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发电调度优化模型与方法研究

作　者: 王楠
导　师: 张粒子
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 机组组合经济调度节能发电调度发电权交易网损补偿
分类号: TM73
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

优化发电调度计划是电力系统经济运行的基础。本文首先分别针对日前和实时发电调度的优化模型与方法开展了系统和深入的理论研究,意在提高发电调度优化计算的速度和寻求更佳解；然后,针对中国当前开展节能发电调度的实际需要,全面地研究了省内和跨省发电权交易所引起的增量网损计算和分析方法以及补偿方案。论文研究取得了以下主要研究成果：为了进一步提高发电调度优化方法的计算性能和获得更佳解,针对目前机组组合这类混合整数非线性规划问题,在拉格朗日松驰、混合整数规划、奔德斯分解这三种主流算法的基础上,设计了相应的求解策略：(1)针对拉格朗日松驰算法求解机组组合具有速度优势,但严重依赖于拉格朗日乘子对主从问题的衔接与协调问题,论文基于传统混合整数非线性机组组合模型,提出了基于粒子群修正策略的拉格朗日松弛算法；算例分析表明,该算法实现了拉格朗日乘子的最优修正,且计算量随着机组的增加近似成线性增长,兼顾了算法的计算速度及求解精度。(2)针对混合整数二次规划算法求解机组组合具有全局优化能力,但是在处理大规模系统时受计算速度和计算精度影响的问题,论文基于混合整数二次规划机组组合模型,提出了改进混合整数二次规划算法；算例分析表明,该算法大大降低了机组组合求解的复杂度,提高了整体计算效率。(3)针对采用混合整数规划算法直接求解安全约束机组组合,将使计算效率大幅度降低,而利用传统奔德斯算法求解则存在着算法震荡和受系统规模制约求解效率下降的问题,论文基于直流潮流约束下的安全约束机组组合模型,提出了改进奔德斯分解算法；算例分析表明,该算法在保证计算精度的前提下,控制了奔德斯割的寻优方向,缩小了奔德斯算法的寻优空间,提高了安全约束机组组合优化问题的求解效率。为了选择实时发电调度最佳的实现方式,论文分别建立以能耗最小和调整量最小为目标的两种实时发电调度模型,并根据与日前发电调度计划的关联关系,提出了四种实时发电调度的实现方式；在对不同实现方式进行定性比对分析和节能水平的定量计算分析后,指出：实时发电调度实现方式的选择受系统安全水平、节能目标、调度技术水平等多重因素的影响,智能发电调度是实时发电调度最佳的实现方式,但其需要以智能电网为依托,以先进的调度自动化技术为支撑。为了使实用化实时发电调度优化方法得到更优化的解,针对交流最优潮流受算法收敛性和计算效率限制难以实用化,而基于静态网损修正的直流最优潮流则难以实现网损的精确平衡和发电综合能耗的最优目标的问题,论文提出了两种安全约束经济调度的网损协调优化方法；算例分析表明,所提方法不受有功运行方式影响,在保留了直流最优潮流的计算速度优势的同时,充分体现了电力系统的非线性特性。针对集中撮合交易方式下的月度或年度发电权交易,论文首先提出了发电权交易增量网损理论计算方法,实例计算验证了,所提理论计算方法能够正确地分析发电权交易对系统网损的实际影响和各发电权交易机组应承担的网损责任；然后,针对集中撮合交易方式下跨省跨区发电权交易网损责任的界定问题,提出了穿越网损计算及其补偿方案,实例分析验证了方法的合理性和有效性；再者,针对边际出清下的发电权交易不能明确交易的匹配对象、不利于输电费用和网损补偿责任的界定的问题,论文提出了边际出清下的发电权交易增量网损计算及其补偿方案,实例计算表明,理论计算网损补偿方案与各交易产生的物理流所对应的网损责任趋同。这些研究成果都已在中国电力系统中得到实际应用。论文提出的日前和实时发电调度计划优化方法和发电权交易增量网损计算及其补偿方案,不仅具有学术价值,而且对于实现发电资源的优化配置、促进电力工业节能减排具有实践价值。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-16
第1章绪论  16-32
  1.1 论文背景及研究意义  16-17
  1.2 国内外研究综述  17-29
    1.2.1 国内外典型发电调度模式  17-20
    1.2.2 发电调度优化模型与方法  20-29
  1.3 论文的研究内容  29-32
第2章日前发电调度模型及其优化方法研究  32-66
  2.1 引言  32
  2.2 基于传统机组组合模型的分解求解策略研究  32-40
    2.2.1 传统机组组合的数学模型  32-34
    2.2.2 基于集结投影次梯度的拉格朗日松弛算法  34-35
    2.2.3 基于粒子群修正策略的机组组合解耦算法  35-37
    2.2.4 算例分析  37-40
  2.3 基于混合整数线性规划机组组合模型的全局求解策略分析  40-48
    2.3.1 混合整数线性规划机组组合模型  41-45
    2.3.2 机组组合的全局求解策略  45-46
    2.3.3 算例分析  46-48
  2.4 基于混合整数二次规划机组组合模型的松弛解耦策略研究  48-54
    2.4.1 机组组合的混合整数二次规划模型  48
    2.4.2 机组组合的松弛策略  48-49
    2.4.3 机组组合的解耦策略  49-51
    2.4.4 求解机组组合的改进混合整数二次规划算法  51
    2.4.5 算例分析  51-54
  2.5 基于改进奔德斯算法的安全约束机组组合研究  54-64
    2.5.1 直流潮流模型下的电网静态安全约束  54-56
    2.5.2 基于改进奔德斯分解的安全约束机组组合方法  56-60
    2.5.3 算例分析  60-64
  2.6 本章小结  64-66
第3章实时发电调度模型及其优化方法研究  66-86
  3.1 引言  66
  3.2 实时发电调度模型及其实现方式研究  66-70
    3.2.1 安全约束经济调度模型  66-67
    3.2.2 平衡调整计划模型  67-68
    3.2.3 日前发电调度计划的细分  68-69
    3.2.4 实时发电调度的实现方式  69-70
  3.3 实时发电调度实现方式的对比分析  70-74
    3.3.1 不同实现方式的定性分析  70-71
    3.3.2 算例分析  71-74
  3.4 安全约束经济调度的网损协调优化方法研究  74-84
    3.4.1 网损及网损微增率的计算  74-75
    3.4.2 经典经济调度中的网损修正原理  75-76
    3.4.3 基于发电综合能耗最优目标的安全约束经济调度方法  76-79
    3.4.4 基于网损迭代修正的安全约束经济调度方法  79-81
    3.4.5 算例分析  81-84
  3.5 本章小结  84-86
第4章发电权交易增量网损计算及其补偿方案研究  86-122
  4.1 引言  86-87
  4.2 中国发电权交易现状及特点  87-91
    4.2.1 发电权交易规模和范围  87-88
    4.2.2 发电权交易方式  88-89
    4.2.3 发电权交易价格形成机制  89
    4.2.4 发电权交易结算机制  89-90
    4.2.5 发电权交易的特点  90-91
  4.3 发电权交易网损补偿途径与范围  91-92
    4.3.1 发电权交易网损补偿途径分析  91
    4.3.2 发电权交易网损补偿范围的界定  91-92
  4.4 现行发电权交易网损补偿方案  92-100
    4.4.1 区域及省级电网发电权交易网损补偿现状  92-95
    4.4.2 现行补偿方法的利弊分析  95-97
    4.4.3 实例分析  97-100
  4.5 发电权交易增量网损理论计算方法研究  100-106
    4.5.1 增量网损功率计算方法  100-102
    4.5.2 增量网损功率分摊方法  102-103
    4.5.3 年增量网损电量计算方法  103-104
    4.5.4 实例分析  104-106
  4.6 跨省跨区发电权交易穿越网损计算及其补偿方案研究  106-113
    4.6.1 穿越网损补偿对象的界定  107-109
    4.6.2 穿越潮流分布的确定  109
    4.6.3 联络线穿越网损计算方法  109-110
    4.6.4 转运省穿越网损计算方法  110-111
    4.6.5 实例分析  111-113
  4.7 边际出清下发电权交易增量网损计算及其补偿方案研究  113-121
    4.7.1 发电权交易边际出清模型  113-114
    4.7.2 成交电量的分劈  114-116
    4.7.3 省内增量网损计算方法  116
    4.7.4 跨省跨区穿越网损计算方法  116-118
    4.7.5 实例分析  118-121
  4.8 本章小结  121-122
第5章结论与展望  122-124
参考文献  124-132
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果  132-133
攻读博士学位期间参加的科研工作  133-134
致谢  134-135
作者简介  135

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