[發明專利]一種基于成本的能效電廠優化配置與廠網協調規劃方法

有效

• 申請號: 201710388777.3
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107169607B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 范宏;左路浩;馬蓮;朱佩琳
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

1.一種基于成本的能效電廠優化配置與廠網協調規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據二層規劃理論和廠網規劃約束條件，建立基于成本的能效電廠優化配置與廠網協調二層規劃模型，包括上層規劃模型和下層規劃模型，上層規劃模型以總投資成本最小為目標函數，其表達式為：

F＝min{F₁,F₂,F₃,...,F_h,...,F_H}

其中，F_h為第h種情形的上層目標值，H為基于下層電源規劃結果的H種新增電源節點配置情形，T為規劃周期包含的階段數，r為貼現率，1/(1+r)^(t-1)Y為資金的折算系數，Y為第t階段包含的年數，Ω為節點的集合，為第t階段節點i到j的輸電線路單位投資費用，L_ij為節點i到j之間輸電線路的長度，為第h種情形下第t階段節點i到j之間新建輸電線路回數，G^t為電廠投資成本，為輸電線路投資成本，為第h種情形下第t階段N、N-1網絡安全下的切負荷懲罰費用之和，為第t階段新建常規電廠投資成本，為第t階段新建能效電廠投資成本，為第t階段常規電廠的運行維修費用，I為節點數，S為線路回路數，為第h種情形下第t階段正常運行狀態下節點i的切負荷量，為第h種情形下第t階段第s條線路斷開的N-1運行狀態下節點i的切負荷量，a、b分別為正常狀態下的切負荷懲罰系數和N-1狀態下的切負荷懲罰系數；

上層規劃模型的約束條件包括：

N條件下的安全約束：

其中，為第t階段第h種情形下系統節點導納矩陣，為第t階段第h種情形下節點相角列向量，為第t階段第h種情形下常規電廠節點出力列向量，為第t階段第h種情形下節點負荷列向量，為第t階段第h種情形下能效電廠節點出力列向量，為的列向量，為第t階段節第h種情形下點i到節點j之間輸電線路上的總潮流，為第t階段第h種情形下節點i到節點j之間原有的線路回路數，為第t階段第i節點第h種情形下節點相角列向量，為第t階段第j節點第h種情形下節點相角列向量，x_ij為節點i到j之間單條輸電線路的電抗，為第t階段節點i到節點j之間單條回路容量上限，分別為第t階段常規電廠節點出力最小值和最大值的列向量；

N-1條件下的安全約束：

其中，為第t階段第h種情形下第s條線路斷開后系統節點導納矩陣，為第t階段第h節點第s條線路斷開后節點相角列向量，為第t階段第h種情形下第s條線路斷開后常規電廠節點出力列向量，為第t階段第h種情形下第s條線路斷開后能效電廠節點出力列向量，為的列向量，為第t階段第h種情形下第s條線路斷開后節點i到節點j之間輸電線路上的總潮流，為第t階段第h種情形下第s條線路斷開后節點i到節點j之間原有的線路回路數，為第t階段第h種情形下第s條線路斷開后節點i到節點j之間的線路回路數，為第t階段第i節點第h種情形下第s條線路斷開后節點相角列向量，為第t階段第j節點第h種情形下第s條線路斷開后節點相角列向量，分別為第t階段常規電廠節點出力最小值和最大值的列向量；

下層規劃模型以電廠的投資成本最小為目標函數，其表達式為：

其中，G^t為電廠投資成本，為第t階段新建常規電廠投資成本，為第t階段新建能效電廠投資成本，為第t階段常規電廠的運行維修費用，M為常規電廠機組類型數，C_G,m為新建常規發電機組類型為m的單位容量投資成本，P_G,m為m型常規機組的容量，為第t階段新建m型常規機組的臺數，K為能效電廠機組類型數，C_E,k為新建能效電廠類型為k的單位容量投資成本，P_E,k為k型能效電廠的容量，為第t階段新建k型能效電廠的臺數，Y為第t階段包含的年數，N為第t階段包含所選擇的待建常規電廠的常規機組數目，L為第t階段包含所選擇的待建能效電廠的能效電廠數目，為第t階段第n個常規電廠機組的容量，I_OME,n為第n個常規電廠機組的單位運行維修費用，為第t階段第n個常規電廠機組第y年的運行小時數，為第t階段第l個能效電廠機組的容量，I_OM,l為第l個能效電廠的單位運行費用，為第t階段第l個能效電廠機組第y年的運行小時數；

下層規劃模型的約束條件為：

其中，R為機組的備用容量系數，為第t階段的最大負荷，為第t階段第y年的負荷，T_h為年最大運行小時數，α為能效電廠與負荷的最小比值，β為能效電廠與負荷的最大比值，為第t階段的最大負荷，為第t階段新建m型常規機組數，為第t階段新建m型常規機組的最大臺數，為第t階段新建k型能效電廠數，為第t階段新建k型能效電廠的最大臺數；

2)根據規劃方案的可靠性要求，對所生成的方案進行可靠性驗證，以確保求得的最優方案不存在孤島網架；

3)根據模型特點采用改進遺傳算法和原始-對偶內點法的混合算法求解模型得到最優規劃方案，具體包括以下步驟：

采用改進遺傳算法和原始-對偶內點法的混合算法求解得到最優規劃方案，其中，上層采用自適應遺傳算法進行全局尋優，生成優化網架，得到線路建設費用，再通過模擬運算得到運行維護費用、環境費用、投資成本的期望值，下層利用原始-對點內偶法計算切負荷懲罰費用，反饋給上層，得到優化目標的總費用，通過迭代收斂得到最優網架結構，所述的改進遺傳算法為自適應遺傳算法，自適應遺傳算法中的交叉概率P_c和變異概率P_m的計算公式如下：

其中，f為要交叉的兩個個體中適應度值較大的一個，f′為要變異的個體的適應度值，f_avg種群的平均適應度值，f_max為種群中最大個體適應度值，P_c1、P_c2、P_m1、P_m2、A為常數；

4)對于不考慮能效電廠和廠網協調規劃和考慮能效電廠和廠網協調規劃兩種情況，并將每種情況的規劃周期分為三個階段，分別獲取并對比各階段下的多項指標，并繪制各方案的規劃結果圖，具體包括以下步驟：

41)對于不考慮能效電廠和廠網協調規劃和考慮能效電廠和廠網協調規劃兩種情況，將規劃分為兩大類，并對每一類的規劃周期分為三個階段；

42)計算每一種情況下三個階段的各項指標，包括增機組數、新建線路數、投資成本；

43)將每一種情況按照階段順序進行排序，對比分析各項指標；

44)根據計算結果，繪制各方案的規劃結果圖。

2.根據權利要求1所述的一種基于成本的能效電廠優化配置與廠網協調規劃方法，其特征在于，所述的步驟2)具體包括以下步驟：

21)根據可靠性要求對所生成的方案進行連通性校驗；

22)對存在孤島的網架，通過隨機選擇孤島與網架中節點的待架線路來消除孤島，實現網架連通；

23)對存在獨立小網的不連通的網架，通過隨機選擇獨立小網中節點與網架節點間的待架線路來消除獨立小網，實現網架連通，最終保證了最優規劃方案的網架連通性要求。