電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃

電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一自我介紹電氣與電子工程學院輸配電系統(tǒng)研究所劉念博士、講師J5-C306主要研究領(lǐng)域：城市電網(wǎng)規(guī)劃、智能配用電、電力信息安全第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一名詞解釋電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃規(guī)劃：進行比較全面的長遠的發(fā)展計劃，是對未來整體性、長期性、基本性問題的思考、考量和設(shè)計未來整套行動方案。電力系統(tǒng)規(guī)劃：針對發(fā)電、輸電、變電和配電進行全面而長遠的發(fā)展計劃。優(yōu)化：1.為了更加優(yōu)秀而“去其糟粕，取其精華”；2.為了在某一方面更加出色而去其糟粕；3.為了在某方面更優(yōu)秀而放棄其他不太重要的方面；4.使某人/某物變得更優(yōu)秀的方法/技術(shù)等。第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一科學技術(shù)中優(yōu)化的內(nèi)涵優(yōu)化是科學研究、工程技術(shù)和經(jīng)濟管理等領(lǐng)域的重要研究工具。它所研究的問題是討論在眾多的方案中尋找最優(yōu)方案。例如工程設(shè)計中怎樣選擇設(shè)計參數(shù)，使設(shè)計方案既滿足設(shè)計要求又能降低成本；資源分配中，怎樣分配有限資源，使分配方案既能滿足各方面的基本要求，又能獲得好的經(jīng)濟效益。優(yōu)化這一技術(shù)，正是為這些問題的解決，提供理論基礎(chǔ)和求解方法，它是一門應(yīng)用廣泛、實用性很強的科學。優(yōu)化包括尋找最小值和最大值兩種情況。尋找函數(shù)

f的最大值等價于-f最小值尋優(yōu)，所以兩種情況可歸結(jié)到一起研究。第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一參考資料：【1】程浩忠.電力系統(tǒng)規(guī)劃.中國電力出版社.2008.【2】王錫凡.電力系統(tǒng)規(guī)劃基礎(chǔ).中國電力出版社.1994.【3】王錫凡.電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃.水利電力出版社.1990.【4】介紹智能優(yōu)化算法的專著、教材.【5】國內(nèi)學術(shù)期刊論文：《電力系統(tǒng)自動化》、《中國電機工程學報》、《電網(wǎng)技術(shù)》.【6】國際學術(shù)期刊論文：IEEETransactionsonPowerSystem,IEEETransactionsonPowerDelivery.第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一緒論1我國電力工業(yè)的發(fā)展動態(tài)2電力系統(tǒng)規(guī)劃的意義3電力系統(tǒng)規(guī)劃的任務(wù)及分類4電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃概述第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一我國電力工業(yè)的發(fā)展動態(tài)2015-2020超過USA成為No.1第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一我國電力工業(yè)的發(fā)展動態(tài)第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一我國電力工業(yè)的發(fā)展動態(tài)第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一我國電力工業(yè)的發(fā)展動態(tài)2003年，以三峽電站建設(shè)為核心，首先形成我國的中部電網(wǎng)中部電網(wǎng)：華中（含川渝）、華東（福建）2010年，形成北、中、南3個跨區(qū)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)北部電網(wǎng)：華北（含山東）、東北、西北電網(wǎng)南部電網(wǎng)：廣東、廣西、云南、貴州、海南、香港、澳門電網(wǎng)構(gòu)成。2010~2020年期間，將形成基本覆蓋全國的統(tǒng)一聯(lián)合電網(wǎng)。第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一電力供需基本情況及主要特點電力供需基本情況2009全國電力生產(chǎn)情況第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一2009年電力消費情況工業(yè)用電仍然是拉動電力增長的最主要動力74%到2015年將達到45200億千瓦時，超過美國成為世界用電量最大的國家；到2020年將達56400億千瓦時。與上年同比增長百分比用電量第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一我國一次能源的分布第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一2020年國家電網(wǎng)跨區(qū)電力流設(shè)想單位：萬千瓦第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一電力系統(tǒng)規(guī)劃的意義國民經(jīng)濟發(fā)展的需要用戶的電能需求不斷增長需要不斷建設(shè)電力系統(tǒng)

規(guī)劃是電力工程前期工作的重要部分提高經(jīng)濟效益和社會效益的需要投資建設(shè)的合理性

經(jīng)濟問題&社會問題&環(huán)境問題電力系統(tǒng)各組成部分綜合協(xié)調(diào)的需要電源和電網(wǎng)的投資主體不同、特性不同需要全盤考慮，找到合理的方案第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一電力系統(tǒng)規(guī)劃的任務(wù)及分類電力系統(tǒng)規(guī)劃研究通常包括：（1）負荷預(yù)測（2）電源規(guī)劃（3）電網(wǎng)規(guī)劃（4）技術(shù)經(jīng)濟評價多方案技術(shù)經(jīng)濟評價第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一能源規(guī)劃綜合研究一次能源煤石油天然氣水能核能風、潮汐、生物質(zhì)能有效利用、相互協(xié)調(diào)和替代關(guān)系第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一電力系統(tǒng)規(guī)劃的任務(wù)及分類（1）負荷預(yù)測它是做好規(guī)劃的前提和基礎(chǔ)，負荷預(yù)測的準確與否直接影響到規(guī)劃方案的建設(shè)規(guī)模和投資計劃。提供電力增長狀況、負荷曲線及電力分布情況。第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一電力系統(tǒng)規(guī)劃的任務(wù)及分類（2）電源規(guī)劃短期電源規(guī)劃：考慮未來1～5年的發(fā)展情況，規(guī)劃的具體內(nèi)容包括:制定發(fā)電設(shè)備的維修計劃；分析推遲或提前新發(fā)電機組投產(chǎn)計劃的效益；分析與相鄰電力系統(tǒng)互聯(lián)的效益及互聯(lián)方案；確定燃料需求量及購買、運輸、貯存計劃；

長期電源規(guī)劃：考慮10～30年的發(fā)展情況

何時、何地擴建新發(fā)電機組；擴建什么類型及多大容量的發(fā)電機組；現(xiàn)有發(fā)電機組的退役及更新計劃；燃料的需求量及解決燃料問題的策略；采用新發(fā)電技術(shù)的可能性；與相鄰電力系統(tǒng)進行電力交換的可能性。第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一電力系統(tǒng)規(guī)劃的任務(wù)及分類（3）電網(wǎng)規(guī)劃輸電網(wǎng)規(guī)劃配電網(wǎng)規(guī)劃

決定電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、出線回數(shù)、導(dǎo)線型號、直流輸電還是交流輸電、電壓等級和建設(shè)的地點等。短期規(guī)劃：1～5年，規(guī)劃的內(nèi)容比較具體仔細，可直接用來指導(dǎo)建設(shè)。長期規(guī)劃：需要考慮比輸變電工程建設(shè)周期更長的發(fā)展情況，一般規(guī)劃6～30年。第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一電力系統(tǒng)規(guī)劃的任務(wù)及分類（4）技術(shù)經(jīng)濟評價無論是電源規(guī)劃還是電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)都必須要進行多方案的比較，這就需要進行技術(shù)經(jīng)濟評價。電力系統(tǒng)規(guī)劃中經(jīng)濟評價的原則：技術(shù)上可行從國家整體利益出發(fā)，不帶主觀偏見，不遷就照顧人情符合國家能源和電力建設(shè)方針政策按市場經(jīng)濟規(guī)律辦事符合集資辦電、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、省為實體的電力管理體制精神。第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一優(yōu)化規(guī)劃問題的數(shù)學模型在建立數(shù)學模型時，第一步是確定問題的決策變量。決策變量是決策者可以控制的因素，如發(fā)電機的出力，新建電站的裝機臺數(shù)等等。第二步是確定評價問題解答優(yōu)劣的準則，這就是目標函數(shù)。目標函數(shù)是決策變量的函數(shù)，它可以是效益函數(shù)或費用函數(shù)。效益函數(shù)為目標函數(shù)時，最優(yōu)化問題要求得到目標函數(shù)的極大值；費用函數(shù)為目標函數(shù)時，最優(yōu)化問題需要求得目標函數(shù)的極小值。第三步是確定約束條件。約束條件是指在求目標函數(shù)的極值（極大值或極小值）時的某些限制，如資源的限額，產(chǎn)量應(yīng)滿足一定的數(shù)量，質(zhì)量必須達到一定的要求，決策變量之間的關(guān)系應(yīng)滿足物理系統(tǒng)的方程式。第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一優(yōu)化算法及其分類傳統(tǒng)優(yōu)化算法待解決的問題：連續(xù)性問題，以微積分為基礎(chǔ)，規(guī)模較??；特點：理論上的準確與完美；主要算法：線性與非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、多目標規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃等。第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一優(yōu)化算法及其分類現(xiàn)代優(yōu)化算法待解決的問題：離散性、不確定性、大規(guī)模；特點：啟發(fā)式算法、追求滿意（近似解）、實用性強；主要算法：物理啟發(fā)式算法：模擬退火算法，模擬固體熔化狀態(tài)下由逐漸冷卻至最終達到結(jié)晶狀態(tài)的物理過程；社會啟發(fā)式算法：文化算法，模擬人類社會的演化過程生物啟發(fā)式算法：遺傳算法；群體智能優(yōu)化算法：蟻群算法、粒子群算法.第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃的難點電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃是一個很活躍的學術(shù)領(lǐng)域（1）數(shù)學模型方面。國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)表很多電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃的數(shù)學模型，但沒有一個公認的完美模型。事實上，電力系統(tǒng)規(guī)劃涉及問題很廣，要建立一個統(tǒng)一的無所不包的數(shù)學模型是不現(xiàn)實的。如何針對要解決的問題建立恰當?shù)臄?shù)學模型或選擇適合的數(shù)學模型是電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃首先要解決的問題。（2）算法方面。電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃屬于運籌學問題，但涉及的決策變量非常多，且大多數(shù)屬于離散型的變量，用典型的運籌學算法難以求解。此外，目標函數(shù)和約束條件往往是非線性的，甚至帶有隨機因素，更增加了算法的難度。（3）原始數(shù)據(jù)方面。沒有可靠、充分的原始資料，任何優(yōu)秀的數(shù)學模型也不能得到滿意的規(guī)劃結(jié)