計(jì)及短流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的供需互動(dòng)調(diào)度模型

王海博，張 利

（電網(wǎng)智能化調(diào)度與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（山東大學(xué)），山東省濟(jì)南市 250061）

0 引言

近年來(lái)，隨著可再生能源并網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，電源側(cè)調(diào)節(jié)能力下降、系統(tǒng)平衡資源匱乏等一系列問(wèn)題使得新形勢(shì)下電網(wǎng)維持電力供需平衡的能力受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)［1］。在此背景下，基于負(fù)荷側(cè)通信和信息交互支撐設(shè)施逐漸完善，充分挖掘柔性負(fù)荷資源的靈活可調(diào)節(jié)潛力，通過(guò)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)等方式調(diào)動(dòng)其響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的積極性，成為促進(jìn)可再生能源消納、實(shí)現(xiàn)削峰填谷目標(biāo)的重要手段［2-4］。

在眾多類型的負(fù)荷中，鋼鐵企業(yè)作為產(chǎn)品產(chǎn)值中能源價(jià)值占比超過(guò)30%的高載能工業(yè)用戶［5］，具有可調(diào)節(jié)容量大、自動(dòng)化水平高、信息網(wǎng)絡(luò)完善等優(yōu)點(diǎn)，特別是耗電量大的短流程鋼鐵企業(yè)，可在不影響訂單產(chǎn)量的前提下通過(guò)控制電弧爐（electric arc furnace，EAF）等大功率生產(chǎn)設(shè)備的使用時(shí)間平衡可再生能源出力波動(dòng)［6-7］，保證系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?；诖耍墨I(xiàn)［8］提出一種計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)約束的EAF與風(fēng)電協(xié)調(diào)調(diào)度方法，針對(duì)風(fēng)電不確定性產(chǎn)生的負(fù)荷調(diào)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)，電網(wǎng)調(diào)整負(fù)荷側(cè)用電計(jì)劃以在最大化風(fēng)電消納的同時(shí)降低負(fù)荷和電網(wǎng)可能出現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)損失；進(jìn)一步的，文獻(xiàn)［9］構(gòu)建了考慮風(fēng)電與EAF功率雙重不確定性的魯棒機(jī)組組合模型，將負(fù)荷波動(dòng)帶來(lái)的切負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)與棄風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)一同納入模型中，以提升電網(wǎng)調(diào)度的安全性與經(jīng)濟(jì)性。上述研究均以EAF作為鋼鐵企業(yè)乃至冶金企業(yè)的典型調(diào)控對(duì)象，但是對(duì)于這類具有復(fù)雜生產(chǎn)流程與嚴(yán)格工序限制的工業(yè)用戶，所建模型在分析其電能消耗時(shí)須與生產(chǎn)任務(wù)準(zhǔn)確地結(jié)合在一起。為此，狀態(tài)任務(wù)網(wǎng)［10-11］、資源任務(wù)網(wǎng)（resource-task network，RTN）［12-13］等方法被陸續(xù)應(yīng)用于探究短流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)安排與用電負(fù)荷之間存在的耦合關(guān)系，2種方法在對(duì)流程建模時(shí)都把物料、電力抽象為資源（狀態(tài)節(jié)點(diǎn)）并描述其與生產(chǎn)運(yùn)輸任務(wù)之間的交互關(guān)系，不過(guò)后者較前者將執(zhí)行加工任務(wù)的設(shè)備同樣納入資源范疇，故RTN在表達(dá)含同類多設(shè)備并行操作的大規(guī)模生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題時(shí)更具優(yōu)勢(shì)，這也為本文開(kāi)展短流程鋼鐵企業(yè)可調(diào)節(jié)能力的研究提供了重要的理論基礎(chǔ)。

對(duì)于流程性強(qiáng)的高載能企業(yè)，其生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的制定通常提前一天進(jìn)行，日內(nèi)無(wú)設(shè)備故障等意外情況不可隨意更改，因此，該類負(fù)荷響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的主要方式為參與日前調(diào)度。目前，針對(duì)需求側(cè)參與日前調(diào)度的研究仍然側(cè)重于單層集中式調(diào)度，即將用戶對(duì)價(jià)格或激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)約束直接納入機(jī)組組合模型中［14-15］，用戶利益未得到充分重視或體現(xiàn)為決策機(jī)構(gòu)對(duì)用戶用電滿意度的主觀判斷。為了解決此問(wèn)題，雙層規(guī)劃理論被引入優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域，通過(guò)層間互動(dòng)模擬電力供需雙方的利益博弈［16］。如文獻(xiàn)［17］建立了工業(yè)園區(qū)參與系統(tǒng)運(yùn)行的雙層優(yōu)化調(diào)度模型，可在降低電網(wǎng)運(yùn)行成本的同時(shí)最大限度地保障園區(qū)參與可中斷負(fù)荷響應(yīng)的利益；文獻(xiàn)［18］則采用雙層規(guī)劃模型討論最優(yōu)分時(shí)電價(jià)的制定以平衡供電方與用電方的利益沖突，但在現(xiàn)貨市場(chǎng)的背景下，實(shí)時(shí)電價(jià)與購(gòu)電功率作為供用電雙方的互動(dòng)內(nèi)容更加貼合未來(lái)調(diào)度的發(fā)展方向。

綜上，為了應(yīng)對(duì)可再生能源高比例接入帶來(lái)的頻繁大幅度功率調(diào)節(jié)需求，本文選擇短流程鋼鐵企業(yè)作為荷側(cè)重點(diǎn)挖掘的可調(diào)控對(duì)象響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度。針對(duì)鋼鐵企業(yè)可調(diào)節(jié)能力與生產(chǎn)流程緊密關(guān)聯(lián)的現(xiàn)狀，采用RTN將鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程存在的資源與時(shí)序限制抽象為數(shù)學(xué)模型，并對(duì)原方法中工序之間銜接關(guān)系處理方式的不足提出了改進(jìn)方案，以真正實(shí)現(xiàn)前后相連工序的不間斷運(yùn)行?？紤]到電網(wǎng)調(diào)度與企業(yè)用戶的利益訴求有所不同，基于供需互動(dòng)模式構(gòu)建了綜合計(jì)及二者利益的雙層優(yōu)化日前調(diào)度模型，在此基礎(chǔ)上為了模擬實(shí)際的互動(dòng)過(guò)程，采用分層迭代算法在保證上下層之間只交互實(shí)時(shí)電價(jià)與購(gòu)電功率2種邊界信息的前提下求解模型，并且選用新異構(gòu)分解（new heterogeneous decomposition，N-HGD）算法作為迭代算法以加快收斂速度。最后，對(duì)模擬某地區(qū)電源結(jié)構(gòu)的算例系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果驗(yàn)證了所提任務(wù)銜接改進(jìn)處理方法的有效性與優(yōu)越性，且表明供需互動(dòng)調(diào)度模型可在提升系統(tǒng)對(duì)可再生能源消納水平的同時(shí)兼顧企業(yè)利益。

1 基于RTN的短流程鋼企生產(chǎn)流程建模

短流程鋼鐵企業(yè)作為典型的流程工業(yè)，其生產(chǎn)過(guò)程存在嚴(yán)格的工序限制，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間與運(yùn)行時(shí)間由作業(yè)計(jì)劃確定，一旦工作不能隨意停止供電。因此，在準(zhǔn)確計(jì)及鋼鐵生產(chǎn)各環(huán)節(jié)與生產(chǎn)資源關(guān)聯(lián)約束的前提下建立電爐煉鋼流程的數(shù)學(xué)模型，是促使企業(yè)用戶積極合理參與日前調(diào)度的前提和關(guān)鍵。

1.1 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)介

圖1（a）給出了短流程電爐煉鋼的具體過(guò)程，其生產(chǎn)環(huán)節(jié)按照產(chǎn)品加工順序依次分為冶煉、脫碳、精煉、連鑄與軋制［19-20］，各環(huán)節(jié)主要加工設(shè)備分別為EAF、氬 氧 脫 碳 爐（argon oxygen decarburization，AOD）、鋼 包 精 煉 爐（ladle furnace，LF）、連 鑄 機(jī)（continuous caster，CC）與軋鋼機(jī)?？紤]到不同類型軋機(jī)的工作原理存在明顯差異，無(wú)法對(duì)其用電規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)一表述，本文重點(diǎn)分析短流程煉鋼的前4道工序，對(duì)于軋制環(huán)節(jié)暫不將其納入討論的范疇之內(nèi)。

從圖1（a）可以看出，EAF、AOD與LF均以爐次（由同一鋼包盛放的鋼水）為單位對(duì)鋼水進(jìn)行批量處理，而連鑄機(jī)則借助中間包的緩沖作用將多個(gè)鋼種相近的爐次組成澆次實(shí)現(xiàn)鑄坯的連續(xù)澆鑄。連鑄過(guò)程不可中斷，但為保證生產(chǎn)安全并滿足訂單合同對(duì)于產(chǎn)品規(guī)格的要求，相鄰澆次之間必須留出足夠的時(shí)間更換中間包與結(jié)晶器，此操作簡(jiǎn)稱為換澆。因此，鋼鐵制造從整體上可被視為大規(guī)模、多階段的批量生產(chǎn)過(guò)程，且每一階段可能包含若干臺(tái)并行設(shè)備，故本文采用RTN這一解決工廠批處理調(diào)度問(wèn)題的有效方法進(jìn)行生產(chǎn)流程建模。

圖1 短流程煉鋼生產(chǎn)過(guò)程及其RTN模型Fig.1 Shor t-process steelmaking pr ocess and its RTN model

1.2 RTN模型構(gòu)建

RTN模型能夠基于系統(tǒng)方法全面描述復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，特別是針對(duì)多階段、多并行機(jī)且生產(chǎn)約束嚴(yán)格的過(guò)程［20］。在RTN中，設(shè)備、物料與電力統(tǒng)稱為資源，產(chǎn)生或消耗特定資源集合的加工、運(yùn)輸操作則被抽象為任務(wù)，生產(chǎn)過(guò)程中2類元素的交互關(guān)系可表現(xiàn)為以下2種形式:連續(xù)交互與離散交互。前者表示任務(wù)在執(zhí)行期間需要持續(xù)不斷地消耗或生成某類資源，后者則專指任務(wù)與資源的交互行為僅發(fā)生于它的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)刻。

在構(gòu)建的短流程鋼鐵生產(chǎn)RTN模型中，設(shè)備和爐次與任務(wù)的交互屬于離散交互，電力資源與任務(wù)的交互則屬于連續(xù)交互，其余須作特殊說(shuō)明的模型內(nèi)容可簡(jiǎn)述如下。

1）生產(chǎn)任務(wù)與設(shè)備、電力資源的交互。包括:①生產(chǎn)任務(wù)在執(zhí)行期間消耗的電力資源為對(duì)應(yīng)設(shè)備的額定功率［21］；②初煉、脫碳、精煉任務(wù)與設(shè)備的交互在同類設(shè)備額定功率相同時(shí)無(wú)須考慮其具體個(gè)體；③連鑄任務(wù)必須與具體的連鑄機(jī)設(shè)備建立交互關(guān)系。

2）運(yùn)輸任務(wù)僅與其運(yùn)送的爐次交互。

3）運(yùn)輸任務(wù)在爐次加工任務(wù)結(jié)束后立即執(zhí)行，但是運(yùn)輸任務(wù)結(jié)束與下一生產(chǎn)任務(wù)開(kāi)始之間允許為爐次留有一定的等待加工時(shí)間。

4）連鑄過(guò)程中各爐次澆鑄任務(wù)與換澆任務(wù)在時(shí)間上無(wú)縫銜接。

RTN模型采用上述處理方式的原因詳見(jiàn)附錄A，基于此模型可進(jìn)一步討論制定鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃必須滿足的約束條件。

1.3 生產(chǎn)約束表達(dá)

為從全局層面考慮鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度，須在建立其RTN模型后對(duì)所有任務(wù)執(zhí)行采用統(tǒng)一的時(shí)間刻度進(jìn)行描述。本文選擇離散時(shí)間表示［22-23］將調(diào)度時(shí)間范圍劃分為等間距的時(shí)間網(wǎng)格，如圖2所示。

圖2 均勻時(shí)間網(wǎng)格Fig.2 Uniform time grid

基于離散時(shí)間表示的RTN模型，可構(gòu)造短流程鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)約束條件，包括資源平衡約束、等待時(shí)間約束、任務(wù)執(zhí)行約束、資源數(shù)量約束與任務(wù)銜接約束等［12-13］，其中資源平衡約束通過(guò)管理時(shí)間網(wǎng)格上資源的可用性控制生產(chǎn)、運(yùn)輸任務(wù)按照既定順序執(zhí)行，其余約束則根據(jù)模型內(nèi)容與鋼鐵生產(chǎn)特點(diǎn)對(duì)資源平衡約束中各變量的取值范圍進(jìn)行限制，2類約束詳述如下。

1.3.1 資源平衡約束

離散時(shí)間表示下，鋼鐵生產(chǎn)調(diào)度的結(jié)果決定各任務(wù)在何時(shí)段的起點(diǎn)處啟動(dòng)。故對(duì)于與任務(wù)離散交互的設(shè)備或爐次資源，其在時(shí)段t的可用數(shù)量由該資源在時(shí)段t?1的可用數(shù)量與設(shè)定在時(shí)段t起點(diǎn)處和各任務(wù)發(fā)生的交互（包括其在時(shí)段t?1內(nèi)部被任務(wù)釋放或生成）兩部分因素決定；而對(duì)于與任務(wù)連續(xù)交互的電力資源，因其不能跨時(shí)段傳遞，時(shí)段t的用電功率可表示為各任務(wù)在時(shí)段t起點(diǎn)處的用電功率之和，具體表達(dá)式為:

式中:μk為s×(τk+1)矩陣，其中s為鋼鐵生產(chǎn)所需的資源種類數(shù)；{r1，r2，…，rs}為鋼鐵生產(chǎn)所需的各種資源組成的集合。若任務(wù)k與某一資源始終無(wú)交互，可在μk中刪去與之對(duì)應(yīng)的全零行向量，由此得到各任務(wù)與資源交互關(guān)系矩陣的具體形式，見(jiàn)附錄A。

1.3.2 其余約束

1）等待時(shí)間約束

2）任務(wù)執(zhí)行約束

由鋼鐵生產(chǎn)流程可知，各生產(chǎn)任務(wù)、運(yùn)輸任務(wù)在調(diào)度周期內(nèi)均只執(zhí)行一次，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

3）資源數(shù)量約束

所有資源在任意時(shí)段的可用數(shù)量均不為負(fù)，且各連鑄機(jī)需都在時(shí)段T處于未被占用的狀態(tài)以保證所有任務(wù)在調(diào)度周期結(jié)束時(shí)已全部完成，即

式中:Q為連鑄機(jī)的初始數(shù)量。

4）任務(wù)銜接約束

因鋼鐵生產(chǎn)流程對(duì)部分任務(wù)執(zhí)行有銜接性要求，見(jiàn)1.2節(jié)，須設(shè)置任務(wù)銜接約束以保證生產(chǎn)任務(wù)與后續(xù)運(yùn)輸任務(wù)、澆次連鑄過(guò)程中相鄰的爐次澆鑄任務(wù)與換澆任務(wù)在時(shí)間上不間斷運(yùn)行。由鋼鐵生產(chǎn)RTN模型可知，相鄰任務(wù)銜接可表示為與任務(wù)離散交互的設(shè)備或爐次在前一任務(wù)釋放/生成后立即被后一任務(wù)占用/消耗，故已有文獻(xiàn)對(duì)2類任務(wù)銜接關(guān)系的處理方法如下。

2）令連鑄機(jī)可用數(shù)量在對(duì)應(yīng)連鑄任務(wù)執(zhí)行期間固定為0。由于交互關(guān)系矩陣中表征設(shè)備資源被任務(wù)占用與釋放的元素分別位于矩陣的首列與末列，可通過(guò)將連鑄過(guò)程中相鄰任務(wù)未刪去零行向量的交互關(guān)系矩陣按照對(duì)應(yīng)行向量末列與首列疊加的方式拼接成連鑄任務(wù)交互關(guān)系矩陣，以保證連鑄機(jī)僅在連鑄任務(wù)的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)刻被占用與釋放。

2 改進(jìn)任務(wù)銜接處理方式的生產(chǎn)約束表達(dá)

相鄰兩任務(wù)的銜接關(guān)系除了表現(xiàn)為設(shè)備或爐次資源的即產(chǎn)即用外，更為本質(zhì)地是體現(xiàn)在時(shí)間層面——前一任務(wù)的結(jié)束時(shí)刻與后一任務(wù)的開(kāi)始時(shí)刻相同。對(duì)應(yīng)于RTN模型，本文采用合并任務(wù)的方法將這一特征轉(zhuǎn)化為任務(wù)的持續(xù)時(shí)間屬性，即將時(shí)間上首尾相連的任務(wù)合并為復(fù)合任務(wù)，并令復(fù)合任務(wù)的持續(xù)時(shí)間為被合并任務(wù)的持續(xù)時(shí)間之和。這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于保證任務(wù)之間精準(zhǔn)銜接自然滿足，無(wú)須為此額外增設(shè)任務(wù)銜接約束，但是被合并任務(wù)的啟動(dòng)時(shí)刻在任務(wù)合并后可能位于時(shí)段內(nèi)部，而其與啟動(dòng)所需設(shè)備或爐次資源的交互可能轉(zhuǎn)化為復(fù)合任務(wù)在時(shí)段內(nèi)部對(duì)該類資源的消耗或占用，在計(jì)及此種情況可能出現(xiàn)的背景下對(duì)原有生產(chǎn)約束條件的修正須關(guān)注復(fù)合任務(wù)與資源交互關(guān)系的處理，以確保各時(shí)段的資源可用性得到準(zhǔn)確表達(dá)。

2.1 資源平衡約束修正

對(duì)資源平衡約束修正時(shí)，電力資源、設(shè)備或爐次資源與復(fù)合任務(wù)交互關(guān)系的處理原則可總結(jié)如下。

1）電力資源。在對(duì)前文所述滿足銜接關(guān)系的若干任務(wù)進(jìn)行合并的過(guò)程中，被合并任務(wù)按照是否與電力資源交互在合并處理后分別組成復(fù)合任務(wù)的生產(chǎn)部分與其他部分，生產(chǎn)部分在執(zhí)行時(shí)間上早于其他部分，復(fù)合任務(wù)與電力資源交互實(shí)際為生產(chǎn)部分與電力資源交互。由于離散時(shí)間表示下復(fù)合任務(wù)啟動(dòng)時(shí)刻（亦即生產(chǎn)部分開(kāi)始時(shí)刻）仍為時(shí)段起點(diǎn)處，生產(chǎn)部分執(zhí)行期間每一時(shí)段用電功率均可以時(shí)段起點(diǎn)處的用電功率予以表征，將其記錄于交互關(guān)系矩陣即可表示電力資源與復(fù)合任務(wù)的交互關(guān)系。

2）設(shè)備或爐次資源。因復(fù)合任務(wù)對(duì)設(shè)備或爐次資源的占用/消耗不一定僅發(fā)生于時(shí)段起點(diǎn)處，該類資源與復(fù)合任務(wù)的交互關(guān)系需要分情況處理。

①若合并前相鄰兩任務(wù)中后一任務(wù)啟動(dòng)所需的設(shè)備或爐次資源全由前一任務(wù)釋放/產(chǎn)出，則任務(wù)合并后復(fù)合任務(wù)對(duì)設(shè)備或爐次資源的占用/消耗僅發(fā)生于其啟動(dòng)時(shí)刻，即某一時(shí)段起點(diǎn)處，復(fù)合任務(wù)啟動(dòng)依然由此類資源在該時(shí)間點(diǎn)處的可用性決定，兩者間的交互關(guān)系仍可借助交互關(guān)系矩陣表示。

②若合并前相鄰兩任務(wù)中后一任務(wù)啟動(dòng)所需的設(shè)備或爐次資源不完全來(lái)自前一任務(wù)的釋放/產(chǎn)出，則當(dāng)后一任務(wù)的啟動(dòng)時(shí)刻在任務(wù)合并后位于時(shí)段內(nèi)部時(shí)，其啟動(dòng)所需的設(shè)備或爐次資源被復(fù)合任務(wù)占用/消耗的實(shí)際時(shí)刻也可能位于時(shí)段內(nèi)部，兩者之間的交互關(guān)系不能采用交互關(guān)系矩陣予以表示，故為計(jì)及這一情況出現(xiàn)的可能性，對(duì)后一任務(wù)啟動(dòng)所需的設(shè)備或爐次資源中前一任務(wù)不能提供的部分均新建約束，以保證其消耗時(shí)刻晚于生成時(shí)刻，對(duì)于其余資源則參照情況①將它們與復(fù)合任務(wù)的交互關(guān)系記錄于交互關(guān)系矩陣之中。

在上述設(shè)備或爐次資源與復(fù)合任務(wù)的交互關(guān)系中，情況①出現(xiàn)于生產(chǎn)任務(wù)與后續(xù)運(yùn)輸任務(wù)合并，原因在于運(yùn)輸任務(wù)啟動(dòng)所需的爐次資源由與之銜接的生產(chǎn)任務(wù)產(chǎn)出，情況②出現(xiàn)于澆次內(nèi)各爐次澆鑄任務(wù)與換澆任務(wù)合并，原因在于后一爐次澆鑄任務(wù)啟動(dòng)所需的爐次資源Cinh不能由前一爐次澆鑄任務(wù)產(chǎn)出。復(fù)合任務(wù)與資源交互關(guān)系的處理原則在2類任務(wù)合并操作中如何具體應(yīng)用詳見(jiàn)附錄A。

2.2 其余約束修正

改進(jìn)任務(wù)銜接處理方式后，除資源平衡約束的表達(dá)須做調(diào)整外，其余約束同樣應(yīng)作修正，分別如下。

2）任務(wù)執(zhí)行約束與資源數(shù)量約束:式（5）與式（6）對(duì)應(yīng)變量下標(biāo)需替換為復(fù)合任務(wù)及其交互的資源。

綜上，將修正后的式（1）—式（6）與附錄A式（A 9）—式（A 13）聯(lián)立即可組成任務(wù)銜接處理方法改進(jìn)后的短流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)約束條件，與改進(jìn)前相比，約束條件數(shù)目與其中0-1變量數(shù)目均明顯減少，以此進(jìn)行生產(chǎn)安排可提高求解效率，而且任務(wù)之間銜接性增強(qiáng)會(huì)使企業(yè)有能力擴(kuò)寬生產(chǎn)負(fù)荷的可平移范圍以降低其購(gòu)電成本，這2點(diǎn)優(yōu)勢(shì)在后續(xù)的算例分析中均得到了驗(yàn)證。

3 供需互動(dòng)日前調(diào)度模型的建立與求解

電網(wǎng)調(diào)度將企業(yè)用戶納入考慮是希望以更經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，而企業(yè)用戶積極與電網(wǎng)調(diào)度互動(dòng)則是希望借此降低自身的購(gòu)電成本。為了兼顧兩方主體的不同利益訴求，本文采用具有主從博弈性質(zhì)的雙層規(guī)劃建立了基于供需互動(dòng)模式的日前調(diào)度模型，因電網(wǎng)調(diào)度在互動(dòng)過(guò)程中天然處于領(lǐng)導(dǎo)者地位，上層和下層分別定為電網(wǎng)調(diào)度層和以短流程鋼鐵企業(yè)為代表的企業(yè)用戶層。

3.1 供需互動(dòng)日前調(diào)度框架

在雙層規(guī)劃中，上層模型的決策變量作為下層求解時(shí)的參數(shù)代入，下層得到最優(yōu)解后又將結(jié)果反饋到上層，從而實(shí)現(xiàn)上下層決策的相互作用。在現(xiàn)貨市場(chǎng)背景下，節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)作為調(diào)度機(jī)構(gòu)完成日前市場(chǎng)出清后得到的電價(jià)信號(hào)［24］，在忽略輸配電價(jià)與政府性基金等固定價(jià)格因素的基礎(chǔ)上可作為用戶側(cè)接收的日前實(shí)時(shí)電價(jià)引導(dǎo)企業(yè)合理調(diào)整購(gòu)電方案以發(fā)揮其需求響應(yīng)潛力［25］。與之相對(duì)應(yīng)的，鋼鐵企業(yè)各時(shí)段購(gòu)電功率的改變也將對(duì)實(shí)時(shí)電價(jià)的制定產(chǎn)生影響。因此，本文選擇以實(shí)時(shí)電價(jià)與購(gòu)電功率作為上下層之間的互動(dòng)信息，設(shè)計(jì)建立基于供需互動(dòng)模式的日前調(diào)度框架如附錄B圖B1所示。

電網(wǎng)調(diào)度層與企業(yè)用戶層互動(dòng)過(guò)程可概括如下。

1）電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)根據(jù)機(jī)組參數(shù)、背景負(fù)荷與可再生能源（本文特指風(fēng)電場(chǎng)與光伏電站）出力預(yù)測(cè)值以及鋼鐵企業(yè)申報(bào)的購(gòu)電功率安排次日發(fā)電計(jì)劃，并形成各時(shí)段的日前實(shí)時(shí)電價(jià)。

2）在鋼鐵企業(yè)信息管理系統(tǒng)中，企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（enterprise resource planning，ERP）依據(jù)訂單信息制定日生產(chǎn)計(jì)劃，由制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system，MES）通過(guò)板坯設(shè)計(jì)、爐次設(shè)計(jì)與澆次設(shè)計(jì)將其轉(zhuǎn)化為爐次與澆次對(duì)應(yīng)關(guān)系、各類生產(chǎn)任務(wù)持續(xù)時(shí)間等信息輸入能源管理系統(tǒng)（energy management system，EMS）中，EMS結(jié)合接收到的實(shí)時(shí)電價(jià)信號(hào)與企業(yè)生產(chǎn)信息以購(gòu)電成本最小為目標(biāo)調(diào)整次日生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，并向上層提交更新后的各時(shí)段購(gòu)電功率以便開(kāi)始下一次交互。

3）雙方?jīng)Q策達(dá)成一致后，電網(wǎng)調(diào)度確定火電機(jī)組與可再生能源發(fā)電計(jì)劃及各時(shí)段日前實(shí)時(shí)電價(jià)，企業(yè)用戶于次日通過(guò)過(guò)程控制系統(tǒng)（process control system，PCS）控制底層設(shè)備執(zhí)行生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃。

3.2 電網(wǎng)調(diào)度層優(yōu)化模型

3.2.1 目標(biāo)函數(shù)

上層調(diào)度模型的優(yōu)化目標(biāo)為在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，其表達(dá)式為:

1）火電機(jī)組運(yùn)行成本

火電機(jī)組運(yùn)行成本主要包括煤耗費(fèi)用與啟停成本，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

2）可再生能源運(yùn)行成本

3.2.2 約束條件

上層優(yōu)化模型的約束條件包括功率平衡約束、爬坡速率約束、機(jī)組出力上下限約束、系統(tǒng)備用約束與最小開(kāi)停機(jī)時(shí)間約束等，其中為避免可再生能源與負(fù)荷預(yù)測(cè)精度不足帶來(lái)的系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)，本文按照可能出現(xiàn)的功率缺額的上下限設(shè)置正負(fù)旋轉(zhuǎn)備用。各約束的詳細(xì)表述見(jiàn)附錄B，其矩陣形式為:

式中:PG，i、Ui、PRES，i分別為各時(shí)段的火電機(jī)組i出力與運(yùn)行狀態(tài)以及可再生能源i出力組成的T維列向量；Ai、Bi、Ci為不等式約束中與上述向量對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣；PL0和Pgrid分別為各時(shí)段的背景負(fù)荷預(yù)測(cè)值與鋼鐵企業(yè)購(gòu)電功率組成的T維列向量。

3.2.3 實(shí)時(shí)電價(jià)的定價(jià)方法

本文采用先機(jī)組組合、后經(jīng)濟(jì)調(diào)度模式［26］制定實(shí)時(shí)電價(jià)，即在確定機(jī)組啟停狀態(tài)的前提下通過(guò)庫(kù)恩-塔克（KKT）條件求解功率平衡約束對(duì)應(yīng)的拉格朗日乘子向量λ(λT=(λt|t=1，2，…，T))作為日前調(diào)度機(jī)構(gòu)下達(dá)的實(shí)時(shí)電價(jià)信號(hào)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中:L為拉格朗日函數(shù)；σ為與不等式約束對(duì)應(yīng)的拉格朗日乘子向量；U?i為經(jīng)過(guò)機(jī)組組合確定的火電機(jī)組i在各時(shí)段的運(yùn)行狀態(tài)組成的T維列向量。

3.3 企業(yè)用戶層優(yōu)化模型

出于尋求自身利益最大化的目的，鋼鐵企業(yè)需要根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)靈活調(diào)整各時(shí)段的用電計(jì)劃，以保證其在按時(shí)完成訂單任務(wù)的前提下盡可能地降低購(gòu)電成本，由此可將生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定為:

本文所提自發(fā)電功率主要是指與EAF運(yùn)行密切相關(guān)、其效果等同于降低EAF用電功率的余熱發(fā)電功率［27］，其表達(dá)式為:

將短流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)約束條件與式（13）—式（16）聯(lián)立即可組成下層鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度模型。

3.4 模型求解算法及流程

本文選擇分層迭代［28］這一利用邊界變量交互實(shí)現(xiàn)模型分層求解的方法尋找雙層優(yōu)化的近似最優(yōu)解，迭代計(jì)算的基本流程如圖3所示。

圖3 算法流程圖Fig.3 Flow chart of algorithm

從圖3中可以看出，在分層迭代求解過(guò)程中，企業(yè)用戶不必向電網(wǎng)調(diào)度上傳設(shè)備參數(shù)、訂單需求等隱私數(shù)據(jù)，而是通過(guò)在層間交互實(shí)時(shí)電價(jià)與購(gòu)電功率2種邊界信息實(shí)現(xiàn)上層與下層的分布式調(diào)度，最后在不超過(guò)最大迭代次數(shù)的前提下使得上層決策結(jié)果滿足式（17）所示收斂條件，從而在保證求解過(guò)程貼合實(shí)際互動(dòng)過(guò)程的同時(shí)求得模型近似最優(yōu)解。

為了提高交替迭代的收斂速度，避免電價(jià)、功率2種邊界信息在迭代過(guò)程中陷入死循環(huán)，本文選擇文獻(xiàn)［29］提出的N-HGD算法作為迭代算法，利用實(shí)時(shí)電價(jià)對(duì)購(gòu)電功率的靈敏度、企業(yè)接收的實(shí)時(shí)電價(jià)信號(hào)與購(gòu)電功率的歷史值在下層模型每次求解前對(duì)其在下次迭代接收的實(shí)時(shí)電價(jià)信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)估，如式（18）所示，通過(guò)將其代入下層目標(biāo)函數(shù)可促使企業(yè)用戶在保障自身利益的同時(shí)提前制定符合上層用電期望的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，從而推動(dòng)電網(wǎng)調(diào)度做出的決策以更快的速度逼近于收斂條件。

為保證下層模型在N-HGD算法應(yīng)用前后KKT條件不變，即最優(yōu)性的必要條件相同，在經(jīng)過(guò)上述處理后還需引入系數(shù)0.5對(duì)下層目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行修正，如式（19）所示，并將sen，q限制為對(duì)稱矩陣。

為求解式（19）中sen，q，可通過(guò)最小二乘法擬合前后2次迭代的購(gòu)電功率差值與實(shí)時(shí)電價(jià)差值存在的線性函數(shù)關(guān)系并補(bǔ)充保證靈敏度矩陣對(duì)稱的約束條件，具體模型與完整求解流程詳見(jiàn)附錄C。

由于各層模型在邊界信息確定的前提下均可視作獨(dú)立的混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，本文在將目標(biāo)函數(shù)中非線性項(xiàng)插值線性化［30］后采用MATLAB平臺(tái)調(diào)用CPLEX求解器分別對(duì)上層與下層模型交替求解。

4 算例仿真分析

4.1 系統(tǒng)參數(shù)及仿真環(huán)境

1）機(jī)組數(shù)據(jù):本文以10臺(tái)火電機(jī)組、1個(gè)風(fēng)電場(chǎng)與1座光伏電站模擬某地區(qū)的電源結(jié)構(gòu)，火電機(jī)組參數(shù)如附錄D表D1所示，風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站裝機(jī)容量按滲透率為9.5%與11.5%分別設(shè)置為360 MW與440 MW，通過(guò)同步回代消除法［31］可從該地全年風(fēng)電、光伏出力數(shù)據(jù)中提取各季節(jié)風(fēng)電典型日出力場(chǎng)景以及每一季節(jié)不同天氣（晴天、多云、陰雨）下的光伏典型日出力場(chǎng)景作為風(fēng)電、光伏的日前預(yù)測(cè)功率，如附錄D圖D1與圖D2所示。

2）負(fù)荷信息:短流程鋼鐵企業(yè)設(shè)備參數(shù)、爐次與澆次的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及各生產(chǎn)任務(wù)、運(yùn)輸任務(wù)的持續(xù)時(shí)間如附錄D表D2至表D4所示，不含短流程鋼鐵企業(yè)的背景負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線由該地區(qū)工作日典型電力負(fù)荷曲線按照算例系統(tǒng)的裝機(jī)容量等比例調(diào)整后得到，如附錄D圖D3所示。

3）備用配置:負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差對(duì)正負(fù)旋轉(zhuǎn)備用的需求系數(shù)設(shè)為5%，風(fēng)電、光伏日預(yù)測(cè)誤差的上下限設(shè)為新版“兩個(gè)細(xì)則”中規(guī)定的短期功率預(yù)測(cè)曲線的單點(diǎn)最大誤差［32］。

4）仿真環(huán)境:計(jì)算機(jī)配置為Intel Core i5-4210U CPU@1.7 GHz，8 GB內(nèi)存。

4.2 任務(wù)銜接改進(jìn)處理方法的有效性及優(yōu)越性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所提任務(wù)銜接改進(jìn)處理方法的有效性及優(yōu)越性，本文分別以購(gòu)電成本最小（目標(biāo)1，見(jiàn)式（13））與完工時(shí)間最短（目標(biāo)2）為目標(biāo)進(jìn)行鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度，后者的目標(biāo)值可用于判斷任務(wù)之間的銜接性是否改善，其表達(dá)式為:

式中:K″為連鑄任務(wù)集合。

以附錄D表D5所示的大工業(yè)用戶分時(shí)電價(jià)為購(gòu)電價(jià)格，任務(wù)銜接處理方法改進(jìn)前后企業(yè)以目標(biāo)1、2進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度得到的結(jié)果如表1所示，其中加工爐次數(shù)為4爐次時(shí)制定的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃分別見(jiàn)附錄D圖D4與圖D5。

表1 改進(jìn)前后的生產(chǎn)調(diào)度結(jié)果Table 1 Production scheduling results before and after improvement

1）有效性驗(yàn)證

從附錄D圖D4與圖D5可以看出，與任務(wù)銜接處理方法改進(jìn)前相比，方法改進(jìn)使得相鄰兩任務(wù)中前一任務(wù)結(jié)束時(shí)刻與后一任務(wù)啟動(dòng)時(shí)刻間可能存在的空閑時(shí)隙均被消除，特別是連鑄任務(wù)在其執(zhí)行期間內(nèi)不再被中斷，說(shuō)明采用改進(jìn)方法制定出的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃更加具備現(xiàn)實(shí)可行性，企業(yè)最短完工時(shí)間也因滿足銜接關(guān)系的若干任務(wù)占用的總時(shí)段數(shù)減少而明顯降低。且由表1可知，這一情況在企業(yè)加工其他數(shù)量爐次時(shí)同樣出現(xiàn)，表明改進(jìn)方法的有效性不受產(chǎn)量水平影響。

2）優(yōu)越性驗(yàn)證

對(duì)改進(jìn)方法優(yōu)越性的驗(yàn)證主要從以下2個(gè)方面進(jìn)行。

①求解速度:由表1可知，與原始方法相比，改進(jìn)方法使鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度模型中約束條件數(shù)目與表征任務(wù)是否執(zhí)行的0-1變量個(gè)數(shù)均縮減一半左右，運(yùn)算時(shí)間因此大幅度下降，從而證實(shí)改進(jìn)方法能夠顯著提高模型的求解速度。

②購(gòu)電成本:表1顯示，鋼鐵企業(yè)最小購(gòu)電成本在任務(wù)銜接處理方法改進(jìn)后明顯下降，其與最短完工時(shí)間減少的原因相同，企業(yè)在任務(wù)銜接處理方法改進(jìn)后可以更加靈活地進(jìn)行生產(chǎn)安排，生產(chǎn)負(fù)荷的可平移范圍由此得以大大拓寬，故當(dāng)以購(gòu)電成本最小為目標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度時(shí)企業(yè)能夠更大程度地將生產(chǎn)設(shè)備的使用時(shí)間從高電價(jià)時(shí)段轉(zhuǎn)移至低電價(jià)時(shí)段，如附錄D圖D4所示，從而證明改進(jìn)方法較原始方法在降低購(gòu)電成本方面同樣具有優(yōu)越性。

4.3 生產(chǎn)流程對(duì)購(gòu)電計(jì)劃制定的影響

為了分析生產(chǎn)流程對(duì)于短流程鋼鐵企業(yè)制定購(gòu)電計(jì)劃的影響，本文設(shè)置以下3種購(gòu)電計(jì)劃制定策略進(jìn)行對(duì)比分析。

策略1:根據(jù)文獻(xiàn)［6］思想，購(gòu)電計(jì)劃制定以生產(chǎn)設(shè)備中耗電量最大的EAF用電成本最小為目標(biāo)，在不計(jì)及完整生產(chǎn)流程的前提下僅利用與初煉任務(wù)有關(guān)的生產(chǎn)約束確定EAF運(yùn)行時(shí)段，然后借助剩余約束安排其他任務(wù)啟動(dòng)以保證所有任務(wù)在調(diào)度周期結(jié)束前均已完成，并得到各時(shí)段的購(gòu)電功率。

策略2:購(gòu)電計(jì)劃制定仍以EAF的用電成本最小為目標(biāo)，但是決策過(guò)程考慮完整的生產(chǎn)流程。

策略3:利用本文3.3節(jié)建立的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度模型生成購(gòu)電計(jì)劃。

同樣以分時(shí)電價(jià)為購(gòu)電價(jià)格，基于上述3種購(gòu)電計(jì)劃制定策略得出的EAF用電成本如圖4所示。

圖4 不同策略下的EAF用電成本Fig.4 Electricity costs of EAF with different strategies

從圖4中可以看出，同一加工爐次數(shù)下企業(yè)分別按策略2與策略3制定購(gòu)電計(jì)劃得到的EAF用電成本一致，說(shuō)明EAF用電成本在短流程鋼鐵企業(yè)購(gòu)電成本中占據(jù)主導(dǎo)地位。但當(dāng)加工爐次數(shù)超過(guò)8爐次時(shí)，企業(yè)采用策略1與策略2購(gòu)電得到的EAF用電成本存在明顯差異。為了解釋這一現(xiàn)象，附錄D圖D6（a）和（b）分別給出加工爐次數(shù)為8爐次與12爐次時(shí)企業(yè)基于策略1與策略2的EAF用電安排，對(duì)比2幅圖可以發(fā)現(xiàn):①加工爐次數(shù)較少時(shí)，策略1與策略2均將全部爐次的初煉任務(wù)布置在凌晨低谷電價(jià)時(shí)段執(zhí)行以降低EAF用電成本；②隨著產(chǎn)量水平的不斷提高，策略1令部分在凌晨谷時(shí)段未啟動(dòng)的初煉任務(wù)率先占用夜晚低谷時(shí)段（23:00—24:00）運(yùn)行，策略2卻由于生產(chǎn)流程嚴(yán)格限制不能對(duì)此作同等處理，只能把這部分任務(wù)轉(zhuǎn)移至?xí)r間靠前但電價(jià)較高的11:30—16:00（平時(shí)段）執(zhí)行。然而，策略1在確定初煉任務(wù)的啟動(dòng)時(shí)刻后難以組織后續(xù)生產(chǎn)，即企業(yè)不計(jì)及完整生產(chǎn)流程可能無(wú)法獲得可行的購(gòu)電計(jì)劃，且圖4顯示2種策略對(duì)應(yīng)的EAF用電成本的差值隨加工爐次數(shù)的增加顯著擴(kuò)大，表明生產(chǎn)流程對(duì)購(gòu)電計(jì)劃的影響逐漸加深。因此，為短流程鋼鐵企業(yè)等流程工業(yè)制定購(gòu)電計(jì)劃乃至挖掘其需求響應(yīng)潛力必須對(duì)企業(yè)生產(chǎn)流程予以充分考慮。

4.4 供需互動(dòng)對(duì)日前調(diào)度結(jié)果的影響

為了體現(xiàn)本文所提供需互動(dòng)模式在日前調(diào)度中的優(yōu)化效果，取表2所示3種日前調(diào)度模式在已構(gòu)造的12個(gè)場(chǎng)景中分別進(jìn)行仿真對(duì)比分析，得到各模式的調(diào)度結(jié)果如附錄D表D6所示，因不同場(chǎng)景下3種調(diào)度模式的比較情況類似，以其中棄風(fēng)棄光率高的春季晴天場(chǎng)景為分析對(duì)象，該場(chǎng)景下不同調(diào)度模式的系統(tǒng)運(yùn)行情況如表3所示，火電機(jī)組與可再生能源出力詳見(jiàn)附錄D圖D7。

表2 3種日前調(diào)度模式Table 2 Thr ee day-ahead scheduling modes

表3 3種日前調(diào)度模式的結(jié)果對(duì)比Table 3 Comparison of results among three day-ahead scheduling modes

從表3及附錄D圖D7可以看出:①相較于模式1，模式2與模式3因在調(diào)度過(guò)程中考慮了鋼鐵企業(yè)的需求響應(yīng)能力，致使棄風(fēng)棄光成本在用電負(fù)荷向低電價(jià)的風(fēng)電、光伏高發(fā)時(shí)段集中轉(zhuǎn)移后明顯下降，火電機(jī)組運(yùn)行成本也由于風(fēng)電、光伏并網(wǎng)電量的增加而有所降低；②通過(guò)對(duì)比模式2與模式3的各項(xiàng)成本還可以發(fā)現(xiàn)，模式3在提升系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性以及促進(jìn)可再生能源消納能力方面均優(yōu)于模式2，考慮到2種調(diào)度模式的火電機(jī)組運(yùn)行成本差別不大，圖5給出了模式2與模式3的風(fēng)電、光伏并網(wǎng)功率曲線與短流程鋼鐵企業(yè)的購(gòu)電功率曲線以用于分析2種調(diào)度模式優(yōu)劣的原因所在。

圖5 模式2與模式3的功率曲線Fig.5 Power curves of mode 2 and mode 3

對(duì)比2種調(diào)度模式下的短流程鋼鐵企業(yè)購(gòu)電功率可知，在調(diào)度機(jī)構(gòu)給定的峰谷平分時(shí)電價(jià)下，模式2中短流程鋼鐵企業(yè)將部分可在上午峰時(shí)段啟動(dòng)的設(shè)備轉(zhuǎn)移至夜間低谷時(shí)段運(yùn)行，由于夜間低谷時(shí)段的范圍劃分與電力供需的實(shí)際情況并不完全匹配，企業(yè)用電負(fù)荷無(wú)法在準(zhǔn)確時(shí)刻對(duì)高發(fā)風(fēng)電的消納起到足夠的支撐作用，而且10:00出現(xiàn)的光伏過(guò)?，F(xiàn)象因設(shè)備負(fù)荷的誤移變得更加嚴(yán)重，故模式2的棄風(fēng)棄光成本較能借助供需雙向互動(dòng)精準(zhǔn)發(fā)掘各時(shí)段電力供需關(guān)系的模式3而言顯著增加。并且通過(guò)觀察附錄D圖D8還可以發(fā)現(xiàn)，2種調(diào)度模式的棄電率差值，特別是棄光率差值隨產(chǎn)量水平的降低呈現(xiàn)逐漸上升的態(tài)勢(shì)，說(shuō)明相較于無(wú)互動(dòng)時(shí)分時(shí)電價(jià)的杠桿作用，供需互動(dòng)模式可在生產(chǎn)流程限制放寬的前提下促使更多生產(chǎn)負(fù)荷向日間光伏出力較大的時(shí)段聚集，從而驗(yàn)證了本文所提供需互動(dòng)模式在提升系統(tǒng)對(duì)可再生能源尤其是光伏消納能力上的有效性。

另外，將需要鋼鐵企業(yè)全部生產(chǎn)信息的發(fā)用電一體化調(diào)度模式（模式4）與本文所提供需互動(dòng)模式進(jìn)行比較，得到2種調(diào)度模式在春季晴天場(chǎng)景下的運(yùn)行情況如表4所示。與模式3相比，模式4為降低系統(tǒng)總成本提高了可再生能源消納量，致使部分棄電時(shí)段的邊際機(jī)組由可再生能源變更為煤耗率低的600 MW機(jī)組，發(fā)電側(cè)也因清潔替代電量增多避免付出額外的運(yùn)行成本以滿足負(fù)荷的用電需求，但是對(duì)于被強(qiáng)迫平移設(shè)備啟動(dòng)時(shí)刻以用于填補(bǔ)凈負(fù)荷低谷的短流程鋼鐵企業(yè)，盡管在棄電時(shí)段增加的耗電功率僅為2 MW，實(shí)時(shí)電價(jià)的突增仍使該用戶的購(gòu)電成本明顯升高，如附錄D圖D9所示。經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，模式4相較于模式3在企業(yè)購(gòu)電成本方面上漲了4.26%，而其系統(tǒng)總成本卻只下降了0.002%，且當(dāng)2種模式在其他棄電率低的場(chǎng)景應(yīng)用時(shí)，這一現(xiàn)象會(huì)變得更加嚴(yán)重。因此，即便不計(jì)較企業(yè)私有信息能否完整透明地向電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)傳遞，單從經(jīng)濟(jì)性的角度分析，模式3較模式4可平衡源側(cè)與荷側(cè)兩方主體的利益沖突，特別在棄電量足夠低的某些時(shí)段可防止因消納過(guò)剩可再生能源造成企業(yè)購(gòu)電成本大幅度攀升的狀況發(fā)生。

表4 模式3與模式4的結(jié)果對(duì)比Table 4 Comparison of r esults between mode 3 and mode 4

5 結(jié)語(yǔ)

本文在可再生能源高比例接入電網(wǎng)的背景下，計(jì)及荷側(cè)短流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程中蘊(yùn)含的可調(diào)節(jié)潛力，基于供需互動(dòng)模式構(gòu)建了兼顧企業(yè)用戶與電網(wǎng)調(diào)度兩方主體利益的日前調(diào)度模型，通過(guò)算例仿真得出以下結(jié)論。

1）本文所提對(duì)RTN中任務(wù)銜接處理方式的改進(jìn)方法實(shí)現(xiàn)了前后相連工序的無(wú)縫銜接，并且較改進(jìn)之前提高了模型求解速度，降低了企業(yè)購(gòu)電成本。

2）為鋼鐵企業(yè)等流程工業(yè)制定購(gòu)電計(jì)劃以及評(píng)估其響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的可調(diào)節(jié)潛力必須計(jì)及生產(chǎn)流程的影響，而且隨著產(chǎn)量水平的提高，生產(chǎn)流程在其中所起的作用將會(huì)愈發(fā)重要。

3）與無(wú)互動(dòng)時(shí)的日前調(diào)度模式相比，本文提出的供需互動(dòng)日前調(diào)度模式增加了可再生能源的消納空間，特別是針對(duì)日間部分時(shí)段出現(xiàn)的光伏高發(fā)現(xiàn)象，此模式同樣可發(fā)揮一定的消納作用。另外，將其與以系統(tǒng)總成本最小為目標(biāo)的發(fā)用電一體化調(diào)度模式對(duì)比還可發(fā)現(xiàn)，供需互動(dòng)模式在提升系統(tǒng)對(duì)可再生能源消納能力的同時(shí)兼顧了短流程鋼鐵企業(yè)利益，無(wú)論從現(xiàn)實(shí)可行性還是從經(jīng)濟(jì)性的角度分析，后者相較于前者均更具優(yōu)勢(shì)。

目前，本文對(duì)于短流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程的建模未加入軋制環(huán)節(jié)，后續(xù)會(huì)在分析各類型軋機(jī)工作原理及用電規(guī)律的基礎(chǔ)上嘗試將其一并納入模型。另外，下一階段也可對(duì)短流程鋼鐵企業(yè)參與電網(wǎng)調(diào)度的方式進(jìn)行擴(kuò)充，考慮通過(guò)控制生產(chǎn)調(diào)度模型中的部分變量實(shí)現(xiàn)企業(yè)對(duì)于可中斷負(fù)荷指令的響應(yīng)。

附錄見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)版（http：//www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx），掃英文摘要后二維碼可以閱讀網(wǎng)絡(luò)全文。