一種考慮可再生能源的電源優(yōu)化規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮可再生能源的電源優(yōu)化規(guī)劃方法，包括采集信息生成電源優(yōu)化規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，包括規(guī)劃概貌、電廠基本參數(shù)、系統(tǒng)負(fù)荷、投產(chǎn)決策約束、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)以及水文信息；建立電源優(yōu)化規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，包括決策變量、目標(biāo)函數(shù)以及約束條件；采用啟發(fā)式算法求解電源優(yōu)化規(guī)劃問題，電源優(yōu)化規(guī)劃的決策內(nèi)容包括各個(gè)待選電廠的投建時(shí)間和投建容量；以兩個(gè)指標(biāo)：?jiǎn)挝浑娏抠M(fèi)用微增率和單位電力費(fèi)用微增率來決定電廠的投產(chǎn)順序，以電力電量平衡作為投產(chǎn)的終止條件。本發(fā)明通過對(duì)電廠投資和運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算的建模，以及對(duì)可再生能源激勵(lì)措施的量化，得到包含可再生能源電廠的電源優(yōu)化規(guī)劃方案。
【專利說明】-種考慮可再生能源的電源優(yōu)化規(guī)劃方法 【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)電源優(yōu)化規(guī)劃領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮可再生能源的電源優(yōu) 化規(guī)劃方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 電力系統(tǒng)電源優(yōu)化規(guī)劃是電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分，其主要任務(wù)是根據(jù) 系統(tǒng)若干年內(nèi)的負(fù)荷需求預(yù)測(cè)，在滿足未來負(fù)荷需求的條件下，考慮各種約束條件（如，電 源建設(shè)順序、投資約束、系統(tǒng)可靠性要求），尋求一個(gè)最優(yōu)的電源建設(shè)方案，確定在何時(shí)何地 建設(shè)何種類型、多大容量的電廠。目前，最優(yōu)的電源建設(shè)方案主要是社會(huì)效益最好，且滿足 一定可靠性指標(biāo)要求和環(huán)保建設(shè)要求的方案，以滿足各行各業(yè)對(duì)合理用電的需求。
[0003] 隨著人類文明的不斷進(jìn)步，工業(yè)化和自動(dòng)化水平的不斷提高，社會(huì)的發(fā)展對(duì)于能 源的需求量越來越大，從而帶來了化石能源匱乏、環(huán)境污染加劇的嚴(yán)重問題。過去以煤炭、 石油、天然氣等常規(guī)能源為主，均是不可再生能源，所以尋找和利用可再生能源成為了目前 各國(guó)亟需解決的問題。
[0004] 目前，風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電已在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。雖然可 再生能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但由于存在缺乏規(guī)劃、無序開發(fā)、相關(guān)政策不完善等問題，可 再生能源發(fā)電規(guī)劃與并網(wǎng)困難問題短期之內(nèi)很難解決。因此正確評(píng)估可再生能源發(fā)電的效 益，統(tǒng)籌考慮可再生能源電源與其他常規(guī)電源的合理配置，加強(qiáng)可再生能源電源和電網(wǎng)的 統(tǒng)一規(guī)劃，是促進(jìn)我國(guó)整個(gè)可再生能源產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵。
[0005] 隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，單個(gè)可再生能源電廠規(guī)模和風(fēng)電基地規(guī)模 越來越大，電力系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電所占比例日趨增長(zhǎng)，可再生能源發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的 影響日益突出，給傳統(tǒng)的電源規(guī)劃提出了新的要求。因此，在電源規(guī)劃中需要充分考慮可再 生能源發(fā)電的影響，合理規(guī)劃電源結(jié)構(gòu)，研究含有可再生能源發(fā)電的電源規(guī)劃的理論和方 法。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種考慮可再生能源的電源優(yōu)化規(guī)劃方法。該方法以經(jīng)濟(jì) 性最優(yōu)為目標(biāo)，對(duì)各待選電廠的投建時(shí)間和投建容量進(jìn)行優(yōu)化。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0008] -種考慮可再生能源的電源優(yōu)化規(guī)劃方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :采集信息生成電源優(yōu)化規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，包括以下6類信息：
[0010] ⑴規(guī)劃概貌：已有電廠個(gè)數(shù)NG0、待選電廠個(gè)數(shù)NGN、系統(tǒng)電廠總數(shù)NGS以及系統(tǒng) 規(guī)劃年數(shù)NT ;
[0011] ⑵電廠基本參數(shù)：
[0012] 電廠i的：電廠類型kindp使用壽命Nip電廠的單機(jī)容量CaPi、在第t年的最 大容許投產(chǎn)臺(tái)數(shù)M ti、最大裝機(jī)臺(tái)數(shù)Ngi、首批機(jī)組的最早允許投建時(shí)間CYp 0)2排放當(dāng)量 五m、s〇d_放當(dāng)量、氮氧化物排放當(dāng)量五、CO排放當(dāng)量五 以及灰渣和煙塵排放當(dāng)量五;
[0013] (3)系統(tǒng)負(fù)荷：
[0014] 規(guī)劃期第t年的：系統(tǒng)最大預(yù)測(cè)負(fù)荷Dt、系統(tǒng)預(yù)測(cè)電量Et、容量備用系數(shù)R Dt以及 電量備用系數(shù)REt ;
[0015] (4)投產(chǎn)決策約束：
[0016] 排放物j的規(guī)定最大排放量EMAXj、規(guī)定的第t年可再生能源裝機(jī)比例P t以及規(guī) 定的可再生能源總裝機(jī)比例P，其中，排放物j為co2、so2、氮氧化物、C0以及灰渣和煙塵；
[0017] (5)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：
[0018] 貼現(xiàn)率I;
[0019] 電廠i的投資運(yùn)行費(fèi)：第t年投產(chǎn)機(jī)組時(shí)在第τ年的投資流72^、平均到一臺(tái)機(jī) 組的投資補(bǔ)貼SUBIp每臺(tái)機(jī)組的固定運(yùn)行費(fèi)FOp每臺(tái)機(jī)組的可變運(yùn)行費(fèi)VOp電廠i平均到 一臺(tái)機(jī)組的保險(xiǎn)費(fèi)INSi、平均到一臺(tái)機(jī)組的燃料儲(chǔ)備費(fèi)用FSTi、每臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)的 固定部分OPEFp可變部分OPEVp平均到一臺(tái)機(jī)組的工資支出WAGp平均到一臺(tái)機(jī)組的行政 開支ADQ、每臺(tái)機(jī)組的燃料費(fèi)用FUQ以及平均到一臺(tái)機(jī)組的財(cái)務(wù)及稅金支出TAX,;
[0020] 電廠i的投資及運(yùn)行補(bǔ)貼：投資補(bǔ)貼SUBIi、平均到一臺(tái)機(jī)組的容量補(bǔ)貼SUBPi、容 量補(bǔ)貼系數(shù)、平均到一臺(tái)機(jī)組的發(fā)電量補(bǔ)貼SUBEi以及發(fā)電量補(bǔ)貼系數(shù)St/Sg ;
[0021] 區(qū)域L的：co2排放處罰系數(shù)、S02排放處罰系數(shù)$、氮氧化 物排放處罰系數(shù)、⑶排放處罰系數(shù)以及灰渣和煙塵排放處罰系數(shù) PUN峰'
[0022] (6)水文信息：
[0023] 水電廠i在第m月的枯水年預(yù)想出力HPKim、平水年預(yù)想出力HPPim、枯水年給定電 量HEK im、平水年給定電量HEPim ;
[0024] 步驟2 :建立電源優(yōu)化規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，包括以下三部分：
[0025] (1)決策變量：
[0026] 電源優(yōu)化規(guī)劃的決策變量是表示待選電廠i在第t年的新增投產(chǎn)機(jī)組臺(tái)數(shù)的整數(shù) 變量xti;
[0027] (2)目標(biāo)函數(shù)：
[0028] 電源優(yōu)化規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)為：
[0029]
【權(quán)利要求】
1. 一種考慮可再生能源的電源優(yōu)化規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :采集信息生成電源優(yōu)化規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，包括以下6類信息： ⑴規(guī)劃概貌：已有電廠個(gè)數(shù)NGO、待選電廠個(gè)數(shù)NGN、系統(tǒng)電廠總數(shù)NGS以及系統(tǒng)規(guī)劃 年數(shù)NT ; (2) 電廠基本參數(shù)： 電廠i的：電廠類型kindp使用壽命Nip電廠的單機(jī)容量CaPi、在第t年的最大容許投 產(chǎn)臺(tái)數(shù)Mti、最大裝機(jī)臺(tái)數(shù)Ngi、首批機(jī)組的最早允許投建時(shí)間ct、〇)2排放當(dāng)量、 S02排放當(dāng)量五、氮氧化物排放當(dāng)量CO排放當(dāng)量丑以及灰渣和 煙塵排放當(dāng)量; (3) 系統(tǒng)負(fù)荷： 規(guī)劃期第t年的：系統(tǒng)最大預(yù)測(cè)負(fù)荷Dt、系統(tǒng)預(yù)測(cè)電量Et、容量備用系數(shù)RDt以及電量 備用系數(shù)REt ; (4) 投產(chǎn)決策約束： 排放物j的規(guī)定最大排放量ΕΜΑΧ」、規(guī)定的第t年可再生能源裝機(jī)比例p t以及規(guī)定的 可再生能源總裝機(jī)比例P，其中，排放物j為C02、S02、氮氧化物、C0以及灰渣和煙塵； (5) 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)： 貼現(xiàn)率I ; 電廠i的投資運(yùn)行費(fèi)：第t年投產(chǎn)機(jī)組時(shí)在第τ年的投資流、平均到一臺(tái)機(jī)組的 投資補(bǔ)貼SUBIp每臺(tái)機(jī)組的固定運(yùn)行費(fèi)FOp每臺(tái)機(jī)組的可變運(yùn)行費(fèi)VOp電廠i平均到一臺(tái) 機(jī)組的保險(xiǎn)費(fèi)INSp平均到一臺(tái)機(jī)組的燃料儲(chǔ)備費(fèi)用FSTp每臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)的固定 部分OPEFi、可變部分0ΡΕ\、平均到一臺(tái)機(jī)組的工資支出WAGp平均到一臺(tái)機(jī)組的行政開支 ADQ、每臺(tái)機(jī)組的燃料費(fèi)用FUQ以及平均到一臺(tái)機(jī)組的財(cái)務(wù)及稅金支出TAX,; 電廠i的投資及運(yùn)行補(bǔ)貼：投資補(bǔ)貼SUBIp平均到一臺(tái)機(jī)組的容量補(bǔ)貼SUBPp容量補(bǔ) 貼系數(shù)、平均到一臺(tái)機(jī)組的發(fā)電量補(bǔ)貼SUBEi以及發(fā)電量補(bǔ)貼系數(shù); 區(qū)域L的：C02排放處罰系數(shù)、S02排放處罰系數(shù)、氮氧化物 排放處罰系數(shù)、C0排放處罰系數(shù)以及灰渣和煙塵排放處罰系數(shù) PUNMother > (6) 水文信息： 水電廠i在第m月的枯水年預(yù)想出力HPKim、平水年預(yù)想出力HPPim、枯水年給定電量 HEKim、平水年給定電量HEPim ; 步驟2 :建立電源優(yōu)化規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，包括以下三部分： (1)決策變量： 電源優(yōu)化規(guī)劃的決策變量是表示待選電廠i在第t年的新增投產(chǎn)機(jī)組臺(tái)數(shù)的整數(shù)變量 xti； (2) 目標(biāo)函數(shù)： 電源優(yōu)化規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)為：
(1) 式中，ati表示電廠i在第t年投產(chǎn)一臺(tái)機(jī)組的投資費(fèi)用折算到壽命期內(nèi)的等年值，其 計(jì)算公式如下：
(2) 其中表示電廠i在第t年投產(chǎn)機(jī)組時(shí)在第τ年的投資流；對(duì)常規(guī)燃料電廠，；if 包括電廠i的污染處理設(shè)備投資和附加輸電投資；對(duì)可再生能源電廠，包括其投資補(bǔ) 貼SUBL ;SUBIi表示對(duì)電廠投資的一次性資金補(bǔ)貼，單位是萬元，若SUBL以負(fù)值的形式出 現(xiàn)，則表示對(duì)投資進(jìn)行補(bǔ)貼，相當(dāng)于減小電廠投資； CRF表示資金回收系數(shù)，其計(jì)算公式如下：
(3) cti表示電廠i在第t年投產(chǎn)一臺(tái)機(jī)組在規(guī)劃期內(nèi)的年運(yùn)行費(fèi)用現(xiàn)值的總和，其計(jì)算公 式如下：
(4) 其中：F〇i表示電廠i 一臺(tái)機(jī)組的固定運(yùn)行費(fèi)，V〇i表示電廠i 一臺(tái)機(jī)組的可變運(yùn)行費(fèi)； (3) 約束條件： 電源優(yōu)化規(guī)劃的約束條件包括：待選機(jī)組施工建設(shè)要求、系統(tǒng)運(yùn)行約束、環(huán)境約束以及 可再生能源滲透率要求； 步驟3 :采用啟發(fā)式算法求解電源優(yōu)化規(guī)劃問題： 電源優(yōu)化規(guī)劃的決策內(nèi)容包括各個(gè)待選電廠的投建時(shí)間和投建容量；以兩個(gè)指標(biāo)：?jiǎn)?位電量費(fèi)用微增率和單位電力費(fèi)用微增率來決定電廠的投產(chǎn)順序，以電力電量平衡作為投 產(chǎn)的終止條件； 單位電量費(fèi)用微增率指平均每多發(fā)一度電，系統(tǒng)總費(fèi)用等年值的增量，簡(jiǎn)稱度電成本； 單位電力費(fèi)用微增率指平均每多一千瓦裝機(jī)，系統(tǒng)總費(fèi)用等年值的增量，簡(jiǎn)稱千瓦成本； 電廠i在第t年投產(chǎn)一臺(tái)機(jī)組的度電成本Φ ti的計(jì)算公式為：
(21) 電廠i在第t年投產(chǎn)一臺(tái)機(jī)組的千瓦成本u/ti的計(jì)算公式為： (22) 啟發(fā)式算法求解電源優(yōu)化規(guī)劃問題的步驟如下： 3. 1步：讀入電源優(yōu)化規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫信息； 3. 2步：計(jì)算各電廠在每年投產(chǎn)的度電成本和千瓦成本，對(duì)所有電廠按照度電成本和 千瓦成本分別排序； 3. 3步：根據(jù)可再生能源滲透率指標(biāo)，計(jì)算每年至少要投產(chǎn)的可再生能源電廠，優(yōu)先投 產(chǎn)； 3. 4步：計(jì)算系統(tǒng)的電量需求和電力需求； 3. 5步：按照度電成本排序依次投產(chǎn)機(jī)組，不滿足約束條件即跳到下一個(gè)電廠，直到電 量需求滿足； 3. 6步：按照千瓦成本排序依次投產(chǎn)機(jī)組，不滿足約束條件即跳到下一個(gè)電廠，直到電 力需求滿足。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮可再生能源的電源優(yōu)化規(guī)劃方法，其特征在于，步 驟2中，電廠i 一臺(tái)機(jī)組的固定運(yùn)行費(fèi)F〇i包括平均到一臺(tái)機(jī)組的保險(xiǎn)費(fèi)INSp燃料儲(chǔ)備費(fèi) 用FSTi、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)的固定部分OPEFi、工資WAGi、行政開支ADQ，及與電廠容量相關(guān)的固定 補(bǔ)貼SUBPi，其計(jì)算公式如下： F〇i = INSi+FSTi+OPEFi+WAGi+ADCi+SUBPi (5) 式中：SUBPi用于量化電廠的激勵(lì)措施中與電廠容量直接相關(guān)的部分，其計(jì)算公式如 下：
C6) 式中：表示容量補(bǔ)貼系數(shù)，元/千瓦； 電廠i 一臺(tái)機(jī)組的可變運(yùn)行費(fèi)V〇i包括每臺(tái)機(jī)組的燃料費(fèi)FUCi、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)的可變部 分OPEVp排污處罰PUR及與發(fā)電量相關(guān)的可變補(bǔ)貼SUBEp其計(jì)算公式如下： V〇i = FUCi+OPEVi+PUNi+SUBEi (7) 式中：排污處罰PUNi是對(duì)每個(gè)電廠的污染物排放的處罰，其中，污染物包括C02、S02、 CO、氮氧化物、灰渣和煙塵；PUNi的計(jì)算公式如下：
其中：考慮到不同區(qū)域的各類排放物處罰系數(shù)可能不同，對(duì)不同區(qū)域的排放物X的處 罰系數(shù)尸Wu做了區(qū)分，元/kg;{Tk是區(qū)域L內(nèi)所有燃料電廠的集合，ie {Tk表示對(duì) 每個(gè)電廠i，用其所在區(qū)域L的相應(yīng)處罰系數(shù)來計(jì)算排污處罰；Α.表示電廠i排放物 X的排放當(dāng)量相應(yīng)的排放物X的排放量，排放物X是指C02、S02、氮氧化物、C0以及灰渣和煙 塵； FUELti是電廠i在第t年的燃料消耗量，是隨機(jī)生產(chǎn)模擬反饋的計(jì)算結(jié)果； SUBEi表示電廠發(fā)電量補(bǔ)貼，其用于量化電廠的激勵(lì)措施中與電廠發(fā)電量直接相關(guān)的 部分，計(jì)算公式如下：
(9) 式中：Hti表示年利用小時(shí)數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮可再生能源的電源優(yōu)化規(guī)劃方法，其特征在于，步 驟2中，待選機(jī)組施工建設(shè)要求具體如下： 由投資決策變量的定義可知，Xti必須為整數(shù)，而且取值不小于〇 ;電廠每年投產(chǎn)機(jī)組的 臺(tái)數(shù)應(yīng)受施工及制造能力所容許投產(chǎn)臺(tái)數(shù)Mti的限制，即 Xti 彡 Mti (10) 電廠的總裝機(jī)臺(tái)數(shù)不應(yīng)超過給定的最大裝機(jī)臺(tái)數(shù)Ngi，即
(11) 電廠第一臺(tái)機(jī)組的投建時(shí)間不早于該電廠的允許最早投建時(shí)間 NYSTj ^ CYj (12) 系統(tǒng)運(yùn)行約束包括電力平衡和電量平衡，具體如下： 電力平衡指：所有電廠i在第t年提供的出力總和滿足負(fù)荷需求：
(13) 式中
表示所有電廠i在第t年提供的出力總和；NGti指電廠i在第t年 的服役機(jī)組總臺(tái)數(shù)，Wti指第t年電廠i的一臺(tái)機(jī)組提供的出力，對(duì)于火電廠、天然氣電廠、 核電廠、抽水蓄能電廠，Wti取其額定出力，對(duì)于水電廠，Wti取其枯水年預(yù)想出力HPK im，對(duì)于 可再生能源電廠，Wti取其置信容量； Dt表示第t年預(yù)測(cè)最大負(fù)荷，Drt表示第t年凈送電負(fù)荷，規(guī)定外送電力為正； NGti表示電廠i在第t年的服役機(jī)組總臺(tái)數(shù)，對(duì)于已有電廠，NGti要計(jì)及電廠i的退役 和擴(kuò)建情況；對(duì)于待選電廠，NGti是第t年及以前電廠i每年新增裝機(jī)臺(tái)數(shù)Xti的總和 ：
(14) 電量平衡指：所有電廠i在第t年提供的電量總和滿足電量需求：
(15) 式中
表示所有電廠i在第t年提供的電量總和，Eti指第t年電廠i的 一臺(tái)機(jī)組提供的電量，Eti = Wti · Hti ;Hti指電廠i在第t年的年利用小時(shí)數(shù)，是由生產(chǎn)模擬 求得的； Et表示第t年預(yù)測(cè)電量，Ert表示第t年凈送電電量，規(guī)定外送電力為正； 環(huán)境約束包括各類排放物約束和區(qū)域排放總量約束，具體如下： 各類排放物約束具體如下：
(16)
(17) 區(qū)域排放總量約束具體如下： 每個(gè)區(qū)域內(nèi)各類排放物的排放總量不能超過規(guī)定的排放上限：
(18) 可再生能源滲透率要求具體如下： 可再生能源年度裝機(jī)容量占比，可再生能源在第t年的裝機(jī)容量占第t年系統(tǒng)新增裝 機(jī)容量的比例不小于第t年規(guī)定的滲透率要求p t:
(19) 可再生能源總裝機(jī)占比，可再生能源規(guī)劃期內(nèi)的總裝機(jī)容量占系統(tǒng)規(guī)模的比例不小于 規(guī)定的滲透率要求p :
(20)。
【文檔編號(hào)】G06Q10/04GK104123596SQ201410370735
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】王錫凡, 黨燦, 金小明, 楊柳, 王秀麗, 別朝紅, 王建學(xué) 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 西安交通大學(xué)