区域互联电力系统最优备用模型.doc

广西大学硕士学位论文区域互联电力系统最优备用模型姓名：史美娟申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：吴杰康20070609区域互联电力系统最优备用模型摘要随着我国经济的快速发展，用电负荷持续增长，装机容量相对不足，因而在全国范围内出现了不同程度的电力不足现象。电力不足制约了各地经济的发展，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响，同时由于系统充裕度水平的下降，影响了区域互联电力系统的安全稳定运行。因而，确保区域互联电力系统保持充足且合理的备用容量是十分必要的。本文对电力系统在各种情况下的备用容量进行了简要分析，其中重点研究了区域互联电力系统的运行情况，以备用容量最小建立了区域互联电力系统最优备用容量数学模型，此处的备用容量包括瞬时响应备用以及分钟旋转备用、分钟非旋转备用。本文重点推算了多区域互联电力系统的联络线功率增量方程，以及区域互联电力系统频率偏差与区域备用容量的关系表达式。针对问题的具体特点，运用自适应免疫遗传算法对该模型进行求解，充分考虑了频率偏差、负荷的随机波动以及区域互联系统运行的各种可靠安全约束，分别对三个独立的电力系统以及通过交直流联络线互联组成的区域电力系统进行了仿真计算，可以得到一天中个时刻的弹性备用容量。对三个独立电力系统的算例表明：随着电力系统规模的扩大以及装机容量的逐步增大，最优备用容量占最大负荷的比例会逐步减小，可以减小。对区域互联系统的算例表明：当区域系统互联时可以在一定程度上减小区域系统的备用容量，互联区域系统比各个独立系统的备用容量要减少，节约了互联区域电力系统的成本，在一定程度上提高了区域互联系统运行的经济性。区域系统的负荷突增使区域系统的总备用容量有所增加，但是增加的幅度比较小，即负荷突增使区域系统的最小备用容量减小，最大备用容量不变，一天中的弹性备用容量有所减小。具体的说，当负荷突增量为日最大负荷的时，最小备用容量减小了；最大备用容量不变仍为；平均备用容量增大了；一天中的弹性备用容量介于之间，即减少了；区域互联系统的总备用容量相对于预测负荷时的总备用容量有所增加，即增加了。通过对三个独立电力系统和区域互联电力系统的仿真计算与比较分析，验证了所提模型的合理性、所提方法的可行性。关键词：区域互联电力系统最优备用容量频率偏差自适应免疫遗传算法，（），（），；。；：；广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。论文作者签名：二畸年月日学位论文使用授权说明本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全都内容。请选择发布时间：口即时发布口解密后发布（保密论文需注明，并在解密后遵守此规定）论文作者签名：白电导师签名：年月知句广西大茸页士掌位论文区域互二联电力系统曩优鲁用模型第一章引言研究目的与意义现代电力系统是由发电机组、变压器、输配电线路和用电设备等很多单元组成的，是一个分布地域广泛的复杂非线性动力系统。目前，随着全国联网、。西电东送”和南北互供的发展，一个更庞大的电力系统正在逐步形成。联网实现了更好的电能互补以及跨区域的电能利用，使整个区域电力系统获得了较好的经济效益和社会效益，实现电力资源的优化配置。但是，电能具有“发电、输电、配电、售电和用电”在同一时刻完成的特殊性，不能大量的存储，同时在整个电力生产经营环节需要保持电网的稳定安全运行。电网备用容量是为了保证电力系统的调频调峰需要、发电设备定期检修以及系统发生故障时不对用户停电，并且满足国民经济发展的各种需要。只有有了备用，电网才能在各种情况下满足对用户的持续可靠供电，才能及时调整电网的频率和电压，保证电能质量和电网安全稳定的运行，也才有可能按照最优化准则对发电机组进行有功功率的经济分配。在实际的电力系统中，由于发电机的随机停运、负荷的随机波动、负荷预测的误差、输电线路的故障等，都会造成对电力系统平衡状态的破坏，出现有功功率的不足，危及电力系统的安全可靠运行，严重时可以造成大面积停电事故，给电力系统以及整个社会造成不可挽回的巨大经济损失。例如美加年大停电事故，这次严重的大停电事故引起了世界各国人士的广泛关注，并且对其原因进行了不同层次的分析和探讨。输电线路老化、系统备用容量不足、调度缺乏协调以及人为等因素导致了系统的安全可靠性要求无法得到满足，是造成这次事故的直接原因。同样的，这对我国也是一个严厉的警示。当前我国经济快速发展，对电力的需求正处在快速增长阶段，而且电源建设远远超过电网建设，备用涉及到电网实时运行的供需平衡问题，为了避免停电事故的发生，必须保持一定的备用。然而，随着电网互联步伐的加快，在互联电网之间可以最经济的利用全区域的资源进行备用的分配和协调，在紧急情况下区域互联电网之间可以互相支。援，既可以确保区域系统有足够的可靠性，又不因保持过大的备用而导致系统广西大掌硕士掌位论文避糠互联电力系统最优鲁用攥型的不经济运行。基于可靠性和经济性的考虑，在区域电力系统下，如何建立最优备用容量数学模型并研究求解该模型的算法，有着重要的理论价值与现实意义。国内外研究现状世纪年代初，电力工业的市场化改革开始席卷全球，电力工业在全世界范围内发生着深刻的变化。电力工业的改革目标在于实现电力管理体制的转变，提高电力生产经营效率，优化电力资源配置，通过竞争机制的引入，使电价体系更加科学合理化，为全社会提供高质量、更安全可靠的电力，促进电力工业自身的良性发展，使全社会从电力体制的改革中取得更大的经济效益和社会效益。在国外，文献【】提出弹性运行备用容量的概念，通过成本一效益分析来优化运行备用。基于发电系统的可靠性评估，提出了运行备用市场的出清模型，可以同时确定最优运行备用容量和运行备用市场，并分析了统一出清模式和按报价付费模式，采用了启发式算法对模型进行了求解。文献【】提出用人工神经网络（）来预测旋转备用被调用的概率，文中考虑了线路约束、线路和发电机的故障率、市场价格、竟价策略、负荷和旋转备用的类型等约束条件。在文献，提出基于安全约束的日电能和日旋转备用市场出清模型，运用内点法（）对模型进行了求解。文献【】在一个典型的常备用市场，提出了基于经济合同策略的常备用模型，其目标函数为备用需求成本最小，运用遗传算法对模型进行了求解。文献考虑了不确定的风能，提出了一个对电力系统中的备用需求进行量化的数学模型，此模型考虑了发电机故障率、负荷和风能的预测。对爱尔兰电力系统的仿真结果表明：随着风能容量的增加，系统必须同时增加总的备用容量，否则系统的可靠性会降低。文献对大型的电力系统来说，有效的控制旋转备用可以使成本降低，提出运用备用概率评估与机组组合函数相结合的方法来实现最优旋转备用。文献提出了一个关于爱尔兰批发电力市场的计划、价格、调度的安全约束竞价结算系统，此系统分析了电能提供者的竞价、备用提供者的竞价和电能舀敲壤电力系统最优备用模型需求竞价，并且分析了传输阻塞、网络损耗、备用需求和机组爬坡率对竞价出清模型的影响。文献【】以购买电能和备用总费用最小为目标函数，文献】以电能市场和备用市场盈利最大为目标函数。文献都采用线性规划（）算法同时对电能和备用进行清算，达到电能和备用总体目标最优。文献讨论了旋转备用的定价问题，将用户的停电赔偿费用加入到目标函数中，并且得出结论：由于发电量或者传输容量不足，造成的电力短缺将导致社会总效益的减少。在国内，文献【】根据对电能成本的分析，提出了确定系统效益最好的开机台数的原则，同时建立了以火电机组燃料费用最小的旋转备用的优化分配调度模型，对旋转备用边际机会成本进行了分析，确定旋转备用的价格，对旋转备用的效益进行了近似的评估。但是，该文在进行备用成本分析时，认为机组运行费用主要是由燃料费用组成，没有考虑发电机组的启停费用，这一点需要进一步的研究。文献【】对备用容量辅助服务，运用保险理论对其分散决策机理进行了探讨，以提高发电系统的可靠性，达到社会效益的最优决策。但是此文的数学模型非常简单，只考虑了一个发电商、一个用户和一个备用容量提供商的情况。文献探讨了电力系统规划、电力系统运行方式、辅助服务以及电力市场条件下的继电保护与安全控制对电力系统可靠性的影响，提出对原有的可靠性准则应该进行重新的修订，以适应电力系统的改革与发展。文献对备用的各种分类方法进行了归纳，引入电量不足期望值对备用与可靠性的关系进行论述，并且对备用的成本效益进行了分析，介绍了备用市场的运营情况，并对可中断负荷，从可中断的容量、价格、时机等方面进行了综述。但是，对备用成本的分析、可中断负荷的容量、可中断负荷的价格、可中断负荷的调度还需要进一步的深入研究。文献讨论了传统电力系统中事故备用容量的确定原则，重点对市场环境下可能的事故备用容量模式进行了探讨，提出以保留事故备用容量成本和切负荷赔偿费用之和最小建立事故备用容量模型，求取经济上最优的事故备用容量。但是文中假设各节点切负荷的赔偿价格相同，这一点需要进一步的研究。文献对发电厂热备用容量的成本进行了优化和分析，建立了最大化电能收益和备用容量收益之和的目标函数，对备用容量成本与出力的关系、与电能区域：联电力系统量优用模型电价的关系进行了研究，得出结论：随出力的增加而增加，变化比较小，大。在电能电价一定的情况下，备用容量成本但是电能电价对备用容量电价的影响比较文献【】提出基于高峰负荷定价的经济可靠性原则，假设可以准确评估事故成本以及备用容量成本真实的前提下，以社会期望效益最大建立了数学模型，考虑了供给和需求的不确定性、停运成本和用户需求侧的需求弹性，可以获得兼顾经济性和运行可靠性的最优运行备用。但是，目前对停运成本的研究还不够充分，需要进一步的研究。文献首先讨论了市场环境下切负荷措旋的可行性，建立了以保留负荷备用容量成本和切负荷赔偿费用之和最小的备用容量数学模型，求取经济上最优的负荷备用容量。文献建立了最小购买成本的辅助服务购买模型，对四种备用，即调频备用、旋转备用，非旋转备用和替代备用同时进行购买，并允许高等级备用对低等级备用的替代，采用动态规划法对模型进行了求解，但是此方法不能彻底消除备用价格逆转问题，需要进一步的研究。文献【】对备用的需求曲线和备用的供给曲线进行了研究，根据消费者剩余理论，两条曲线的平衡点就是系统的最优备用容量与备用价格，达到资源的优化配置和社会效益的最大。文献【】建立了以购买备用的社会效益最大为目标函数，分别给出了旋转备用出清模型、快速启动备用出清模型以及热备用的出清模型，并且采用启发式算法对模型进行求解。文献【】在模式电力市场下，建立了以的预期额外损失的一阶偏导数为零确定最优备用容量的数学模型，并对最优备用容量的价格和用户侧电价的确定问题进行了讨论。文献】首先探讨了区域电力市场中运行备用市场的两种交易模式，介绍了输电线路可用输电能力的概念，然后重点讨论了。协调运作”模式下的区域运行备用容量的三种获取方式，充分考虑了联络线的容量约束，并且提出了用合作博弈理论方法对区域运行备用收益进行分配的模型。文献砬过对现有的备用容量的三类交易方法进行了讨论，提出了在电力市场环境下预付费备用容量交易模式，即供应商提供的最优备用容量与电网公司需要的备用容量相等时，供应商可以获得最大的收益，进一步提出了基于平区域二联电力尊溉曩优鲁用穰型均利润率的容量定价机制，在一定程度上提高了发电公司的生产效率。文献【】讨论了用户直接参与备用市场的情况，即可中断负荷参与备用市场的运行机制，根据经济学中的效用无差异理论，论证了可中断负荷与备用的等价关系，利用存储理论建立了备用成本模型，考虑了备用充足时和备用不足时两种情况下的备用模型，结合备用容量调用的概率，运用运筹学中的期望值法求解最优备用容量。仿真结果表明：备用容量不足时，调用可中断负荷替代一部分备用容量，可以保证系统的安全性。文献讨论了备用及其设置问题，重点讨论了电力供给不确定性引起的备用（假设机组运行不受功率变化速度的限制）、电力需求不确定性引起的备用以及输电元件故障的随机性引起的备用。得出结论：备用分摊与机组的容量、停运替代率、出力及加载顺序密切相关。文献建立了以电能的发电成本和备用成本之和最小的数学模型，考虑了发电机的出力约束、爬坡率约束以及可调旋转备用需求等约束，并且研究了备用被调用的可能性。文献考虑了发电机组的容量和发电机组的可用率，对备用进行合理的分配，建立了电力市场中的备用容量分配计算方法。文献建立了区域运行备用的分区备用模型。具体的说，建立了不考虑网络约束的以购买备用的费用最小的备用市场购买模型，建立了以调用备用的成本最小的地区调度模型，对备用的调度问题进行了探讨，并且进行了备用费用在各地区的分摊研究。但是，分区备用模型只考虑了联络线传输容量约束，而忽略了各地区内部电网的结构，这一点有待于以后进行深入的研究。文献只考虑了发电机组的故障率以及负荷的预测误差，建立了以旋转备用容量成本和旋转备用容量中被实际调用的能量成本之和最小的备用容量模型，运用机会约束规划理论对模型进行求解，将约束条件处理成概率的形式。置信度为时获得的小时旋转备用容量为小时负荷的，结果似乎不太合理，需要对模型和算法进一步的改进。目前，在区域电力系统中关于备用容量的研究还处于探索阶段，世界各国的电力系统实践表明还没有一套大家公认的成熟经验和研究成果。目前关于备用容量的研究，主要是建立单目标多约束数学模型，比较偏重经济性的考虑，而不能兼顾区域系统运行的可靠性方面的要求，而且单目标优化是获得一个最优的设计和决策，不能够根据电力系统的实际运行情况选择弹性的最优备用容区域二联电力系统最优薯用模型量，既可以满足系统安全可靠性要求，又能满足系统运行的经济性。本论文主要工作区域电力系统中的备用研究目前还处于探索阶段，世界各国的电力系统实践表明还没有一套大家公认的成熟解决方案和研究成果。本文在这方面做了一定的探讨和有益的尝试，在满足系统运行等约束条件下，建立了区域电力系统的最优备用容量数学模型，该模型采用区域备用容量最小作为目标函数。针对问题的具体特点，运用自适应免疫遗传（，）算法对模型进行求解，并给出利用该算法解决这一问题的主要步骤，主要完成了以下工作：（）根据现有的国内外有关备用的研究和电力系统运行实践，具体分析了区域互联电力系统的运行情况，以区域互联电力系统备用容量最小建立了区域电力系统最优备用容量模型，此处的备用容量包括瞬时响应备用、分钟旋转备用以及分钟非旋转备用；（）重点推算了区域互联电力系统的联络线功率增量方程，以及频率变化量与备用容量关系表达式；（）利用自适应免疫遗传算法对区域备用模型进行求解，充分考虑了频率偏差、负荷的随机波动以及区域系统运行的各种可靠安全约束，用语言开发了相应的计算程序，分别对三个独立电力系统以及通过交直流联络线组成的区域互联电力系统进行了最优备用容量的仿真计算，可以得到一天中个时刻的弹性备用容量，计算结果表明算法的正确性以及所提模型的可行性。广西大掌司【士掌位论文店毫溅电力系统最优备用模型第二章电力系统备用关于备用的研究在不断的发展之中，对备用的分类存在较多的方法，通过对各种备用方法的总结，基于投入的时间是否同步和备用设置的目的，许多专家学者提出了不同的分类方法，现归纳如下：）文献【，将备用容量分为旋转备用、非旋转备用、替代备用、黑启动备用和自动发电控制。对于旋转备用，机组始终处于开机状态，在线同步运行，并且能在分钟内成为可调度机组：对于非旋转备用，与电网非同步运行，但是可以在分钟内启动并成为可调度机组；替代备用是指可以在小时内成为可用的发电机组的发电量；黑启动（）备用是指整个电网因事故导致系统处于全黑状态，为使系统重新建立运行平衡状态而首先启动的机组。）文献睁驯将旋转备用又称为热备用，定义为分钟内增加的同步容量，并定义运行备用为在分钟至分钟内启动并达到正常发电的功率。）文献将备用容量分为分钟旋转各用、分钟非旋转备用、分钟非旋转备用、可调用备用及安装备用。）文献将备用容量分为快速备用以及中间备用。快速备用为可以在分钟至分钟内启动的冷快速启动机组。作为旋转备用容量的补充，冷慢速启动机组为中间备用，并将旋转备用、中间备用一起称为运行备用。）将备用分为旋转备用、热备用、替代备用、冷备用。热备用是指发电机组停运，而锅炉始终处于热状态，可以在小时内启动并成为可调度机组；冷备用是指发电机组停运，锅炉处于停运状态，需要小时或小时以上的时间才能投入运行。随着电力市场的建立与不断完善，有的学者将可中断负荷定义为一种特殊的备用。可中断负荷属于负荷需求侧管理（），在高峰负荷或出现事故导致电力供应短缺时，用户可以通过经济合同自行决定减少负荷需求量，以便间接增加系统的备用容量。北美电力可靠性委员会（）认为可中断负荷管理属于预想事故下的备用服务。加拿大的阿尔伯特将可中断负荷作为一种辅助服务来保障电力系统的安全可靠运行”。在可中断负荷的研究方面，需要考虑用户的可中断负荷的容量、可中断负荷的赔偿价格以及何时何地可以中断负荷等三区域互联电力系统最优用模型个问题【。文献】提出了一种运用最优潮流（）来选择参与可中断负荷的投标方法，目的在于高峰负荷或发生预想事故时减少系统的负荷需求，这样相当于间接增加系统的备用容量。根据上面介绍的各种分类方法，在前人的基础上，按照各种备用响应速度将备用进行分类，具体见表。表备用的分类同时，电网备用容量也可以按照设置的目的分为有功备用容量和无功备用容量。电网有功备用容量可以分为负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用，各种备用容量采用的标准如下：（）负荷备用。为了满足系统中短时的负荷随机波动和一天中计划外的负荷突增，系统留有的备用容量称为负荷备用。负荷备用容量的大小的确定应该根据系统负荷的大小、系统运行的各种经验、并且考虑系统中各类用电的比例确定，一般为最大负荷的一，低值适用于大电网，高值适用于小电网。（）事故备用，是指在发电设备发生随机故障时，为了使用户不受到严重的影响，并且能够维持系统保证正常供电所需的备用容量。事故备用容量的大小与系统的装机容量、发电机台数、单位机组的容量、各类发电厂的比重，对供电安全可靠性的要求有关，其数值应根据事故概率确定，一般为系统最大负荷的一左右。但是，假如根据事故概率确定的事故备用容量小于系统中最大机组容量时，应该按照系统中最大机组的容量设置事故备用容量。系统的装机容量越大，发电机组的台数越多，单机容量占系统装机容量的比例越小，机组强迫停运率越低，用户对供电安全可靠性的要求越低，则系统需要的事故备用容量占系统装机容量的比例就越小，反之就越大。备用容量的确定是一个风险决策问题。如果增加系统的备用容量，也就是增加了系统的运行费用，而获得的好处是系统的安全可靠性提高，发生事故损失的可能性减少，从而节省了修复和赔偿费用。根据理论上的研究，如果备用收益大于备用成本，则备用容量的增加是可取的，反之不可取当备用收益与备用成本相等时，所得备用容量就是最优备用容量。图表示运行费用、事故损失与备用容量的关系。费失最优备用容量备用容量图运行费用、事故损失与备用容量的关系、（）检修备用。为了保证电力系统的发电设备进行定期的检修，进行检修时不对用户停电而在系统中留有的备用容量。所有发电设备在运行一段时间后，都必须进行大修和小修。一般来说，大修是分批分期进行的，安排在一年中最小负荷季节小修则利用节假日进行，目的在于尽量减少因检修停机所需的备用容量。检修备用一般情况下应该结合电网的负荷特点，水、火电比例，水电厂的调节特性，空闲容量，发电设备的可靠性，检修水平等情况决定，一般为系统最大负荷的。，在实际电力系统运行中，检修备用容量的多少是在电力电量平衡的基础上通过合理安排年度检修计划来确定的。一般来说，在年、季负荷曲线低谷时段应该多安排检修，负荷高峰时段少安排检修；在枯水期，应该多安排水电机组进行检修，在丰水期不安排检修，使水电机组多发电；在秋冬晴好季节应该多安排输变电设备检修或预试，而在区域互搬电力系统置优奋用模型春夏雷雨季节少安排检修；设备健康状态比较差、隐患比较大的先安排检修，隐患小的后安排检修。综合考虑水电、火电和供用电设备的检修计划，避免重复停电，给用户造成不必要的停电损失。考虑设备检修时应该避免系统的安全可靠性要求过低。根据负荷曲线的需求，总备用容量的要求，系统的可用发电容量，对检修计划进行优化安排。合理的安排检修计划，可以减少计划停运时间，节省系统的检修备用容量。定期检修是我国电力系统现在采用的管理模式。发电设备的故障率在寿命期内大多呈现出“浴盆”曲线的特点，在稳定运行期故障率比较低，经过一段运行时间后故障率明显增大，定期检修就是在设备进入下一个故障高发期之前安排计划检修，以恢复设备的性能，延长设备的使用年限。浴盆”曲线投运时间图发电设备的故障规律（）国民经济备用是考虑到工农业用户的超计划生产、新用户的出现、经济的高速发展等而设置的备用容量。国民经济备用容量的大小应该根据国民经济的增长速度进行设定，一般约为系统最大负荷的哆红。发电机运行与备用电能的发电、输电、用电是一个同时实现的过程。因此，发电机输出的电能应该跟随负荷的需要进行调节，以保持电能与负荷的平衡，维持电力的正常区域二联电力系统最优鲁用模蓥生产。调节原动机的输入功率，就可以改变同步发电机的有功功率输出，达到加负荷和减负荷的目的。如果原动机或负荷侧的参数受到微小的扰动，同步发电机也会自动调节和维持功率平衡，保持同步运行。发电机的运行备用可以定义为最大发电功率与当前发电功率之差：只“一只（）式中一为机组的最大发电功率；只为机组的当前发电功率；。为机组的有功运行备用。发电机的备用成本在电力系统中，发电机组模型均为两状态模型，即正常运行和故障停运。同样的备用机组也有两种状态：状态）：备用机组投入运行；状态）：备用机组一直作为备用储备而从未投入运行。备用机组投入运行的概率与当时系统的运行可靠性水平有关，当系统的电力不足时需要调用备用容量，所以备用机组被调用的概率取决于当时系统的失负荷概率皇。，。，则机组卜一直作为备用储备没有投入运行的概率就为一七。在统一调度的区域电力系统下，备用机组应该强调服从调度，在系统需要备用时随时投入运行，发挥备用的作用。对应备用的两种状态，有两种不同的备用成本表示形式【：状态）：备用机组投入运行备用机组的投运成本可以用投入前、投入后机组发电成本的增量来表示。具体的计算方法是：机组的发电容量为，备用容量为，在备用容量投入前，发电成本是（）；在备用容量投运后，发电成本是（），则备用成本用发电成本增量可以表示为。产（）一（）（）状态）：机组一直作为备用容量储备而从未投入运行当机组一直作为备用容量储备而没有投入运行时，机组的备用成本可以用机会成本来衡量。机会成本是指因为机组提供备用容量而使其在电力系统的收区域壤电力系统最优鲁用模型益减少，减少的这部分收益就是机组提供的机会成本。具体的计算方法是：如果机组将备用容量置用于电力系统的正常发电，那么将获得利润，（）。假设这部分备用容量用于电力系统的正常发电的概率为慨，可以根据发电厂的历史数据统计褥到，则机组一直作为备用容量储备而没有投入运行的成本可以表示为：（）。巧（）（）综合考虑以上两种情况，设只七以，吼一七，机组的发电成本采用考虑阀点效应的二次型函数，即（）卯（“）】，则机组的备用成本可以表示为瓴）吼：只（佤只）匆（墨）只（足一只“一妒）】一只如只心亿一“）】）（）为了方便计算，因为心墨一只“一矿）仁一只“）所以机组的备用成本可以简化表示为瓴）只：吼知砰，只龟置？（）？。如，。）：硅；！式中，只只。火电为主电力系统备用火电机组启停机时间长，调整负荷范围小，爬坡率小，出力变化过程中要额外的消耗燃料。的大型火电机组，从热态启动到满出力运行大约需要个小时以上，增荷每分钟仅是其额定容量的，并受技术最小出力的限制，调荷幅值仅为额定容量的之。在考虑火电为主电力系统备用模型时，可以将备用效益与发电成本的差值定义为相对效益，最优备用的目标函数是在满足系统运行的各种约束条件下，区域陕电力系自最优用模芝使相对效益在研究周期内达到最大。火电为主电力系统的最优备用模型为玉觥址一一虬，佤）釜，）（飞一）屯）（），珥，）坼，（一）屯）式中，。为用户单位停电损失费用函数；。为设置备用以及不设置备用系统电力不足期望值七的变化量；乞为系统中发电机组总台数；）为发电机组提供备用的成本；为时段的发电机组运行状态，表示停运，珥，表示运行；忆）为发电机组在时段的发电成本；巳为发电机组在时段的有功出力：，川）为发电机组在时段投运的启动成本；川为发电机组在前一时段的连续停运时间。发电机组的发电成本为）只；匆巳（）式中、龟和为发电机组的发电成本常数。发电机组的启动成本为、墨，匕，一。）一（）式中、和幺为发电机组的启动成本常数。火电为主电力系统最优备用模型一般考虑的约束条件包括：）系统功率平衡约束；）发电机组最大、最小输出功率约束；）发电机组的备用容量约束；）发电机组的强迫停运率；）发电机组的最小技术出力（如机组最小运行时间、机组最小停机时问等）；）机组的爬坡率等。要结合考虑可靠性与经济性，合理设置系统的备用容量。区域攘电力系统最优备用模型水电为主电力系统备用水电机组由于启停非常迅速，出力变化范围比较大，跟踪负荷速度比较快，并且如果忽略少量的管理成本，水电机组的发电成本相对于火电机组来说可以认为是零，因此水电机组是比较理想的备用机组选择。一般从开机到满出力运行只需要分钟到分钟，机组的增荷速率可以达到其额定容量的以上，调荷幅值可以接近额定容量的。但是水电机组的备用能力受到水库调节性能的大小、水库水位高低、河流航运和灌溉的限制，必须分别考虑在丰水期和枯水期水电机组为主的电力系统备用问题。在丰水期时，最大限度的利用水资源，主要由火电机组提供备用，在研究周期丁内，使系统的运行费用最小，以火电机组的燃料费用最小建立最优备用模型，具体可以表述为屯（）式中为火电机组的燃料费用；从为系统火电机组的台数；。为在满足各种运行条件下的使火电机组燃料费用达到最小的运行机组台数；为火电机组的单位电能生产成本；是，为机组在时段提供的备用容量。约束条件中，主要考虑系统功率平衡、机组有功出力在机组允许技术出力的范围内火电机组提供的备用容量小于其可用备用容量等。然而，在枯水期，主要由水电机组担任备用任务，在研究周期内，尽可能使系统获德最大的经济效益，通过最优负荷分配使总耗水量最小，其最优备用模型可以表述为艺）（）式中为总耗水量；为水电机组台数：置为第台水电机组提供的备用容量；（足）为第台水电机组提供备用时的耗水量。约束条件中，主要考虑系统的功率平衡约束、水电厂发电出力约束、水电厂库容约束、水电厂研究周期始末库容约束、水电厂水量平衡约束等。其中，水电厂的发电出力。与水库库容和发电流量的关系，可以用二次函数表示为区域二联电力系统最优鲁用模型，嘭，既，巧，巧，（）式中，、，、，、气为常数；巧，为第，个水电厂在时段的水库库容；，为第，个水电厂在时段的发电流量。考虑分布式发电影响的电力系统备用一般意义上（）、（）和（）和（）都可以称为分布式发电，即指位于安装在用户附近并为用户提供电力的小规模发电技术。国际上随着电力市场的发展，由于受到火力发电投资周期长以及国际上发生的几次大面积停电的影响，新增电源中分布式发电所占的比例，正呈逐年上升趋势。据统计，年全球新增电源，其中分布式发电占；年全球新增电源，其中分布式发电占，预计到年全球新增电源，分布式发电所占份额将达到【”。分布式发电投资少、建设快、运行费用低、供电可靠，可以将分布式发电看作电力的“负消费”，相当于为系统提供了一部分备用容量，提高了电网的安全可靠性。分布式发电可以作为备用电源为要求连续供电的用户提供电能，在丰枯电价的情况下，可以保障电力的可靠性，并减少用户的电费支出。同时，由于分布式发电装置与区域互联电网的接入和断开具有相对的自主性，当区域互联电网发生故障时，通过启动断开装置，使分布式发电与电网断开，形成“负荷岛”，避免了事故的进一步扩大，在一定程度上提高了电网运行的可靠性。再者，夏季和冬季一般是负荷的高峰时期，分布式发电不但可以解决冬季的供热与夏季供冷的需要，同时也为系统提供了一部分电力，由此可降低电力峰荷，起到了电力调峰和减少系统备用容量的作用。根据经济学中的效益无差异理论，即能够使消费者效用得到同样满足程度的两种商品不同数量的组合轨迹】。根据以上的分析，备用容量与分布式发电两种商品都能够满足保障电网安全效用的无差异的要求。对于不同的备用需求尼，备用容量与分布式发电的替代关系可以表示为（鼍乏）如弓（）西大掌硕士掌位论文区域溅电力系统最优用模型式中心为发电机提供的备用容量；为替代备用的分布式发电容量；剑乡磊。表示分布式发电对备用容量的替代率，反映他们之间互相替代的能力。在实际中，根据电力系统的运行特点，每减少单位的备用容量，就必须增加相同数量的分布式发电容量。因此，有吆。：（）觎一根据式（）、（），可得一，（）式（）说明，备用容量和分布式发电替代的无差异曲线是一条斜率为的直线，线上不同轨迹处为不同备用容量与分布式发电容量的不同组合，不同轨迹处的备用成本不同。利用分布式发电替代一部分备用，建立考虑分布式发电影响的电力系统备用模型为心，（）（）（一）式中为备用容量的边际价格；见为备用容量的电量价格；）为第肼个分布式发电容量的成本；如）为分布式发电容量。用分布式发电替代一部分备用，可以有效地减少系统的装机容量，节约了系统的成本投入，可以保障电力系统的安全可靠运行。水火电混合电力系统备用水火电混合电力系统的备用容量，应该兼顾系统的可靠性与经济性，但它的实现要受到一系列条件的制约。目前，传统的备用政策是【：总旋转备用水平至少等于所有发电机组中最大台发电机组额定峰值功率，运行备用水平至少等于最大一台发电机组额定功率的两倍。各电力公司或互联电网间备用分配的原则是瞰】：依据各电力公司或互联电网的最大一台发电机组功率占各电力公司或互联电网中最大发电机组容量之和的百分比，以及各电力公司或互联电网的最高负荷占最高负荷之和的百分比，平均后，得出各电力公司或互联电网应该分配的备用容量比例。美国区域壤电力系统最优用模型的（）及中国的南方电网均是采用这种方法来分配备用的。但是上述备用分配