基于機組組合約束模型的階段電源擴展規劃

趙梵喆 林躍 楊永琪

摘要：以2019年為基準，本文根據給定的系統機組的電氣參數、經濟性參數，首先基于電力系統技術性指標對機組負荷、出力、容量規劃分析，接著對機組的功率平衡、 系統旋轉備用約束、機組出力上下限等方面進行約束;最后建立機組組合約束模型以機組投資費用為目標函數進行求解，對2030年進行電源擴展規劃。

Abstract： Based on 2019， this paper first analyzes the unit load， output， and capacity planning based on the technical indicators of the power system based on the electrical parameters and economic parameters of the given system units， and then constrains the unit's power balance， system rotation reserve constraints， unit output upper and lower limits， etc. Fnally， a unit combination constraint model was set up to solve the unit investment cost as an objective function， and power expansion planning was planned for 2030.

關鍵詞：機組組合約束模型;目標規劃;電源規劃

Key words： unit combination constraint model;target planning;power planning

中圖分類號：TM614? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）09-0254-02

1? 問題提出

在給定的IEEE-RTS系統原有機組和待增裝機組中的機組容量、投資成本等參數（表1、表2）的背景下，以2019年為基準年，假設2030年系統的峰值負荷增長為30%，規劃2030年的增長機組的類型和數量。

2? 問題分析

考慮到機組的電氣參數、經濟性參數和峰值負荷，首先需要對表1、表2中的機組電氣參數和經濟性參數進行指標分析，然后基于指標分析的方法建立考慮機組投資費用的單目標優化函數，通過機組組合約束模型的限制條件，以2019年作為基準，規劃 2030 年當年增裝機組的類型和數量。

3? 模型假設

不考慮電源規劃方案中高維數、隨機性的特點;

假設目標函數求解中的一些階段性方法并不是孤立的使用，而是需要具體問題進行選擇和互相組合;

分析不同可靠性指標對目標函數的影響時，假設選取的指標之間沒有顯著相關性;

分析不同可靠性指標對目標函數的影響時，假定其他指標不變，以確保能準確計算單一指標對目標函數結果的影響程度;

不考慮機組在運行過程中和故障所產生的費用。

4? 模型建立與求解

第一個子問題是確定各周期中各單元的操作出口狀態，第二子問題是根據負載情況和經濟原理確定各單元在運行中的輸出。機組組合問題受到多方面的約束，如表中的參數等。同時需要注意特別的一點，機組在進行帶有一定功率進行輸出時，其輸出必須要大于機組系統所能夠承載的最大功率，原因是因為要有一定留余儲存，在特殊情況下能夠發揮作用。[1]這是目標函數

該式代表的意義是在開始成本和發電成本下的最小目標函數。簡單說，就是針對所有的機組在0，1狀態下的運行成本的累加。

該式代表的意義是在一定的時間t下，某機組在這段時間內的實際發力值。

約束條件：

①功率的平衡約束

其中，Dt是時段t的系統負荷。

②系統旋轉備用約束

上文所述，系統的發力需要留余，以此用來在特殊情況下作為備用，故需要進行約束。很明顯，留余的出力需要分別大于和小于所允許出力的最大值和最小值。

③機組出力上下限約束

針對出力上下限對停機時間和運行時間進行約束。

④機組爬坡下的速率約束

基于以上的規劃算法以及附錄中電源規劃目標函數綜合可得機組年投資費用和規 劃 2030 年當年增裝機組的類型和數量。得出結果，2030年年投資費用36291萬元，增裝機組的類型為2，4，數量為1，2。

5? 模型評價

通過引入機組組合負荷約束條件（功率的平衡約束、系統旋轉備用約束、機組出力上下限約束、機組爬坡下的速率約束） 使得目標函數在峰值負荷約束下有良好的參數特征，在這里，機組的出力要有一定的留余，便于特殊情況下的備用，整體來說，這使得模型更具有堅固性。但是模型也有一定的誤差，比如對于一些參數，進行了必要的處理，比如參數的精度選取，這些方法會帶來一定的誤差。雖然從多因素進行約束，但是這是根據表所給出的因素，這些因素交付前，沒有對可靠性指標作出權重分析，以此能夠得到更加精確地模型。本文所進行的電源規劃問題仍然是片面的，因為沒有考慮投資商的效益，在正常情況下，應該考慮投資商的效益最大化，同時還包括上網電價，上網電量等電站建成后的投資回收等等。結合我國的基本國情，電源規劃問題應該按照電站優化，同時由于我國的水能資源還有很大一部分沒有開發，所以對于水電裝機，甚至梯級水電站的開發利用也是我國電源規劃問題的突出特點。本文所考慮的目標函數中并沒有將環保因素納入其中，例如，將二氧化碳等排污物加入目標函數中，亦是大勢所趨。

6? 總結

根據給定的系統機組的電氣參數、經濟性參數，首先基于電力系 統技術性指標對機組負荷、出力、容量規劃分析;接著對機組的功率平衡、容量備用、 出力上下限、爬坡速率、發電成本等方面進行約束;最后建立機組組合約束模型以機組 投資費用為目標函數進行求解，結果表明：2030 年投資費用為 3.63e 元，當年增裝機組 的類型為 2 和 4，數量分別為 1 和 2。計算結果充分驗證了模型的可靠性。

參考文獻：

[1]王小君.含風電場的多目標電源規劃模型及其求解算法[D].上海大學，2013 .

[2]段小鵬.光伏發電接入背景下的電源電網協調規劃研討[J].價值工程，2017，36（25）：61-62.

[3]李軒，翟橋柱，吳江，高峰，管曉宏.應用全場景可行安全約束機組組合的風電最優消納模型及解法[J].西安交通大學學報，2019，53（06）：142-150.

作者簡介：趙梵喆（1999-），男，山東淄博人，在讀本科生，電氣工程及其自動化專業。