（电力系统及其自动化专业论文）市场环境中电力系统优化运行模型与方法的研究.pdf

中文摘要 5 .提出一种改进的免疫算法， 该算法模拟免疫系统中抗体的自 我平衡机制， 调节群体中个体浓度的抑制和促进;同时，利用免疫记忆功能，实现了优良 基因片 的重组，提高算法的总体搜索能力。另外，依据抗体结构的可变区和稳定区，提出 基于有效负荷变化指标的专家知识来对个体的基因进行修补，使算法的优化过程具 有指导性。 6 .充分利用免疫算法和局部邻域搜索算法在搜索方式上互补的特点，采用 串行方式混合优化结构， 将免疫算法和局部邻域搜索算法结合起来，形成一个适合 于求解多时段无功计划优化问题的混合算法，并成功地应用于日无功计划优化问题 的求解。 7综合考虑了发电设备和输电设备检修之间的约束和影响，提出电力市场 条件下发电、输电设备检修协调优化的数学模型，该模型除了以检修费用和停电损 失最小作为目 标函数外，还考虑发电充裕度和输电传输裕度的最大化。 8 .利用遗传算法和粒子群优化算法相似的优化框架和优化流程，提出一种 充分结合遗传算法和粒子群优化算法各自 优点的混合智能算法，该算法将群体分成 两个子群，分别采用遗传算法和粒子群优化算法进行演化，并充分交换两种算法所 获取的优化信息，形成一个紧密祸合的、新型的遗传粒子群优化算法。算例证明， 该算法在求解发电、输电设备检修协调优化这样的大规模复杂优化问题时，在全局 搜索和局部搜索方面都表现出了良 好的均衡性。 9 .将基于线性模型的可用输电容量算法嵌入到遗传粒子群优化算法中， 计算目标函数中的可用输电容量，为演化个体提供计算适应值的指标。从而构 成了完整的市场环境中发输电协调检修计划优化问题的求解策略。 关键词:电力市场，电力系统优化运行，智能优化算法，混合算法，发电计划，无 功优化，检修计划 华北电力大学博士学位论文 a b s t r a c t a s a n e s s e n t i a l c o m p o n e n t o f p o w e r s y s t e m s d a i l y r o u t in e , t h e e s t a b l i s h m e n t o f o p t i m iz a t io n d i s p a t c h i n g o f p o w e r s y s t e m c o n t a i n s b a s i c m e a s u r e s a n d i n s t r u m e n t a l i t i e s . t h e r e f o r e t h i s j o b i s t h e c o r e o f t h e e x p a n s i o n o f t h e e c o n o mi c o p e r a t i o n . i t a f f e c t s n o t o n l y t h e s a f e t y a n d e c o n o m y o f p o w e r s y s t e m , b u t a l s o t h e s u f f i c i e n t s u p p l y o f p o w e r a n d t h e s u s t a in a b l e d e v e l o p m e n t o f e n e r g y s o u r c e s . wi t h t h e i n c r e a s i n g e x t e n s i o n o f p o w e r s y s t e m a n d t h e c o m m e r c i a l i z e d o p e r a t i o n o f t h e e l e c t r i c i t y m a r k e t , t h e t r a d i t i o n a l d i s p a t c h i n g c a n n o t m e e t t h e d e m a n d o f n e w s i t u a t i o n a n d n e w c i r c u m s t a n c e . t h a t s w h y r e s e a r c h o n t h e o r y a n d a p p r o a c h o f p o w e r s y s t e m s o p t i mi z a t i o n d i s p a t c h i n g i s o f g r e a t v a l u e a n d s i g n i f i c a n c e . h o w e v e r , b e c a u s e t h e o p t i m iz a t i o n d i s p a t c h i n g o f m o d e r n p o w e r s y s t e m r e l a t e s t o t e c h n o l o g y o f p o w e r s y s t e m a n d e c o n o m y o f e l e c t r i c i t y m a r k e t a n d a c c o r d i n g l y h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c o m p l e x i t y a n d t h e l a r g e - s c a l e , t h e o r y a n d a p p r o a c h o f o p t i m i z a t i o n o f p o w e r s y s t e m d i s p a t c h i n g c a n n o t b e s e t t l e d v e r y w e l l y e t . i n o r d e r t o r e s o l v e t h e p r o b l e m , t h i s d i s s e r t a t i o n s t u d ie s t h e t h e o r y a n d a p p r o a c h o f p o w e r s y s t e m s o p t i m i z a t i o n d i s p a t c h i n g s y s t e m a t i c a l l y . b e s i d e s t h i s , i t r e s e a r c h e s t h e m a t h e m a t i c a l m o d e l i n g o f o p t i m a l o p e r a t i o n o f p o w e r s y s t e m , i n t e l l i g e n c e o p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m a n d it s a p p l i c a t i o n i n o p t i m a l o p e r a t i o n o f p o w e r s y s t e m. t h e w o r k a n d i n n o v a t i o n o f t h e d i s s e r t a t i o n c a n b e s u m ma r i z e d a s f o l l o w s : t h e o b j e c t i v e a n d c o n s t r a i n t s o f l o n g - t e r m t r a n s a c t i o n s c h e d u l e a r e b e a n a l y z e d . t h e o p t i m i z a t i o n o f b i d d i n g t r a n s a c t i o n s c h e d u l e t h i n k o v e r mi n i m i z i n g p u r c h a s e c o s t o f t h e p o w e r c o m p a n y ; t h e o p t i m i z a t i o n o f t h e e l e c t r i c e n e r g y d i s t r i b u t i o n e n s u r e s t h e e q u i l i b r i u m o f t h e m a r k e t e l e c t r i c e n e r g y c o m p o n e n t a n d t a k e s a c c o u n t o f f a i r n e s s b e t w e e n g e n e r a t o r s . b a s e d o n t h e s e , m a t h e m a t i c a l m o d e l s o f b i d d i n g t r a n s a c t i o n o p t i m i z a t i o n a n d t h e e l e c t r i c e n e r g y d i s t r ib u t i o n o p t i m i z a t i o n a r e e s t a b l i s h e d . t h e m e t h o d s o f s o l u t i o n a n d d e s c r i p t i o n o f a l g o r i t h m o f t h e m a l s o a r e p r o p o s e d i n t h e d i s s e r t a t i o n . t h e c o d i n g b a s e d o n t h e s t a t e v a r i a t i o n a n d c o r r e s p o n d i n g i n h e r i t a n c e o p e r a t i o n p r o p o s e d i n t h e d i s s e r t a t i o n a r e s i m p l y a n d u t i l i t y , t h e y c a n r e d u c e p r o b l e m s c a l e e f f i c i e n t l y a n d i m p r o v e s e a r c h e f f i c i e n c y r e m a r k a b l y ; a n i m m u n e a lg o r i t h m ( i a ) b a s e d o n t h e e x p e r t k n o w l e d g e i s u s e d h e r e t o p i c k u p t h e s p e e d o f t h e u n it c o mmi t me n t a i m a t t h e d a y - a h e a d t r a n s a c t i o n s c h e d u l e o p t i m i z a t i o n in t h e e l e c t r ic i t y m a r k e t , a m i x e d i n t e l l i g e n c e a l g o r i t h m w h i c h c o m b i n e s i a a n d m e r it - o r d e r a l g o r i t h m ( mo a ) i s p r o p o s e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n . t h i s a l g o r i t h m h a s t h e i m b e d d i n g h y b r i d a l g o r i t h m s t r u c t u r e . i t u t i l i z e s t h e s t r o n g c o n v e r g e n c e a n d r o b u s t n e s s o f i a t o u n i t c o m m i t m e n t , a n d u s e s t h e c o n c i s i o n a n d r a p i d i t y o f mo a t o o p t i m i z e p o w e r d i s p a t c h . r e a c t i v e p o w e r a n c i l l a r y s e r v i c e u n d e r e l e c t r i c i t y m a r k e t i s a n a l y z e d i n t h e - i i i 英文摘要 d i s s e r t a t i o n . a m a t h e m a t i c a l m o d e l c o n s i d e r i n g c o s t o f r e a c t i v e p o w e r i s p r o p o s e d f o r d a i l y r e a c t i v e p o w e r s c h e d u l i n g i n e l e c t r i c i t y m a r k e t . b e c a u s e a c t i o n t i m e s a n d a c t i o n t i m e l im i t o f r e a c t i v e a d j u s t m e n t f a c i l i t y i s t a k e n a c c o u n t o f i n t h e m o d e l , a m u l t i - p e r i o d p r o b l e m i s f o r m e d . a n e n h a n c e d i a i s p r o p o s e d i n t h e d i s s e r t a t i o n . i t s i m u l a t e s t h e h o m e o s t a s i s m e c h a n i s m o f a n t i b o d y i n i m m u n i t y s y s t e m a n d a c c o m m o d a t e s t h e r e s t r a i n a n d p r o m o t i o n o f t h e i n d i v i d u a l d e e p n e s s . a t t h e s a m e t i m e , t h e f u n c t i o n o f im m u n o l o g i c a l m e m o r y i s u s e d t o r e c o m b i n e g o o d g e n e a n d i m p r o v e a b i l i t y o f s e a r c h i n g . i n a d d i t i o n , a c c o r d i n g t o v a r i a b l e r e g i o n a n d s t a b l e r e g i o n o f a n t i b o d y , a n e x p e r t k n o w l e d g e b a s e d o n e f f e c t i v e v a r i e t y o f l o a d i s p r e s e n t e d f o r g e n e m o d i f i c a t i o n o f i n d i v i d u a l s t o g u i d e t h e a l g o r i t h m s o p t i m i z a t i o n p r o c e s s . t o s o l v e m u l t i - p e r i o d r e a c t i v e p o w e r s c h e d u l i n g o p t i m i z a t i o n p r o b l e m , t h i s d i s s e r t a t i o n p r e s e n t s a h y b r i d a l g o r i t h m t h a t t a k e s f u l l a d v a n t a g e s o f i a a n d l o c a l s e a r c h ( l s ) . i t h a s s e r i e s s t r u c t u r e . c o n s i d e r e d c o n s t r a i n t s a n d e ff e c t s o f b o t h g e n e r a t i o n e q u i p m e n t a n d t r a n s m i s s i o n e q u i p m e n t , a m a t h e m a t i c a l m o d e l o f c o o r d i n a t io n a n d o p t i m i z a t i o n o f g e n e r a t o r a n d t r a n s m i s s i o n m a i n t e n a n c e i s p r o p o s e d i n t h e d i s s e r t a t i o n . t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n o f t h e m o d e l i s min i m i z i n g t h e s u m o f m a i n t e n a n c e c o s t a n d i n t e r r u p t i o n c o s t . b e s i d e s t h e s e , i t c o n t a i n s m a x i m i z a t i o n o f g e n e r a t io n a n d t r a n s m i s s i o n a d e q u a c y . a t t h e s a m e t i m e , t h e e f f e c t o n o u t p u t o f g e n e r a t o r r e s u lt s f r o m t r a n s m i s s i o n e q u i p m e n t i s t a k e n i n t o a c c o u n t . a h y b r i d a l g o r i t h m t h a t t a k e s f u l l a d v a n t a g e s o f g a a n d p a rt i c l e s w a r m o p t i mi z a t i o n ( p s o ) i s p r o p o s e d i n t h i s d i s s e rt a t i o n . f o r t h e s i m i l a r i t y o f o p t i mi z a t i o n f r a m e a n d o p t i m i z a t i o n p r o c e s s b e t w e e n g a a n d p s o , t h e p o p u l a t i o n i s d iv i d e d i n t o t w o p a rt s t h a t e v o l v e s e p a r a t e l y u s i n g g a a n d p s o . t h e n t h e o p t imi z a t i o n i n f o r m a t i o n r e s u l t e d f r o m t w o a l g o r i t h m s w i l l b e e x c h a n g e d f u l l y t o f o r m a n e w a n d t i g h t c o u p l e d g e n e t i c p a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n ( g p s o ) . t h e t e s t c a s e v e r i f i e s t h a t t h i s a l g o r i t h m h a s f a v o r a b le e q u i l i b r i u m o n b o t h g l o b a l a n d l o c a l s e a r c h i n s o l v in g l a r g e - s c a l e c o m p l i c a t e d o p t i m i z a t i o n p r o b l e m s s u c h a s g e n e r a t i o n , t r a n s m i s s i o n e q u i p m e n t c o o p e r a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n t h e a l g o r it h m o f a t c b a s e d o n l i n e a r m o d e l i s e m b e d d e d i n g p s o t o c a l c u l a t e t h e a t c i n o b j e c t i v e f u n c t i o n . s o t h e s o l v i n g s t r a t e g y o f g e n e r a t i o n a n d t r a n s m i s s i o n c o o p e r a t i o n m a i n t e n a n c e s c h e d u l e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m i s e s t a b l i s h e d k e y wo r d s : e l e c t r i c i t y ma r k e t , o p t i m a l o p e r a t i o n o f p o w e r s y s t e m , i n t e l l o p t i m i z a t i o n , o p t i m i z a t i o n , h y b r i d a l g o r i t h m , g e n e r a t i o n s c h e d u l i n g , r e a c t i v e i g e n c e po we r ma i n t e n a n c e s c h e d u l i n g . i v. 匕 o口 尸刁f 月 本人郑重声明:此处所提交的博士学位论文 市场环境中电力系统优化运行模 型与方法的研究 ， 是本人在华北电力大学攻读博士学位期间， 在导师指导下， 独立 进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论 文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出 贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 签名:日期: 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件; 学校可以 采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文;学校可允许学位论文被查阅或借阅;学校 可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文; 同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学 位论文在解密后遵守此规定) 作 者 签 名 : 汗 导师签名 日期:) ， 、 . 、 华北电力大学博士学位论文 第一章 绪论 1 . 1论文的研究背景及意义 电能是一种实用方便的优质二次能源，它不能大量存储，生产、输送、消费各 环节组成的统一整体不可分割，同时，它还具有与其他能量之间转换方便，宜于大 量生产、集中管理、远距离输送、 便于自 动控制等特点， 使得电能成为当今世界能 源发展的中心， 被广泛应用在国民经济各个领域之中，电能供应的中断或减少将给 国民经济造成巨大损失。 根据电能的这些特点， 电力系统的运行需要满足三个条件， 一是保证供电可靠性，二是保证电能质量，三是提高电力系统运行的经济性。衡量 电能质量的 指标有频率质量、电 压质量和波形质量，分别以频率偏移、电 压偏移和 波形畸变率表示。 衡量运行经济性的主要指标是比耗量和线损率。这些技术经济指 标中，除波形指标外，均直接与系统中有功、无功功率的分配以及频率、电压的调 整有关。所以，当电力系统处于正常运行状态时，电力系统的日 常调度运行工作主 要是稳态运行状况的分析和计算以 及稳态运行状况的优化和调整， 亦即保证正常、 稳态运行时的电能质量和经济性问题。 随着我国经济的加速发展，电力体制改革的深化，用电量进一步出现高速增长 的势头。 从 1 9 9 7 年开始， 我国的年发电 量和用电量均据世界第 2 位。 中国电力企业 联合会今天发布的最新统计快报显示， 2 0 0 4 年中国电力生产与消费快速增长， 全国 发电量突破 2 万 1 8 7 0 亿千瓦时同比增长 1 4 . 8 % .截至 2 0 0 4 年底全国发电设备容量 达到4 4 0 7 0 万千瓦， 同比增长1 2 . 6 % ， 近十年来增幅首次达到1 0 % 以 上。 受国民经济 持续快速增长的拉动， 2 0 0 4 年中国电力消费始终保持强劲增长态势。 全国全社会用 电量2 1 7 3 5 亿千瓦时，同比增长1 4 . 9 % ，工业生产用电 依然是推动全社会用电量高 速增长的主要力量 门 。由于电 力行业是国家的支柱产业，其地位至关重要，具有资 金密集、技术密集的特点， 所以在电力系统开展优化运行， 将产生极大的经济效益 和社会效益。 随着电力系统规模的不断扩大，对电力系统运行的安全性、经济性和电能质量 等要求也日 趋严格。就电网 线损率而言，1 9 9 8 年，我国电网线损率为8 . 1 3 % ，同 时 期美国电网线损率为6 . 1 3 % ，日 本电网线损率为5 . 5 % ，可以看出，与美、日 等工业 发达国家相比，我国电力行业输电环节的效率处于较低水平。就火电厂标准煤耗而 华北电力大学博士学位论文 第一章 绪论 1 . 1论文的研究背景及意义 电能是一种实用方便的优质二次能源，它不能大量存储，生产、输送、消费各 环节组成的统一整体不可分割，同时，它还具有与其他能量之间转换方便，宜于大 量生产、集中管理、远距离输送、 便于自 动控制等特点， 使得电能成为当今世界能 源发展的中心， 被广泛应用在国民经济各个领域之中，电能供应的中断或减少将给 国民经济造成巨大损失。 根据电能的这些特点， 电力系统的运行需要满足三个条件， 一是保证供电可靠性，二是保证电能质量，三是提高电力系统运行的经济性。衡量 电能质量的 指标有频率质量、电 压质量和波形质量，分别以频率偏移、电 压偏移和 波形畸变率表示。 衡量运行经济性的主要指标是比耗量和线损率。这些技术经济指 标中，除波形指标外，均直接与系统中有功、无功功率的分配以及频率、电压的调 整有关。所以，当电力系统处于正常运行状态时，电力系统的日 常调度运行工作主 要是稳态运行状况的分析和计算以 及稳态运行状况的优化和调整， 亦即保证正常、 稳态运行时的电能质量和经济性问题。 随着我国经济的加速发展，电力体制改革的深化，用电量进一步出现高速增长 的势头。 从 1 9 9 7 年开始， 我国的年发电 量和用电量均据世界第 2 位。 中国电力企业 联合会今天发布的最新统计快报显示， 2 0 0 4 年中国电力生产与消费快速增长， 全国 发电量突破 2 万 1 8 7 0 亿千瓦时同比增长 1 4 . 8 % .截至 2 0 0 4 年底全国发电设备容量 达到4 4 0 7 0 万千瓦， 同比增长1 2 . 6 % ， 近十年来增幅首次达到1 0 % 以 上。 受国民经济 持续快速增长的拉动， 2 0 0 4 年中国电力消费始终保持强劲增长态势。 全国全社会用 电量2 1 7 3 5 亿千瓦时，同比增长1 4 . 9 % ，工业生产用电 依然是推动全社会用电量高 速增长的主要力量 门 。由于电 力行业是国家的支柱产业，其地位至关重要，具有资 金密集、技术密集的特点， 所以在电力系统开展优化运行， 将产生极大的经济效益 和社会效益。 随着电力系统规模的不断扩大，对电力系统运行的安全性、经济性和电能质量 等要求也日 趋严格。就电网 线损率而言，1 9 9 8 年，我国电网线损率为8 . 1 3 % ，同 时 期美国电网线损率为6 . 1 3 % ，日 本电网线损率为5 . 5 % ，可以看出，与美、日 等工业 发达国家相比，我国电力行业输电环节的效率处于较低水平。就火电厂标准煤耗而 第一章 绪论 言，1 9 9 5 年，我国火电j 一 标准煤耗为4 1 2 克/ 千瓦时，同时期美国火电厂标准煤耗 为3 7 0 克 / 千瓦时， 日 本火电 厂标准煤耗为3 3 0 克/ 千瓦时2 1 ， 由 此可见， 我国电 力 行业的生产效率远落后于美、日等工业发达国家。相应地，我国电力系统的安全可 靠性和电能质量也都远低于工业发达国家。 这其中的原因， 除了我国电网结构薄弱， 设备技术较落后以外，电力系统运行管理水平不高也是阻碍电力系统开展优化运行 的重要原因。所以为保障国民经济的高速稳定的发展，必须寻求一条新路以达到在 满足电力系统运行安全性要求的前提下经济性最佳的目的。 从八十年代中期开始，世界各国相继展开了电力工业的市场化改革，通过打破 传统电力工业一体化的管理模式，实行 “ 厂网分开、竞价上网和输配电分离”，以 达到降低成本、 提高效益和服务水平的目 标。 随着电力工业市场化改革的不断推进， 英国、美国、智利、澳大利亚等国结合本国特点，相继开展了电力市场改革，其所 获得的成功极大地激励了世界上的其它国家。总的来说，电力市场改革并没有通用 的模式，但是，通过引入竞争， 提高电力生产的效率，促进电力工业的良 性发展， 成为电力工业发展的必然趋势。 在这样的大环境下，我国也实施了电力市场化改革，但我国的电力市场化改革 还任重而道远。长久以来，随着我国社会主义市场经济的高速发展，对电力的需求 也在不断增加。但是，传统的垄断经营方式造成了电力工业的管理与运行效率不高 的局面。因此，我国针对本国的技术和历史条件，顺应电力工业市场化改革的大趋 势，提出了电力体制改革的战略目 标。1 9 9 8 年，国家电力公司提出实行厂网分开， 建立发电侧电 力市场的实施方案，并以山东、_上 海、浙江、辽宁、吉林和黑龙江列 为试点单位，推进市场化进程，此间积累了丰富的实践经验，为进一步改革提供了 必要的准备。 2 0 0 2 年国务院5 号文件的发布， 标志着我国电 力市场化改革形成了指 导性纲领。 2 0 0 3 年开始进行电力系统电力企业的资产组合与划分， 形成了国家电力 系统公司、南方电力系统公司和五大发电集团公司，并且逐步成立了区域电力系统 有限公司。我国的电力市场化改革正在蓬勃地发展。显然，在这样的大环境下，原 有垄断机制下电力行业形成的管理、 经营体制和运营模式已不能适应新形势的需求。 为了配合电力市场化改革以 及提高自 身的竞争生存能力，电力企业一方面要在外部 提高服务质量、加强市场营销、树立企业形象，努力开拓用电市场，扩大电力商品 的市场占 有率;另一方面也要在企业内部要加强管理、努力降低成本、提高工作效 率、提高经济效益。 但是，不论哪个国家，哪个电力市场，仍有许许多多的问题正处于不断地探索 之中。由于各种市场因素的引入，使得电力系统运行的目 标和约束条件都发生了的 华北电力大学博士学位论文 许多变化，需要我们分析新形势下电力系统运行的特点，建立电力系统优化运行的 数学模型，并研究相应的优化算法。显然，在不同的电力市场模式下，对电力系统 优化运行的要求也会有所区别，所以这项研究工作的开展必须针对某个确定的市场 模式。在本论文中，我们设定研究所针对的电力市场模式为单一购买者模式，在该 市场模式下，电网公司有选择发电商的权利，但发电商和用户并无选择交易对象的 权利。 英国电力改革初期的p o o l 模式及我国厂网分开之前开展的内部模拟电力市场 均属于这种单一买者模式。此时的发电价格由市场竞争形成，也可以部分由政府制 定或者政府指导下由电力公司与发电企业协商确定。销售价格仍应当由 政府制定。 编制优化的电力系统调度方式是电力部门日常工作中的重要组成部分，它涵盖 了电力系统安全和经济运行过程中的基本措施和手段，这项工作是电力系统开展优 化运行的核心内容，不仅影响电力系统本身的安全性和经济性，还将影响到所研究 区域电能的充分供给和能源的可持续发展，关系重大。随着电力系统规模的日 益扩 大，以及电力市场的商业化运营等，传统调度方式已经逐渐不能适新形势、新情况 的要求。因此，对电力系统优化运行模型与方法进行研究具有很高的学术价值和深 远的实际意义。然而，由于目前电 力系统的优化运行涉及电力系统技术问题和电力 市场经济问题，具有复杂、大规模的特点，电力系统优化运行模型与方法至今仍是 一个尚未得到很好解决的热点问题。 1 . 2电力系统优化运行的内容 电力系统优化运行是指在保障整个电力系统的安全运行和在满足供电质量的条 件下，充分利用电力系统中现有的发、输、配电设备的调整裕度，通过优化这些设 备运行状态的组合方式，从而最大限度的提高系统的经济性。 在 6 0 年代以前， 人们对于电力系统优化运行问题的研究。 只是局限于提高系统 运行的经济性。随着电力系统规模的不断扩大， 对系统运行的安全性和电能质量等 要求日 趋严格。将运行的安全性、电能质量和经济性等要求加以协调和统一，从而 制定全系统的运行计划，这便是电力系统优化运行问题的主要内容。 电力系统优化运行问题，按照所涉及的时间范围，一般可以 分成实时调度控制 优化、 短期 优化 运行及长期 ( 或者将它再分成中期 和长期 ) 运行规划等三部分， 现简 要分述如下: 实时调度控制优化问题主要是考虑系统当时的运行情况或者考虑未来的某段时 间( 例如几分钟) 内的变化情况而进行相应的调整控制， 主要包括实时的经济调度、 华北电力大学博士学位论文 许多变化，需要我们分析新形势下电力系统运行的特点，建立电力系统优化运行的 数学模型，并研究相应的优化算法。显然，在不同的电力市场模式下，对电力系统 优化运行的要求也会有所区别，所以这项研究工作的开展必须针对某个确定的市场 模式。在本论文中，我们设定研究所针对的电力市场模式为单一购买者模式，在该 市场模式下，电网公司有选择发电商的权利，但发电商和用户并无选择交易对象的 权利。 英国电力改革初期的p o o l 模式及我国厂网分开之前开展的内部模拟电力市场 均属于这种单一买者模式。此时的发电价格由市场竞争形成，也可以部分由政府制 定或者政府指导下由电力公司与发电企业协商确定。销售价格仍应当由 政府制定。 编制优化的电力系统调度方式是电力部门日常工作中的重要组成部分，它涵盖 了电力系统安全和经济运行过程中的基本措施和手段，这项工作是电力系统开展优 化运行的核心内容，不仅影响电力系统本身的安全性和经济性，还将影响到所研究 区域电能的充分供给和能源的可持续发展，关系重大。随着电力系统规模的日 益扩 大，以及电力市场的商业化运营等，传统调度方式已经逐渐不能适新形势、新情况 的要求。因此，对电力系统优化运行模型与方法进行研究具有很高的学术价值和深 远的实际意义。然而，由于目前电 力系统的优化运行涉及电力系统技术问题和电力 市场经济问题，具有复杂、大规模的特点，电力系统优化运行模型与方法至今仍是 一个尚未得到很好解决的热点问题。 1 . 2电力系统优化运行的内容 电力系统优化运行是指在保障整个电力系统的安全运行和在满足供电质量的条 件下，充分利用电力系统中现有的发、输、配电设备的调整裕度，通过优化这些设 备运行状态的组合方式，从而最大限度的提高系统的经济性。 在 6 0 年代以前， 人们对于电力系统优化运行问题的研究。 只是局限于提高系统 运行的经济性。随着电力系统规模的不断扩大， 对系统运行的安全性和电能质量等 要求日 趋严格。将运行的安全性、电能质量和经济性等要求加以协调和统一，从而 制定全系统的运行计划，这便是电力系统优化运行问题的主要内容。 电力系统优化运行问题，按照所涉及的时间范围，一般可以 分成实时调度控制 优化、 短期 优化 运行及长期 ( 或者将它再分成中期 和长期 ) 运行规划等三部分， 现简 要分述如下: 实时调度控制优化问题主要是考虑系统当时的运行情况或者考虑未来的某段时 间( 例如几分钟) 内的变化情况而进行相应的调整控制， 主要包括实时的经济调度、 第一章 绪论 最优潮流、安全经济自 动发电控制等内容，除了上述问题以外，有时将系统的预防 性控制，或甚至校正控制及危急控制等也归属到实时调度控制优化问题中。 短期优化运行问题主要决定未来几小时到一天、一周或甚至几周内的系统生产 调度。通过对系统负荷的预测，根据系统可用的容量和一次能源供给情况，决定这 一期间内系统的运行计划，主要包括发电 计划、无功调度计划和短期检修计划等内 容。 长期运行规划问题考虑的时间范围将是一年甚至几年。它包括长期水、火电调 度问题、燃料计划问 题以 及长期检修安排问题等。 一般地说，短期优化运行是在长期运行规划的基础上进行的，即将长期运行规 划问题的结果，用于短期优化运行之中，而实时调度控制优化则在短期优化运行的 基础上进行。显然，所涉及的时间范围愈长，考虑的因素将愈粗略。 综上所述，电力系统优化运行问题涉及到非常广泛的内容，它包含了电力系统 稳态运行分析的大部分内容，本论文不可能对所有的内容都进行研究，只是挑选了 几个重要的部分进行较为全面、 深入的 研究，它们是发电 计划优化、 无功优化和检 修计划优化。 发电计划优化是指在满足系统安全约束的前提下，确定一个时期内发电 设备的 运行状态和有功功率输出，使得整个电力系统在这一 时期内的煤耗、网损或其他目 标达到最优。发电计划优化问题涉及两方面的内容，一是机组优化组合，目的是确 定所研究的一段时期内优化的机组的运行/ 停运状态: 二是经济功率分配，目的是在 所确定的机组优化组合基础上， 优化各运行机组的有功功率输出， 满足负荷的需要。 显然机组优化组合和经济功率分配是一个相互协调交替优化的过程，其中需要考虑 大量的电网和机组的安全约束，这使得发电计划问题变得非常复杂，求解很困难。 无功优化是指在满足系统安全约束的前提下，确定一个时期内无功调整设备的 运行状态， 使得整个电力系统在这一时期内的网损、 电压质量或其他目 标达到最优。 由于电力系统中存在大量不同特性的无功调整设备，同时又由于电网中各处的电压 都不相同，所以无功电压的调整手段多样化、分散化，造成了无功优化问题是一个 多目标，大规模的混合整数规划问题。 检修计划优化是指在满足系统安全约束的前提下，确定一个时期内电力系统设 备检修的优化安排，使得整个电 力系统在这一时期内的某个或某些目 标达到最优。 检修计划优化问题是一个多目 标多约束的优化问题。优化的目 标既包括经济优化目 标又包括可靠性优化目标，而所包含的约束不仅有系统安全运行约束，检修管理约 束，还涉及到检修项目 之间的协调约束。这些不同层次的优化目 标和众多的约束条 华北电力大学博士学位论文 件使得检修计划优化问题十分的复杂。 1 . 3电力系统优化运行的发展历史 电力系统优化运行的初始概念可以追溯到上世纪 3 0 年代。 从那时到现在前 后几十年间，随着数学基本理论( 主要是优化理论) 和计算工具( 主要是计算机的 出现) 的发展，电力系统优化运行的模型与方法，在理论和实践上都取得了长足 的发展和进步。 根据美国著名学者t . e . d y l i a c c o 的统计， 到1 9 8 4 年， 世界 各国 1 6 3 个主要调度中心， 1 3 8 个都有功能大小不同的经济运行程序。 这样广泛 被使用，说明经济运行确实给企业带来巨大的经济效益。而且各发达国家每年 在这个领域内继续投入相当可观的研究费用。国际上电力系统方面的主要杂志 ( 如i e e e -p a s , e p e s , e p s r ) 或学术会议论文集( 如p i c a , i f a c , p s c c , c i g r e ) 也常有该领域的文章发表。 我国在电力系统优化运行方面的工作可以溯源到 4 0 年代，在 5 0年代，东 北电网曾试用过经济分配计算尺;6 0 年代东北电管局和华北电管局曾编制过发 电广的耗煤微增率曲线及一些计算程序。但是真正开始重视这方面的研究及应 用，还是在 7 0 年代末期到现在为止巳取得了一定的研究成果。 发电计划优化问题是最早为人们所关注，就经济功率分配问题而言，起源 于上世纪 2 0 年代末，3 0年代初提出的经济功率分配的等微增率理论，4 0年代 发展为发电与输电协调方程式。形成经典经济调度方法。经典经济调度方法的 缺陷:( i )推导过程中考虑了网损微增率，但没有考虑到平衡节点的作用，平 衡节点只起平衡电功率的作用;(