电源规划,内容安排,电源规划的数学模型 目标函数 约束函数 数学模型实例,电源规划的任务,电源规划的任务确定在何时、何地兴建何种类型、何种规模的发电厂 在满足负荷需求并达到各种技术经济指标的条件下，使规划期内电力系统安全运行且投资经济合理。,电源规划的数学模型,对于可行的电源规划，通常认为有相同的效益，因此在满足负荷需求和各种约束条件及技术经济指标下，总投入最小的方案就是最经济的方案。,待建电厂i所对应的约束常数,发电机容量,发电机输出功率,待建电厂数,目标函数,一般为系统总投资费用最小。 总投资费用包括两个部分： （1）与安装发电机组容量有关； 如发电厂的投资费用 （2）与发电机的实际输出功率有关。 如发电厂的运行费用，主要是发电厂的燃料 实际应用中，还包括其他效益和支出： 如可靠性指标、未来的不确定因素（负荷预测、水文数据甚至市场因素）,约束条件,电源建设施工约束 （1）待建电厂各年最大装机容量约束 表示各待建电厂某年t的装机容量，不应超过由施工、设备等条件决定的在该年最大容许装机容量。,约束条件,电源建设施工约束 （2）待建电厂总装机容量约束 表示各待建电源最大装机容量受一些具体条件限制，在装机过程中各电源在规划期T内的总装机容量不应超过规定的最大容量。,约束条件,电源建设施工约束 （3）最早投入年限约束 表示待建电厂j从实际可能的角度考虑，其最早建成投入年限不应早于一定年限tj。如果某些电厂从规划年开始就可能投入，即可不受此约束。,约束条件,电源建设施工约束 （4）财政约束，即某个时期内电源建设不应超过财政支付能力。 （5）待建电厂装机连续性约束，即某个电厂第一台机组投入运行后，后续机组应该连续安装，否则会给施工带来麻烦。 （6）建设顺序约束。某些电厂建设有先后顺序。,约束条件,系统运行约束 （1）系统需求约束,j电厂在t时刻输出功率,原有电厂在t时刻输出功率,系统在t时刻负荷,发电厂厂用电率和系统线损率,约束条件,系统运行约束 （2）发电机组最大最小输出功率约束,最小功率,最大功率,约束条件,系统运行约束 （3）火电燃料消耗约束,电厂j在时间段 内的发电量,电厂j的平均燃料单耗,电厂j在t时间段内燃料消耗限量,约束条件,备用容量或可靠性约束 为保证供电可靠性和电能质量，电力系统电源容量除了满足负荷需求外，还应计及一定的备用容量。备用容量包括调频备用、事故备用和检修备用。调频备用可取为最大负荷的2%3%，事故备用为最大负荷的8%10%，并且应大于系统最大一台机组的容量，检修备用则应由检修计划安排确定。,新建电厂j在t年新装容量,系统原有装机容量,系统在t年的最大负荷,系统在t年应有的备用容量,规划期年数,约束条件,备用容量或可靠性约束 对于可靠性指标的考虑主要有两种方法：一种是将可靠性指标计入约束中；另一种是将其做某种处理，计入目标函数。 由于具体情况的差异，不同系统的电源规划采用统一的可靠性标准并不现实。 此外，在制定可靠性标准时要考虑其经济性，例如在建立的目标函数中综合考虑经济性和紧急情况处置及停电损失的费用，这类处理方法在电源规划研究中被大量采用。,目标函数实例,最小费用法，费用除了投资、燃料费及运行维修费以外，还包括停电损失费用。 此外，考虑到各类机组使用寿命不同，投建时间不同，在规划期末将出现不同的剩余使用年限，所以应把有关投资项目的折余值当成残值处理，从总费用中减去。 目标函数为,规划方案j总费用的现值;,投资费用;,投资的折余值,燃料费用,运行维修费用;,停电损失费用;,目标函数中各项费用的具体计算方法,为了换算这些费用的现值，采取了以下的假定: 1)所有投资都在各年度初发生; 2)所有投资折余值都发生在水平年末; 3)燃料费用、运行维修费用及停电损失费用都发生在各年度的中点。,目标函数中各项费用的具体计算方法,1.投资费用与折余费用,对方案j在第t年所有扩建发电机组k的投资费用求和;,发电机组k每兆瓦的平均投资;,发电机组k的容量，MW;,一发电机组k在水平年末的折余系数;,应该指出，在这里无形中假定各发电机组在年初投资，当年参加运行，忽略了各发电机组本身的投资过程及相应的时间价值。,2.燃料费用,目标函数中各项费用的具体计算方法,考虑的水文条件数,水文条件h的概率,水文条件为h时，所有火电站及核电站的总燃料费用。,总燃料费用由随机生产模拟求得。在计算中考虑了火电机组随机停运的影响，但对水电站则采用了强迫停运率FOR为零的假定。,目标函数中各项费用的具体计算方法,对第t年系统中全部发电机组l 的运行维修费用求和;,机组l 单位固定运行维修费用，元 / MW;,机组l 单位变动运行维修费用，元 / kWh;,机组l 在第t年发电量的期望值,3.运行维修费用,目标函数中各项费用的具体计算方法,常数，为每千瓦时的费用，是输入数据;,第t 年在水文条件h时的电量不足期望值，kW h,系统在第t 年的总电能需求量，kWh,这里所需的有关数据也是由随机生产模拟计算求得。,4.停电损失费用,约束条件实例,电源规划模型的约束条件包括电力平衡和可靠性约束条件。 1.电力平衡约束条件 设 为规划方案j在第t年参与运行的各类型发电机组台数，它应满足,j 方案在第 t 年指令性计划扩建的台数向量;,j 方案在第t 年计划退役的台数向量;,j 方案在第t 年准备增加的机组台数向量，它应满足,为给定数据,为待求量，称为系统布局,1.电力平衡约束条件,为了更细致地模拟负荷和水电站季节性特点和更准确地处理火电站的检修要求，把每年分为相等数目的时段。 每年中的可用发电容量与电力峰荷差值最小的时段叫做关键时段。设电力系统在关键时段的可用发电容量为 ，则可行的系统布局应满足 在关键时段系统的贮备系数应在给定的最小贮备系数 与最大贮备系数 之间。 式中 ，为第t年关键时段的峰荷。,2 可靠性约束条件,系统布局的可靠性用LOLP指标衡量。 对一年内各个时段及每种水文情况都进行随机生产模拟计算，把所有各时段的LOLP相加作为年平均LOLP指标，然后对各种水文年的年平均LOLP水文概率取加权平均值，作为该年的可靠性指标。 设 和 分别表示第t年及第t年各时段电力不足概率，则每个系统布局应满足以下约束 其中 和 为给定的可靠性标准。,满足约束条件的电源方案称为可行方案。 图中AS为可行方案的装机容量，BS为新建发电机组的容量，AB为原有发电机组的装机容量。 总而言之，整个电源规划问题可以归结为寻求满足约束条件的系统布局向量。,基于遗传算法的电源规划模型,随机确定待建电源的一组投入次序，经染色体编码后形成一个染色体，若干个体即可构成遗传算法的初始种群； 综合考虑现有电源资料、负荷资料及有关约束条件，对种群中各个体进行运行模拟计算，确定个体中各待建电源的投入年限和年运行费用； 考虑新建电源的投资及其他有关费用，计算各个体在规划期的总计算费用，并计算各各个体的适应度函数； 以个体总费用或适应度函数值作为判据，检验迭代过程的收敛性。,总体流程,基于遗传算法的电源规划模型,染色体编码实例,基于遗传算法的电源规划模型,目标函数,