論述電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用_電氣工程畢業(yè)論文

1、<p>　　第1章 緒 論</p><p>　　1.1 課題的背景和意義</p><p>　　當(dāng)前，隨著化石能源的持續(xù)消耗與環(huán)境的不斷惡化，大力發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為了世界能源發(fā)展的趨勢(shì)。風(fēng)能具有清潔、安全、技術(shù)成熟、資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，因而越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。近幾年，世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總量保持了快速的增長(zhǎng)，據(jù)BTM統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到199.5

2、GW，年累計(jì)增速為25%。我國(guó)幅員遼闊，而且海岸線長(zhǎng)，風(fēng)能資源非常豐富。近年來(lái)，隨著我國(guó)政府對(duì)開發(fā)利用新能源的重視及一系列政策措施的支持，風(fēng)電得到了非?？斓陌l(fā)展。2010年，我國(guó)除臺(tái)灣省外其他地區(qū)共新增風(fēng)電裝機(jī)18.93GW，保持全球新增裝機(jī)容量第一的排名。累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量44.73GW，全球累計(jì)裝機(jī)排名由2008年的第四位、2009年的第二位上升到第一位。目前我國(guó)有29個(gè)省、市、自治區(qū)（不含港、澳、臺(tái)地區(qū)）有了自己的風(fēng)電場(chǎng)，其中風(fēng)電累

3、計(jì)裝機(jī)超過2GW的省份有7個(gè)[1-3]。</p><p>　　按照我國(guó)風(fēng)電可裝機(jī)容量1000GW 計(jì)算，到2010年底我國(guó)已開發(fā)風(fēng)電裝機(jī)容量不到可裝機(jī)量的5%。我國(guó)目前規(guī)劃的7個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)大型風(fēng)電基地，以及全國(guó)其他已經(jīng)規(guī)劃的項(xiàng)目，累計(jì)容量不過200GW，全部建設(shè)完成也僅占20%。由此可見我國(guó)風(fēng)能資源開發(fā)潛力十分巨大。在已經(jīng)出臺(tái)的“十二五”規(guī)劃中，中國(guó)政府明確表明將按照“因地制宜、科學(xué)規(guī)則、系統(tǒng)配套、協(xié)調(diào)發(fā)展”的原

4、則，繼續(xù)推進(jìn)風(fēng)電的規(guī)模化發(fā)展。未來(lái)五年，由于政府政策的強(qiáng)力支持，中國(guó)將繼續(xù)引領(lǐng)世界風(fēng)電的發(fā)展。據(jù)業(yè)內(nèi)專家估計(jì)，2011—2015 年期間，中國(guó)的風(fēng)電年平均增量在15～20GW之間。到2015年，全國(guó)累計(jì)并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到100GW，年總發(fā)電量超過190TWh[4-7]。</p><p>　　然而，隨著風(fēng)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。風(fēng)力自身具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和間歇性特點(diǎn)，風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行

5、具有很大的不確定性，無(wú)法穩(wěn)定的輸出功率。電網(wǎng)接入風(fēng)電場(chǎng)后，風(fēng)電的不確定性可能會(huì)造成系統(tǒng)電能質(zhì)量和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的下降。同時(shí)，由于現(xiàn)階段風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差仍較大，大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)會(huì)給電網(wǎng)的調(diào)度及發(fā)電計(jì)劃的制定帶來(lái)困難。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)均一致認(rèn)為，風(fēng)力發(fā)電給電力系統(tǒng)調(diào)度帶來(lái)的最大困難是由于其功率不可控的波動(dòng)性。更深入的研究表明，大規(guī)模風(fēng)電接入后，系統(tǒng)秒至分鐘級(jí)的自動(dòng)發(fā)電控制(auto generation control，AGC)容量需求并沒有顯

6、著增加，但日內(nèi)的調(diào)峰容量需求會(huì)隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的增加而顯著增長(zhǎng)。因此擁有足夠靈活的可調(diào)節(jié)容量即旋轉(zhuǎn)備用是電力系統(tǒng)接納風(fēng)電的先決條件之一[8-10]。</p><p>　　在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，為了防止由于負(fù)荷波動(dòng)或機(jī)組隨機(jī)停運(yùn)等原因造成的有功功率供需不平衡，必須配置一定的旋轉(zhuǎn)備用。旋轉(zhuǎn)備用的配置實(shí)質(zhì)是系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性綜合決策的問題。當(dāng)系統(tǒng)保有較高旋轉(zhuǎn)備用容量時(shí)，系統(tǒng)的可靠性較高，但經(jīng)濟(jì)性較差；反之系統(tǒng)的可靠性差

7、而經(jīng)濟(jì)性好。傳統(tǒng)的備用容量確定方法往往是取單機(jī)機(jī)組的最大容量或者負(fù)荷的固定百分比[11]。這些方法比較簡(jiǎn)單，也得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是隨著風(fēng)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，負(fù)荷波動(dòng)和機(jī)組的隨機(jī)停運(yùn)已不再是影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的最主要因素，若仍按傳統(tǒng)的備用配置方法可能難以抵消風(fēng)電接入對(duì)系統(tǒng)調(diào)度帶來(lái)的沖擊。針對(duì)風(fēng)電接入電力系統(tǒng)后，如何可靠經(jīng)濟(jì)的配置旋轉(zhuǎn)備用，對(duì)于風(fēng)電的大規(guī)模接入和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行都具有重要意義。</p><p>　　1

8、.2 電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用概述</p><p>　　1.2.1備用的分類</p><p>　　備用容量起著調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率，保持系統(tǒng)功率供需平衡的作用，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究，一般可將備用容量做如下分類：</p><p>　　1、若按備用容量的響應(yīng)時(shí)間分類可將備用容量分為旋轉(zhuǎn)備用，非旋轉(zhuǎn)備用，替代備用，黑啟動(dòng)備用，和自動(dòng)發(fā)電控制等[12]。<

9、;/p><p>　　對(duì)于旋轉(zhuǎn)備用來(lái)說，其一般與電網(wǎng)保持同步，機(jī)組處于開機(jī)狀態(tài)，且十分鐘內(nèi)就可成為可調(diào)度機(jī)組，功率調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)；非旋轉(zhuǎn)備用并不與電網(wǎng)同步運(yùn)行，但接受調(diào)度后其有能力在十分鐘之內(nèi)啟動(dòng)并提供功率；替代備用指的是有能力在一小時(shí)內(nèi)被調(diào)度的發(fā)電機(jī)組；黑啟動(dòng)備用是指當(dāng)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)遭遇故障癱瘓，需要重新啟動(dòng)時(shí)首先啟動(dòng)以提供功率使系統(tǒng)逐步恢復(fù)的機(jī)組[13]。</p><p>　　2、若按備用容量的

10、配置作用分類，則可將備用容量分為負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用和國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用等[14]。</p><p>　　所謂負(fù)荷備用，是指為應(yīng)對(duì)短時(shí)負(fù)荷波動(dòng)并以及計(jì)劃負(fù)荷增加而設(shè)置的備用；事故備用是在電力系統(tǒng)發(fā)生偶然性事故時(shí)使其免于嚴(yán)重影響，維持正常供電而配置的備用；檢修備用是保證發(fā)電設(shè)備定期檢修而設(shè)置的備用；除滿足當(dāng)前負(fù)荷的需要設(shè)置的上述幾種備用外，電力系統(tǒng)還包括計(jì)及負(fù)荷的超計(jì)劃增長(zhǎng)而設(shè)置的一定的備用，這種備用就稱為國(guó)民經(jīng)

11、濟(jì)備用[15]。</p><p>　　1.2.2旋轉(zhuǎn)備用的定義</p><p>　　一般的，旋轉(zhuǎn)備用是指運(yùn)行正常的發(fā)電機(jī)維持額定轉(zhuǎn)速，隨時(shí)可以并網(wǎng)，或已并網(wǎng)但僅帶一部分負(fù)荷，隨時(shí)可以加出力至額定容量的發(fā)電機(jī)組。旋轉(zhuǎn)備用容量也可看作是發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率與系統(tǒng)發(fā)電負(fù)荷之差，在機(jī)組組合問題中一般將旋轉(zhuǎn)備用容量表達(dá)為：</p><p><b>　　(1-1)

12、</b></p><p>　　式中為系統(tǒng)t時(shí)段的旋轉(zhuǎn)備用容量，和分別為系統(tǒng)t時(shí)段機(jī)組i的機(jī)組出力及機(jī)組狀態(tài)，N為機(jī)組數(shù)，為t時(shí)段的負(fù)荷值。</p><p>　　1.2.3 傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用配置方法</p><p>　　傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用配置方法主要有兩種：負(fù)荷百分比法和最大在線機(jī)組法。負(fù)荷百分比法是要求系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量必須高于各時(shí)段負(fù)荷的某個(gè)固定百分比；而最

13、大在線機(jī)組法則規(guī)定旋轉(zhuǎn)備用容量必須高于最大在線機(jī)組的容量，以保證當(dāng)系統(tǒng)中某一機(jī)組發(fā)生隨機(jī)停運(yùn)時(shí)系統(tǒng)有足夠的備用容量來(lái)應(yīng)對(duì)功率缺額，這種方法也被稱為“N-1原則”。這兩種方法前者側(cè)重于負(fù)荷波動(dòng)和預(yù)測(cè)誤差，后者側(cè)重于機(jī)組的隨機(jī)停運(yùn)，雖然側(cè)重點(diǎn)不同，但是方法都比較簡(jiǎn)單，在實(shí)踐中得到了非常廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 備用的研究分類<

14、;/p><p>　　旋轉(zhuǎn)備用的配置與很多因素有關(guān)，如電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)規(guī)模、負(fù)荷水平、負(fù)荷預(yù)測(cè)的精確性和機(jī)組及系統(tǒng)元件的可靠性水平等。隨著電力工業(yè)技術(shù)的不斷改進(jìn)，運(yùn)行理念和運(yùn)行體制的不斷發(fā)展，旋轉(zhuǎn)備用的配置方案也在不斷變化。一般國(guó)內(nèi)外針對(duì)旋轉(zhuǎn)備用的研究可主要分為以下幾類[16]：</p><p><b>　　1、采用確定性方法</b></p><p>

15、;　　確定性方法即傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用配置方法，要求系統(tǒng)各時(shí)段旋轉(zhuǎn)備用高于負(fù)荷的某一固定百分比或者最大在線機(jī)組的容量。確定性方法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，可以保證系統(tǒng)的可靠性水平在一定標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　2、采用概率性方法</b></p><p>　　確定性方法沒有考慮機(jī)組停運(yùn)或負(fù)荷波動(dòng)的概率特性，因此有學(xué)者提出在對(duì)發(fā)電系統(tǒng)做概率分析的基礎(chǔ)配置備

16、用，保證系統(tǒng)各時(shí)段維持一定的可靠性水平。在實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)主要有兩個(gè)：電力不足概率LOLP和電量不足期望值EENS。</p><p>　　3、采用成本效益分析的方法</p><p>　　在電力市場(chǎng)環(huán)境下，電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)應(yīng)堅(jiān)持社會(huì)效益最大化的原則，平衡各方風(fēng)險(xiǎn)和利益。因此電力市場(chǎng)環(huán)境下一般通過成本效益分析來(lái)配置備用，其中成本為發(fā)電商的備用報(bào)價(jià)或其為了維持備用容量而放棄的機(jī)會(huì)

17、成本，效益則以用戶的期望停電損失表示。</p><p>　　4、采用隨機(jī)優(yōu)化方法</p><p>　　電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)行環(huán)境日益復(fù)雜，諸如機(jī)組停運(yùn)、元件故障和線路過載等因素造成的事故日益增多，采用隨機(jī)優(yōu)化方法配置備用就是研究各類隨機(jī)因素對(duì)未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)造成的影響，以未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生概率的權(quán)重來(lái)配置備用。</p><p>　　1.3.2 考慮風(fēng)電的備用容量研究&

18、lt;/p><p>　　風(fēng)電是一種清潔的可再生能源，與常規(guī)火電機(jī)組相比其在發(fā)電過程中并不需要任何燃料成本，而且不產(chǎn)生排放，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可以給電力系統(tǒng)帶來(lái)很多經(jīng)濟(jì)上和環(huán)境上的收益。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步、風(fēng)電規(guī)模的逐年擴(kuò)大，為了能充分利用風(fēng)能，保證風(fēng)電接入后電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，必須配備額外的旋轉(zhuǎn)備用容量。旋轉(zhuǎn)備用容量的配置方案是一個(gè)可靠性與經(jīng)濟(jì)型綜合整體決策的問題，高備用意味著高可靠性和高成本，低備用意味著低成本和較低的可

19、靠性，在實(shí)際中單一的追求可靠性或經(jīng)濟(jì)性很簡(jiǎn)單，但若要將其綜合協(xié)調(diào)考慮時(shí)則往往面臨困難。而且風(fēng)電接入后不僅使系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，需要考慮風(fēng)電場(chǎng)這一增加的擾動(dòng)源，而且以往基于負(fù)荷可知的調(diào)度和發(fā)電計(jì)劃的制定也需重新考慮。在這種情況下，針對(duì)風(fēng)電接入后如何合理、可靠和經(jīng)濟(jì)的配置旋轉(zhuǎn)備用容量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作。</p><p>　　文獻(xiàn)[17]指出風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的較大誤差使風(fēng)電機(jī)組不像常規(guī)機(jī)組一樣可靠，隨著風(fēng)電規(guī)模的

20、擴(kuò)大，為了抵消風(fēng)電帶來(lái)的功率波動(dòng)，系統(tǒng)需維持與風(fēng)電場(chǎng)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)備用。</p><p>　　文獻(xiàn)[18]研究了風(fēng)力發(fā)電功率波動(dòng)的概率分布及其波動(dòng)的范圍，并以此為依據(jù)配置了不同響應(yīng)時(shí)間及不同置信水平下的備用。</p><p>　　文獻(xiàn)[19]根據(jù)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的水平，把風(fēng)電場(chǎng)功率分為可靠功率和不可靠功率。其中可靠功率作為正常機(jī)組出力，不可靠功率則配置備用來(lái)抵消其不確定性。</p>

21、<p>　　文獻(xiàn)[20]使用機(jī)會(huì)約束的方法，基于風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的概率密度函數(shù)建立了旋轉(zhuǎn)備用容量的獲取模型。通過設(shè)置約束條件，該模型反映了旋轉(zhuǎn)備用充裕水平對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響。</p><p>　　文獻(xiàn)[21]考慮了風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)偏差和機(jī)組停運(yùn)等因素對(duì)旋轉(zhuǎn)備用的影響，采用成本分析方法，將用戶停電損失并入到機(jī)組組合問題中，構(gòu)建了以發(fā)電成本和用戶停電損失最小為目標(biāo)函數(shù)的備用容量獲取模型。模型中沒有設(shè)定旋轉(zhuǎn)備用

22、約束，而是通過發(fā)電成本和用戶停電損失的自動(dòng)平衡來(lái)設(shè)置備用容量。</p><p>　　文獻(xiàn)[22]考慮了負(fù)荷及風(fēng)電功率預(yù)測(cè)偏差，對(duì)并入風(fēng)電前后系統(tǒng)的備用情況差異性進(jìn)行分析，為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了一定參考意見。</p><p>　　文獻(xiàn)[23]提出了能夠應(yīng)對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差、風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差和機(jī)組隨機(jī)停運(yùn)的系統(tǒng)最優(yōu)旋轉(zhuǎn)備用容量確定方法，然后采用蒙特卡洛模擬將提出的方法與原有備用配置方法進(jìn)行了比較

23、。</p><p>　　文獻(xiàn)[24]利用風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差等影響備用容量的不確定因素建立了備用容量和可靠性之間的函數(shù)關(guān)系。但是其缺陷在于確定的函數(shù)關(guān)系太過復(fù)雜，在機(jī)組組合中難以求解。</p><p>　　1.4 本文所做的工作</p><p>　　大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)后，原有的旋轉(zhuǎn)備用容量確定方法已經(jīng)不能滿足電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，系統(tǒng)需要額外安排旋轉(zhuǎn)備用來(lái)應(yīng)對(duì)風(fēng)電帶來(lái)的不確定

24、性。在參開國(guó)內(nèi)外已有研究成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)風(fēng)電接入后如何合理、可靠和經(jīng)濟(jì)的配置旋轉(zhuǎn)備用，本文做了以下研究工作：</p><p>　　1、研究了風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)誤差、負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差和機(jī)組隨機(jī)停運(yùn)的概率特性，并將其統(tǒng)一帶入到停運(yùn)容量概率表中以計(jì)算風(fēng)電接入后發(fā)電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)；</p><p>　　2、研究了電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)與旋轉(zhuǎn)備用容量之間的關(guān)系，并據(jù)此設(shè)置系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量，使得系統(tǒng)各時(shí)段的電

25、力不足概率始終低于一定水平；</p><p>　　3、針對(duì)風(fēng)電波動(dòng)性大的特點(diǎn)，根據(jù)已有的風(fēng)電功率波動(dòng)范圍的研究，設(shè)置一定的下調(diào)旋轉(zhuǎn)備用，以保證當(dāng)風(fēng)力發(fā)電大大多于預(yù)測(cè)值或出現(xiàn)極端波動(dòng)情況時(shí)系統(tǒng)不至于切風(fēng)機(jī)；</p><p>　　4、采用拉格朗日松弛法對(duì)機(jī)組組合模型進(jìn)行求解以比較不同備用配置方案的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，并編制了基于Matlab語(yǔ)言的機(jī)組組合程序。同時(shí)對(duì)算法和程序進(jìn)行部分修改，使其能夠

26、處理帶有下調(diào)備用的機(jī)組組合問題。</p><p>　　5、對(duì)不同的備用配置方案進(jìn)行比較分析，分析了本文可靠性指標(biāo)方法與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用配置方案的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，并討論了下調(diào)備用容量的設(shè)置對(duì)機(jī)組出力及生產(chǎn)成本的影響。</p><p>　　第2章 發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估</p><p>　　電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行是保障連續(xù)穩(wěn)定供電的前提，關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的大局。近些年隨

27、著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)的可靠性問題也顯得尤為重要。二十世紀(jì)六十年代，歐洲、日本、美國(guó)等國(guó)家陸續(xù)遭遇電力系統(tǒng)故障，導(dǎo)致大面積停電，從此學(xué)者們開始專注于電力系統(tǒng)可靠性的研究。1981年，北美電力可靠性委員會(huì)(NERC)在美國(guó)成立，日本和歐洲等當(dāng)時(shí)的電力工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也開展了電力系統(tǒng)可靠性方面的工作。2000年至2001年的美國(guó)加州電力危機(jī)和2003年北美東部史上發(fā)生的最大規(guī)模的電力系統(tǒng)停電事故再次激起了人們對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的研究熱

28、情。在我國(guó)，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)可靠性專業(yè)委員會(huì)于1983年成立，同年成立了的還有電力可靠性管理中心，這些機(jī)構(gòu)開展了我國(guó)早期的電力系統(tǒng)的可靠性統(tǒng)計(jì)和研究工作。進(jìn)入上世紀(jì)90年代，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)的電力系統(tǒng)可靠性研究和應(yīng)用又有了新的發(fā)展。</p><p>　　2.1發(fā)電系統(tǒng)可靠性概述</p><p>　　電力系統(tǒng)可靠性（power system reliability）是

29、指電力系統(tǒng)按一定的質(zhì)量要求和所需要的數(shù)量，安全穩(wěn)定的向電力用戶供電，以滿足其電力以及電能量需求的能力的度量。充裕度和安全性是電力系統(tǒng)可靠性的兩個(gè)方面。充裕度是電力系統(tǒng)滿足電力用戶電力及電能量需求的能力。充裕度又被稱靜態(tài)可靠性，指的是靜態(tài)條件下電力系統(tǒng)滿足電力用戶電力及電能量需求的能力。安全性主要是指電力系統(tǒng)能夠承受突然發(fā)生的破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的擾動(dòng)的能力。相對(duì)于充裕度，電力系統(tǒng)的安全性也被稱為動(dòng)態(tài)可靠性，即動(dòng)態(tài)條件下電力系統(tǒng)能夠承受突

30、然擾動(dòng)，并且安全穩(wěn)定的滿足電力用戶電力以及電能量需求的能力[25]。</p><p>　　電力系統(tǒng)的規(guī)模非常龐大，因此在研究上一般將電力系統(tǒng)可靠性分解為若干部分，包括發(fā)電系統(tǒng)可靠性、發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性、輸電系統(tǒng)可靠性、配電系統(tǒng)可靠性以及發(fā)電廠變電所電氣主接線可靠性等。電力系統(tǒng)的可靠性是用可靠性指標(biāo)來(lái)度量的不同的子系統(tǒng)根據(jù)各自特點(diǎn)有各自專門的可靠性指標(biāo)。</p><p>　　發(fā)電系統(tǒng)可靠性（g

31、enerating system reliability）是對(duì)統(tǒng)一并網(wǎng)后的全部發(fā)電機(jī)組按可接受的一定標(biāo)準(zhǔn)及期望數(shù)量，滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷電力和電能量需求的能力的度量。確定電力系統(tǒng)為滿足用戶的電力及電能需求而所需的發(fā)電容量是研究發(fā)電系統(tǒng)可靠性的主要目的。電力系統(tǒng)所需的發(fā)電容量可以分為靜態(tài)容量和運(yùn)行容量。靜態(tài)容量指的是對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)所需發(fā)電容量的長(zhǎng)期估計(jì)，一般可以考慮為裝機(jī)容量。靜態(tài)容量必須滿足的包括發(fā)電機(jī)組計(jì)劃?rùn)z修、非計(jì)劃?rùn)z修、非預(yù)計(jì)的負(fù)荷增長(zhǎng)

32、和季節(jié)性的降低出力等要求。運(yùn)行容量則是對(duì)能夠滿足一定負(fù)荷水平而所需的實(shí)際發(fā)電容量的短期估計(jì)。靜態(tài)容量和運(yùn)行容量的判別首先是二者考慮的時(shí)間期限不同，而且靜態(tài)容量待確定的量是電力系統(tǒng)的合理裝機(jī)備用；而運(yùn)行備用需要確定的量則是在短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所需要的運(yùn)行備用（包括旋轉(zhuǎn)備用、快速啟動(dòng)機(jī)組及互聯(lián)系統(tǒng)的相互支援等）。在電力系統(tǒng)規(guī)劃階段必須對(duì)上述兩方面都進(jìn)行核算才能評(píng)價(jià)不同的電源發(fā)展方案。在做出決策后，短期容量的需求就成為電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的重中之重。&l

33、t;/p><p>　　充裕度是發(fā)電系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。發(fā)電系統(tǒng)充裕度，是扣除由于機(jī)組計(jì)劃和非計(jì)劃停運(yùn)造成的出力降低后，發(fā)電機(jī)組在額定值和電壓水平的限度內(nèi)滿足用戶電力及電能量需求的能力。傳統(tǒng)上用來(lái)衡量系統(tǒng)裝機(jī)容量充裕度方法有兩個(gè)，即按最大在線機(jī)組容量安排備用或按負(fù)荷的固定百分比來(lái)安排備用，或采用將此二者結(jié)合起來(lái)的方法。這些都屬于確定型的方法，應(yīng)用起來(lái)比較簡(jiǎn)單，主要的依據(jù)是長(zhǎng)期以來(lái)積累的負(fù)荷預(yù)測(cè)資料、發(fā)電系統(tǒng)可靠性資料

34、以及規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)等。若考慮機(jī)組間可靠性水平的差異，使用確定型的方法，難以保證系統(tǒng)在不同的機(jī)組組合狀態(tài)或不同時(shí)段里維持一致的可靠性水平。為此，有學(xué)者考慮從了機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)及其他不確定因素的概率特性，提出了以概率分析為基礎(chǔ)的概率型方法，即電力不足概率法（loss of load probability，LOLP）及電力不足頻率和持續(xù)時(shí)間法（frequency and duration，F(xiàn)&D）。任何發(fā)電系統(tǒng)充裕度估計(jì)的概率方法

35、的基本原理與途徑上都大致相同，它主要由3部分構(gòu)成，如圖2.1所示。</p><p>　　圖2-1 發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析原理示意圖</p><p>　　分別得到發(fā)電系統(tǒng)模型及可靠性負(fù)荷模型并將其結(jié)合形成適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)模型后，遍可計(jì)算出一系列電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。這些可靠性指標(biāo)通常不考慮輸電網(wǎng)絡(luò)的約束，也并不反映某一特定用戶負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電力不足情況，但是能衡量作為一個(gè)整體的發(fā)電系統(tǒng)的充裕度。</

36、p><p>　　2.2停運(yùn)容量概率模型的建立</p><p><b>　　2.2.1安裝容量</b></p><p>　　構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)的各個(gè)元件是發(fā)電機(jī)組。系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電機(jī)組額定容量的總和稱為發(fā)電系統(tǒng)的安裝容量（installed capacity）。安裝容量?jī)H與機(jī)組的額定容量有關(guān)而與機(jī)組狀態(tài)無(wú)關(guān)，表示為：</p><p>

37、<b>　　(1-1)</b></p><p>　　式中，為發(fā)電系統(tǒng)的安裝容量，單位為MW，為機(jī)組的額定容量，單位也為MW。</p><p>　　2.2.2 可用發(fā)電容量</p><p>　　發(fā)電系統(tǒng)的可用發(fā)電容量（available generation capacity）是指系統(tǒng)中所有機(jī)組處于正常可用的狀態(tài)，并能連續(xù)帶滿負(fù)荷的容量。發(fā)電系統(tǒng)

38、的可用發(fā)電容量與機(jī)組的狀態(tài)有關(guān)。對(duì)一臺(tái)機(jī)組來(lái)講，有如下關(guān)系：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　2.2.3停運(yùn)容量</b></p><p>　　當(dāng)一臺(tái)機(jī)組處于停運(yùn)狀態(tài)時(shí)，將其不能連續(xù)帶負(fù)荷的容量定義為該機(jī)組的停運(yùn)容量（outage capacity），對(duì)一臺(tái)機(jī)組來(lái)說，有如下關(guān)系：&

39、lt;/p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　根據(jù)上述定義，可知對(duì)于系統(tǒng)中某一臺(tái)機(jī)組有如下關(guān)系：</p><p>　　ICi（安裝容量）=ACi（可用容量）+OCi（停運(yùn)容量） (2-4)</p><p>　　對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)有如下關(guān)系：</p><p>　　ICs（安裝容量）

40、=ACs（可用容量）+OCs（停運(yùn)容量） (2-5)</p><p>　　若發(fā)電廠采用的是單母線系統(tǒng)，那么系統(tǒng)的可用容量為</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　系統(tǒng)的停運(yùn)容量OCs為</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p&

41、gt;　　2.2.4采用遞推公式建立模型</p><p>　　1.確切狀態(tài)概率公式</p><p>　　某發(fā)電系統(tǒng)新增一臺(tái)機(jī)組后，其停運(yùn)容量為X的概率可按下式計(jì)算：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　式中，C為新增加機(jī)組的容量，單位MW；r為新增機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)率，可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料等獲得；

42、為系統(tǒng)新增機(jī)組后停運(yùn)容量為的概率；為原系統(tǒng)停運(yùn)容量為的概率。</p><p>　　對(duì)第一臺(tái)機(jī)組，，當(dāng)X<C時(shí)，。</p><p>　　式(2-8)推導(dǎo)如下：</p><p>　　記系統(tǒng)增加一臺(tái)機(jī)組后停運(yùn)容量為的事件為A事件， A事件的子事件是A1A2；記系統(tǒng)增加機(jī)組前停運(yùn)容量為的事件為B1事件，增加一臺(tái)機(jī)組前系統(tǒng)停運(yùn)容量為的事件為B2事件；新增機(jī)組的停運(yùn)容量為

43、0時(shí)記為事件C0，新增機(jī)組停運(yùn)容量為C時(shí)記為事件C1。則有</p><p><b>　　。</b></p><p>　　事件A，B，C有如下關(guān)系：</p><p><b>　　即。</b></p><p>　　2.積累狀態(tài)概率公式</p><p>　　若系統(tǒng)原有若干機(jī)組，后又

44、新增加一臺(tái)機(jī)組，則新增機(jī)組后系統(tǒng)停運(yùn)容量為的積累概率狀態(tài)為</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　本式所用符號(hào)r，C與上式相同。</p><p><b>　　2.3 負(fù)荷模型</b></p><p>　　負(fù)荷模型是發(fā)電系統(tǒng)可靠性估計(jì)中的基本模型之一，既可用不同階段的負(fù)荷

45、曲線表示，也可以用每月、每天、每小時(shí)的負(fù)荷分別表示。負(fù)荷是通過負(fù)荷預(yù)測(cè)得到的，而負(fù)荷預(yù)測(cè)不能保證完全準(zhǔn)確，存在一定的誤差，因此負(fù)荷尚存在一定的不確定性。有兩種方法可以處理負(fù)荷的不確定性：一種是按負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果中的尖峰負(fù)荷計(jì)算可靠性指標(biāo)，再用尖峰負(fù)荷出現(xiàn)的概率對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)平均處理；另一種方法則是把預(yù)測(cè)負(fù)荷看成服從某一概率分布的隨機(jī)變量，求出它的數(shù)學(xué)期望和方差。這樣處理后，求得的可靠性指標(biāo)也是隨機(jī)變量，其數(shù)學(xué)期望值和方差也可根據(jù)停運(yùn)容

46、量概率模型和預(yù)測(cè)負(fù)荷模型求出。</p><p>　　發(fā)電系統(tǒng)的可靠性估計(jì)中，可以采用兩種方法：一是采用積累負(fù)荷模型和確切停運(yùn)容量模型；或者采用確切的負(fù)荷模型和積累停運(yùn)容量模型。后者計(jì)算較為簡(jiǎn)便，并且計(jì)算公式與停運(yùn)容量模型的計(jì)算公式非常相似。</p><p>　　2.4發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)</p><p>　　評(píng)價(jià)發(fā)電系統(tǒng)的重要依據(jù)是可靠性指標(biāo)，下面列舉了使用最為廣泛的

47、幾個(gè)可靠性指標(biāo)。這些可靠性指標(biāo)被許多國(guó)家應(yīng)用來(lái)評(píng)價(jià)其發(fā)電系統(tǒng)可靠性，具有很強(qiáng)的代表性。</p><p>　　(1)電力不足概率(Loss of Load Probability)</p><p>　　電力不足概率簡(jiǎn)稱LOLP，是指系統(tǒng)有效發(fā)電容量不能滿足負(fù)荷需要的時(shí)間概率。即：</p><p><b>　　(2-10)</b></p>

48、;<p>　　其中為停運(yùn)容量，為系統(tǒng)的備用容量。</p><p>　　工程上應(yīng)用的通常是電力不足期望值(LOLE)而不是電力不足概率指標(biāo)(LOLP)，但兩個(gè)指標(biāo)在本質(zhì)上是一樣的，在大多數(shù)文獻(xiàn)中對(duì)其并沒有做嚴(yán)格區(qū)分。電力不足期望值的具體表達(dá)式為：</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　若負(fù)荷模型采用的

49、是日最大負(fù)荷作為年持續(xù)負(fù)荷曲線，那么式（2-11）中的T為365天，電力不足期望值的單位為天/年；如果負(fù)荷模型采用的是日負(fù)荷曲線，那么式（2-11）中的T為8760小時(shí)，此時(shí)電力不足期望值的單位則為小時(shí)/年。當(dāng)采用的負(fù)荷模型為日負(fù)荷曲線時(shí)，電力不足期望值對(duì)系統(tǒng)具體情況如系統(tǒng)內(nèi)水火電比例和系統(tǒng)大小等等并十分不敏感。LOLP實(shí)際上是指電力不足的期望時(shí)間，也稱為電力不足風(fēng)險(xiǎn)，LOLP能判斷系統(tǒng)裝機(jī)容量不能夠滿足負(fù)荷需要時(shí)間的概率。LOLP概念

50、清楚，計(jì)算簡(jiǎn)單，在考慮了負(fù)荷曲線特點(diǎn)、可靠性要求及區(qū)域差異后，有關(guān)研究指出我國(guó)LOLP標(biāo)準(zhǔn)可以設(shè)定為12小時(shí)/年。</p><p>　　(2) 電量不足期望值(Expected Energy Not Supplied)</p><p>　　電量不足期望值即EENS，指的是由于機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)等原因?qū)е孪到y(tǒng)的可用容量不足而無(wú)法滿足用戶電能需求量的期望值，是電量不足概率法的另一種表示方式，用公式可

51、以描述為：</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　式中為裕度的概率，可將上式變?yōu)椋?lt;/p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　式中為研究周期，單位為。EENS是使用戶損失的用電量，所以用來(lái)計(jì)算停電損失。</p><p&g

52、t;　　(3) 電量不足概率(Loss of Energy Probability)</p><p>　　電量不足概率即LOEP。電量不足概率法考慮的是由于預(yù)測(cè)尖峰負(fù)荷超過系統(tǒng)可用發(fā)電容量而使用戶無(wú)法得到供給的電量。電量不足概率法的可靠性指標(biāo)記為L(zhǎng)OEP，是由于預(yù)測(cè)尖峰負(fù)荷超過系統(tǒng)可用發(fā)電容量而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法供給負(fù)荷的電量與需要系統(tǒng)供給負(fù)荷的總電量的比值。</p><p>　　(4) 頻率及

53、持續(xù)時(shí)間(Frequency and Duration)</p><p>　　有些行業(yè)的電力用花如化工、冶金等對(duì)停電事故的頻次很敏感。因此在70年代中期有關(guān)學(xué)者提出同樣應(yīng)采用停電事故的頻率及持續(xù)時(shí)間作為發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。頻率和持續(xù)時(shí)間法，簡(jiǎn)稱F&D，相比之前介紹的幾種方法，其所用的停運(yùn)容量模型和負(fù)荷模型一般要考慮日負(fù)荷曲線的變化，因此更為精確。頻率主要是指系統(tǒng)不能滿足用戶電力需求的事件在某一單位事件內(nèi)重

54、復(fù)出現(xiàn)次數(shù)的期望值。而持續(xù)時(shí)間則是指系統(tǒng)有效容量不能滿足負(fù)荷需求狀態(tài)的期望時(shí)間。系統(tǒng)停電累積頻率可以表示為：</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　停電持續(xù)時(shí)間D定義為:</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　此方法的缺點(diǎn)在于要求的數(shù)據(jù)

55、太多，而且計(jì)算復(fù)雜，因此其在工程上沒有其他幾個(gè)指標(biāo)應(yīng)用普遍。</p><p>　　2.5電力不足概率的計(jì)算</p><p>　　目前，電力不足概率法是發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估中被最廣泛采用的方法。本文研究的是計(jì)及風(fēng)力發(fā)電的旋轉(zhuǎn)備用容量問題，采用的負(fù)荷模型是每小時(shí)的預(yù)測(cè)負(fù)荷，因此采用LOLP的可靠性指標(biāo)更加合理。</p><p>　　得到機(jī)組容量停運(yùn)表后，電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)

56、LOLP可由下式計(jì)算得到：</p><p><b>　　(2-16)</b></p><p>　　式中為停運(yùn)容量，為旋轉(zhuǎn)備用容量。</p><p>　　2.6 可靠性指標(biāo)與備用容量的關(guān)系</p><p>　　確保電力供應(yīng)的可靠性關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的大局，是至關(guān)重要的問題。近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)，但電力系統(tǒng)裝機(jī)

57、容量卻出現(xiàn)了相對(duì)不足的情況，許多省份電力供不應(yīng)求，甚至需要拉閘限電，制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在電力系統(tǒng)中配置備用的目的主要是為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、減少停電事故，因此備用對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行起著重要的作用。電力系統(tǒng)備用容量與其可靠性水平之間緊密相關(guān)，對(duì)系統(tǒng)可靠性水平的評(píng)估可以作為調(diào)整備用容量的依據(jù)。上述的各種指標(biāo)各有其特點(diǎn)，雖然分別有各自的優(yōu)勢(shì)和局限性，但卻分別從不同的角度反映了系統(tǒng)的可靠性情況。在實(shí)踐中，往往是通過多個(gè)指標(biāo)來(lái)描述一個(gè)系

58、統(tǒng)可靠性的各個(gè)方面，使這些可靠性指標(biāo)之間可以相互彌補(bǔ)。</p><p>　　目前，電力不足概率法是評(píng)估發(fā)電系統(tǒng)可靠性最普遍采用的方法。本文在對(duì)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估時(shí)采用的是基于負(fù)荷預(yù)測(cè)的每小時(shí)的負(fù)荷曲線，因而采用電力不足概率評(píng)估更為合適。</p><p>　　根據(jù)圖2-2可以看出，電力不足概率LOLP隨著旋轉(zhuǎn)備用容量的增加而減小，當(dāng)旋轉(zhuǎn)備用容量較小時(shí)，電力不足概率LOLP較大，表明系統(tǒng)可靠性很

59、低。隨著旋轉(zhuǎn)備用容量的增多，電力不足概率LOLP逐漸減小并趨近于0，表明電力系統(tǒng)可靠性較高，但此時(shí)系統(tǒng)備用所對(duì)應(yīng)的成本也會(huì)相應(yīng)增加。</p><p>　　圖2-2 旋轉(zhuǎn)備用容量與電力不足概率關(guān)系</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　研究發(fā)電系統(tǒng)可靠性的主要是為了確定電力系統(tǒng)所需的發(fā)電容量，使其能夠滿足負(fù)荷電力和電能的需

60、求。評(píng)估發(fā)電系統(tǒng)可靠性需建立機(jī)組容量概率模型和負(fù)荷模型，兩者的綜合即可求出可靠性指標(biāo)。發(fā)電系統(tǒng)可靠性廣泛應(yīng)用于犀利系統(tǒng)的中長(zhǎng)期電源規(guī)劃和運(yùn)行規(guī)劃。備用的配置主要是為了提高系統(tǒng)的可靠性、減少停電事故，對(duì)電力系統(tǒng)的安全性、可靠性起著非常重要的作用。電力系統(tǒng)的可靠性水平與備用容量之間緊密相關(guān)，通過評(píng)估電力系統(tǒng)可靠性水平可以調(diào)整備用容量以使系統(tǒng)滿足可靠性的要求。</p><p>　　第3章 計(jì)及風(fēng)力發(fā)電不確定性的旋轉(zhuǎn)備用

61、容量</p><p>　　近年來(lái)，隨著煤、石油等化石能源的枯竭，環(huán)保呼聲日益高漲。在此背景下，風(fēng)能由于其清潔可再生能源，受到了高度重視。目前我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)迅速，在有些省份和地區(qū)在系統(tǒng)裝機(jī)總?cè)萘恐幸颜驾^大比例。但由于我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)普遍薄弱，而風(fēng)電場(chǎng)一般都比較偏僻，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，加之風(fēng)電出力具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和間歇性，因此電網(wǎng)中若大規(guī)模接入風(fēng)電必然會(huì)使系統(tǒng)面臨的不確定性加大，給系統(tǒng)的運(yùn)行及調(diào)度帶來(lái)一系列安全挑戰(zhàn)。

62、旋轉(zhuǎn)備用是為了應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中的負(fù)荷波動(dòng)及機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)等不確定因素、保證系統(tǒng)的可靠性而配置的。在大規(guī)模風(fēng)電接入后，為保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，系統(tǒng)需要安排額外的旋轉(zhuǎn)備用容量以應(yīng)對(duì)風(fēng)電帶來(lái)的不確定性，維持系統(tǒng)的功率平衡和運(yùn)行穩(wěn)定。如前所述，旋轉(zhuǎn)備用配置是系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間統(tǒng)一協(xié)調(diào)決策的問題，大規(guī)模風(fēng)電介入后，針對(duì)風(fēng)電出力的特點(diǎn)怎樣配置合適的備用，保證系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，成為風(fēng)電場(chǎng)接入后機(jī)組組合問題的研究焦點(diǎn)[26]。</p>&

63、lt;p>　　3.1 傳統(tǒng)機(jī)組組合模型及備用約束</p><p>　　與常規(guī)火電機(jī)組相比，風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行成本可以忽略不計(jì)，因此在考慮有風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題時(shí)，可以只考慮常規(guī)火電機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用啟停成本，含有風(fēng)力發(fā)電電力系統(tǒng)的機(jī)組組合模型可以表達(dá)為：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中是機(jī)組在時(shí)

64、段的發(fā)電成本，可用二次函數(shù)表示， ，和為機(jī)組i的成本系數(shù)；為i機(jī)組的啟動(dòng)費(fèi)用。 </p><p><b>　　1.2 約束條件</b></p><p>　　1) 功率平衡約束：</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　式中為機(jī)組在時(shí)段的出力，為風(fēng)電機(jī)組t時(shí)刻的出力，為時(shí)段

65、系統(tǒng)的負(fù)荷需求。</p><p>　　2) 機(jī)組出力上下限約束</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　式中，分別為機(jī)組的出力上下限。</p><p>　　3) 最小開停機(jī)時(shí)間約束</p><p><b>　　(3-4)</b></p>

66、<p>　　式中， 分別為機(jī)組i在t時(shí)段已經(jīng)運(yùn)行和已經(jīng)停機(jī)的時(shí)間，，分別為機(jī)組i最小開停機(jī)停運(yùn)時(shí)間約束。</p><p><b>　　4) 旋轉(zhuǎn)備用約束</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　式中為系統(tǒng)t時(shí)段的旋轉(zhuǎn)備用容量。</p><p>　　式

67、（3-5）的約束保證了系統(tǒng)在每個(gè)優(yōu)化時(shí)段都能留有足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量。傳統(tǒng)的備用容量一般為負(fù)荷的固定比率或者最大在線機(jī)組的容量。這兩種方法雖然分別側(cè)重于負(fù)荷波動(dòng)和機(jī)組的隨機(jī)強(qiáng)迫停運(yùn)，但都比較簡(jiǎn)單，因此在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。但是如果考慮不同機(jī)組的停運(yùn)率及不同時(shí)段負(fù)荷波動(dòng)情況的不同，在不同時(shí)段和不同機(jī)組組合狀態(tài)下這種傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用確定方法不能保證系統(tǒng)的可靠性保持在一定水平，而且往往在經(jīng)濟(jì)性上也不是最優(yōu)的。</p><p

68、>　　隨著風(fēng)電接入規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電出力的波動(dòng)性和間歇性給系統(tǒng)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的方法不一定能滿足新形勢(shì)下系統(tǒng)可靠性的要求。當(dāng)系統(tǒng)接入風(fēng)電比例較小時(shí)，風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)及預(yù)測(cè)誤差對(duì)系統(tǒng)影響并不大。然而隨著風(fēng)機(jī)容量的不斷增大、系統(tǒng)接入風(fēng)電規(guī)模的逐年增加，風(fēng)力發(fā)電給系統(tǒng)所帶來(lái)的額外風(fēng)險(xiǎn)已不容忽視。</p><p>　　3.2 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)及其不確定性的處理</p><p>　　3.2.

69、1風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電先是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后再由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電。根據(jù)目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組的容量相當(dāng)有限，一般每一個(gè)機(jī)組的裝機(jī)容量在0.5~2MW之間，而通常由上百個(gè)單獨(dú)的小機(jī)組構(gòu)成一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，這就是風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)火電機(jī)組的區(qū)別所在。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電具有波動(dòng)性和間歇性等特點(diǎn)，其不確定性具體表現(xiàn)為：</p><p

70、>　　(1)原動(dòng)力不可控。風(fēng)力發(fā)電是以自然存在的風(fēng)為原動(dòng)力。自然風(fēng)受氣象和地理?xiàng)l件的影響比較明顯，難以控制，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)很難對(duì)風(fēng)電機(jī)組的出力進(jìn)行大范圍調(diào)節(jié)，因此在調(diào)度上一般將風(fēng)力發(fā)電看作是負(fù)的負(fù)荷。</p><p>　　(2)輸出不穩(wěn)定。自然風(fēng)的波動(dòng)性、間歇性導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的功率輸出具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，而且現(xiàn)有預(yù)測(cè)技術(shù)還難以滿足工程需要。一般認(rèn)為風(fēng)電機(jī)組只能向用戶提供電力，而不能為系統(tǒng)增加有效的發(fā)電容量。有研

71、究表明，風(fēng)電場(chǎng)的容量因子，即實(shí)際發(fā)電時(shí)間總和與系統(tǒng)總的正常時(shí)間的比值僅為1/3。</p><p>　　(3)從電網(wǎng)的角度看，將風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)相當(dāng)于給電網(wǎng)接入一個(gè)擾動(dòng)源，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行產(chǎn)生影響。</p><p>　　3.2.2 風(fēng)力發(fā)電對(duì)發(fā)電計(jì)劃及經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響</p><p>　　傳統(tǒng)發(fā)電計(jì)劃的制定和實(shí)施之所以可靠，是由于系統(tǒng)內(nèi)電源的可靠性及負(fù)荷預(yù)測(cè)的精確性。但

72、是，風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)后，由于風(fēng)電出力預(yù)測(cè)誤差較大（大約在25%~40%左右[27]），如果單一按風(fēng)電預(yù)測(cè)出力來(lái)安排發(fā)電計(jì)劃，發(fā)電計(jì)劃的可靠性無(wú)法保證。在制定發(fā)電計(jì)劃時(shí)風(fēng)力發(fā)電帶來(lái)的困難是如果把風(fēng)電場(chǎng)的出力看作負(fù)的負(fù)荷，其預(yù)測(cè)精度無(wú)法保證；而如果將其它看作電源，其又不能提供穩(wěn)定輸出。</p><p>　　風(fēng)電大規(guī)模接入電網(wǎng)將會(huì)給電力系統(tǒng)的調(diào)度和運(yùn)行帶來(lái)巨大困難。在研究大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)電力調(diào)度運(yùn)行產(chǎn)生的影響時(shí)，國(guó)內(nèi)外研

73、究文獻(xiàn)一致認(rèn)為，對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度及運(yùn)行造成最主要影響的是風(fēng)電的波動(dòng)性，系統(tǒng)擁有足夠的靈活的調(diào)節(jié)容量是系統(tǒng)能夠大規(guī)模接納風(fēng)電的先決條件之一。更深入的研究表明，在大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)后，系統(tǒng)秒至分鐘級(jí)的自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)容量需求并沒有明顯增加，但隨著風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘康脑黾尤諆?nèi)的旋轉(zhuǎn)備用容量需求而顯著增長(zhǎng)。</p><p>　　風(fēng)電運(yùn)行波動(dòng)性強(qiáng)，不確定性大，很多時(shí)刻其功率波動(dòng)會(huì)與負(fù)荷波動(dòng)呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，也就是說在負(fù)荷

74、低谷時(shí)段可能風(fēng)速較快而滿發(fā)，但到了負(fù)荷高峰期需要其提供功率時(shí)又可能無(wú)風(fēng)可發(fā)。同時(shí)風(fēng)電功率變化速率較快，還需要系統(tǒng)提供足夠快調(diào)峰頻率。風(fēng)電的運(yùn)行進(jìn)一步拉大了電網(wǎng)的峰谷差，相當(dāng)于產(chǎn)生了“削谷填峰”的效果，因此有必要留取充足的上調(diào)及下調(diào)旋轉(zhuǎn)備用容量來(lái)應(yīng)對(duì)風(fēng)電的接入。</p><p>　　3.2.3 風(fēng)力發(fā)電不確定性的處理</p><p>　　傳統(tǒng)調(diào)度中的不確定因素主要是指機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)及負(fù)荷波動(dòng)

75、。風(fēng)電加入后，調(diào)度中的不確定因素進(jìn)一步增多。因此，研究不確定因素的概率特性就成為關(guān)鍵所在。</p><p><b>　　1）負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差</b></p><p>　　負(fù)荷預(yù)測(cè)并不能保證百分之百準(zhǔn)確，預(yù)測(cè)負(fù)荷和實(shí)際負(fù)荷往往存在偏差，可以表示為：</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p

76、>　　其中和分別為t時(shí)段負(fù)荷的實(shí)際值和負(fù)荷預(yù)測(cè)值，為t時(shí)段負(fù)荷預(yù)測(cè)的誤差，該誤差為服從均值為0，方差為的正態(tài)分布的隨機(jī)變量[28]。根據(jù)文獻(xiàn)[29-30]的研究，可由下式計(jì)算：</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　式中k的值一般取1。</p><p>　　2） 風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)誤差</p><

77、;p>　　近年來(lái)，隨著研究的不斷深入，風(fēng)速和風(fēng)電場(chǎng)輸出功率短期預(yù)測(cè)技術(shù)不斷進(jìn)步，預(yù)測(cè)精度也在提高。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明風(fēng)速的概率分布屬于威布爾（weibull）分布，可將其看作服從威布爾分布的隨機(jī)變量。由風(fēng)速和風(fēng)電機(jī)組出力之間關(guān)系的可知，單一某臺(tái)風(fēng)機(jī)的出力并不服從正態(tài)分布。然而，有研究表明，當(dāng)在地理位置上分散分布著大量的風(fēng)電機(jī)組時(shí)，他們總的出力預(yù)測(cè)誤差可認(rèn)為近似服從正態(tài)分布。本文假設(shè)在各時(shí)段的風(fēng)電出力預(yù)測(cè)值已知，且其預(yù)測(cè)誤差服從均值0，

78、方差為的正態(tài)分布[31]，可表示為：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　式中和分別為風(fēng)電出力的實(shí)際值和預(yù)測(cè)值，為風(fēng)電的預(yù)測(cè)誤差，同負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差一樣，也是服從均值為0，方差為的正態(tài)分布的隨機(jī)變量。根據(jù)文獻(xiàn)[32]，風(fēng)電出力預(yù)測(cè)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差可由下式得到：</p><p><b>　　(3-9)</b

79、></p><p>　　式中為風(fēng)電場(chǎng)的總裝機(jī)容量。</p><p>　　根據(jù)正態(tài)分布的性質(zhì)，兩個(gè)服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量的和的分布仍服從正態(tài)分布，因此全網(wǎng)的預(yù)測(cè)偏差可表示為：</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　式中為全網(wǎng)實(shí)際總負(fù)荷需求。為系統(tǒng)總的預(yù)測(cè)負(fù)荷需求，為全網(wǎng)總需求預(yù)測(cè)誤差，

80、服從均值為0，方差為的正態(tài)分布。</p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　由于負(fù)荷預(yù)測(cè)值與風(fēng)電預(yù)測(cè)出力已知，所以現(xiàn)在負(fù)荷波動(dòng)的概率特性就已經(jīng)得到，而且其中已經(jīng)包含了風(fēng)電出力的不確定性。</p><p>　　3） 引入預(yù)測(cè)偏差的

81、機(jī)組停運(yùn)容量表</p><p>　　得到風(fēng)電及負(fù)荷出力的不確定性之后，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的負(fù)荷模型和停運(yùn)容量概率模型就已經(jīng)得到。但由于考慮了負(fù)荷及風(fēng)力發(fā)電的不確定性，負(fù)荷模型此時(shí)也是隨機(jī)變量，因此須將其做以下處理：</p><p>　　系統(tǒng)總的預(yù)測(cè)誤差服從正態(tài)分布，由于正態(tài)分布屬于連續(xù)型概率分布，在計(jì)算時(shí)比較復(fù)雜，因此可以對(duì)其做近似離散處理成m段，將其視作多狀態(tài)機(jī)組，引入到機(jī)組容量表的計(jì)算中。離

82、散處理時(shí)m的取值越大則計(jì)算越精確，但計(jì)算量也越大，本文取m=7，如圖3-1。</p><p>　　圖3-1 離散處理的風(fēng)電出力預(yù)測(cè)誤差</p><p>　　經(jīng)過離散處理后，系統(tǒng)總的負(fù)荷偏差有了m個(gè)具體的出力值及對(duì)應(yīng)的概率密度。將其看作多狀態(tài)機(jī)組后，各個(gè)狀態(tài)的出力值等效于停運(yùn)容量，相應(yīng)的概率等效于機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)率，這樣就可以把負(fù)荷預(yù)測(cè)帶入到機(jī)組停運(yùn)容量表的計(jì)算中。此時(shí)算得的機(jī)組停運(yùn)容量表中已

83、包含了負(fù)荷及風(fēng)力發(fā)電的不確定性，而負(fù)荷模型則為預(yù)測(cè)負(fù)荷的確定型模型。</p><p>　　3.3 計(jì)及風(fēng)力發(fā)電的旋轉(zhuǎn)備用容量</p><p>　　3.3.1 上調(diào)備用</p><p>　　圖3-2 旋轉(zhuǎn)備用容量與電力不足概率關(guān)系</p><p>　　將負(fù)荷及風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差做離散處理后，風(fēng)電接入系統(tǒng)的可靠性水平及其與旋轉(zhuǎn)備用的關(guān)系也就已經(jīng)確定，見

84、圖3-2。由圖3-2可知，由于風(fēng)力發(fā)電誤差及機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)率已知且確定，因此系統(tǒng)的可靠性水平僅與旋轉(zhuǎn)備用容量相關(guān)。</p><p>　　定義為使系統(tǒng)在t時(shí)段滿足式（3-12）要求的最小備用容量。</p><p><b>　　(3-12)</b></p><p>　　式中LOLP為系統(tǒng)電力不足概率，為提前設(shè)定的電力不足概率基準(zhǔn)值。</p>

85、;<p>　　由此可將原有模型的旋轉(zhuǎn)備用約束替代為式（3-13）。</p><p><b>　　(3-13)</b></p><p>　　式中即為系統(tǒng)t時(shí)段滿足電力不足概率LOLP小于某一風(fēng)險(xiǎn)水平的最小備用容量。</p><p>　　依靠可靠性指標(biāo)確定的旋轉(zhuǎn)備用容量約束相比原有的確定性方法考慮了機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)及風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)誤差所具有

86、的概率特性，能夠保證系統(tǒng)在某一時(shí)段的可靠性水平始終高于一定水平，因此更加科學(xué)。</p><p>　　3.3.2 下調(diào)備用</p><p>　　風(fēng)能的特點(diǎn)是波動(dòng)性大，間歇性及時(shí)空分布不確定性強(qiáng)，這導(dǎo)致了風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)功率瞬時(shí)突變。從目前國(guó)內(nèi)已并網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行特性來(lái)看，風(fēng)電場(chǎng)出力經(jīng)常能在數(shù)分鐘之內(nèi)就產(chǎn)生幾百兆瓦的升降，很容易造成省際聯(lián)絡(luò)線的功率產(chǎn)生較大偏差以及系統(tǒng)的頻率突變[33]。同時(shí)，由于

87、風(fēng)電預(yù)測(cè)精度仍較差，如果出現(xiàn)風(fēng)電功率多于預(yù)測(cè)值且相差較大的情況，那根據(jù)預(yù)測(cè)值做出的發(fā)電計(jì)劃無(wú)法保證系統(tǒng)的可靠性水平。因此，為了應(yīng)對(duì)大規(guī)模風(fēng)電功率波動(dòng)，系統(tǒng)中不僅要維持的正向旋轉(zhuǎn)備用容量，同時(shí)也要留有充足的下調(diào)旋轉(zhuǎn)備用容量，以保證當(dāng)風(fēng)電出力低于預(yù)測(cè)值時(shí)，系統(tǒng)有足夠的上調(diào)備用不至于失負(fù)荷，當(dāng)風(fēng)電出力高于預(yù)測(cè)值時(shí)，系統(tǒng)有足夠的下調(diào)備用保證不至于切風(fēng)機(jī)。</p><p>　　系統(tǒng)的下調(diào)備用一般來(lái)講都比較充足，但由于風(fēng)電加

88、入后系統(tǒng)不確定性增大，可能出現(xiàn)風(fēng)電出力遠(yuǎn)超預(yù)測(cè)值的極端情況。而且由于風(fēng)電的反調(diào)峰特性，有些時(shí)段可能出現(xiàn)風(fēng)電出力大而火電機(jī)組出力小的情況，風(fēng)電不確定性對(duì)系統(tǒng)影響更加明顯，因此有必要在機(jī)組組合模型中增加下調(diào)備用約束，保證系統(tǒng)每個(gè)時(shí)段都有足夠的下調(diào)備用。根據(jù)研究，預(yù)測(cè)負(fù)荷的波動(dòng)在3倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)的概率為99.7%。也就是說，當(dāng)備用容量配置為(為系統(tǒng)總預(yù)測(cè)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差)時(shí)，系統(tǒng)基本可以滿足負(fù)荷高于或低于預(yù)測(cè)值的波動(dòng)。根據(jù)此研究結(jié)果，文獻(xiàn)[34]

89、據(jù)此根據(jù)一定置信水平給定了配置備用的原則。文獻(xiàn)[35]考慮到風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差極端情況出現(xiàn)較多，也就是其概率分布的尾部與正態(tài)分布相比要更長(zhǎng)，因此將備用容量設(shè)為，使系統(tǒng)滿足負(fù)荷波動(dòng)的概率更高。根據(jù)以上研究，可以將風(fēng)電接入系統(tǒng)的下調(diào)備用設(shè)置為，這樣可以基本滿足當(dāng)風(fēng)電出力大于預(yù)測(cè)值時(shí)有足夠的下調(diào)備用。系統(tǒng)的下調(diào)備用約束可以表示為：</p><p><b>　　(3-14)</b></p>

90、<p>　　式中為系統(tǒng)的下調(diào)備用。</p><p>　　由此，風(fēng)電接入系統(tǒng)的機(jī)組組合模型可以重新表達(dá)為：</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p><b>　　約束條件</b></p><p>　　1) 功率平衡約束：</p><p>&

91、lt;b>　　(3-16)</b></p><p>　　2) 機(jī)組出力上下限約束</p><p><b>　　(3-17)</b></p><p>　　3) 最小開停機(jī)時(shí)間約束</p><p><b>　　(3-18)</b></p><p><b&g

92、t;　　4) 旋轉(zhuǎn)備用約束</b></p><p><b>　　(3-19)</b></p><p><b>　　(3-20)</b></p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　以往影響機(jī)組組合的問題不確定因素主要是機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)和負(fù)荷，但加入風(fēng)

93、電后，系統(tǒng)的不確定因素進(jìn)一步增加。本章考慮了機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)以及負(fù)荷和風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的概率特性，并將其統(tǒng)一代入到停運(yùn)容量表的計(jì)算中，這樣得出的停運(yùn)容量表中就包含了風(fēng)電和負(fù)荷的預(yù)測(cè)誤差，所計(jì)算出的電力不足概率也就包含了風(fēng)電所帶來(lái)的不確定性。然后根據(jù)系統(tǒng)每個(gè)時(shí)段滿足某一可靠性水平所要求的最低旋轉(zhuǎn)備用容量作為系統(tǒng)的最小上調(diào)備用容量，將3.5倍系統(tǒng)總預(yù)測(cè)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差作為系統(tǒng)最小下調(diào)備用容量。經(jīng)過配置后系統(tǒng)具備了足夠的旋轉(zhuǎn)備用可以保證當(dāng)風(fēng)力發(fā)電小于預(yù)測(cè)

94、值時(shí)有足夠的備用保證不失負(fù)荷，使各時(shí)段電力不足概率始終低于一定水平，同時(shí)保證在風(fēng)電大于預(yù)測(cè)值時(shí)有足夠下調(diào)備用保證不切風(fēng)機(jī)。</p><p>　　第4章 采用拉格朗日松弛法對(duì)模型進(jìn)行求解</p><p>　　在當(dāng)今的大規(guī)模電力系統(tǒng)中，眾多具有不同的成本特性和運(yùn)行、技術(shù)約束條件的發(fā)電機(jī)組構(gòu)成了發(fā)電資源。同時(shí)，電力負(fù)荷隨著各種因素的影響呈現(xiàn)周期性波動(dòng)的特性。為了實(shí)現(xiàn)電力供需平衡，更加合理地利用發(fā)

95、電資源，預(yù)先對(duì)發(fā)電機(jī)組的啟停狀態(tài)和出力情況進(jìn)行調(diào)度安排是很有必要的。這個(gè)問題可以表述為在一定的調(diào)度周期內(nèi)，通過合理安排機(jī)組狀態(tài)、出力及開停機(jī)時(shí)間，在使得系統(tǒng)滿足負(fù)荷、備用以及機(jī)組自身運(yùn)行技術(shù)條件約束的基礎(chǔ)上使整個(gè)系統(tǒng)的總運(yùn)行費(fèi)用最小，這也就是機(jī)組組合問題[36]。</p><p>　　機(jī)組組合(Unit Commitment) 是日發(fā)電計(jì)劃首先需要解決的問，指的是系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)機(jī)組在每個(gè)調(diào)度時(shí)段上開停機(jī)狀態(tài)及機(jī)組出力

96、的優(yōu)化。由于各個(gè)調(diào)度時(shí)段內(nèi)的負(fù)荷不斷變化，由功率平衡約束可知各時(shí)段的機(jī)組組合及出力水平也各有不同。同時(shí)，各個(gè)不同時(shí)段的機(jī)組組合狀態(tài)之間并不是孤立的，而是存在著耦合聯(lián)系，這也就成為解決機(jī)組組合問題的難點(diǎn)。一般孤立的根據(jù)各單一時(shí)段的負(fù)荷水平尋求出的最優(yōu)組合不一定是整體上的最優(yōu)解，應(yīng)在整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)對(duì)整體決策進(jìn)行機(jī)組狀態(tài)的優(yōu)化組合。</p><p>　　機(jī)組組合問題的研究可以帶來(lái)非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)有關(guān)研究，機(jī)組組

97、合的經(jīng)濟(jì)效益可以達(dá)到1%一2.5%[37]。現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模非常龐大，即使優(yōu)化0.5%的費(fèi)用也會(huì)得到相當(dāng)可觀的收益，因此怎樣合理有效地解決機(jī)組組合問題多年來(lái)一直是非常重要的研究課題之一。</p><p>　　4.1 拉格朗日松弛法解決傳統(tǒng)機(jī)組組合問題的原理</p><p>　　拉格朗日松弛法的基本原理是把造成問題難求解的約束條件吸收到目標(biāo)函數(shù)中，使得問題容易求解。應(yīng)用在機(jī)組組合的問題中，

98、就是將機(jī)組組合問題中耦合的約束條件，如有功功率平衡約束以及備用約束等通過拉格朗日乘子的方式寫成目標(biāo)函數(shù)的懲罰項(xiàng)，即進(jìn)行松弛。經(jīng)過松弛后，原問題的求解難度大大減少，求解得到的對(duì)偶問題的解是原問題最優(yōu)解的一個(gè)下界，當(dāng)對(duì)偶問題與原問題的對(duì)偶間隙小于一定值時(shí)則認(rèn)為對(duì)偶問題的解就是原問題的最優(yōu)解。</p><p>　　對(duì)于式(3-l)至式(3-6)所表達(dá)的機(jī)組組合問題，可以將式(3-2)、(3-3)描述的系統(tǒng)功率平衡約束和

99、負(fù)荷備用約束進(jìn)行松弛，松弛后即可得到原機(jī)組組合問題的拉格朗日松弛問題，表示為：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　式中，為系統(tǒng)t優(yōu)化時(shí)段用來(lái)滿足系統(tǒng)有功功率平衡約束的拉格朗日乘子，為系統(tǒng)t優(yōu)化時(shí)段用來(lái)滿足系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束的拉格朗日乘子。</p><p>　　為了得到最接近原機(jī)組組合問題最優(yōu)解的下界，需要求解拉格

100、朗日松弛問題，使得此下界最大化，從而最接近原機(jī)組組合問題的最優(yōu)解： </p><p><b>　　(4-2)</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　拉格朗日松弛函數(shù)(3-8)可以寫成:</p

101、><p><b>　　(4-4)</b></p><p>　　可以將式(4-4)看成式(4-5)與式(4-6)兩部分，</p><p><b>　　(4-5)</b></p><p><b>　　(4-6)</b></p><p>　　可以看出式（4-5）部

102、分只與各個(gè)機(jī)組的自身參數(shù)及運(yùn)行條件約束有關(guān)，而式(（4-6）部分在已知拉格朗日乘子情況下為定值，因此求解式（4-1）即可轉(zhuǎn)化成為單機(jī)問題的求解。</p><p>　　首先求解單機(jī)優(yōu)化問題：</p><p><b>　　(4-7)</b></p><p>　　然后優(yōu)化拉格朗日乘子：</p><p><b>　　(

103、4-8)</b></p><p>　　式中，為對(duì)于給定的拉格朗日乘子λ，μ的函數(shù)值。</p><p>　　4.2 拉格朗日松弛法求解機(jī)組組合問題</p><p><b>　　4.2.1 初始化</b></p><p>　　質(zhì)量好的拉格朗日乘子初值能夠迭代過程盡早收斂，避免在求解過程不必要的振蕩，減少計(jì)算的時(shí)間

104、，而且設(shè)置不同的初值也可能會(huì)再求解問題的過程中產(chǎn)生不同的結(jié)果。為了能獲得一個(gè)較優(yōu)質(zhì)量的拉格朗日乘子的初值，本文采取啟發(fā)式排序法，根據(jù)各個(gè)機(jī)組滿負(fù)荷平均煤耗將機(jī)組進(jìn)行排序。</p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　(4-9)</b></p><p>　　在每個(gè)優(yōu)化時(shí)段，按排序優(yōu)先選取最小的機(jī)組

105、開機(jī)，直到各個(gè)開機(jī)機(jī)組的功率上限大于或等于負(fù)荷值與備用容量的和。得到每個(gè)時(shí)段各個(gè)機(jī)組的開停機(jī)狀態(tài)之后，根據(jù)該機(jī)組組合應(yīng)用等耗量微增率原則對(duì)開機(jī)機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷分配[38]。根據(jù)各個(gè)時(shí)段的機(jī)組狀態(tài)和機(jī)組出力可以求得該時(shí)段的等耗量微增率，以此耗量微增率作為拉格朗日乘子的初值。</p><p>　　求得初值，結(jié)合式(4.5)，表示在t優(yōu)化時(shí)段i機(jī)組的購(gòu)電費(fèi)，而則代表在t優(yōu)化時(shí)段i機(jī)組的成本，因此可以得到t優(yōu)化時(shí)段i機(jī)組旋轉(zhuǎn)

106、備用約束的拉格朗日乘子的初值為：</p><p><b>　　(4-10)</b></p><p>　　對(duì)于全系統(tǒng)的每個(gè)時(shí)刻：</p><p><b>　　(4-11)</b></p><p>　　式中，m為按滿負(fù)荷平均煤耗排序，滿足系統(tǒng)負(fù)荷及備用約束要求而得到的機(jī)組組合中的開機(jī)機(jī)組數(shù)。</p

107、><p>　　4.2.2改進(jìn)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解單機(jī)子問題</p><p>　　在求解單機(jī)子問題時(shí)本文采用經(jīng)過改進(jìn)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃法[39]。動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是應(yīng)用于解決多階段決策過程最優(yōu)化問題的一種數(shù)學(xué)方法，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法解決機(jī)組組合的負(fù)荷分配問題時(shí)，將整個(gè)調(diào)度時(shí)段T分成若干個(gè)優(yōu)化時(shí)段，每個(gè)時(shí)段通常設(shè)為1h，每個(gè)時(shí)段的狀態(tài)即為該優(yōu)化時(shí)段所有可能出現(xiàn)的機(jī)組開停狀態(tài)的組合。</p><p&g

108、t;　　動(dòng)態(tài)規(guī)劃的過程分為正序造表和逆序查表兩步。正序造表過程為：1、將各時(shí)段所有可能的機(jī)組組合狀態(tài)和組合狀態(tài)數(shù)N(t)列出，然后按等耗量微增率計(jì)算所有機(jī)組組合狀態(tài)下的系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用；2、確定各優(yōu)化時(shí)段之間狀態(tài)轉(zhuǎn)移的路徑及轉(zhuǎn)移費(fèi)用，即各個(gè)機(jī)組的啟動(dòng)費(fèi)用，按時(shí)間順序自前至后計(jì)算到達(dá)各個(gè)階段時(shí)各種自組組合狀態(tài)的累計(jì)耗量。逆序查表過程為：從所有優(yōu)化時(shí)段累計(jì)耗量最小的機(jī)組組合狀態(tài)開始，根據(jù)到達(dá)該狀態(tài)的路徑從后向前依次記錄各時(shí)段的機(jī)組組合狀態(tài)，這

109、樣就可以得到最優(yōu)的狀態(tài)組合，也就是各時(shí)段的開停機(jī)計(jì)劃。</p><p>　　但動(dòng)態(tài)規(guī)劃法也有其自身局限性。動(dòng)態(tài)規(guī)劃法雖然能保證找到最優(yōu)解，但其本身實(shí)質(zhì)上是一種“窮舉法”，即列出所有的可能然后尋找最優(yōu)解。若使用完全狀態(tài)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大，機(jī)組數(shù)較多時(shí)計(jì)算量將急劇增加，形成“維數(shù)災(zāi)”。為克服這個(gè)困難，本文利用機(jī)組滿負(fù)荷平均煤耗將機(jī)組進(jìn)行排序，然后每個(gè)優(yōu)化時(shí)段的機(jī)組只能按此排序啟停，這樣處理就在優(yōu)化過程中舍棄

110、了一些明顯不可能是最優(yōu)的機(jī)組組合狀態(tài)，限制了各時(shí)段狀態(tài)的數(shù)目，避免了“維數(shù)災(zāi)”的出現(xiàn)，具體步驟如下：</p><p>　　(1)在不考慮路徑轉(zhuǎn)移耗量的條件下，根據(jù)按優(yōu)先順序法確定一個(gè)靜態(tài)的各時(shí)段的機(jī)組狀態(tài)，使其能滿足各個(gè)時(shí)段的負(fù)荷和備用要求。</p><p>　　(2)以步驟(1)求出的機(jī)組狀態(tài)為中心，按向上增開一臺(tái)機(jī)組或向下停開一臺(tái)機(jī)組，這樣在每個(gè)時(shí)段就可以找出3種不同的機(jī)組組合狀態(tài)(當(dāng)