電廠建設(shè)最優(yōu)規(guī)劃研究摘要電力在當(dāng)今社會(huì)有著重要的作用。隨著社會(huì)的發(fā)展，電力的需求越來(lái)越大，對(duì)電力系統(tǒng)的要求也越來(lái)越多。電源規(guī)劃則是電力系統(tǒng)規(guī)劃的重要組成成分。而對(duì)電源規(guī)劃進(jìn)行研究需要建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，找出對(duì)應(yīng)的求解方法。本文的主要目的是進(jìn)行電源規(guī)劃建模并通過(guò)一個(gè)具體的電源規(guī)劃案例，找到最合適的電源規(guī)劃方案。進(jìn)一步加深我們對(duì)電力系統(tǒng)電源規(guī)劃的了解。關(guān)鍵詞:電源規(guī)劃；蒙特卡洛法；遺傳算法；目錄TOC\o"1-4"\h\z\u1緒論 11.1課題研究背景與意義 11.2電源規(guī)劃的模型研究現(xiàn)狀 12工程經(jīng)濟(jì)分析 12.1模型的建立 12.2方案經(jīng)濟(jì)性比較 22.2.1方案一 22.2.2方案二 22.2.3方案三 23IEEE-RTS單階段電源擴(kuò)展規(guī)劃 23.1目標(biāo)函數(shù)只考慮機(jī)組投資成本 23.1.1模型的建立 23.1.2分支定界法 33.1.3蒙特卡洛法 33.1.4結(jié)果分析 33.2目標(biāo)函數(shù)只考慮機(jī)組投資成本與運(yùn)行成本 43.2.1日負(fù)荷與最優(yōu)負(fù)荷分配方案 43.2.1.1發(fā)電機(jī)組的聚類處理 43.2.1.2求解結(jié)果 53.2.2年負(fù)荷與最優(yōu)負(fù)荷分配方案 73.3目標(biāo)函數(shù)考慮機(jī)組投資成本、運(yùn)行成本與停電損失成本 83.3.1日負(fù)荷與每日維護(hù)成本 83.3.1.1求取運(yùn)行狀態(tài)概率 83.3.1.2負(fù)荷聚類 93.3.1.3系統(tǒng)故障狀態(tài)的簡(jiǎn)化 93.3.1.4可靠性指標(biāo)的計(jì)算模型 94IEEE-RTS多階段電源擴(kuò)展規(guī)劃 104.1精度與計(jì)算效率的合理性分析 124.2可靠性指標(biāo)約束 135其他干擾因素的影響 135.1可再生能源 135.2電力系統(tǒng)的其他元件 146結(jié)論 14參考文獻(xiàn) 14附錄： 15附錄AIEEE-RTS機(jī)組技術(shù)與經(jīng)濟(jì)參數(shù) 15附錄BIEEE-RTS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)日負(fù)荷 15附錄CIEEE-RTS機(jī)組可靠性參數(shù) 161緒論1.1課題研究背景與意義現(xiàn)代社會(huì)使用最為普遍的能源是電力，而電力是由發(fā)電廠生產(chǎn)的。伴隨時(shí)間的流逝，現(xiàn)代社會(huì)不斷發(fā)展，對(duì)電力的需求在增加，對(duì)電廠的需求也在增加，并且在每個(gè)區(qū)域中適合于建造電廠的區(qū)域都受到限制。因此，迫切需要對(duì)電廠建設(shè)的最優(yōu)規(guī)劃進(jìn)行研究。電源規(guī)劃是電力系統(tǒng)規(guī)劃的主要組成部分。最重要的是，確定在給定的時(shí)間段內(nèi)構(gòu)建系統(tǒng)所需的時(shí)間，地點(diǎn)與數(shù)量，以便以最合適的方式滿足電力系統(tǒng)指標(biāo)與電力負(fù)荷的產(chǎn)生。電源規(guī)劃的本質(zhì)上是一個(gè)多步驟的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題。能源的發(fā)展伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展。古往今來(lái)，每一次的工業(yè)革命都建立在新的能源被發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，每一次工業(yè)革命都極大的推進(jìn)了人類文明的發(fā)展。因此每一次能源的進(jìn)步都使人類文明邁向新的篇章。如今社會(huì)最重要，應(yīng)用最為普遍的能源是電力。隨著社會(huì)的發(fā)展，電力的運(yùn)用越來(lái)越廣，電力的需求量越來(lái)越大，因此需要一種合適的方式來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的電力需求，并使得電力系統(tǒng)的總成本最小。1.2電源規(guī)劃的模型研究現(xiàn)狀電源規(guī)劃問(wèn)題可以被視作為滿足某些約束條件的單一問(wèn)題或多種問(wèn)題。電源規(guī)劃方面的研究主要是對(duì)投資成本一定的情況下其他影響因素對(duì)方案進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)這些影響因素之間互相影響，相互制約，來(lái)得到最佳方案。通常會(huì)使用以下方法來(lái)確定最優(yōu)方案，傳統(tǒng)啟發(fā)式優(yōu)化法（如遺傳算法、模擬退火等），數(shù)學(xué)優(yōu)化法（如線性規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法等)等進(jìn)行求解。2工程經(jīng)濟(jì)分析假設(shè)有一IEEE-RTS系統(tǒng)擬在未來(lái)十年新增安裝10臺(tái)發(fā)電機(jī)組。現(xiàn)有三種投資方案：1）在第一年投建全部發(fā)電機(jī)組；2）每年投建一臺(tái)發(fā)電機(jī)組；3）分別在第一年與最后一年投建5臺(tái)發(fā)電機(jī)組。哪一種方案經(jīng)濟(jì)？2.1模型的建立在電源規(guī)劃時(shí)，建造發(fā)電機(jī)組所需的成本與其獲得的利潤(rùn)在不同時(shí)間是不一樣的，從而導(dǎo)致價(jià)值的差異。由于要正確的對(duì)比其價(jià)值，則需要把不同標(biāo)準(zhǔn)下的成本轉(zhuǎn)換為相同標(biāo)準(zhǔn)下的成本，這樣才能進(jìn)行對(duì)比。將多種不同的方案用數(shù)組Y=[Y(1)，Y(2),…Y(10)]來(lái)表示,其中Y(i)是第i年需要增加發(fā)電機(jī)組數(shù),C是增加的單位發(fā)電機(jī)組的成本，因此此方案投資成本為：M=C*Y（2.1）其中M=[M(1),M(2),…M(10)]，M（i）是第i年所需的投資成本。把未來(lái)十年所需的投資成本轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)年的當(dāng)前時(shí)刻的等效金額P用該公式得出：P=i=1其中，r為貼現(xiàn)率,本問(wèn)題可取0.08。每年的等效金額A用該公式得出:A=其中，N取發(fā)電機(jī)壽命30。每年的等效金額投資成本用該公式得出：C1其中T由問(wèn)題決定，由題可知為10。2.2方案經(jīng)濟(jì)性比較如果在三種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較時(shí)不需要考慮每年最大投運(yùn)臺(tái)數(shù)、安裝機(jī)臺(tái)總數(shù)之類的約束條件的限制，則目標(biāo)函數(shù)僅需要考慮發(fā)電機(jī)組的每年的等效金額投資成本C1t。因此對(duì)于所提出的三種方案Y1,Y2,Y3分別可以按照2.1中的模型求解出當(dāng)前時(shí)刻的等效金額P，每年的等效金額A以及每年的等效金額投資成本C1t。2.2.1方案一P=833.3*106元;A=74.1*106元;C1t=740.2*106元2.2.2方案二P=603.9*106元;A=53.6*106元;C1t=536.4*106元2.2.3方案三P=625.1*106元;A=55.5*106元;C1t=555.3*106元采用每年投建一臺(tái)發(fā)電機(jī)組的投資方案二可以充分地利用每臺(tái)發(fā)電機(jī)組，與電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況最為匹配，因此從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)看，方案二的經(jīng)濟(jì)性最好，方案三次之，方案一經(jīng)濟(jì)性最差。3IEEE-RTS單階段電源擴(kuò)展規(guī)劃3.1目標(biāo)函數(shù)只考慮發(fā)電機(jī)組投資成本IEEE-RTS系統(tǒng)由32臺(tái)發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，總裝機(jī)容量3405MW，峰值負(fù)荷2850MW。假設(shè)2019年的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，如果2030年系統(tǒng)峰值負(fù)荷為2019年的1.3倍。在沒(méi)有考慮機(jī)組運(yùn)行成本與系統(tǒng)停電損失成本的情況下，來(lái)規(guī)劃2030年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量。3.1.1模型的建立因?yàn)槟繕?biāo)函數(shù)只考慮發(fā)電機(jī)組投資成本，所以假設(shè)目標(biāo)函數(shù)如下：minfs=其中CiIt是第t年第i種類型的發(fā)電機(jī)組的投資成本，Yit是第t年第i種類型的發(fā)電機(jī)組新增安裝數(shù)量。分析題干可以得到該問(wèn)題中的約束條件為以下五點(diǎn)：（1）發(fā)電機(jī)組是一個(gè)整體，發(fā)電機(jī)組的新增安裝數(shù)量是整數(shù)，即Yit∈N（2）2030年時(shí)，每一種類型的發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)總臺(tái)數(shù)不應(yīng)超過(guò)該種類型發(fā)電機(jī)組最大裝機(jī)上限，則有：Y1t≤3，Y2t≤6，Y3t≤10，Y4t≤10（3）因?yàn)?030年的最大負(fù)荷是2019年的1.3倍，即2030年的系統(tǒng)峰值負(fù)荷為2850*1.3=3705MW，并且備用發(fā)電容量最高負(fù)荷的不低于系統(tǒng)峰值負(fù)荷值的20%，即：3405+250Y（4）需要滿足單一故障安全準(zhǔn)則，即即使任意一臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障被切除的情況下依舊可以滿足負(fù)荷需求，則有3405+250Y（5）考慮系統(tǒng)的峰值負(fù)荷應(yīng)小于最小運(yùn)行發(fā)電機(jī)組出力，則有：3705<3405+100Y3.1.2分支定界法分支界定法是求解整數(shù)規(guī)劃的常用方法。一般來(lái)說(shuō)，把所有的可行解多次的分割為較小的子集，這被叫做分支；對(duì)每個(gè)分支內(nèi)的解集的目標(biāo)下界，這被叫做定界。在每次分支后，只要是界限不在已知可行解集范圍的那些子集不再進(jìn)一步分支，因此，許多子集就沒(méi)有必要考慮，這被叫做剪支。分支定界法的關(guān)鍵在于這幾步。分支定界法適用于解決整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題。由于該方法靈活且容易利用計(jì)算機(jī)來(lái)求解，這使得它成為求解整數(shù)規(guī)劃的重要方法。3.1.3蒙特卡洛法蒙特卡洛法實(shí)際上就是枚舉法。因?yàn)檎麛?shù)解是有限的，枚舉法是可以計(jì)算出最優(yōu)值的。雖然說(shuō)當(dāng)自變量取值范圍很大的情況下，用窮舉法計(jì)算出最優(yōu)值所需時(shí)間不可估量，但在有著大量的計(jì)算量的情況下，是能得到一個(gè)有效值的。3.1.4結(jié)果分析因?yàn)樽兞坑?個(gè)，再加上已安裝計(jì)算機(jī)總數(shù)的限制，可能的情況過(guò)多，因此需要進(jìn)行分析來(lái)簡(jiǎn)化運(yùn)算。為了增加結(jié)果的可行性，分別使用分支定界法與蒙特卡洛法來(lái)進(jìn)行求解。比較求解結(jié)果并進(jìn)行初步分析，得出2030年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量，如表1所示。表1兩種方案下2030年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量對(duì)第一個(gè)方案來(lái)說(shuō)，由于每年可以運(yùn)用的最大投運(yùn)臺(tái)數(shù)的限制與年峰值負(fù)荷的增長(zhǎng)，投資方案可以選用每年投資建造一臺(tái)任意類型的發(fā)電機(jī)組。新增安裝這些發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)地投入成本為9.4*108元，轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)年所對(duì)應(yīng)的當(dāng)前時(shí)刻的等效金額為4.35*108元，相應(yīng)的每年的等效金額為3.87*107元，僅考慮到發(fā)電機(jī)組投資成本時(shí)總成本為3.87*108元對(duì)第二個(gè)方案來(lái)說(shuō)，由于每年可以運(yùn)用的最大投運(yùn)臺(tái)數(shù)的限制年峰值負(fù)荷的增長(zhǎng)，投資方案可以選用每年投資建造一臺(tái)任意類型的發(fā)電機(jī)組。新增安裝這些發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)地投入成本為9.3*108元，轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)年所對(duì)應(yīng)的當(dāng)前時(shí)刻的等效金額為4.31*108元，相應(yīng)的每年的等效金額為3.83*107元，僅考慮到發(fā)電機(jī)組投資成本時(shí)總成本為3.83*108元通過(guò)以上分析比較可以得出以下結(jié)論：第二個(gè)方案在經(jīng)濟(jì)性方面更優(yōu)秀。3.2目標(biāo)函數(shù)只考慮發(fā)電機(jī)組投資成本與運(yùn)行成本3.2.1日負(fù)荷與最優(yōu)負(fù)荷分配方案基于附錄B提供的信息，峰值負(fù)荷2850MW。在不考慮發(fā)電機(jī)組啟停與爬坡率限制的情況下來(lái)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)日12時(shí)與24時(shí)現(xiàn)有系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)分配方案。3.2.1.1發(fā)電機(jī)組的聚類處理由于IEEE-RTS系統(tǒng)是由32臺(tái)發(fā)電機(jī)組組成，因此變量數(shù)目過(guò)多，很難直接建立模型來(lái)求解出合適的負(fù)荷分配方案。所以優(yōu)先將同種發(fā)電機(jī)組等效看作為一臺(tái)發(fā)電機(jī)。因此很容易得出同類型的等效發(fā)電機(jī)組的發(fā)電成本系數(shù)是不變的，則有：SMAX=J*S,SMIN=J*S0（3.5）其中，SMAX為某種類型等效發(fā)電機(jī)組的總?cè)萘浚瑃為某種類型發(fā)電機(jī)組的數(shù)量，SMIN為某種類型等效最小發(fā)電機(jī)組出力，S0為某種機(jī)組類型的最小發(fā)電機(jī)組出力。DMAX=2*a*SMIN+bDMIN=2*a*SMAX+b（3.6）其中，DMAX為等效最小出力時(shí)發(fā)電成本，a、b為某種類型發(fā)電機(jī)組的發(fā)電成本系數(shù)，DMIN為等效滿發(fā)時(shí)發(fā)電成本。用數(shù)組P=[P(1)，P(2),…P(n)]來(lái)表示發(fā)電機(jī)組分配負(fù)荷,因?yàn)橹恍枰獙?duì)標(biāo)準(zhǔn)日的12時(shí)與24時(shí)進(jìn)行計(jì)算，按照所建立的模型，計(jì)算得出總成本W(wǎng)s為min其中an,bn,cn分別為第n臺(tái)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電成本系數(shù)。分析題干可以得到該問(wèn)題中的約束條件為以下三點(diǎn)：（1）每一臺(tái)等效發(fā)電機(jī)組本身的容量限制了它所能分配的負(fù)荷量，即：S（2）從數(shù)學(xué)計(jì)算方面來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)組本身的容量限制近似于邊際發(fā)電成本的限制，即：D（3）該時(shí)刻的實(shí)時(shí)負(fù)荷PS需要與發(fā)電機(jī)組所分配的負(fù)荷總和相同,即：i=1因此在24點(diǎn)時(shí)，有PS=0.63*2850=1795.5MW,同理可得，在12點(diǎn)時(shí)，有PS=2707.5MW3.2.1.2求解結(jié)果遺傳算法是一種通過(guò)模擬達(dá)爾文進(jìn)化論的過(guò)程來(lái)找到滿意的解的計(jì)算模型，比其他方法更快的來(lái)找到滿意的解。該算法的關(guān)鍵步驟是以下三個(gè)算法：選擇運(yùn)算，交叉運(yùn)算，變異運(yùn)算。其中選擇運(yùn)算的目的是篩選并保留當(dāng)前較優(yōu)個(gè)體。遺傳算法的核心是在篩選出的個(gè)體來(lái)交叉運(yùn)算可以保留更好的個(gè)體，而變異運(yùn)算是為了跳出局部最優(yōu)值。經(jīng)過(guò)大量模擬，選取種群規(guī)模100，進(jìn)化代數(shù)250，交配率0.95較為合適，變異率應(yīng)該選擇0.05～0.2之間比較好。當(dāng)交配率為0.95且變異率比較高的條件下，適應(yīng)度隨迭代變化而變化，如圖1所示。圖1較大變異率下的適應(yīng)度隨迭代變化曲線從圖1可以看出，當(dāng)變異率很大的情況下，可以更快地生成新解集。盡管它能更快地生成新解集，還會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算結(jié)果波動(dòng)性大，幾乎很難得到固定的解集，同時(shí)降低了結(jié)果的精確性。當(dāng)交配率0.95，變異率很小時(shí)，適應(yīng)度隨迭代變化而變化，如圖2所示：圖2較小變異率下的適應(yīng)度隨迭代變化曲線由圖2可見(jiàn)在變異率很小時(shí)，產(chǎn)生新解集的速度很慢，雖然它能降低最終結(jié)果的波動(dòng)性，結(jié)果的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性得到了保證。但是運(yùn)算量過(guò)大，產(chǎn)生新解集的速度很慢。事實(shí)證明，在變異率固定的情況下，遺傳算法幾乎不能滿足該問(wèn)題的需求，因此需要根據(jù)變異率的適應(yīng)性來(lái)針對(duì)性改進(jìn)遺傳算法。因?yàn)檫\(yùn)行開(kāi)始時(shí)變異率較高，所以能盡快跳出局部最優(yōu)解來(lái)計(jì)算出整體最優(yōu)解，一段時(shí)間后需要降低變異率，以此來(lái)增加結(jié)果的精確性。因?yàn)樽儺惵孰S遺傳代數(shù)增加而降低，可以近似于圖3的單調(diào)減函數(shù)：圖3變異率隨遺傳代數(shù)變化曲線單調(diào)遞減函數(shù)可用該公式得出：Y=K*Y+B（3.9）K=mrB=mrmax+k*gemin=mrmin+K*gemax（3.11）式中，mrmax為變異率的最大值，mrmin為變異率的最小值；gemin為代數(shù)的最小值，gemax為代數(shù)的最大值，若取第一代的變異率mrmax為0.2，取最后一代變異率mrmin為0.01適應(yīng)度隨迭代變化如圖4：圖4一定變異率范圍內(nèi)適應(yīng)度隨迭代變化曲線由此能夠得出，改進(jìn)后的遺傳算法因?yàn)檫\(yùn)行開(kāi)始時(shí)變異率較高，所以能盡快跳出局部最優(yōu)解來(lái)計(jì)算出整體最優(yōu)解，并且在運(yùn)行過(guò)程中，它能在結(jié)果反饋與種群代數(shù)更迭的基礎(chǔ)上來(lái)調(diào)整變異率，目的是為了提高結(jié)果的精確性。利用這種改進(jìn)后的遺傳算法來(lái)解決這個(gè)整數(shù)規(guī)劃模型，從而分別得到標(biāo)準(zhǔn)日第12小時(shí)和第24小時(shí)兩種情況下各個(gè)發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)負(fù)荷分配方案，其中等效發(fā)電機(jī)組i是4臺(tái)i類型的發(fā)電機(jī)組所構(gòu)成的等效發(fā)電機(jī)組，如表2所示。表2兩種情況下各發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)負(fù)荷分配方案3.2.2年負(fù)荷與最優(yōu)負(fù)荷分配方案如果3.1中，2030年內(nèi)每天的負(fù)荷標(biāo)幺值與附錄B相同。在3.1的基礎(chǔ)上，加入發(fā)電機(jī)組投資成本與系統(tǒng)運(yùn)行成本的情況下，來(lái)規(guī)劃2030年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量。從附錄C得出，電廠運(yùn)行成本Cot如下：Cot其中，CRF為資金回收系數(shù)，Pnτ是第n臺(tái)發(fā)電機(jī)組在某個(gè)特定時(shí)間節(jié)點(diǎn)τ的輸出功率。把3.1中的蒙特卡洛法與3.2.1中的改進(jìn)遺傳算法相結(jié)合，具體算法思路為：首先通過(guò)蒙特卡洛法來(lái)得出的一些解集，將它們分別代入到負(fù)荷分配模型中得到分配功率Pnτ，相應(yīng)計(jì)算出最低運(yùn)營(yíng)成本，在這種情況下，計(jì)算出總成本。分析出不同組解集的優(yōu)缺點(diǎn)。最終得到2030年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量，如表3所示。表32030年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量3.3目標(biāo)函數(shù)考慮發(fā)電機(jī)組投資成本費(fèi)運(yùn)行成本與停電損失成本3.3.1日負(fù)荷與每日維護(hù)成本由于標(biāo)準(zhǔn)日負(fù)荷，計(jì)算現(xiàn)有系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)LOLP、EENS與停電損失。單位停電損失設(shè)為10$/kWh。3.3.1.1求取運(yùn)行狀態(tài)概率由附錄C中“表CIEEE-RTS已有發(fā)電機(jī)組可靠性參數(shù)”的“故障率”與“修復(fù)時(shí)間”數(shù)據(jù)，能夠得到各個(gè)類型發(fā)電機(jī)組于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的概率與發(fā)生故障的概率，如表4所示表4各個(gè)類型發(fā)電機(jī)組處于正常運(yùn)行狀態(tài)的概率與處于故障狀態(tài)的概率求得方式如下μ=87603.3.1.2負(fù)荷聚類利用忽略高階系統(tǒng)故障狀態(tài)、負(fù)荷聚類等方法來(lái)分析系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)隨著元件數(shù)與負(fù)荷水平數(shù)的增加而急劇上升，可以降低計(jì)算復(fù)雜度。對(duì)于表格“附錄BIEEE-RTS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)日負(fù)荷”中的日負(fù)荷進(jìn)行聚類，按照0.5-0.7、0.7-0.95、0.95-1.0將24個(gè)小時(shí)的負(fù)荷分為三類，每一類負(fù)荷的負(fù)荷標(biāo)幺值選擇其平均值，聚類結(jié)果如表5所示。表5系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)日負(fù)荷的聚類結(jié)果3.3.1.3系統(tǒng)故障狀態(tài)的簡(jiǎn)化因?yàn)槎嗯_(tái)發(fā)電機(jī)組不太可能同時(shí)發(fā)生故障，因此高階系統(tǒng)通常會(huì)忽略故障狀態(tài)，以簡(jiǎn)化計(jì)算。以4臺(tái)發(fā)電機(jī)組同時(shí)發(fā)生故障為例，系統(tǒng)中四個(gè)發(fā)電機(jī)組同時(shí)發(fā)生故障的概率為P=0.00764，由于這種類型的錯(cuò)誤發(fā)生的可能性非常低，并且對(duì)電能不足的期望值的計(jì)算幾乎沒(méi)有影響，因此可以在發(fā)電機(jī)符合精度要求的情況下忽略4個(gè)或更多的發(fā)電機(jī)組故障的情況，從而可以提高計(jì)算速度。除此之外，為了系統(tǒng)滿足單一故障安全準(zhǔn)則，即即使任意一臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障被切除的情況下系統(tǒng)狀態(tài)失負(fù)荷為0，往往只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障的情況會(huì)被忽略。3.3.1.4可靠性指標(biāo)的計(jì)算模型如果用系統(tǒng)狀態(tài)Si表示第i個(gè)元件的狀態(tài)，應(yīng)該由下列兩個(gè)指標(biāo)來(lái)決定發(fā)電系統(tǒng)可靠性:（1）電力不足概率LOLP,即反映輸電故障或阻塞對(duì)系統(tǒng)可用發(fā)電容量的影響，由下列公式表示LOLP=s（2）電能不足期望值EENS，即電力系統(tǒng)由于發(fā)電機(jī)組受迫停運(yùn)而造成的對(duì)用戶少供電能的期望值，由下列公式表示EENS上述指標(biāo)的具體介紹詳見(jiàn)題目所提供的附錄B。3.3.1.5模型的求解基于3.3.1.2與3.3.1.3兩種處理方法，對(duì)于不同類型的負(fù)荷，須單獨(dú)計(jì)算系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，并與上述可靠性指標(biāo)計(jì)算模型結(jié)合起來(lái)。最終將得到的3種負(fù)荷情況下的電能不足期望值相加求得總的電能不足期望值，從而見(jiàn)算出總的停電損失，結(jié)果如表6所示表6系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)在3.2的基礎(chǔ)上，在加入發(fā)電機(jī)組投資成本、運(yùn)行成本與停電損失的情況下，目標(biāo)函數(shù)應(yīng)變?yōu)椋琺infs=其中，EENSt是第t規(guī)劃年的電能不足期望值，IEAR為單位停電損失。解決這個(gè)規(guī)劃模型可以使用3.2.2中方法的基礎(chǔ)上，加入計(jì)算模型來(lái)計(jì)算停電損失成本，具體想法是通過(guò)蒙特卡洛法求出的一組任意解，其代入到3.3.1的計(jì)算模型中得到電力不足概率與電能不足期望值，從而計(jì)算出停電損失。將計(jì)算出的停電損失與此時(shí)的投資成本以及此時(shí)的運(yùn)營(yíng)成本相加作為總成本，不斷重復(fù)以上過(guò)程直到得到總成本最小的方案。最終得到2030年當(dāng)年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量如表7所示表72030年當(dāng)年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量4IEEE-RTS多階段電源擴(kuò)展規(guī)劃把2019年作為標(biāo)準(zhǔn)年，如果之后的十年內(nèi)每年的峰值負(fù)荷增長(zhǎng)率均為3%。每年每天的負(fù)荷標(biāo)幺值同附錄B。其它條件同3.3。要求在停電損失成本計(jì)算中盡可能考慮高階（4階及以上）系統(tǒng)故障狀態(tài)的影響。設(shè)計(jì)一個(gè)合理的關(guān)于之后10年新增安裝發(fā)電機(jī)組的方案。請(qǐng)從精度與計(jì)算效率的角度說(shuō)明為什么要選擇這樣的模型、方法。因?yàn)橐O(shè)計(jì)一個(gè)之后10年新增安裝發(fā)電機(jī)組的方案，則需要在修改前面所建立的模型，使得目標(biāo)函數(shù)變?yōu)閙in其中fst=t式中，fst是第t年新增安裝發(fā)電機(jī)組的總成本。即將問(wèn)題變?yōu)榍笕⌒略霭惭b發(fā)電機(jī)組總成本fss的最小值。分析題干可以得到該問(wèn)題中的約束條件為以下六點(diǎn)：(1)因?yàn)閅nt表示發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)，所以Ynt為整數(shù)，即（2）從2020年開(kāi)始的十年里，每年新增安裝發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)與類型受每年最大投運(yùn)臺(tái)數(shù)的限制，即Y1t≤1，Y2t≤2，Y3t≤3，Y4t≤2（3）到2030年，每一種類型的發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)總臺(tái)數(shù)不應(yīng)超過(guò)該類發(fā)電機(jī)組裝機(jī)總臺(tái)數(shù)上限，則有，t考慮到2020年-2030年，年峰值負(fù)荷率逐年增長(zhǎng)3%，則相對(duì)于每年的最大負(fù)荷ALD(t)=1.03t*2850MW，并且備用發(fā)電容量最高負(fù)荷不低于系統(tǒng)峰值負(fù)荷20%，對(duì)于第T年有3405+250t（5）需要滿足單一故障安全準(zhǔn)則，即即使任意一臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障被切除的情況下依舊可以滿足負(fù)荷需求，對(duì)于第T年應(yīng)有，3405+250t（6）考慮系統(tǒng)的峰值負(fù)荷應(yīng)小于最小運(yùn)行發(fā)電機(jī)組出力，則有ALD如果依舊使用前面的方法計(jì)算量將會(huì)非常龐大，因?yàn)檫@需要將每年新增安裝發(fā)電機(jī)組的投入成本與電力系統(tǒng)總運(yùn)營(yíng)成本相結(jié)合。因此，在3.3所建立的模型的基礎(chǔ)上，采用模擬退火算法來(lái)代替蒙特卡洛法，依舊采用遺傳算法來(lái)計(jì)算運(yùn)營(yíng)成本求，并且停電損失成本的計(jì)算方案不變。最終得到未來(lái)10年每一年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量，如表8所示。表8未來(lái)10年每年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量4.1精度與計(jì)算效率的合理性分析考慮到在接下來(lái)的十年中每年都需要新安裝的發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量，變量數(shù)目較多。在計(jì)算效率與結(jié)果的精確度上，模擬退火算法比蒙特卡洛法更加合適。理論上模擬退火算法已被證明是一個(gè)全局最優(yōu)算法。接下來(lái)需要進(jìn)一步研究模擬退火算法的精確性與計(jì)算時(shí)間。影響模擬退火算法整體計(jì)算性能的重要因素是溫度。初始溫度越低，則計(jì)算到整體最優(yōu)解的可能性越小，但花費(fèi)在計(jì)算上的時(shí)間越少；否則需要花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)，但整體計(jì)算性能更強(qiáng)。因此，可以在滿足精度要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理調(diào)節(jié)初始溫度值，從而提高計(jì)算效率。在實(shí)際應(yīng)用中，同一溫度下長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)算是相當(dāng)有必要的。綜上所述，模擬退火算法的精確性與計(jì)算效率能更有效地滿足題目的要求，同時(shí)也需要采取措施來(lái)進(jìn)一步提高模擬退火算法的退火速度與精確性，讓算法能更快速地收斂到全局極值。另外，多種算法的組合可以使反演過(guò)程更加合理，并且提高算法的抗干擾能力。4.2可靠性指標(biāo)約束考慮可靠性指標(biāo)約束（LOLP≤0.5%），不考慮停電損失成本，規(guī)劃未10年每一年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量。因?yàn)轭}目中多加了LOLP≤0.5%的附加要求，且系統(tǒng)電力不足概率較低，因此停電損失成本可以忽略不計(jì)，在這種情況下修改4.1中的目標(biāo)函數(shù)得到：min其中fst=t采用4.1中的方法對(duì)修改后的模型進(jìn)行求解，得到未來(lái)10年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量，如表9所示表9未來(lái)10年新增安裝發(fā)電機(jī)組的類型與數(shù)量5其他干擾因素的影響5.1可再生能源如果將大量可再生能源（如：風(fēng)能，太陽(yáng)能，潮汐能）接入電力系統(tǒng)時(shí)，這些可再生資源的不確定性將對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)規(guī)劃帶來(lái)什么影響？請(qǐng)簡(jiǎn)單描述你的觀點(diǎn)與依據(jù)。如果有大量可再生能源接入電力系統(tǒng)時(shí)，其輸出的不確定性將對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)規(guī)劃產(chǎn)生較大的影響，結(jié)合上文中所建立的規(guī)劃模型，影響如下：可再生能源由于其本身的不穩(wěn)定性導(dǎo)致其發(fā)電的隨機(jī)性很強(qiáng),因此其可靠性較低。將大規(guī)模可再生能源接入電力系統(tǒng)后，除了滿足系統(tǒng)不斷變化的負(fù)載所需的功率調(diào)節(jié)功要求能外，系統(tǒng)通常還面臨更高的要求。在進(jìn)行電力系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，如果接入大量可再生能源，會(huì)導(dǎo)致約束條件會(huì)發(fā)生變化，但實(shí)際上中往往采用較為保守的策略,一般不會(huì)將可再生能源發(fā)電量計(jì)入電力平衡,有時(shí)會(huì)很少計(jì)入(如按裝機(jī)容量5%~10%)可再生能源發(fā)電量，因此會(huì)使模型變得不準(zhǔn)確，不可靠。（3）當(dāng)系統(tǒng)調(diào)峰能力不足時(shí),就會(huì)出現(xiàn)棄風(fēng)、棄光的現(xiàn)象。例如，在風(fēng)電裝機(jī)容量較大的地區(qū)，電網(wǎng)的供電方式相對(duì)單一，使得系統(tǒng)的峰值容量受限。所以風(fēng)電的大規(guī)模運(yùn)用增加了對(duì)系統(tǒng)的要求，加大了調(diào)峰負(fù)荷，使得部分地區(qū)風(fēng)力發(fā)電被限制。因此可再生能源的價(jià)值未被發(fā)揮出來(lái)，還增加了投資成本,實(shí)際上增加了系統(tǒng)的停電損失成本,減少了可再生能源的作用。（4）考慮到上述情況，因?yàn)榭稍偕茉窗l(fā)電能力往往超過(guò)規(guī)劃階段能量平衡所包含的容量，導(dǎo)致在規(guī)劃負(fù)荷分配時(shí)，為了完全吸