[论文]电力节能环保经济调度研究_正文.doc

电力节能环保经济调度研究重庆大学硕士学位论文学生姓名：郭婷婷指导教师：段其昌 教授专业：控制理论与控制工程学科门类： 工学重庆大学自动化学院二O一O年四月Study on Efficient Power Scheduling Based on Energy Conservation and Environmental Protection A Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of EngineeringByGuo TingtingSupervised by：Prof. Duan QichangSpecialty：Control Theory & Control EngineeringCollege of Automation of Chongqing University, Chongqing, ChinaApril,2010重庆大学硕士学位论文中文摘要摘 要随着人类的进步和社会的发展，能源逐渐枯竭、环境日益恶化、生态平衡受到破坏。电能作为现代社会的主要二次能源，在供应现代化社会生产和生活大部分能量的同时，耗费了大量煤、石油等一次能源，排出了大量二氧化硫、二氧化碳等有害气体，使环境受到严重破坏。在如此严峻的形势下，如何在保证安全供电的前提下减少能源资源消耗，提高运行效率，实现优化运行，深入研究电力系统的节能环保经济优化调度问题至关重要。为了实现节能、降耗、减排、环保、经济的目标，本文在满足大量约束条件的前提下，建立了多目标的电力节能环保经济调度模型，提出了将禁忌搜索算法融合到自适应粒子群的算法，并将其应用到调度模型中，该算法能较快的达到最优解。本文的主要内容有：首先，通过对电力调度国内外发展现状的调查研究，针对我国以燃煤为主的电源结构所带来的能源紧缺、环境恶化、生态破坏等问题，指出了研究电力节能环保经济调度问题的重要意义；其次，对电力机组相关特性及传统的电力经济调度模型进行了理论研究，指出了传统电力调度模型的弊端，提出了一种多目标的考虑节能、环保和经济三个因素的电力调度数学模型，并对该多目标模型进行了化解，为求解模型奠定了基础；再次，研究了粒子群优化算法的基本原理，针对基本粒子群算法易早熟的缺陷，对其惯性权重进行了改进，并针对其改进的粒子群算法不易得到精确解的缺陷，将禁忌搜索算法融入到改进的粒子群算法中，提出了一种基于禁忌搜索的自适应粒子群算法，通过三个经典测试函数的仿真分析，验证了所提算法的优越性；最后，将改进的算法应用到多目标的电力节能环保经济调度模型中，采用四川广安电网的相关负荷数据及机组相关参数进行计算，将所得调度结果与等微增调度算法结果比较，比较结果表明了所提算法及数学模型的可行性和有效性。关键词：电力调度，节能，环保，经济，自适应粒子群算法III重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTThe energy has been gradually exhausted, environment has been increasingly worsened, and ecological balance has been damaged with the human progress and social development. Power as the major secondary energy in modern society, use a lot of coal, oil and other primary energy, and emit a lot of sulfur dioxide, carbon dioxide and other harmful gases to the atmosphere when the power supply energy to production and life of modern society, that causing serious damage to the environment. In this such grim circumstances, how to reduce energy resources consumption, improve operating efficiency and achieve optimal operation on the premise of ensuring the security of the electricity supply, in-depth study the problem of the power systems energy conservation and environmental protection of economic optimization scheduling has very important significance.In order to achieve energy saving, reduce energy consumption, emission reduction, environmental protection, economic objectives, in the premises of a large number of constraint condition, we establish a multi-objective energy saving and economic dispatch of electricity energy model, put forward an algorithm that a tabu search algorithm integrated into the adaptive particle swarm algorithm, and applying to the scheduling model, the algorithm can be faster to achieve the optimal solution. The main content of this article is: firstly, through the investigation of the present home and abroad development situation of the power dispatching, according to our countrys power structure with coal-based brought the problems of the energy shortage, environment worsen, and ecological balance damaged, pointing out the importance of the energy conservation and environmental protection economic scheduling of power system; Secondly, both correlation property of the power unit and the traditional economic power dispatch model are used to have the theoretical study, and the shortcoming of the traditional power dispatch is pointed out, we put forward a multi-objective power dispatch model with the factors of energy saving, environmental protection and economic, and the multi-objective model is simplified to laid a foundation to solve the model; Thirdly, we study the basic principles of tabu search algorithm and particle swarm optimization, in order to avoid the defect in basic particle swarm algorithm such as premature, the inertial weight is improved, and in order to improve the accuracy of the improved particle swarm optimization, we present an adaptive particle swarm algorithm based the tabu search algorithm, vilify the performance of the proposed algorithm by using the classical test foundations to simulate and analyze; Finally, the improved algorithm is applied to multi-objective energy saving economic dispatch of electricity model, by using the load data and related parameters in Guangan in Sichuan to simulate, and compare with the result of the improved algorithm and the result of the equal increment method, the experimental results verify the feasibility and effectiveness of the proposed algorithms and the mathematical model.Keywords： Power Dispatch, Energy Saving, Environmental Protection, Economic, Adaptive Particle Swarm Algorithm.重庆大学硕士学位论文 目录目 录中文摘要I英文摘要II1绪论11.1 问题的提出及研究意义11.2 国内外研究现状21.2.1 国外节能环保调度现状21.2.2 国内节能环保调度现状31.3 本文的研究内容和结构41.3.1 本文研究的内容41.3.2 本文研究的结构42电力节能环保调度理论研究62.1 电力节能经济调度内容62.1.1 电力经济调度内容62.1.2 电力节能的主要措施72.2 电力调度环保问题92.2.1 各发电厂对环境的影响92.2.2 减少电力环境污染的方法102.3 电力调度的相关算法112.3.1 电力调度常规算法112.3.2电力调度智能算法132.3.3 粒子群算法的研究现状142.4 本章小结153电力节能环保经济调度模型研究163.1 电力机组相关特性研究163.1.1 单机机组的耗量特性163.1.2 机组启动耗量特性183.2 传统经济电力调度模型193.2.1 以煤耗最低为目标的模型193.2.2 以购电成本最低为目标的模型213.2.3 以污染排放总量最小为目标的模型223.3 电力节能环保经济调度模型233.3.1 传统调度模型的弊端233.3.2 节能环保经济调度的要求233.3.3 目标函数243.3.4 约束条件243.4 本章小结254 TS-APSO算法研究264.1 粒子群优化算法264.1.1 粒子群优化算法的基本原理264.1.2 自适应惯性权重的改造284.2 禁忌搜索算法304.2.1 禁忌搜索的相关参数和操作304.2.2 禁忌搜索算法的基本流程324.3 基于禁忌搜索的动态粒子群算法334.3.1 TS-APSO算法思想334.3.2 TS-APSO算法流程344.4 仿真实验与对比分析364.5 本章小结385 TS-APSO算法在电力调度中的应用研究395.1 基于TS-APSO算法的电力调度求解过程395.1.1 多目标电力调度模型的化解395.1.2 基于TS-APSO算法的电力调度流程395.2 算例分析415.2.1 算例相关数据415.2.2 等微增经济调度模型结果465.2.3 节能环保经济调度结果505.2.4 比较分析535.3 本章小结546结论与展望556.1 主要结论556.2 后续研究工作的展望55致 谢57参考文献58附 录：A.作者在攻读学位期间发表的论文目录6161重庆大学硕士学位论文 1 绪论1 绪论1.1 问题的提出及研究意义能源是国民经济和社会发展的重要物质基础。我国能源资源总量位于世界前列，水能资源居世界第一，煤炭资源可采储量居世界第三。但我国人口众多，人均能源占有量相对世界平均水平很低。中国2000年人均煤炭可采储量90t，人均石油剩余可采储量3t，人均天然气剩余可采储量1080m3，分别是世界平均水平( 165t，23t，24988m3 ) 的54.9%，11.0%和4.3%；是美国 ( 903t，13t，17025m3 )的9.7%，23.1%和6.3%；是经济合作与发展组织OECD ( Organization of Economic Cooperation and Development ) 国家 ( 404t，10t，12048m3 ) 的22.3%，30.0%和9.0%；剩余可采储量期限煤炭仅为114年，石油20年，天然气49年，节约能源势在必行1。另一方面，我国总体能源利用效率为33%左右，比发达国家低约10个百分点，电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织8个行业主要产品单位平均能耗比国际先进水平高40%；机动车油耗水平比欧洲高25%，比日本高20%；单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2-3倍2。提高我国能源利用率，减少能源消耗，是摆在我们面前的一项重要任务，对促进经济社会又好又快的发展具有积极和深远的意义。电能是经济活动必不可少的生产资料，也是人们生活离不开的生活资料，其在各项能源消耗领域中所占比重较大，超过我国能源消费总量的70%。据统计，2000年我国火力发电厂用油1217万吨，发电燃料油耗量为同期全国燃料油耗量3934万吨的34%，发电用天然气耗量153.8亿m3，发电用原煤消耗量5.28亿吨，电煤消耗占煤炭产量的60.85%，全国火力发电取淡水量为586亿m3，约占工业取水总量1160亿m3的50%3。电力工业节约和降低水资源、石油（天然气）、煤炭资源的消耗，对我国能源节约和优化配置具有十分重要的意义，对人们生活社会稳定都有着极为重大的影响。随着经济的高速发展和人口的快速增长，全球环境正在急剧恶化，臭氧层破坏、热带雨林消失、温室效应和酸雨等全球环境问题正严重威胁着人类自身的生存和发展。目前，我国的经济发展与环境保护矛盾也日趋严峻。环境问题已逐渐成为社会发展的重大问题之一。电力工业是生产清洁二次能源的重要产业，但其中的燃煤发电业又是化石能源消耗和污染物排放的大户。我国是以煤炭为主要一次能源的国家，燃煤量占世界燃煤的27%。大量燃用煤炭带来了许多环境污染问题。据统计，2006年我国的发电用燃煤超过了12亿吨，占全国煤炭消费总量的50%，二氧化硫和烟尘的排量分别占全国排量的54%和20%，产生的灰渣占全国总量的70%。因而，减少煤炭等能源资源的消耗，减少污染物的排放，对缓解我国能源短缺压力，改善环境质量，建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。然而，由于前几年电力供应紧张，促使各地燃煤机组大量建设，小机组关停步伐放缓，导致了电源结构的进一步恶化。严峻形势之下，有关人士将目光投向电力调度方式的改革，通过改革电力调度方式来加快小火电机组的关停和淘汰。据有关分析，若实行电力调度，充分利用高效环保的机组发电，并逐步淘汰高能耗的小火电机组，每年将节约发电用原煤1亿吨以上，由此初步推算，还能减排烟尘约30万吨、二氧化硫约90万吨、氮氧化物约50万吨、二氧化碳约1.6亿吨。在直接降低发电用煤及相应污染物排放的同时，还间接地减少煤炭开采对环境的破坏和煤炭运输对环境的污染，其社会效益与经济效益十分巨大。电力节能环保调度不仅是电力工业落实节约资源和环境保护国策的主动积极之举，也是促进自身转变发展方式、走新型工业化道路、实现可持续发展的内在要求。实施电力节能环保调度既有利于贯彻落实节能减排目标，也有助于加快电源结构调整，促进可再生能源发电机组和大型环保机组的发展，迫使高能耗和高污染的小型煤电以及燃油发电机组逐步关停。电力节能环保调度是在我国经济社会发展的特殊时期、电力工业肩负特殊使命背景下出台的重要改革举措，也是我国电力调度方式的一次重大变革。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外节能环保调度现状美国是世界上最大的能源消费国，其煤炭发电也占到了50%以上。随着世界性的能源短缺和环境问题的日益严重，美国为了提高能源的利用效率，推出了新能源法，刺激企业及家庭、个人更多的使用节能、洁能产品4。美国发电企业在大气污染控制方面也注入了大量资金，通过安装静电除尘器，燃用低硫煤等措施，有效的控制了烟尘、SO2、NOx等污染物的排放。此外，美国还积极推行清洁的可再生能源发电，减少环境污染。巴西有丰富的可再生能源资源，包括风能、太阳能、生物能等资源，对可再生能源的原料利用率也已达到44.6%。据巴西能源研究机构 ( EPE ) 的资料显示，截至2006年底，巴西共有638个水电站，总装机容量为7401.7万千瓦，水电占全国发电总量的75.9%。其它的电力分别来自生物质能 ( 4.2% ) 、天然气 ( 4% ) 、核能 ( 3% ) 、石油 ( 2.5% ) 、煤炭 ( 1.6% ) 、风力 ( 0.05% ) 和进口 ( 8.75% ) 。巴西在生物燃料开发方面也位于世界领先水平，是推动生物燃料业发展的先锋。法国是核电大国，有世界上较成熟和先进的堆型技术，是世界上最大的铀矿开采国，核电产量占全国电力使用的80%以上。长期以来，法国一直优先发展核电，大量减少火力发电。核电促进了法国经济稳步和迅速的发展，同时，核电作为安全清洁的能源，不排放二氧化碳等温室气体，使法国每年少排放3.45亿吨二氧化碳，也不排放如颗粒物、二氧化硫、氧化氮和甲烷等对环境有害的物质，为法国保持了一个良好的生态环境。1.2.2 国内节能环保调度现状几十年来，以最小成本为目的的电力调度一直是一个重要的运行目标。20世纪60年代后期，由于电力系统的不断增大，出现了前所未见的现象，安全性受到重视5。运行人员意识到加载经济运行上的安全性限制，例如在安排处理计划时应保证每一个地区的最大出力和避免主要干线的过载。在正常状态下，一般有足够的出力，所以主要的目标是受安全约束的最小成本。在实际正常运行条件下，安全性目标可能是很起作用的，也可能不甚引人注目。但在警戒状态下，安全约束就很重要了。在紧急状态下，需要使全系统得到最大的安全性，而在解列状态，则要保护设备。在这些情况下，最小发电成本将不是主要的目标。随着国民经济及人民生活对电力需求的不断增长，我国电力系统的规模日益扩大，已形成跨省的区域电力系统，并逐渐向全国联网电力系统发展；电力系统的单机容量也越来越大，最大的单机容量已达80万千瓦；系统的最高电压等级已达750kV；系统的结构和运行方式也越来越复杂；电力用户对供电可靠性和电能质量的要求越来越高；电力系统运行对能源需求、环境和生态的影响越来越大。所有这些对电力系统的运行提出了更高的要求6-8。原来的调度运行方式已完全不能适应现代电力系统的运行和控制。2007年8月2日国务院已同意并正式公布由国家发改委、国家环保总局、国家电监会和国家能源办联合制定的节能发电调度办法，暂时仅在江苏、河南、四川、广东和贵州等5省试行。新的节能发电调度方式将改变过去对每台发电机组平均分配发电量的做法，在保证电力系统安全运行和连续供电的前提下，以节能、环保、经济原则对机组进行排序，确定机组的年发电量，以分省排序、区域内优化、区域间协调的方式，实施优化调度，使电能生产中消耗的煤炭、石油最少。新的发电调度开始实行后，将直接影响机组的利用小时数，从而牵动电厂经济效益。2007年12月19日，四川省电力公司进行了节能发电调度实际调电试验。这是一次实战，试验期间，安排水电等清洁能源最大可调出力800万千瓦全额上网发电，按照能耗水平依序安排750万千瓦火电机组上网发电。有6台共77万千瓦煤耗和污染物排放高的机组停运，部分煤耗较高、排序靠后的火电机组全天仅能按最低技术出力运行，按能耗排序在前的60万千瓦火电机组全天满发。当日，全网煤耗水平显著下降，根据实际运行情况分析，与传统调度模式对比，调电试验当日节约标准煤424.8吨，相当于平均供电煤耗降低2.9克/千瓦时。贵州电网公司节能发电调度试点运行一年多来，其组织体系、管理体系、技术体系已基本建立，煤耗在线监测系统达国内领先水平，脱硫设施监测达100%。通过节能发电调度，贵州全年节约原煤438万吨、减排二氧化硫77.8万吨。2008年，贵州统调发电量974.9亿千瓦时，其中火电发电量795.09亿千瓦时，同比增长-3.5%；水电发电量179.81亿千瓦时，同比增长40.1%，水电比例大幅增长。为进一步夯实节能发电调度管理体系，贵州电网公司依据国家及地方政府相关节能发电调度管理办法及规定，编制了贵州省节能发电调度经济补偿办法，对贵州省节能发电调度信息发布办法进行了修编，为节能发电调度提供了政策保障和管理规范。通过优化调度，多发水电，按机组能耗和污染物排放水平依次调用化石类发电资源，贵州电网最大限度地减少了一次能源消耗和污染物排放。电力节能环保调度相对于以往的调度来说是一种全新意义上的改革，它将彻底改变以往各发电厂平均分配发电指标的局面，对整个电力行业的发展将带来深远影响。1.3 本文的研究内容和结构1.3.1 本文研究的内容本文的主要研究内容和研究思路如下。 综述电力调度的背景和现状，指出现阶段实施电力节能环保发电调度的必要性和意义，并对电力调度的内容、要求进行了阐述。 对传统电力经济调度模型进行研究，通过比较分析传统电力调度模型的不足，提出一种计及节能、环保、经济因素的电力调度模型。 通过电力系统相关特性和相关电力调度算法的研究，提出更优的调度算法，结合四川广安电力局的相关实际数据和新的调度模型进行仿真分析，与传统的等微增调度结果进行比较，验证其优化效果。1.3.2 本文研究的结构第一部分为绪论部分，包括节能环保经济优化调度的背景意义及国内外电力节能环保调度现状概述。第二部分为电力节能环保调度相关理论知识的研究，主要包括电力调度基本内容分析，电力调度节能措施研究以及电力调度常规算法和智能算法的比较分析。第三部分为电力节能环保调度模型的研究，通过研究分析传统的电力经济调度模型，提出新的电力节能环保经济调度模型。第四部分为电力调度算法研究，以第二部分的电力调度算法的分析与研究为基础，提出了一种基于禁忌搜索的自适应粒子群算法，并通过经典测试函数验证算法的优化效果。第五部分结合四川广安电力局的负荷预测数据和一些相关参数，将第四部分提出的优化算法应用于第三部分建立的电力节能环保调度模型中进行电力调度，并和传统的等微增调度结果进行比较，验证本文调度方法的优越性。第六部分为结论部分，主要对论文的研究成果和不足进行总结。重庆大学硕士学位论文 2 电力节能环保调度理论研究2 电力节能环保调度理论研究2.1 电力节能经济调度内容2.1.1 电力经济调度内容电力经济调度所研究内容9主要包括以下几部分。 电力负荷预测。电力负荷预测是电力调度中的一项重要内容，它根据系统的运行特性，预测对象的历史数据，在满足一定精度要求的条件下，确定未来某一时刻的负荷数据。负荷预测的精度直接影响着电力调度的准确性，进而影响系统的运行成本和发电效益。准确的负荷预测还可以减少不必要的旋转备用容量，合理安排机组检修，保证社会的正常生产和生活。 机组组合。机组组合也称开停机计划，用于确定计划期内的机组开停表，即在计划期内，满足系统约束条件限制，考虑机组相关特性，合理选择运行机组并安排开停计划，使计划期内系统运行费用最小。系统负荷在一天内变化范围很大时，有时仅改变机组功率而不改变机组组合时，调节范围难以满足负荷变化的要求。 机组间经济功率分配。经济功率分配是指在开停机确定的情况下，确定机组的发电功率值，使系统的运行费用最低。 发电与输电协调。除了发电的经济性外，网络也有经济性，表现为网络传输损失的多少。有的电厂靠近燃料基地，发电的经济性好，但送电到负荷中心引起较大的网损；有些电厂靠近负荷中心，发电经济性较差，但增加功率却能使网损下降。 水火电经济协调问题。火电机组调度的特点是按等微增率原则以发电费用最小为原则的调度；而水电机组调度的特点是尽量维持高水位运行，用自然来水发出更多的电能。要使火电厂平稳运行且降低运行费用，同时兼顾水电的特点，利用水电厂的调峰能力，合理分配水、火电厂的负荷，使总煤耗量最小，这就需要充分研究水火电经济协调问题。 联合电力系统经济调度。电网互联是当今世界电力发展的总趋势，电力发展水平越高，电网规模就越大。通过联合电力系统经济调度，可以充分利用资源，获得电力跨流域补偿调节，实行水火互济补偿运行，有利于电网错峰和发展大机组，机组互为备用，降低备用容量，实现电力资源联网范围内的优化配置，协调更大范围的运行经济效益。 考虑安全约束的经济调度。随着电力系统的不断增大，安全性受到重视，仅仅以最小发电成本为目标的经济调度已不满足系统的安全约束。在紧急状态下，需要使电力系统的安全性达到最大，若出现电网事故，对其处理不当，其所造成的社会经济损失和影响将远远大于经济调度带来的效益和影响，因此必须研究考虑安全约束的经济调度。 考虑网损的经济调度。据有关资料估算，从发电到供电，一直到用电的过程，电力系统中的各种电气设备（包括发电机、变压器、电力线路、电动机等）全部的电能损耗约占发电量的27% 32%，这对全国来说2000年就有3694 4378亿千瓦时电能损耗在运行的电气设备中，这相当于10个中等用电量省份的用电量总和。所以研究考虑网损的经济调度意义重大。 考虑环保要求的经济调度。随着经济社会发展对环境压力的逐渐加大，公众对生态环境保护的意识日益增强。电力工业是污染物排放的大户，且我国火电装机比例过高，虽然从07年开始每年新增装机总量会减少，但其中存在着产业结构调整。可以通过改进火力发电厂的生产设备，采用排放更少的燃料，同时大力发展风能、生物质能和太阳能等可再生能源发电来减少污染物的排放，但这些都需要大量的投资。考虑环保要求的经济调度却是在维持现有运行设备不变的情况下，以环保相关指数为依据，通过优化调度方式，使污染排放量与燃料费用都达到最低。2.1.2 电力节能的主要措施电力行业不同于其他制造行业，其二次能源即电力产品不可以贮存，一次能源通过跟随电力需方时刻变化的负荷设备而随时调整的发电设备到输变电设备到电力需方负荷设备，一次完成。电力工业可以从发电、电网降损、电力需方三方面分别进行节能，具体措施如图2.1所示。电力节能措施降低最大电力需求和提高功率因数。电力需方节能电网降损节能发电节能提高负荷率；采用高功率因数电气设备；配电线路的优化；采用高效节能用电设备；供配电设备经济运行；负荷设备的经济运行；发展新能源及可再生能源发电，减少化石能源使用；资源综合利用发电，节约化石能源消耗。发展核电，减少化石能源使用；电力系统各发电厂的高效经济运行，降低能源消耗；火电机组的高效经济运行，降低能源消耗；对早期低效的火电设备实施节能技术改造，提高能效降低能源消耗；发展热电联产、热电冷联供，提高热能综合效率；采用清洁高效火电设备，降低化石能源消耗；积极发展水电，老水电机组提效增容改造及经济运行，减少化石能源的使用；降低发电损耗（调整水电、火电、核电、抽水蓄能发电出力，使负荷均衡化，高功率因数运行，降低厂用电）；降低变压器损耗（选用高效节能变压器，并列运行有功的经济分配，高负荷率高功率因数运行，变压器冷却系统自动控制）；降低输配电线路损耗（变电站合适配置、高电压送电、高负荷率、高功率因数送电，导线截面合理选择及多回送电，环形供电，铜导线选用，灵活交流输电FACTS）；全国电力系统联网运行，实现六大区域电网间功率交换和电力转送，电力资源优化配置；发挥电力需方自用发电分散电源优点，降低输变电损耗（负荷中心设置，削峰使负荷均衡，提供有功、无功）；电力系统经济运行及自动化，降低发电输变电损耗（经济调度各电厂有功，高负荷运行，调整系统无功、电压，高功率因数运行，系统自动化及安全稳定运行）。图2.1 电力节能措施Fig.2.1 Electric power energy-saving measures2.2 电力调度环保问题电力的建设和发展在现代化的发展中起到了重要作用，是人们生产和生活的动力来源，但也相应的影响了生态环境和气候变化。表2.1是几种发电能源对环境的影响情况比较。表2.1 几种发电能源的环境影响Table 2.1 Environmental influence of several major energy resources发电能源空气污染气候变化占用土地水质污染辐射煤电严重。排放SO2，NOx，有毒金属及粉尘等污染物严重。排放CO2、CH4等温室气体中等高低天然气电视成分而定；非常低到中等非常低低低无水电无非常低；在热带地区，生物质中可能产生CO2、CH4等温室气体高高无核电无无低高高风电无无高；但可同时耕种或放牧无无太阳光电无无高无无2.2.1 各发电厂对环境的影响目前我国的发电厂主要是燃煤机组，容量占发电机组总容量的75%以上，其次是水电、核电，占15%左右。其余5%左右是风能、太阳能和生物质能（即烧秸秆）发电，此外还有一部分燃气机组。各类发电厂使用不同的能源，所以各发电厂对环境的影响也各不相同。 火电厂对环境的影响。我国火电厂95%左右以燃煤为主，能耗高，污染重。1998年SO2排放总量为2090万吨，其中火电厂排放的SO2约为780万吨，占总排放量的37.3%；2005年全国SO2排放量为2549万吨，其中火电厂SO2排放量约为1300万吨，占总排放量的50%以上，SO2排放量的比重在不断增加。在火电厂生产过程中排放SO2、NOx、烟尘和灰渣等有害物质，对环境产生了很大的影响。SO2的大量排放使酸雨越来越重，金属和建筑材料被腐蚀，土壤和水体被酸化，农业减产，森林受到危害；SO2污染还引起人体呼吸系统疾病，造成人群死亡率增加；CO2等污染气体的排放，导致“温室效应”，使地球变暖，气候反常，自然灾害增多；氯氟烃类化合物的排放使大气臭氧层遭到破坏，超量的紫外线射入，造成癌症发病率增加10；烟尘和灰渣的排放，使农产品减产，也严重危害着人类的健康。 水电站对环境的影响。目前大多数水电站对环境的影响利大于弊。水能不产生污染，是清洁的能源，是取之不尽用之不竭的可再生能源，给防洪、灌溉、供水、供电等方面带来了巨大的经济效益。但水电站对生态环境也有不利影响。水库淹没和占地，若处理不当，对沿河两岸的森林乱砍滥伐，会加剧水土流失，导致局部地区生态环境质量下降；淹没区对植物及动物的活动范围、栖息环境也有一定的影响；下游可能出现河床裸露，可能会对水生生物的生活、繁殖、回游产生影响；库区内易发生山体滑坡等地质灾害，巨大的压力引起局部地壳变化，甚至引发重大地质灾害及地震的发生等11。 核电站对环境的影响。核电是高效、洁净、安全的能源。核电站的三废被尽量回收，排放量减至最小，核电站的固体废物也完全不向环境排放，放射性液体废物转化为固体也不排放；像工作人员淋浴水、洗涤水之类的低放射性废水经过处理、检测合格后排放；气体废物排放前先经过滞留衰变或用活性炭吸附，过滤后达到允许标准后才由高空烟囱排至大气。核电站运行对周围居民的辐射影响，远远低于天然辐射。但若核电站发生泄露，对环境和整个社会都将产生极大的危害，后果不堪设想。 风力发电对环境的影响。风能是一种清洁，储量极为丰富的可再生能源，存在于自然界中，是一种取之不尽，用之不竭的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放。大规模利用风力发电是一条有效的节能、环保的途径。 天然气发电对环境的影响。天然气发电对环境的影响比较小，与燃煤电厂相比，天然气发电可以消除SO2的排放，减少三分之二的CO2和95的氮氧化物的排放，减少99的颗粒物排放，并消除固体废物。而且天然气电厂占地面积小，冷却水也用得少。天然气发电对减轻环境污染的贡献是极其显著的，具有充分的发展空间。2.2.2 减少电力环境污染的方法我国电力生产是以火电燃煤为主的能源结构，其巨大的能源消费规模导致SO2、CO2、NOx等有害气体的高排放，对环境造成极大的影响。这对我国电力环保工作提出了严峻的挑战。电力部门对火力发电企业进行改造，优化能源结构，积极发展清洁能源和可再生能源，为解决环境问题奠定了坚实的基础。 火电厂的改造。我国煤电比重大，燃煤电厂是我国耗煤和二氧化硫及氮氧化物排放的大户，对火电厂进行改造可以明显减少有害气体的排放。目前火电厂最直接的改造是加装脱硫脱硝设备。我国已投运的脱硫工艺中以石灰石石膏法为主，达90%以上，脱硫效率不少于95%；而且通过改变燃烧条件，炉膛喷射脱硝，烟气脱硝可以降低燃煤设备氮氧化物的排放。虽然对火电厂进行脱硫脱硝改造可以降低有害气体的排放，但火电厂改造需要投入大量资金，占用土地，而且运营脱硫脱硝设备还要消耗电能，使火电厂的经济性下降。 优化电源结构。当前我国以燃煤为主的电源结构，使燃煤机组在总体电源构成以及火电中占有主体地位，这种电源结构造成了环境污染等一系列问题。优化电源结构，关停小火电机组，大力建设高效大机组，提高煤耗率，是节能减排和保护生态环境的重要环节之一。 积极发展清洁能源和可再生能源。中国水电资源在世界上蕴藏最丰富，可开发的资源量大约5.4亿千瓦；核电是清洁高效的能源，污染少、温室气体接近零排放，风能是一种干净的储量非常丰富的可再生能源，风能能源理论可开发总量约为2200GW，其中可利用的约有253GW。国家已经出台了鼓励新能源和可再生能源的有关政策，新能源和可再生能源在电网中的装机比例将会逐步提高12。但是火电厂改造和优化能源结构都需要投入大量的人力、物力、财力和宝贵的时间，而电力环保经济调度可以在现有的发电设备和能源结构不变的基础上，根据环保原则在保证系统安全经济运行的前提下进行调度分配，从而减少污染气体的排放。2.3 电力调度的相关算法电力调度问题主要解决两大类问题，一是如何将电力调度问题表示成数学模型；二是如何根据该数学模型，求出其最优解。电力调度算法分为常规算法和智能算法，各种优化算法有各自的优缺点。2.3.1 电力调度常规算法 等微增率法等微增率法是国内外普遍使用的经济调度方法，该算法以燃料消耗量最小为优化目标，其基本原理是将电厂各机组间负荷的经济分配等效为一个函数求极值的问题。等微增率法简单易懂，使用方便，普遍应用于单个发电厂，纯火电等不太复杂的水火电力系统中，在长期实践中积累了丰富的经验，在优化电力系统调度中也发挥着重要作用13。但是该算法要求目标函数为严格凸函数，对等微增率曲线有严格的精度要求，在计算过程中可能出现失真情况，在一定程度上影响了该算法的可信度。 线性规划法线性规划法 ( Linear Programming, LP ) 是在线性等式或不等式的约束条件下，求解线性目标函数的最大值或最小值的方法14。文献15以发电效益最大为目标，建立梯级水库优化调度线性规划模型，用线性规划模型分析三峡-葛洲坝梯级枢纽调度，实际应用表明，用线性规划法进行优化调度能产生明显的经济效益；文献16对梯级水电站优化调度目标函数和约束条件中的非线性约束进行一阶Tailor级数展开，完成线性化处理，利用线性规划法进行迭代优化从而无限逼近非线性最优解，算例仿真分析得到了较为满意的结果。但对于非线性的目标函数和约束，该算法必须对其进行逐次线性化处理，易造成计算精度的损失。 网络流规划法网络流规划法 ( Network Flow Programming, NFP ) 是一种数学规划法。水库群优化调度问题具有特殊的结构，即可用网络来表示，而网络流规划法存储量小，计算速度快，适合求解高维、多约束的线性和非线性优化问题17。自20世纪70年代，网络流规划方法就广泛应用于电力调度问题18-22。文献23通过对非线性的水库优化调度模型的研究，建立了网络流规划模型，并将逐次线性化与逆境法相结合，对模型进行求解，实例结果表明了模型和算法的正确性和有效性。文献24将凸网络流规划法应用于具有混联水电厂群的水火电力系统的经济调度的网络流模型中，实例结果表明，该算法在求解电力经济调度问题中具有一定的优势。但该算法随着机组数目的增加，易会出现“维数灾”的问题。 动态规划法动态规划法 ( Dynamic Programming, DP ) 是用来解决多阶段决策过程问题的一种最优化方法。动态规划法所研究的问题均可看作阶段、状态和决策及其间相互关联的综合，核心是“最优化原理”。动态规划法对各机组煤耗量曲线形状没有要求，也不需要对数据进行拟合，在电力优化调度中具有更加广泛的应用25。文献26以单位提水量能耗最小为目标，运用动态规划模型对二黄多级泵站进行优化调度，结果表明该模型具有实际应用价值。文献27将灰色系统思想融入到普通动态规划方法中，利用区间比较的可能度公式及可能度矩阵解决区间灰数的排序问题，在水库调度中应用，得到了较好的结果。但该算法对机组较多的电力系统计算量太大，须进行简化，难免丢失最优解，并易陷入“维数灾”，要求求解的问题有明显阶段性，难于考虑与时间相关的约束条件。 优先顺序法优先顺序法 ( Priority List ) 是较早出现的一种解决机组组合和负荷分配的算法，优先顺序法将系统可调度的机组按某种经济特性指标排序，并按这种顺序加载各台负荷。但该算法难以精确考虑随时间变化的机组启停费用，而且是不相关地处理各时段的机组组合问题，不能保证获得最优解。文献28先按优先顺序法压缩各时段机组组合状态，再用动态规划法计算机组的最优启停，从而克服了优先顺序法没有考虑启停耗量的不足，也解决了动态规划法出现“维数灾”的问题，达到了比较理想的负荷经济调度。 分解协调算法分解协调算法 ( Decomposition Coordination ) 是处理高维系统优化问题的一种方法，先把某些复杂因素相对固定起来以使问题得到简化，然后再考虑这些因素的变化与关联，最终得到原问题的解。在水火电力系统的短期经济运行中，常采用的分解协调方法是拉格朗日松弛法。文献29将拉格朗日松弛法应用于火力发电厂负荷经济分配问题中，仿真结果证明该算法的可行性。但由于目标函数的非凸性，用对偶法求解时，存在对偶间隙，需要根据对偶问题的优化解，采取一定的措施构造原问题的优化可行解，算法的迭代过程中有可能出现振荡或奇异现象，需要采取措施加快收敛；考虑爬升速率约束条件会使计算复杂化。2.3.2电力调度智能算法 人工神经网络算法人工神经网络 ( Artificial Neural Network, ANN ) 具有良好的自学习、自适应和自组织能力，以及规模并行、分布式信息存储和处理等特点，这使得它非常适合处理那些需要同时考虑多个因素的、不完整的、不准确的信息处理问题。常用的两种重要模型是BP网络和Hopfield网络模型。文献30利用多层Hopfield神经网络求解机组组合优化问题，通过构造合适的能量函数，利用单层Hopfield神经网络来解决某一时刻的机组出力问题，利用与之相对应的多层神经网络解决任意时间段的机组出力问题。文献31采用修正Levenberg-Marquardt算法训练BP神经网络产生机组的开停计划，结合动态规划法进行全局调整以确定机组的状态组合，从而优化机组组合问题。但是BP算法是基于梯度的方法，这种方法的收敛速度慢，且常受局部极小点的困扰。 模拟退火算法模拟退火算法 ( Simulated Annealing, SA ) 来源于固体退火原理，将固体加温至充分高，再让其徐徐冷却，加温时，固体内部粒子随温升变为无序状，内能增大，而徐徐冷却时粒子渐趋有序，在每个温度都达到平衡态，最后在常温时达到基态，内能减为最小。SA的计算速度较慢，文献32将遗传算法与SA算法结合形成退火遗传算法，改善了火电站经济调度的计算精度和速度。但该其算法