1、 多類型新能源發電綜合消納的關鍵技術電力系統規劃與可靠性電力系統規劃與可靠性電源規劃與電力電量平衡電源規劃與電力電量平衡華北電力大學第一節第一節 概述概述一、電源結構 二、 各類發電站的特性 三、 電力電量平衡華北電力大學一、電源結構一、電源結構 電源結構就是指在電力系統中各種類型的電廠之間的發展比例。 電力系統電源電力系統電源凝汽式燃煤火電廠凝汽式燃煤火電廠熱電熱電廠廠水電水電廠廠常規電源常規電源新興電源新興電源抽水抽水蓄能水電站蓄能水電站地熱地熱潮汐電站潮汐電站風能風能核能電站核能電站華北電力大學影響電源結構的因素影響電源結構的因素 受各地區動力資源儲量及開發條件等制約。 電力系統中電、熱

2、負荷增長速度和分布情況對各種資源的開發有很大影響。 各種電源本身的技術經濟指標的影響。 華北電力大學確定合理的電源結構的原則和做法確定合理的電源結構的原則和做法在確定電力系統電源結構時，應該遵循我國電力建設的有關方針政策，在以煤炭為基礎的常規能源中，優先發展水電，核電積極起步和建設的方針。大力發展可再生能源。電源規劃中，合理的選擇各類電源的做法：電源規劃中，合理的選擇各類電源的做法： 根據負荷預測的結果，確定各規劃水平年電力系統所需要的總裝機容量； 根據規劃區內動力資源情況和負荷分布情況、可能發展速度及增長需要，選擇具備建主電廠條件的電廠廠址。 要優先確定下那些具有防洪、灌溉、航運等綜合利用的

3、水利樞紐用來發電的容量，對于現有的有條件擴建的電廠，應在技術經濟比較的基礎上確定其合理的擴建規模；以及根據熱負荷情況確定的熱電廠的容量。華北電力大學合理確定各種電廠在系統工作中的地位合理確定各種電廠在系統工作中的地位由于各類電廠的工作特性不同，因而他們在日負荷曲線上所承擔的任務也不同。我們將電源也對應的分為三類即承擔基荷的電源、承擔腰荷的電源以及承擔峰荷的電源。 華北電力大學峰荷電源 腰荷電源（1）抽水蓄能水電 （6）不完全年調節水電（2）燃氣輸機組 （7）經濟性較高的火電（3）日調節水電（4）多年調節水電（5）不經濟火電（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（8）（9）（10）（1

4、1）P6121824t(h)0各類電源在負荷曲線中的各類電源在負荷曲線中的工作位置工作位置基荷電源（8）經濟性較高的火電 （9）熱電廠（10）核能電廠 （11）徑流式水電華北電力大學二二 、各類發電站的特性、各類發電站的特性 按照發電站的工作狀況，可以分為：基荷發電站：核電站、大型凝汽式電站、徑流式水電站等；腰荷發電站：中型凝汽式電站，部分水電站；峰荷發電站：水電站、抽水蓄能電站、小型凝汽式電站、燃汽輪機電站等。華北電力大學1 1、火電站、火電站火電站火電站背壓式機組背壓式機組抽壓式機組抽壓式機組凝氣式火電站凝氣式火電站（燃煤式火電站）（燃煤式火電站）供熱式火電站供熱式火電站（熱電站）（熱電站

5、）出力穩定、最小出力限制40-80%啟動時長，出力調節慢跟蹤速率1%-5%。額定容量是經濟性好。盡可能承擔穩定負荷，必要時可參與調峰，并可參與二次調頻。無熱負荷不發電，以熱定電；主要向電力用戶和工業企業低通低壓蒸汽與凝汽式相似，中間可抽氣1-2次，抽氣量可調，不供熱時與凝汽式運行特性一致。華北電力大學2. 2. 燃氣輪機發電廠燃氣輪機發電廠 主要設備有燃氣輪機、燃燒室、發電機燃料噴嘴射泵、各種換熱器和冷卻裝置。燃料與壓縮空氣在燃燒室內混合、燃燒，產生的高溫高壓燃氣經燃氣噴嘴變成告訴氣流推動葉輪轉動驅動發電機，做功后的燃氣經煙囪排入大氣。 設備簡單、占地少、基建時間短、造價低；污染少，噪聲輕。

6、燃亮為液體或氣體，價格高，因此發電成本高，電價高。 在無外電源的情況下可迅速冷態啟動，一般2-2-分鐘可滿載并網，因此廣泛用于承擔電網高峰負荷和做事故備用。華北電力大學3 3、常規水電廠、常規水電廠1）壩式（見圖3-1-5）壩后式水電站：廠房建在壩下游，不承受上游水壓，高壩劉家峽、豐滿河床式水電站：廠房成為擋水建筑的一部分，低壩獲取水頭富春江、葛洲壩圖3-1-5 壩式水電站(a)壩式水電站 (b)河床式水電站1抬高后的水位；2原河；3壩；4廠房水力發電是利用天然水流的水能來生產電能，其發電功率與河流的落差及流量有關。根據開發河段的水文、地形、地質等自然條件，水電站可分為以下三類 u壩式水電站往

7、往形成較大的水庫，因而能進行流量調節（徑流調節）。發電出力能比較好地符合電力系統的要求u當不能形成徑流調節所需的較大水庫時，則只能按天然流量發電，稱為徑流式水電站。 華北電力大學圖3-1-6 引水式水電站(a)無壓引水式水電站 (b) 有壓引水式水電站1引水道；2原河；3能坡線；4廠房2）引水式（見圖3-1-6）無壓引水式水電站：沿岸修筑坡降平緩的明渠或無壓隧道來集中落差有壓引水式水電站：用有壓隧道或管道來集中落差引水式水電站不會形成水庫，多為徑流式水電站天生橋水電站位于廣西隆林各族自治縣原祥播鄉、椏杈鎮與貴州省安龍縣德臥鎮接壤處南盤江的雷公灘段峽谷上。華北電力大學圖3-1-7 混合式水電站1

8、壩；2引水道；3廠房；4能坡線大部分混合式水電站可以進行徑流調節。 河段ABC有落差HAC。BC段上不宜建壩，但落差HBC可以利用。獅子灘水電站位于重慶市長壽區長壽湖鎮。建在新中國第一條梯級開發的河流-龍溪河，是我國第一個五年計劃重點建設項目。由蘇聯支援建設。電站興建于1954年,建成于1957年。第一臺機組于1956年10月1日并網發電,電站原裝有4臺單機容量為12MW的水輪發電機組，設計年均發電量為2.06億kWh。華北電力大學圖3-1-7 混合式水電站1壩；2引水道；3廠房；4能坡線通常建在落差過大或淹沒損失過多的河流，或技術經濟不合適集中開發時采用。獅子灘水電站位于重慶市長壽區長壽湖鎮

9、。建在新中國第一條梯級開發的河流-龍溪河，是我國第一個五年計劃重點建設項目。由蘇聯支援建設。電站興建于1954年,建成于1957年。第一臺機組于1956年10月1日并網發電,電站原裝有4臺單機容量為12MW的水輪發電機組，設計年均發電量為2.06億kWh。華北電力大學水電站的運行特性水電站的運行特性水電站最突出的運行特性是其出力和發電量隨天然徑流量的情況而變化。水電站有時還可能由于水頭太低，使水輪發電機達不到其額定出力。 水電站的另一特點是啟停機迅速方便。 水電站適合在電力系統擔任調峰和調頻任務。 水電站的運行費用幾乎與生產的電量無關。 華北電力大學水電站的容量水電站的容量裝機容量重復容量：水

10、電廠為了利用季節性電能，節省火點燃了二額外增加的裝機容量，這部分容量只在豐水期發電，其余時間不能利用。不參與電力平衡。預想出力：由于水文條件限制某一時段的最大出力。受阻容量：額定-預想出力保證出力：枯水期的平均出力。強迫出力：由于下游用水量必須的最小出力。華北電力大學水電廠的運行方式水電廠的運行方式盡可能充分利用水資源。有調節能力的水電廠枯水期調峰，豐水期防止棄水，基荷；無調節能力：基荷；日調節：峰荷和腰荷；年調節：峰、腰、基荷；多年調節：基本上全年在峰荷工作。可以做二次調頻和負荷備用。工作容量計算：qMAXqshuptjshgPPPPKP)1 ()(華北電力大學4 4、抽水蓄能電站、抽水蓄能

11、電站- -填谷調峰填谷調峰按其運行周期可以分為：u日抽水蓄能：以日為運行周期；u周抽水蓄能：以周為運行周期；u季抽水蓄能：將汛期多余水量抽蓄到上水庫里，供枯水期增加發電量。 01224( )150160170180190日抽水蓄能電站的工作情況華北電力大學抽水蓄能電站特性抽水蓄能電站特性唯一的填谷調峰電源唯一的填谷調峰電源 運行靈活、可靠，主要用來調峰填谷（全停到滿載5min，抽滿8min） 擔任系統備用容量 擔任系統調頻任務 擔任調相任務 使水電站更好地發揮綜合利用效益 循環效率：抽水到發電的循環中，能量利用率0.7-0.75華北電力大學5 5、核電站、核電站圖3-1-8 核電站的構成1壓水

12、反應堆；2堆芯；3控制棒傳動裝置；4一次回路；5冷卻劑桌；6蒸汽發生器；7二次回路；8加壓器；9反應堆安全殼；10高壓氣缸； 11低壓氣缸；12發電機；13脫水器；14冷卻水；15冷凝器；16冷凝水泵；17給水加熱器；18給水泵；19給水加熱器；華北電力大學核電站的運行特性核電站的運行特性 核電站的主要優點是核燃料以少勝多 核電站需要連續地以額定功率運行，在電力系統中總是分擔基荷。 可適度降低出力跟蹤負荷調整出力。 在有核電站的電力系統中需要設置較大的發電機組備用容量，并要求有抽水蓄能機組進行調峰配合。 核電站在缺少能源且交通運輸緊張的地區無疑具有廣闊的發展前景。 節能、環保；檢修時間長，年需

13、停運15天；檢修時間30-40天。周期18月。 華北電力大學6.6.風力發電風力發電 風力發電機組是實現由風能到機械能和由機械能到電能兩個能量轉換過程的裝置，風輪系統實現了從風能到機械能的能量轉換，發電機和控制系統則實現了從機械能到電能的能量轉換過程。 華北電力大學風力發電機的特性風力發電機的特性1、風電并網對電網安全穩定的影響：大規模風電接入可能影響電網的暫態穩定性暫態穩定性和頻率穩定性。短路電流和頻率穩定性。短路電流可能超過附近原有變電站的遮斷容量。2、風電并網對電網電能質量的影響：風的隨機性和波動性以及風電機組運行過程中受湍流、尾流和塔影效應影響，產生電壓波動和閃變電壓波動和閃變。變速風

14、電機組帶來諧諧波波。3、風電并網對電網運行的影響：風電的間歇性和隨機性，且出力多具有反調節反調節特性特性，由于目前不能有效預測，需要留有更多備用容量備用容量。4、風電并網對輸電通道的影響：風電的年利用小時數較常規電場少，大部分時間輸出功率遠遠低于額定容量低于額定容量，按額定容量設計投資大投資大。華北電力大學電網接納風電能力問題電網接納風電能力問題1、主要調峰、調頻和調壓；調峰問題突出影響接納能力的因素： 電力系統的規模 負荷水平和負荷峰谷差； 非風電電源的總量和構成、調節特性和運行備用。 風電場自身特性，包括出力調節、出力概率、風電場分布、 風電場的預測性和觀測性。2. 風電場的可信度 一般小

15、與0.253. 風電場電量效益：全額收購，參與電力平衡。 華北電力大學3.3.電力電量平衡電力電量平衡1.電力系統備用容量 任何時候發電都要與負荷平衡。系統裝機容量應等于系統最大發電負荷。考慮事故和負荷波動，裝機容量必須大于最大發電負荷。 按照電力系統設計技術規定備用容量可按照最大發電負荷的15-20%考慮。低值大系統，高值小系統。備用容量分為負荷備用負荷備用、事故備用事故備用和檢修備用檢修備用。 負荷備用負荷備用稱為調頻備用，用來調節電力系統中短期負荷隨機波動和負荷預測誤差而設定的。一般取2%-5%。低值大系統，高值小系統。事故備用事故備用是指發電機組發生強迫停運時，在規定時間內啟動，用來補

16、償系統發電容量缺額，避免發生頻率波動和失去穩定。一般取8-10%，低值大系統，高值小系統。不得小于系統最大一臺發電機容量。檢修備用檢修備用是發電機組能夠進行計劃檢修而設置的備用，它與系統年負荷曲線有關，與檢修策略有關等很多因素有關。大修和小修。低負荷曲線處。不低于5%。熱備用和冷備用： 負荷備用-熱備用；事故備用一半熱一半冷。檢修-冷。 負荷備用要分布合理。優先考慮有調節能力的水電廠。 華北電力大學3.3.電力電量平衡電力電量平衡 事故備用在火電和水電之間分攤。徑流式可作為自己電廠的備用。水電廠做備用必須考慮水電廠的分布、庫容和送電線路能力。 負荷備用和檢修備用必須用發電可靠性計算得出。 備用

17、容量確定以后，就可以加上系統的最大負荷得到系統裝機容量。2.電力系統電力電量平衡 電源規劃中包括電力、電量和調峰。電源規劃必須先做的工作，可以從宏觀上把握裝機容量、系統備用率、發電設備利用小時數和調峰幅度等參數，進而確定電源結構。 枯水年：枯水年的電力平衡時系統裝機確定的依據。 平水年：平水年電量預測是系統燃煤電廠的發電量確定依據。電量平衡 豐水年： 調峰容量確定。線路過載核算。 特枯水年：裝機是否充足，電量平衡。電力平衡： )1 (max1PCNhhC:發電機裝機N:發電廠個數P：系統最大負荷系統備用率。華北電力大學3.3.電力電量平衡電力電量平衡 電量平衡電量平衡： 各發電廠發電量電量盈虧

18、燃煤電廠平均利用小時數ssMkfkNjsjdEEE11燃煤電廠非燃煤電廠 調峰平衡調峰平衡：ssMkfkNjsjMAXfgCCPP11最大峰谷差日旋轉備用率第二節電源規劃中的隨機生產模擬研究隨機生產模擬問題的原因電源規劃中的隨機生產模擬問題，是對方案中的運行成本逐年進行詳細優化計算的問題.規劃期內存在不確定因素：非計劃強迫停運、未來電力負荷的隨機波動、水電廠來水.考慮這些因素影響的生產模擬就是隨機生產模擬.通過隨機生產模擬，可獲得方案中各機組的期望生產電能、生產費用及電源可靠性指標，為電源規劃的決策提供準確的反饋信息. 等效持續負荷曲線等效持續負荷曲線 在隨機生產模擬技術的發展過程中，等效持續

19、負荷曲線（ELDC）將發電機組的隨機停運和隨機負荷模型巧妙的結合在一起，是隨機生產模擬中最重要的概念。 等效持續負荷曲線是從一般的負荷曲線中發展而來的。持續負荷曲線持續負荷曲線t=F(x)(x,t)tL=LOLP TEENSxAXmaxB 橫坐標表示系統的負荷 縱坐標表示持續時間 T為研究周期，根據具體情況可以是年、月、周等. 曲線上任何一點(x，t)表示系統負荷大于或等于x的持續時間為t.( )tF x( )( )/Pf xF xTm ax0()xtEFx d xmax0( )xXfx dx兩端除以兩端除以T T 兩端除以兩端除以T T 系統總電量系統總電量 系統負荷平均值系統負荷平均值 系

20、統負荷大于或等于系統負荷大于或等于x x的概率的概率持續負荷曲線持續負荷曲線 設系統在該期間投入運行的發電機組的總容量為Ct，系統負荷大于發電機組總容量的持續時間為： 相應的電力不足概率LOLP為： 在這種情況下，圖中陰影部分的負荷電量不能滿足要求，其面積就是電量不足期望值：LttF Ct=F(x)(x,t)tL=LOLP TEENSxAXmaxBLtLOLPtTf C maxmaxttxxCCEENSF x dxTf x dxCt和xmax的關系等效持續負荷曲線等效持續負荷曲線 考慮發電機組的隨機故障因素 等效持續負荷曲線是把發電機組的隨機故障影響當成等效負荷對原始持續負荷曲線不斷修正的結果

21、。當發電機組故障時，系統的等效負荷就要增大。x(0)1()fxC(0)( )fx(1)( )fx等效持續負荷曲線的形成等效持續負荷曲線的形成x(0)1()fx C(0)( )fx(1)( )fx 是原始持續負荷曲線，表示系統中所有機組應承擔的負荷。 設第一臺發電機首先帶負荷，其容量為C1，強迫停運率為q1 當這臺發電機組處于運行狀態時，它和其他發電機組應承擔的負荷由 來表示 當發電機組1故障時， 表示的負荷應由除去發電機組1以外的其他機組承擔 這就相當于發電機組1和其他發電機組共同承擔了向右平移了C1的負荷曲線中的負荷 0fx 0fx 0fx01fxC 與 相比：最大負荷大了C1，負荷電量增加

22、了 ，正好等于發電機組1故障而少發的電量等效持續負荷曲線等效持續負荷曲線由于發電機組1的強迫停運率為 ，正常運行的概率為 ，所以考慮發電機組1的隨機停運影響以后，系統的隨機負荷曲線應由下式表示是發電機組1的隨機停運與持續負荷曲線的卷積公式，其結果就是考慮該機組隨機停運因素以后系統的等效持續負荷曲線。x(0)1()fxC(0)( )fx(1)( )fx 1fx1q111pq (1)(0)(0)111( )( )()fxp fxq fxCE 0fxLOLPEENSx( )( )nfx(0)( )fx1maxCx1Cminx0等效持續負荷曲線等效持續負荷曲線 對于第i臺發電機組，上述結論可推廣為 在

23、發電機組逐個卷積過程中，等效持續負荷曲線也在不斷變化，最大等效負荷在不斷增大。 設系統中共n臺發電機組，其容量為 。當全部機組卷積運算結束后，等效持續負荷曲線為 ，最大等效負荷 如圖。 ( )(1)(1)( )( )()iiiiiifxp fxq fxCtC( )( )nfxmaxtxC( )()ntLOLPfCmax( )( )ttxCnCEENSTfx dx系統電力不足概率系統電量不足期望值隨機生產模擬過程建立了等效持續負荷曲線概念以后，就可以進一步研究隨機生產模擬的過程。隨機生產模擬需要的原始資料包括負荷資料和發電機組的技術經濟數據。負荷數據主要用來形成研究期間的原始持續負荷曲線及年最大

24、負荷曲線最大負荷曲線是指每月或每周的最大負荷按時間序列形成的曲線，它的用途是安排檢修計劃。發電機組的技術經濟數據 火電機組的數據通常包括： 發電機組的類型、容量； 發電機組的臺數； 各發電機組的平均煤耗率； 燃料價格； 發電機組的強迫停運率； 發電機組的最小輸出功率； 發電機組所需的檢修時間。 水電機組與火電機組有很大差別。 首先，水電機組的發電量是由水文條件和水庫調度決定的，因此在發電調度中水電機組的發電量是給定的已知量； 其次，由于水庫上下游水位變動，水電機組的發電功率可能達不到銘牌容量。這種由水力條件決定的水電機組的實際發電能力稱為預想輸出功率。隨機生產模擬的步驟 為了簡單起見，以下討論

25、假定電力系統只包含火電機組，且檢修計劃已知，因此參與運行的發電機組已全部確定。處理負荷資料，形成原始持續負荷曲線。確定發電機組帶負荷的優先順序。按帶負荷順序安排發電機組運行，計算其發電量。修正等效負荷曲線。按照式LOLP和EENS公式計算系統可靠性指標。根據各發電機組的發電量計算系統燃料消耗量并進行發電成本分析。 例:已知某電力系統的日負荷曲線如圖4-4及表4-1所示。 該系統共有3臺發電機組參加運行，其中前兩臺機組型號相同，容量為40MW，平均煤耗率為400g/kWh,強迫停運率為0. 10。 第3臺發電機組容量為20MW，平均煤耗為450g/kWh,強迫停運率為0. 20。 試對該系統進行

26、隨機生產模擬。 首先，根據持續負荷曲線定義，求出該系統的原始持續負荷曲線f(0)(x) 系統的負荷電量由下式可以求出)MWh(14658122483123144163175184194208212233224dx)x(f820)0(Lv按照平均煤耗率應首先讓兩臺40MW發電機組帶負荷，然后再讓20MW發電機組帶負荷。v現在我們來安排第一臺40MW發電機組運行，其發電量應從f(0)(x)求得，即dx)x(fP400)0(11gv式中P1=0.90。積分代表圖4-5中f(0)(x)曲線下面的從x=0到x=40之間的面積。由表4-2可知)MWh(846)6212233224(9 . 01gv 然后按

27、下式)40 x(f1 . 0)x(f9 . 0)x(f)0()0()1( 對發電機1進行卷積計算，求等效負荷持續曲線f(1)(x)。必須注意，表4-2中，f(0)(x)， f(0)(x-40)， f(1)(x)的值比實際值大24倍。 以下僅舉出圖中幾個點來說明建立f(1)(x)的過程: 當x=40時， f(0)(x) =21/24 f(0)(x-40) = f(0)(0) = 24/24 故知f(1)(40)=0.921/24+0.1x24/24=21.3/24 當x=80時， f(0)(x) =1/24 f(0)(x-40) = f(0)(40) = 21/24 故知 f(1)(80)=0.

28、91/24+0.1x21/24=3/24 當x=100時， f(0)(x) =0.0 f(0)(x-40) = f(0)(60) = 16/24 故知f(1)(100)=0.90.0+0.1x16/24=16/24 在求得了f(1)(x)后，即可安排第二臺40MW發電機組運行，它的發電量應為dx)x(fP8040)1(22g 式中P2=0.90。積分代表圖4-5中f(1)(x)曲線下面的從x=40到x=80之間的面積。 由表4-2可知)MWh(23.508)6321 . 446 . 932 .1331548 .1637 .1756 .1845 .1944 .2023 .21(9 . 02gv

29、對發電機組2的卷積運算按下式進行)40 x(f1 . 0)x(f9 . 0)x(f)1()1()2(v 其運算過程及結果表示在表4 -3中。 由表4 -3可以看出，當發電機組2參與運行之后，等效持續負荷曲線f(2)(x)的最大負荷已達162MW。v 在求得了f(2)(x)后，就可以安排第3臺發電機組運行，它的發電量應由下式決定dx)x(fP10080)2(33gv 式中式中P P3 3=0.80=0.80。由表。由表4-34-3知知)MWh(56.58)212. 3548. 3466. 3484. 3283. 4(8 . 03gv 為了出可靠性指標，我們還需對20MW發電機組進行卷積計算)20

30、 x(f2 . 0)x(f8 . 0)x(f)2()2()3(v 在求得在求得f(3)(x)后，即可計算可靠性指標。后，即可計算可靠性指標。14425. 024/462. 3)100(fLOLP)3(dx)x(fENS182100)3(v 由表由表4-4有有)MWh(21.528002. 02004. 02016. 03024. 03028. 0404. 0.1688. 23976. 22462. 3ENSv 我們還可以由另一種方法求EENS。由于三臺發電機組發電量的總和為)MWh(79.141256.5823.5088463g2g1ggv 而系統總負荷電量為1465MWh，故知)MWh(21

31、.5279.14121465ENSv 在求得各發電機組發電量以后，不難求得各機組的燃料消耗量，并進一步進行成本分析。v由本例可以看出，利用遞歸卷積計算公式進行隨機生產模擬時計算量很大。v目前國內外隨機生產模擬很少直接采用這種方法。v但是，這個方法引出的等效持續負荷曲線等效持續負荷曲線以及遞歸卷積運算遞歸卷積運算等都是隨機生產模擬的基本概念，其它算法都是在這個基礎上發展起來的。隨機生產模擬計算方法簡介隨機生產模擬計算方法簡介隨機生產模擬的計算方法： 傅里葉級數法，用50100項傅里葉級數描述持續負荷曲線，然后在傅里葉領域進行卷積計算； 標準卷積法，將概率學中對隨機變量概率分布函數的卷積計算公式作

32、為算法的核心； 半不變量法，用隨機分布的數字特征半不變量來描述系統的持續負荷曲線和各發電機組的隨機停運； 等效電量函數法，先求出電力系統在不同負荷水平下的電量需求（形成電量函數），然后在考慮發電機組故障時直接修正各負荷水平所需的電量（即修正等效電量函數），完成隨機生產模擬計算。第三節電源規劃中的數學優化方法 North China Electric Power University 電源規劃的任務電源規劃的任務 電源規劃的任務確定在何時、何地興建何種類型、何種規模的發電廠 在滿足負荷需求并達到各種技術經濟指標的條件下，使規劃期內電力系統安全運行且投資經濟合理。 投資決策原則： North Ch

33、ina Electric Power University投資決策原則：經濟評價方法：數學優化方法的難點數學優化方法的難點 從數學上，電源規劃的一個方案是包含許多電廠或機組的有序組合，即排序問題 高維數：各種類型的發電機組，長時間的電源過渡，涉及的決策變量多。 非線性：目標函數（投資現值、年運行費用），約束條件（如可靠性約束）。 隨機性：基礎數據（負荷預測、燃料、設備價格、水電廠水文數據、貼現率） 因此，嚴格最優解幾乎不可能得到 目前的都在數學的嚴格性和計算量中折中，采取了一些簡化方法。電源規劃的數學優化方法電源規劃的數學優化方法 混合整數規劃法 分解協調技術 動態規劃法 模擬進化方法混合整數

34、規劃法混合整數規劃法 由于電力系統中機組是一臺一臺安裝的，電廠特別是水電廠是一個一個建設的，將它們作為連續變量處理，會帶來一系列問題，最后規整處理又將降低結果的最優性。 為解決矛盾，將一些變量設為整數，另一些變量設為連續變量。這種變量設置的數學模型稱為混合整數規劃。 模型中的整數變量只表示電廠或機組投入運行或未投入運行（0，1變量），或表示機組裝了幾臺或第幾次裝機。每次計算容量時，將每臺機組容量乘以此整數變量即得出裝機容量。分解協調技術分解協調技術 具有以下優點： （1）將大系統分解為若干子系統后，求解問題規模變小，提供工作效率和節省時間； （2）各子系統可以選用自己適合的模型，更符合實際情況

35、； （3）使進行并行處理成為可能。 電源規劃模型一般分解為電源投資決策和生產優化兩個子問題，可分別采用不同的優化技術 由于兩個子問題不要求用相同的優化算法，可利用它們的特點采用不同算法動態規劃法動態規劃法 運籌學的重要分支，是解決多階段決策過程最優化的一種方法 用動態規劃法解決電源規劃問題，一般方法如下： （1）階段。按時間、按投入運行的新建電廠數目 （2）狀態。是系統原有和待建電廠的某種組合，對于某一階段Xi，狀態可表示為 0,1,2,ijXSjn （3）狀態轉移和決策變量。 根據動態規劃原理，在某一階段i，若初始狀態為xi-1，也就是上一階段的一個狀態，經過這一階段采取某種策略di后轉移到

36、本階段末的狀態xi，這種轉移可表示為 決策變量可能是本階段投入的新電廠或機組，這樣狀態轉移方程可簡單表示為1,iiixxd1iiixxd（4）目標函數和遞推公式 電源規劃的目標函數是使系統總支出最小，根據具體情況而定。費用遞推公式如下：（5）約束條件110min,0iikiikk iFfx dFxF 從從i-1i-1階段狀態階段狀態xkxk轉移到轉移到i i階段狀階段狀態態xixi所采用策略的新增機組有關所采用策略的新增機組有關費用費用從從i-1i-1階段狀態階段狀態xkxk至起點的最小費至起點的最小費用用模擬進化方法 模擬進化算法通過對生物進化機制的模擬發展而來，運算過程與生物進化過程相仿，

37、其哲學基礎是達爾文”適者生存，優勝劣汰“的自然選擇學說。 優點體現在： （1）與傳統的單點搜索策略不同，模擬進化算法采用群體搜索策略，同時對多個解進行評估。具備較好的全局搜索性能，避免陷入局部最優。 （2）用適應度函數來評價個體，不僅不受連續可微的限制，而且定義域可以任意設定，特別適于求解非連續變量的結構優化問題。 （3）采用的不是確定性的原則，而是概率變遷規則來指導它的搜索方向。 （4）可求出一組解，包括全局最優和局部最優，可讓規劃者自行選擇。基于遺傳算法的電源規劃模型基于遺傳算法的電源規劃模型 隨機確定待建電源的一組投入次序，經染色體編碼后形成一個染色體，若干個體即可構成遺傳算法的初始種群

38、； 綜合考慮現有電源資料、負荷資料及有關約束條件，對種群中各個體進行運行模擬計算，確定個體中各待建電源的投入年限和年運行費用； 考慮新建電源的投資及其他有關費用，計算各個體在規劃期的總計算費用，并計算各各個體的適應度函數； 以個體總費用或適應度函數值作為判據，檢驗迭代過程的收斂性。總體流程：基于遺傳算法的電源規劃模型 染色體編碼實例基于遺傳算法的電源規劃模型 目標函數 North China Electric Power University【主要內容】 電源規劃的數學模型 目標函數 約束條件 投資決策問題生產模擬問題第二節、電源規劃數學模型 對于可行的電源規劃，通常認為有相同的效益，因此在滿

39、足負荷需求負荷需求和各種約束條件約束條件及技術經濟指標技術經濟指標下，總投入最小總投入最小的方案就是最經濟的方案。目標函數實例 最小費用法，費用除了投資、燃料費及運行維修費以外，還包括停電損失費用。 此外，考慮到各類機組使用壽命不同，投建時間不同，在規劃期末將出現不同的剩余使用年限，所以應把有關投資項目的折余值當成殘值處理，從總費用中減去。 目標函數為:1min PVC =TjjtjtjtjtjtiISFMO規劃方案規劃方案j總費用的現值總費用的現值;PVCj投資費用投資費用;投資的折余值投資的折余值燃料費用燃料費用運行維修費用運行維修費用;停電損失費用停電損失費用;jtIjtSjtFjtMj

40、tO目標函數中各項費用的具體計算方法 為了換算這些費用的現值，采取了以下的假定: 1)所有投資都在各年度初發生; 2)所有投資折余值都發生在水平年末; 3)燃料費用、運行維修費用及停電損失費用都發生在各年度的中點。1min PVC =TjjtjtjtjtjtiISFMO目標函數中各項費用的具體計算方法 1.投資費用與折余費用 =1tjtkkIUIMWi =1TjtktkkSUIMWi001tttTTt 對方案對方案j在第在第t年所有擴建發電機組年所有擴建發電機組k的投資費用求和的投資費用求和;發電機組發電機組k每兆瓦的平均投資每兆瓦的平均投資;kUI發電機組發電機組k的容量，的容量，MW;kM

41、W一發電機組一發電機組k在水平年末的折余系數在水平年末的折余系數;kt應該指出，在這里WASP無形中假定各發電機組在年初投資，當年參加運行，忽略了各發電機組本身的投資過程及相應的時間價值。v 2.燃料費用燃料費用目標函數中各項費用的具體計算方法 0.5,=1hydNtjtkjt hhFi考慮的水文條件數考慮的水文條件數水文條件水文條件h的概率的概率水文條件為水文條件為h時，所有火電站及核電站的總燃料費用。時，所有火電站及核電站的總燃料費用。hydNk,jt h總燃料費用由隨機生產模擬求得。在計算中考慮了火電機組隨機停運的影響總燃料費用由隨機生產模擬求得。在計算中考慮了火電機組隨機停運的影響，但

42、對水電站則采用了強迫停運率，但對水電站則采用了強迫停運率FOR為零的假定。為零的假定。目標函數中各項費用的具體計算方法 0.5=1tjtllllMUF MWUV Gi對第對第t年系統中全部發電機組年系統中全部發電機組l 的運行維修費用求和的運行維修費用求和;機組機組l 單位固定運行維修費用，元單位固定運行維修費用，元 / MW;機組機組l 單位變動運行維修費用，元單位變動運行維修費用，元 / kWh;機組機組l 在第在第t年發電量的期望值年發電量的期望值lUFlUVlGv 3.運行維修費用運行維修費用目標函數中各項費用的具體計算方法2 0.5,1=132hydNtjt hjt hjtjt hn

43、hAtAtNNcbOa NdiEE常數，為每千瓦時的費用，是輸入數據;第t 年在水文條件h時的電量不足期望值，kW h系統在第t 年的總電能需求量，kWh, ,a b c,jt hNAtE這里所需的有關數據也是由隨機生產模擬計算求得。v 4.停電損失費用停電損失費用約束條件實例 電源規劃模型的約束條件包括電力平衡和可靠性約束條件。 1.電力平衡約束條件 設 為規劃方案j在第t年參與運行的各類型發電機組臺數，它應滿足,1=jtj tjtjtjtKKARUj 方案在第方案在第 t 年指令性計劃年指令性計劃擴建擴建的臺數向量的臺數向量;j 方案在第方案在第t 年計劃年計劃退役退役的臺數向量的臺數向量;j 方案在第方案在第t 年準備年準備增加增加的機組臺數向量，它應滿足的機組臺數向量，它應滿足jtAjtRjtUjtK0jtUjtAjtR為給定數據為給定數據jtU為待求量，稱為系統布局為待求量，稱為系統布局1.電力平衡約束條件 為了更細致地模擬負荷和水電站季節性特點和更準確地處理火電站的檢修要求，把每年分為相等數目的時段。 每年中的可用發電容量與電力峰荷差值最小的時段叫做關鍵時段。設電力系統在關鍵時段的可用發電容量為 ，則可行的系統布局應滿足 在關鍵時段系統的貯備系數應在給定的最小貯備系數 與最大貯備系數 之間。 式中 ，為第t年關鍵時段的峰荷。,11rt pjt Prt paDP Kb