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基于机组组合约束模型的阶段电源扩展规划

范文

赵梵喆林跃杨永琪

摘要：以2019年为基准，本文根据给定的系统机组的电气参数、经济性参数，首先基于电力系统技术性指标对机组负荷、出力、容量规划分析，接着对机组的功率平衡、系统旋转备用约束、机组出力上下限等方面进行约束;最后建立机组组合约束模型以机组投资费用为目标函数进行求解，对2030年进行电源扩展规划。

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.

关键词：机组组合约束模型;目标规划;电源规划

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

中圖分类号：TM614? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）09-0254-02

1? 问题提出

在给定的IEEE-RTS系统原有机组和待增装机组中的机组容量、投资成本等参数（表1、表2）的背景下，以2019年为基准年，假设2030年系统的峰值负荷增长为30%，规划2030年的增长机组的类型和数量。

2? 问题分析

考虑到机组的电气参数、经济性参数和峰值负荷，首先需要对表1、表2中的机组电气参数和经济性参数进行指标分析，然后基于指标分析的方法建立考虑机组投资费用的单目标优化函数，通过机组组合约束模型的限制条件，以2019年作为基准，规划 2030 年当年增装机组的类型和数量。

3? 模型假设

不考虑电源规划方案中高维数、随机性的特点;

假设目标函数求解中的一些阶段性方法并不是孤立的使用，而是需要具体问题进行选择和互相组合;

分析不同可靠性指标对目标函数的影响时，假设选取的指标之间没有显著相关性;

分析不同可靠性指标对目标函数的影响时，假定其他指标不变，以确保能准确计算单一指标对目标函数结果的影响程度;

不考虑机组在运行过程中和故障所产生的费用。

4? 模型建立与求解

第一个子问题是确定各周期中各单元的操作出口状态，第二子问题是根据负载情况和经济原理确定各单元在运行中的输出。机组组合问题受到多方面的约束，如表中的参数等。同时需要注意特别的一点，机组在进行带有一定功率进行输出时，其输出必须要大于机组系统所能够承载的最大功率，原因是因为要有一定留余储存，在特殊情况下能够发挥作用。[1]这是目标函数

该式代表的意义是在开始成本和发电成本下的最小目标函数。简单说，就是针对所有的机组在0，1状态下的运行成本的累加。

该式代表的意义是在一定的时间t下，某机组在这段时间内的实际发力值。

约束条件：

①功率的平衡约束

其中，Dt是时段t的系统负荷。

②系统旋转备用约束

上文所述，系统的发力需要留余，以此用来在特殊情况下作为备用，故需要进行约束。很明显，留余的出力需要分别大于和小于所允许出力的最大值和最小值。

③机组出力上下限约束

针对出力上下限对停机时间和运行时间进行约束。

④机组爬坡下的速率约束

基于以上的规划算法以及附录中电源规划目标函数综合可得机组年投资费用和规划 2030 年当年增装机组的类型和数量。得出结果，2030年年投资费用36291万元，增装机组的类型为2，4，数量为1，2。

5? 模型评价

通过引入机组组合负荷约束条件（功率的平衡约束、系统旋转备用约束、机组出力上下限约束、机组爬坡下的速率约束）使得目标函数在峰值负荷约束下有良好的参数特征，在这里，机组的出力要有一定的留余，便于特殊情况下的备用，整体来说，这使得模型更具有坚固性。但是模型也有一定的误差，比如对于一些参数，进行了必要的处理，比如参数的精度选取，这些方法会带来一定的误差。虽然从多因素进行约束，但是这是根据表所给出的因素，这些因素交付前，没有对可靠性指标作出权重分析，以此能够得到更加精确地模型。本文所进行的电源规划问题仍然是片面的，因为没有考虑投资商的效益，在正常情况下，应该考虑投资商的效益最大化，同时还包括上网电价，上网电量等电站建成后的投资回收等等。结合我国的基本国情，电源规划问题应该按照电站优化，同时由于我国的水能资源还有很大一部分没有开发，所以对于水电装机，甚至梯级水电站的开发利用也是我国电源规划问题的突出特点。本文所考虑的目标函数中并没有将环保因素纳入其中，例如，将二氧化碳等排污物加入目标函数中，亦是大势所趋。

6? 总结

根据给定的系统机组的电气参数、经济性参数，首先基于电力系统技术性指标对机组负荷、出力、容量规划分析;接着对机组的功率平衡、容量备用、出力上下限、爬坡速率、发电成本等方面进行约束;最后建立机组组合约束模型以机组投资费用为目标函数进行求解，结果表明：2030 年投资费用为 3.63e 元，当年增装机组的类型为 2 和 4，数量分别为 1 和 2。计算结果充分验证了模型的可靠性。

参考文献：

[1]王小君.含风电场的多目标电源规划模型及其求解算法[D].上海大学，2013 .

[2]段小鹏.光伏发电接入背景下的电源电网协调规划研讨[J].价值工程，2017，36（25）：61-62.

[3]李轩，翟桥柱，吴江，高峰，管晓宏.应用全场景可行安全约束机组组合的风电最优消纳模型及解法[J].西安交通大学学报，2019，53（06）：142-150.

作者简介：赵梵喆（1999-），男，山东淄博人，在读本科生，电气工程及其自动化专业。

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