探讨，并给出若干建议。
1、完美调度的基本概念
a.定义
完美调度（PD）方案实质上就是一个满足安全约束的机组最优组合和经济调度策略，是一种基于若干假设的理想调度方案，是对前一天24个时段的“再调度”和“反思”．PD的思路描述如图1所示．
从数学角度讲，PD可以用优化模型来描述：即以基于报价的总的发电成本（Bid-basedProductionCost，BPC）最小为目标函数，约束条件则包括发电机组技术约束和系统安全约束．“完美调度方案”以3个假设为基础：①系统运行条件已知，包括负荷需求、网络拓扑结构、机组性能参数、区域间交换电力／电量和输电线路功率极限等；②机组报价已知；③发电机组能够按照所申报的爬坡速率理想地响应发电调度信号．
b.操作流程
PJM电力市场现在每天运行完美调度系统．基于实际的负荷数据、区域间交换电力／电量、系统拓扑结构及潮流约束等（数据流如图２所示）来回顾前一天的系统运行情况．以系统总发电成本最小为优化目标，完美调度系统自动生成前一天24h的最优调度方案，能比较任一个30min时段内机组的实时运行性能与完美调度方案中的理想运行性能之间的差距．
完美调度回顾前一天系统的实际运行情况，在满足系统安全约束的前提下给出以发电成本最小化为目标的调度方案．采用每个时段的实际负荷数据和网络拓扑模型，并考虑影响调度成本的关键因素、系统可靠性模型和实时调度约束等，由此得到的调度方案被认为是“完美调度方案”．完美调度有4个基本步骤．
1）应用离线软件系统回顾前一天24h系统的运行情况，生成“完美”调度方案；
2）计算理想方案下既定的参数／指标，根据实际运行结果计算同样的参数／指标；
3）比较实际运行结果与理想方案两者的计算结果之间的差异，分析导致系统运行成本差异的关键因素；
4）制定改善系统运行经济性的策略，为调度部门提供反馈意见．
1.PD的宗旨
PJM建设完美调度系统的初衷有：①为评估实时市场运营效率和系统调度性能提供一个客观的衡量基准；②通过PD系统向实时调度反馈意见，以不断改善系统调度和市场运营．PD是基于假定场景下得到的理想调度方案，在实际运行中一般难以实现，因此，从这个层面上讲完美调度方案是一种“事后”调度方案．最大限度地降低发电（购买）成本是PD的主要目标之一，除此之外，PD还能带来一系列附加效益，如降低发电机组污染／废弃物的排放、实现PJM区域发电资源的优化配置、提高机组的发电效率并减少磨损等．完美调度真正的意图在于提供强有力的调度决策，在保证系统安全运行的前提下，提高经济性，使系统调度与市场运营逐步趋于最优．
在系统实际运行过程中，可能受到一些限制，如：
１）调度员实时调度的根据是预测负荷需求和区域间交换电力／电量等，而这些数据与实际运行数据并不完全一致；
２）调度员对于机组跟踪调度信号准确程度的预测与实际情况存在偏差；
３）调度员必须以保证系统安全为首要准则，允许因操作偏差导致调度电量富余，反之则不允许．因此，实际调度方案与理想方案总存在一定的偏差．因为系统运行的经济性存在改进的空间，所以通过分析实际运行结果与完美调度方案间的差异来制定改善系统运行的措施就显得尤为重要．
2.完美调度的数学模型
完美调度本质上就是求解满足各类约束条件下使发电成本最小的机组最优组合和经济调度．在不同的电力市场中，一般可以采用2种不同的方法来描述PD的建模问题：①计及系统安全约束的机组最优组合，即SCUC；②计及系统安全约束的最优潮流（SCOPF）．PJM采用的SCUC数学模型为
式中Ｔ为１个周期（２４ｈ）内调度的总时段数；Ｉ为系统内机组总数；（Ｃｉ（Ｐｉｔ））为机组ｉ在时段ｔ的燃料费用；ＣＳＵｉｔ为机组ｉ在时段ｔ的启动费用；Ｐｉｔ为机组ｉ在时段ｔ的出力；ｕｉｔ为机组ｉ在时段ｔ的状态，ｕｉｔ＝１和０分别表示开机和停机；Ｐｌｏａｄ，ｔ为时段ｔ的系统实际负荷；Ｐｌｏｓｓ，ｔ为时段ｔ系统的总有功功率损耗；Ｄｋｉ，ｔ为时段ｔ机组ｉ的出力对线路潮流约束ｋ的灵敏度；ｆｌｉｎ，ｋｔ为时段ｔ线路潮流约束ｋ的有功功率上限；Δｆｋｔ为约束ｋ在时段ｔ的偏差量；Ｐｉｍｉｎ为机组ｉ的输出功率下限；Ｐｉｍａｘ为机组ｉ的输出功率上限；Ｒｕｐｉｔ和Ｒｄｏｗｎｉｔ分别为机组ｉ申报的时段ｔ的加负荷速率和减负荷速率；ｘｉｔ为机组ｉ在ｔ时段时的连续开停机时间，ｘｉｔ＞０表示连续开机时间，ｘｉｔ＜０表示连续停机时间；τｉ和τｉ分别为机组ｉ的最小允许运行时间和最小允许停机时间；Ｎｉｍａｘ为机组ｉ在一个调度周期内允许的最大启停次数。
式（１）为目标函数，表示在一个调度周期内系统的发电成本最小化；式（２）～（８）分别为功率平衡约束、输电安全约束、机组出力约束、机组加负荷速率约束、机组减负荷速率约束、机组最大启停次数约束和机组最小运行／停机时间约束．式（１）～（８）所描述的是一个基本的ＰＤ数学模型，在实际应用中还可根据实际系统需要进一步拓展。
无论是ＳＣＵＣ还是ＳＣＯＰＦ，算法均已比较成熟，调度自动化软件中一般也有相应的功能模块．从完美调度的基本概念可知，ＰＤ并没有对这些算法提出新要求，因此，可以充分利用已有实时成本计算平台来完成完美调度方案的计算，无需开发新的调度自动化软件，只需处理输入／输出数据流及数据接口等问题，工作量小．计算每一个调度时段的完美调度成本与实际成本的不同在于：实际成本计算时依据的是预测负荷数据、预定的联络线交换功率和预想事故等，而计算完美调度成本时采用的是事后实际数据．ＰＤ系统的植入有利于充分发挥原有的计算平台，实现系统最优成本的离线计算，由此得到的系统理想运行方案可以为分析系统实际运行状态与期望的最优运行状态之间的差距提供参照标准．
3.实例测算数据与分析
前已述及，由于系统运行过程中有很多不确定性、发电机组响应速度和调度运行的保守性等因素的影响，实际运行状态与完美调度结果之间总会存在一定程度的偏差．这个偏差可以用ＰＤ节省的总发电成本、机组组合差异和机组出力水平差异来描述．定义采用ＰＤ所节省的成本为实际运行总发电成本和完美调度总发电成本（ＢＰＣ）之差，
采用相对节省成本作为衡量系统实际运行效率的重要标准，
此外，PD中还定义了一个技术指标，即所谓的完美百分比（PercentageofPerfect），其为理想的日发电成本与实际的日发电成本之比：
通过对2007年8月1日至2008年3月31日期间完美调度系统的运行数据的分析表明，在此期间节省成本的相对值Csaving%的平均值为1.5%，具体数据如表１所示．完美百分比C%是衡量完美调度能够为系统运行所带来的经济效益的最直观指标，为此这里着重对该指标进行分析，详细数据如表2所示。
表2的数据说明了实际发电成本与完美调度发电成本之间的差距。无论是季度还是年度的PD统计数据均充分表明系统运行的经济性仍存在较大的提升空间。
可观的经济效益是系统调度逐步逼近完美调度的动力，这也正是PD的目标所在。观察表2中完美百分比的平均值不难发现：无论是年度还是季度的“完美百分比的平均值”均呈现上升趋势，这表明PJM电力市场的实际发电成本与完美调度下的理想发电成本正逐步接近，也从侧面反映了从完美调度系统获取的反馈信息为提高系统运行经济性发挥了重要作用。
这里对影响实际系统运行与完美调度之间的成本差异的相关因素进行分析。
1)保守的调度运营模式
在实际系统运行中，由于要考虑各种潜在的运行风险，再加上软件系统性能限制，系统运行状态一般比较保守，也就是说在系统调度时往往以牺牲系统运行的经济性来确保安全．例如：输电线路的实际输送功率一般都没有达到上限，而是留有一定裕度．因此，成本差异一部分是由保守的系统运行方式所引起的．为改变系统运行过于保守的状况，PJM已将预想事故的热稳定控制缺省值从极限值的97%提高到极限值．
2)机组性能
在完美调度中，假定机组均能够按照所申报的爬坡速率理想地响应发电调度信号．然而，受限于机组的物理特性等原因，在实际系统运行中，机组往往无法理想地跟踪调度信号．计划发电调度与实际发电出力的偏差也是造成成本差异的一个原因．为此，应该采取措施使发电公司提供更为准确的机组性能参数，甚至规定机组允许的出力偏差范围．
3)机组组合差异
在实际系统运行过程中，当输电阻塞、负荷快速上升、区域间故障等紧急情况发生时，通常优先考虑启动那些启动快、最小运行时间和最小停机时间均较短的机组．然而，在确定完美调度方案时，由于所有系统条件已知，通常采用报价较低而最小运行时间和启动时间相对较长的机组．事实上，完美调度方案的机组组合中甚少包括快速启动机组，从而就节约了总的发电成本．
4)其他因素
调度员的人工决策偏差、负荷预测偏差、在线安全预警偏差等不确定性因素也是引起成本差距的原因．由于这些因素在实际运行中均无法事先准确预见，为了保证系统运行的安全性，往往需要预留超出实际需要的快速启停机组容量作为备用．
完美调度系统已经在PJM运行了两年多，逐步趋于成熟和完善，同时也积累了丰富的经验，这对保障系统的安全与经济运行具有重要作用．
4.结语
完美调度是实现系统优化调度的一种新思路，即基于一定的假设和实际数据构造出理想化的系统调度方案，以用于促进系统运行，不断逼近最优状态．笔者首先阐明了PD的基本概念，之后介绍了其数学模型，并通过实际运行数据说明了实施PD的效果。
延伸阅读：
原标题：知识百科 | 国外典型电力市场之美国电力市场专题（十六）
