《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章課件

主講人：XXX《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章主講人：XXX《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章第4章電源規(guī)劃的理論與方法概述電廠容量的選擇電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型電力市場(chǎng)環(huán)境下的電源規(guī)劃電源規(guī)劃拓展知識(shí)4.1概述1.電源規(guī)劃的任務(wù)及分類任務(wù)：對(duì)電力系統(tǒng)電源布局進(jìn)行策略研究，根據(jù)規(guī)劃期內(nèi)預(yù)測(cè)的負(fù)荷需要量，通過(guò)電力電量平衡得到需新增的發(fā)電容量，在滿足負(fù)荷要求并達(dá)到各種技術(shù)指標(biāo)的條件下，確定在何時(shí)、何地新建（或新增）何種類型、何種規(guī)模的發(fā)電廠（或機(jī)組），使規(guī)劃期內(nèi)電力系統(tǒng)能安全運(yùn)行且投資經(jīng)濟(jì)合理。善良主講人：XXX《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章主第4章電源規(guī)劃的理論與方法概述電廠容量的選擇電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型電力市場(chǎng)環(huán)境下的電源規(guī)劃電源規(guī)劃拓展知識(shí)第4章電源規(guī)劃的理論與方法概述24.1概述1.電源規(guī)劃的任務(wù)及分類任務(wù)：對(duì)電力系統(tǒng)電源布局進(jìn)行策略研究，根據(jù)規(guī)劃期內(nèi)預(yù)測(cè)的負(fù)荷需要量，通過(guò)電力電量平衡得到需新增的發(fā)電容量，在滿足負(fù)荷要求并達(dá)到各種技術(shù)指標(biāo)的條件下，確定在何時(shí)、何地新建（或新增）何種類型、何種規(guī)模的發(fā)電廠（或機(jī)組），使規(guī)劃期內(nèi)電力系統(tǒng)能安全運(yùn)行且投資經(jīng)濟(jì)合理。4.1概述1.電源規(guī)劃的任務(wù)及分類3

分類：短期規(guī)劃、中長(zhǎng)期規(guī)劃短期電源規(guī)劃:考慮未來(lái)1～5年的發(fā)展情況，內(nèi)容包括：確定發(fā)電設(shè)備的維修計(jì)劃。分析推遲或提前新發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)計(jì)劃的效益。分析與相鄰電力系統(tǒng)互聯(lián)的效益及互連方案。確定燃料需求量及購(gòu)買、運(yùn)輸、存儲(chǔ)計(jì)劃。

4中長(zhǎng)期電源規(guī)劃：考慮10～30年的發(fā)展情況，解決以下問(wèn)題：何時(shí)、何地?cái)U(kuò)建新發(fā)電機(jī)組。擴(kuò)建什么類型及多大容量的發(fā)電機(jī)組?，F(xiàn)有發(fā)電機(jī)組的退役及更新計(jì)劃。燃料的需求量及解決燃料問(wèn)題的策略。采用新發(fā)電技術(shù)（如太陽(yáng)能發(fā)電）的可能性。采用負(fù)荷管理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)電力、電量平衡的影響。與相鄰電力系統(tǒng)進(jìn)行電力交換的可能性。中長(zhǎng)期電源規(guī)劃：考慮10～30年的發(fā)展情況，解決以下問(wèn)題：52.電源規(guī)劃的投資決策原則1）參與經(jīng)濟(jì)計(jì)算和比較的各個(gè)電源規(guī)劃方案必須具有可比性。2）必須確定合理的經(jīng)濟(jì)計(jì)算年限，比較方案的計(jì)算年限要一致。3）確定合理的經(jīng)濟(jì)比較標(biāo)準(zhǔn)。4）在投資決策中，各項(xiàng)費(fèi)用和收益，都要考慮資金的時(shí)間因素，并以同一時(shí)間為基準(zhǔn)。5）決策過(guò)程必須統(tǒng)籌兼顧國(guó)民經(jīng)濟(jì)的整體利益，與相關(guān)部門密切配合。2.電源規(guī)劃的投資決策原則1）參與經(jīng)濟(jì)計(jì)算和比較的各個(gè)電源規(guī)63.電源規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法【意義】對(duì)電源規(guī)劃方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)是電源規(guī)劃中不可缺少的環(huán)節(jié)。【目的】根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展戰(zhàn)略及地區(qū)發(fā)展規(guī)劃要求，計(jì)算各方案的投入費(fèi)用和產(chǎn)出效益，進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從而選擇對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展最有益的方案?！緫T例】對(duì)于各種可行的電源規(guī)劃方案，通常認(rèn)為有相同的效益，在滿足負(fù)荷需求和各種約束條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下，總投入最小的方案就是最經(jīng)濟(jì)的方案。【投資分?jǐn)偂咳绻硞€(gè)方案除了滿足發(fā)電效益以外，還可帶來(lái)其它利益，則可以采用投資分?jǐn)偦蛴?jì)入方案費(fèi)用的方法進(jìn)行比較。3.電源規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法【意義】對(duì)電源規(guī)劃方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)74.電廠容量的選擇確定每個(gè)擬建電廠的建設(shè)規(guī)模，是做系統(tǒng)電源規(guī)劃方案的基礎(chǔ)。影響電廠容量的主要因素規(guī)劃地區(qū)（即電廠供電地區(qū)）負(fù)荷的影響動(dòng)力資源條件的影響廠址條件的影響系統(tǒng)規(guī)模的影響設(shè)備規(guī)模及供應(yīng)條件的影響4.電廠容量的選擇確定每個(gè)擬建電廠的建設(shè)規(guī)模，是做系統(tǒng)電源規(guī)81）規(guī)劃地區(qū)負(fù)荷的影響負(fù)荷大小的影響：負(fù)荷需求的大小決定了建設(shè)電廠的總?cè)萘?。?fù)荷分布的影響：負(fù)荷比較集中的地區(qū)適宜建大電廠，負(fù)荷分散的地區(qū)則可考慮小規(guī)模電廠。負(fù)荷方式的影響：對(duì)于宜帶尖峰負(fù)荷的水電廠來(lái)說(shuō)，如果地區(qū)負(fù)荷峰谷差大，尖峰負(fù)荷較高，則在保證相同出力下可以多裝機(jī)，容量可以選得小些，以充分發(fā)揮水電的效益。對(duì)于熱電廠來(lái)說(shuō)，如果熱負(fù)荷在年內(nèi)比較均衡，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)較高，則熱電廠的容量可以選得大些，以便獲得較多的熱化電能。負(fù)荷增長(zhǎng)速度的影響：大容量電廠采用大機(jī)組，適應(yīng)負(fù)荷迅速增長(zhǎng)的能力強(qiáng)。因此負(fù)荷增長(zhǎng)迅速時(shí)，有利于大容量電廠的興建。1）規(guī)劃地區(qū)負(fù)荷的影響負(fù)荷大小的影響：負(fù)荷需求的大92）動(dòng)力資源條件的影響資源條件對(duì)電廠容量影響很大，對(duì)水電廠起決定作用，對(duì)火電廠也有一定影響。對(duì)燃料供應(yīng)方便而又可靠的坑口電廠容量可以選得大些；對(duì)建在負(fù)荷中心、遠(yuǎn)離礦區(qū)的電廠則燃料供應(yīng)條件是影響電廠規(guī)劃容量的重要因素之一。3）廠址條件的影響火電廠的廠址條件主要指供水、煤場(chǎng)、灰場(chǎng)、交通運(yùn)輸條件、地質(zhì)地形、環(huán)保要求等。它們對(duì)電廠容量影響很大。水電廠的廠址條件，如壩址的地質(zhì)條件、庫(kù)區(qū)的移民問(wèn)題、壩址地形及施工條件、水利樞紐布置及輸電線路可行路徑條件等也對(duì)其選址和容量起很大作用。2）動(dòng)力資源條件的影響104）系統(tǒng)規(guī)模的影響與電廠相聯(lián)的系統(tǒng)規(guī)模越大，負(fù)荷需求越大。則在滿足同樣可靠性要求前提下，電廠的容量可選得大些。因?yàn)榇箅姀S可以采用大機(jī)組，效率較小機(jī)組高。若采用大機(jī)組可以滿足系統(tǒng)的可靠性要求，則它在經(jīng)濟(jì)上就是合理的。一般來(lái)說(shuō)，電廠的最大容量不超過(guò)系統(tǒng)的總事故備用為宜，單機(jī)容量以不大于系統(tǒng)最大負(fù)的10％為宜。5）設(shè)備規(guī)模及供應(yīng)條件的影響電廠容量大小與裝機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量大小有關(guān)。一個(gè)電廠的機(jī)組臺(tái)數(shù)不宜過(guò)多，如果單臺(tái)機(jī)組容量較小，則電廠的容量也較小。在規(guī)劃電廠容量時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃及設(shè)備規(guī)范選用合理的機(jī)組容量，并確定電廠容量。4）系統(tǒng)規(guī)模的影響114.2電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型的一般形式在各種優(yōu)化模型中，不可避免地要采用一定程度的近似簡(jiǎn)化。常見(jiàn)的簡(jiǎn)化模型有:線性模型、整數(shù)模型、非線性模型、逐階段優(yōu)化模型、隨機(jī)模型、確定性模型4.2電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型的一般形式121.目標(biāo)函數(shù)

一般為系統(tǒng)總投資費(fèi)用最小?？偼顿Y費(fèi)用包括兩個(gè)部分：一部分與安裝發(fā)電機(jī)組容量有關(guān)，如發(fā)電廠的投資費(fèi)用；另一部分與發(fā)電機(jī)組的實(shí)際輸出功率有關(guān)，如發(fā)電廠的運(yùn)行費(fèi)用，其中主要是發(fā)電廠的燃料費(fèi)用。1.目標(biāo)函數(shù)13【多目標(biāo)處理】

在實(shí)際應(yīng)用中，規(guī)劃目標(biāo)不僅僅是投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，還包括其它效益和支出，如計(jì)及可靠性指標(biāo)、輸電線路費(fèi)用、未來(lái)的不確定性因素（如負(fù)荷預(yù)測(cè)、水文數(shù)據(jù)及市場(chǎng)因素）等，故電源規(guī)劃是一個(gè)多目標(biāo)規(guī)劃問(wèn)題。對(duì)此，具體處理方法是多樣的。常用的方法是將不同的目標(biāo)函數(shù)乘以不同的權(quán)值形成一個(gè)新的目標(biāo)函數(shù)，從而轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題處理?！径嗄繕?biāo)處理】142.約束條件

對(duì)于不同的系統(tǒng)、不同的規(guī)劃模型，約束條件是有差異的。1）電源建設(shè)施工約束（1）待建電廠各年裝機(jī)最大容量約束（2）待建電廠總裝機(jī)容量約束（3）最早投入年限約束2.約束條件對(duì)于不同的系統(tǒng)、不同的規(guī)劃模型，約15（4）財(cái)政約束（5）待建電廠裝機(jī)連續(xù)性約束（6）建設(shè)順序約束（4）財(cái)政約束162）系統(tǒng)運(yùn)行約束（1）系統(tǒng)需求約束任何時(shí)候，系統(tǒng)發(fā)電容量總和要滿足電力需求（2）發(fā)電機(jī)組最大最小出力約束（3）火電燃料消耗約束（4）水電水量消耗限制2）系統(tǒng)運(yùn)行約束173）備用容量約束系統(tǒng)電源容量除滿足負(fù)荷需求，還應(yīng)計(jì)及一定備用容量。4）可靠性約束可將可靠性指標(biāo)記入約束中，或?qū)⑵涮幚?，記入目?biāo)函數(shù)

根據(jù)所采取的規(guī)劃模型不同，除了上述常用約束條件，可能還要考慮輸電能力約束、最小開(kāi)發(fā)容量約束、火電年利用小時(shí)數(shù)約束、抽水蓄能電站約束、核電廠基能約束以及分布式發(fā)電機(jī)組約束等。以上列出的約束條件的表達(dá)方式在不同的模型中是不同的，處理方式也有差異。3）備用容量約束183.投資決策問(wèn)題在電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型中，變量可以分為離散變量與連續(xù)變量?jī)深?。?jù)此可以將電源規(guī)劃模型分解為電源投資決策和生產(chǎn)模擬兩部分，這兩部分可采用不同的優(yōu)化技術(shù)，相應(yīng)的電源規(guī)劃過(guò)程也被分為相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)階段?！就顿Y決策問(wèn)題】

以離散變量為主要變量，其解反映的是方案中各項(xiàng)目的建設(shè)與投產(chǎn)年份，以及廠址、機(jī)組類型和容量等，同時(shí)確定方案中與投資成本對(duì)應(yīng)的費(fèi)用。3.投資決策問(wèn)題在電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型中，變量可以194.生產(chǎn)模擬問(wèn)題在投資決策條件給定的前提下，對(duì)方案中的運(yùn)行成本逐年進(jìn)行詳細(xì)優(yōu)化計(jì)算的問(wèn)題。隨機(jī)生產(chǎn)模擬:考慮規(guī)劃期內(nèi)可能存在諸如各機(jī)組的非計(jì)劃強(qiáng)迫停運(yùn)、未來(lái)電力負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)、水電廠來(lái)水量變化等不確定性約束。隨機(jī)生產(chǎn)模擬目的：獲得方案中各機(jī)組的期望生產(chǎn)電能、運(yùn)行費(fèi)用及電源可靠性指標(biāo)，為電源規(guī)劃的決策提供準(zhǔn)確的反饋信息。4.生產(chǎn)模擬問(wèn)題20（1）隨機(jī)生產(chǎn)模擬的基本原理等效持續(xù)負(fù)荷曲線（模擬）——某一負(fù)荷與其持續(xù)的時(shí)間的關(guān)系曲線）圖線上任何一點(diǎn)（x，t）表示系統(tǒng)負(fù)荷大于或等于x的持續(xù)時(shí)間，t=F(x)。

（1）隨機(jī)生產(chǎn)模擬的基本原理等效持續(xù)負(fù)荷曲線（模擬）21將周期T除上式得（某負(fù)荷出現(xiàn)的概率）將周期T除上式得22《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章課件23《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章課件24等效持續(xù)負(fù)荷曲線：把發(fā)電機(jī)組故障影響當(dāng)成等效負(fù)荷對(duì)原始負(fù)荷曲線不斷修正的結(jié)果。當(dāng)發(fā)電機(jī)組故障時(shí)，系統(tǒng)的等效負(fù)荷就要增大。等效持續(xù)負(fù)荷曲線：把發(fā)電機(jī)組故障影響當(dāng)成等效負(fù)荷對(duì)原始負(fù)荷曲25《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章課件26由于發(fā)電機(jī)組1的強(qiáng)迫停運(yùn)率為q1，故其正常運(yùn)行的概率為p1=1-q1，所以考慮發(fā)電機(jī)組1的隨機(jī)停運(yùn)影響后，系統(tǒng)的隨機(jī)負(fù)荷曲線應(yīng)表示為

上式是發(fā)電機(jī)組1的隨機(jī)停運(yùn)與持續(xù)負(fù)荷曲線的卷積公式，其結(jié)果就是考慮發(fā)電機(jī)組隨機(jī)停運(yùn)因素后的系統(tǒng)等效持續(xù)負(fù)荷曲線。由于發(fā)電機(jī)組1的強(qiáng)迫停運(yùn)率為q1，故其正常運(yùn)行的概率為p1=27應(yīng)該指出，等效持續(xù)負(fù)荷曲線比的最大負(fù)荷大了C1，而總的負(fù)荷電量增加了△E?？梢宰C明，這里的△E正好等于發(fā)電機(jī)組1由于故障而少發(fā)的電量。對(duì)于第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組，上述結(jié)論可推廣為式中：Ci為第i臺(tái)機(jī)組的發(fā)電容量，qi為第臺(tái)機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)率，pi=1-qi。應(yīng)該指出，等效持續(xù)負(fù)荷曲線比的28《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章課件29（2）隨機(jī)生產(chǎn)模擬過(guò)程以火電機(jī)組為例，介紹生產(chǎn)模擬的全過(guò)程處理負(fù)荷資料，形成原始持續(xù)負(fù)荷曲線確定發(fā)電機(jī)組帶負(fù)荷的優(yōu)先順序按其帶負(fù)荷順序安排發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，計(jì)算發(fā)電量修正等效持續(xù)負(fù)荷曲線計(jì)算系統(tǒng)可靠性指標(biāo)根據(jù)各發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量計(jì)算系統(tǒng)燃料消耗量并進(jìn)行發(fā)電成本分析進(jìn)行其它特殊問(wèn)題的研究（2）隨機(jī)生產(chǎn)模擬過(guò)程以火電機(jī)組為例，介紹生產(chǎn)模擬的全過(guò)程30原始資料：負(fù)荷資料和發(fā)電機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。負(fù)荷資料作用：用來(lái)形成研究期間的原始持續(xù)負(fù)荷曲線及最大負(fù)荷曲線。最大負(fù)荷曲線是指每月或每周的最大負(fù)荷按時(shí)間序列形成的曲線，它的用途是安排檢修計(jì)劃?；痣姍C(jī)組的數(shù)據(jù)：發(fā)電機(jī)組的類型、容量、臺(tái)數(shù)，各發(fā)電機(jī)組的平均煤耗率，燃料價(jià)格，發(fā)電機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)率、最小輸出功率、所需的檢修時(shí)間。水電特性：水電機(jī)組的發(fā)電量是由水文條件及水庫(kù)調(diào)度決定的，因此在發(fā)電調(diào)度中水電機(jī)組的發(fā)電量是給定的已知量。由于水庫(kù)上下游水位變動(dòng)，水電機(jī)組的發(fā)電功率可能達(dá)不到其額定容量。這種由水力條件決定的水電機(jī)組的實(shí)際發(fā)電能力稱為預(yù)想輸出功率。在生產(chǎn)調(diào)度中應(yīng)該用預(yù)想輸出功率代替水電機(jī)組的容量參與電力平衡。原始資料：負(fù)荷資料和發(fā)電機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。31生

產(chǎn)

模

擬

流

程

圖生

產(chǎn)

模

擬

流

程

圖32隨機(jī)生產(chǎn)模擬方法簡(jiǎn)介

傅立葉級(jí)數(shù)法：用50～100項(xiàng)傅立葉級(jí)數(shù)描述持續(xù)負(fù)荷曲線，然后在傅立葉領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行卷積計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)卷積法：將概率學(xué)中對(duì)隨機(jī)變量概率分布函數(shù)的卷積計(jì)算公式作為算法的核心，其概念清晰，但計(jì)算量大。半不變量法：用隨機(jī)分布的數(shù)字特征——半不變量來(lái)描述系統(tǒng)的持續(xù)負(fù)荷曲線和各發(fā)電機(jī)組的隨機(jī)停運(yùn)。等效電量函數(shù)法：先求出電力系統(tǒng)在不同負(fù)荷水平下的電量需求（即形成電量函數(shù)），然后再考慮發(fā)電機(jī)組故障時(shí)直接修正各負(fù)荷水平所需的電量（即修正等效電量函數(shù)），這樣就可以非常方便的完成隨機(jī)生產(chǎn)模擬計(jì)算。隨機(jī)生產(chǎn)模擬方法簡(jiǎn)介334.3電力市場(chǎng)環(huán)境下的電源規(guī)劃電源規(guī)劃的特點(diǎn)高維數(shù)：發(fā)電機(jī)種類多，長(zhǎng)時(shí)期非線性：投資現(xiàn)值，年運(yùn)行費(fèi)用，可靠性約束隨機(jī)性：負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，燃料價(jià)格，水文數(shù)據(jù)4.3電力市場(chǎng)環(huán)境下的電源規(guī)劃電源規(guī)劃的特點(diǎn)34市場(chǎng)環(huán)境下電源規(guī)劃面臨的新挑戰(zhàn)【新特點(diǎn)】在電力市場(chǎng)環(huán)境下，強(qiáng)制性的、統(tǒng)一性的電源規(guī)劃和投資決策已不可能實(shí)現(xiàn)。電源規(guī)劃中，無(wú)論是考慮新增發(fā)電機(jī)組還是退役舊機(jī)組，都是發(fā)電企業(yè)的內(nèi)部決策問(wèn)題，新增發(fā)電機(jī)組將以電廠投資的利益最大化為前提?！拘碌挠绊懸蛩亍课磥?lái)市場(chǎng)的電價(jià)波動(dòng)情況、國(guó)家政策變化、能源價(jià)格及負(fù)荷變化等因素。【新挑戰(zhàn)】如何建立有效可靠的市場(chǎng)機(jī)制，引導(dǎo)發(fā)電企業(yè)投資，以確保系統(tǒng)發(fā)電容量充裕性；各個(gè)發(fā)電企業(yè)應(yīng)如何根據(jù)市場(chǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)決定自己的電源新建或退役計(jì)劃和投資決策，如何選擇新增機(jī)組容量、類型和地點(diǎn)等；選擇參與什么樣的市場(chǎng)，并分析在不同市場(chǎng)下的收益情況。市場(chǎng)環(huán)境下電源規(guī)劃面臨的新挑戰(zhàn)352.市場(chǎng)環(huán)境下的電源規(guī)劃問(wèn)題（1）如何建立有效而可靠的市場(chǎng)機(jī)制？（2）各發(fā)電企業(yè)如何選擇新增機(jī)組容量、類型和地點(diǎn)？（3）選擇什么樣的市場(chǎng)？2.市場(chǎng)環(huán)境下的電源規(guī)劃問(wèn)題（1）如何建立有效而可靠的市場(chǎng)機(jī)36國(guó)外電網(wǎng)的“市場(chǎng)不適應(yīng)癥”瑞典，實(shí)施電力市場(chǎng)改革之后的幾年內(nèi)，系統(tǒng)的備用容量大大減少；挪威，市場(chǎng)化改革推行的短期內(nèi)就造成了由備用容量過(guò)剩到備用容量不足的轉(zhuǎn)變；紐約，自1993年以來(lái)，負(fù)荷增長(zhǎng)了12.2%，而發(fā)電容量?jī)H增加了2.6%。國(guó)外電網(wǎng)的“市場(chǎng)不適應(yīng)癥”瑞典，實(shí)施電力市場(chǎng)改革之后的幾年內(nèi)37中國(guó)電網(wǎng)的“市場(chǎng)不適應(yīng)癥”2002年一2004年全國(guó)大面積缺電02年全國(guó)電力缺口是2035萬(wàn)千瓦；03年高達(dá)4485萬(wàn)千瓦；04年雖然國(guó)家加快電力建設(shè)，但缺口仍有2500一3000萬(wàn)千瓦。2004年無(wú)序裝機(jī)，2001、2002和2003年分別批準(zhǔn)開(kāi)工電站項(xiàng)目2140萬(wàn)千瓦、2337萬(wàn)千瓦和3111萬(wàn)千瓦。至2004已經(jīng)批準(zhǔn)開(kāi)工電站項(xiàng)目6110萬(wàn)千瓦。中國(guó)電網(wǎng)的“市場(chǎng)不適應(yīng)癥”2002年一2004年全國(guó)大面積缺38市場(chǎng)化的電力運(yùn)營(yíng)模式下，負(fù)荷會(huì)隨經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展而不斷增加，缺電的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，因而電源規(guī)劃必須考慮以下因素的影響：缺電責(zé)任主體不明市場(chǎng)機(jī)制具有一定滯后性投資風(fēng)險(xiǎn)加大，投資來(lái)源可能減少電源建設(shè)少了一個(gè)理智的投資來(lái)源——電網(wǎng)企業(yè)不利于水電核電等可再生能源發(fā)展承擔(dān)高峰負(fù)荷的發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)會(huì)少，財(cái)政風(fēng)險(xiǎn)大電網(wǎng)輸電能力比較薄弱，易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞市場(chǎng)化的電力運(yùn)營(yíng)模式下，負(fù)荷會(huì)隨經(jīng)濟(jì)的持續(xù)39電

源

項(xiàng)

目

投

資

所

面

臨

的

風(fēng)

險(xiǎn)電

源

項(xiàng)

目

投

資

所

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臨

的

風(fēng)

險(xiǎn)403.市場(chǎng)環(huán)境下電源規(guī)劃的主體和模式3.市場(chǎng)環(huán)境下電源規(guī)劃的主體和模式41【思考題】電源規(guī)劃的任務(wù)是什么？影響電廠容量選擇的因素有哪些？水電站備用容量確定要考慮哪些因素？市場(chǎng)環(huán)境下電源規(guī)劃與傳統(tǒng)的電源規(guī)劃有什么區(qū)別？試說(shuō)明電源規(guī)劃問(wèn)題的解決步驟和流程?！舅伎碱}】42感謝觀賞感謝觀賞主講人：XXX《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章主講人：XXX《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章第4章電源規(guī)劃的理論與方法概述電廠容量的選擇電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型電力市場(chǎng)環(huán)境下的電源規(guī)劃電源規(guī)劃拓展知識(shí)4.1概述1.電源規(guī)劃的任務(wù)及分類任務(wù)：對(duì)電力系統(tǒng)電源布局進(jìn)行策略研究，根據(jù)規(guī)劃期內(nèi)預(yù)測(cè)的負(fù)荷需要量，通過(guò)電力電量平衡得到需新增的發(fā)電容量，在滿足負(fù)荷要求并達(dá)到各種技術(shù)指標(biāo)的條件下，確定在何時(shí)、何地新建（或新增）何種類型、何種規(guī)模的發(fā)電廠（或機(jī)組），使規(guī)劃期內(nèi)電力系統(tǒng)能安全運(yùn)行且投資經(jīng)濟(jì)合理。善良主講人：XXX《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章主第4章電源規(guī)劃的理論與方法概述電廠容量的選擇電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型電力市場(chǎng)環(huán)境下的電源規(guī)劃電源規(guī)劃拓展知識(shí)第4章電源規(guī)劃的理論與方法概述454.1概述1.電源規(guī)劃的任務(wù)及分類任務(wù)：對(duì)電力系統(tǒng)電源布局進(jìn)行策略研究，根據(jù)規(guī)劃期內(nèi)預(yù)測(cè)的負(fù)荷需要量，通過(guò)電力電量平衡得到需新增的發(fā)電容量，在滿足負(fù)荷要求并達(dá)到各種技術(shù)指標(biāo)的條件下，確定在何時(shí)、何地新建（或新增）何種類型、何種規(guī)模的發(fā)電廠（或機(jī)組），使規(guī)劃期內(nèi)電力系統(tǒng)能安全運(yùn)行且投資經(jīng)濟(jì)合理。4.1概述1.電源規(guī)劃的任務(wù)及分類46

分類：短期規(guī)劃、中長(zhǎng)期規(guī)劃短期電源規(guī)劃:考慮未來(lái)1～5年的發(fā)展情況，內(nèi)容包括：確定發(fā)電設(shè)備的維修計(jì)劃。分析推遲或提前新發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)計(jì)劃的效益。分析與相鄰電力系統(tǒng)互聯(lián)的效益及互連方案。確定燃料需求量及購(gòu)買、運(yùn)輸、存儲(chǔ)計(jì)劃。

47中長(zhǎng)期電源規(guī)劃：考慮10～30年的發(fā)展情況，解決以下問(wèn)題：何時(shí)、何地?cái)U(kuò)建新發(fā)電機(jī)組。擴(kuò)建什么類型及多大容量的發(fā)電機(jī)組?，F(xiàn)有發(fā)電機(jī)組的退役及更新計(jì)劃。燃料的需求量及解決燃料問(wèn)題的策略。采用新發(fā)電技術(shù)（如太陽(yáng)能發(fā)電）的可能性。采用負(fù)荷管理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)電力、電量平衡的影響。與相鄰電力系統(tǒng)進(jìn)行電力交換的可能性。中長(zhǎng)期電源規(guī)劃：考慮10～30年的發(fā)展情況，解決以下問(wèn)題：482.電源規(guī)劃的投資決策原則1）參與經(jīng)濟(jì)計(jì)算和比較的各個(gè)電源規(guī)劃方案必須具有可比性。2）必須確定合理的經(jīng)濟(jì)計(jì)算年限，比較方案的計(jì)算年限要一致。3）確定合理的經(jīng)濟(jì)比較標(biāo)準(zhǔn)。4）在投資決策中，各項(xiàng)費(fèi)用和收益，都要考慮資金的時(shí)間因素，并以同一時(shí)間為基準(zhǔn)。5）決策過(guò)程必須統(tǒng)籌兼顧國(guó)民經(jīng)濟(jì)的整體利益，與相關(guān)部門密切配合。2.電源規(guī)劃的投資決策原則1）參與經(jīng)濟(jì)計(jì)算和比較的各個(gè)電源規(guī)493.電源規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法【意義】對(duì)電源規(guī)劃方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)是電源規(guī)劃中不可缺少的環(huán)節(jié)。【目的】根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展戰(zhàn)略及地區(qū)發(fā)展規(guī)劃要求，計(jì)算各方案的投入費(fèi)用和產(chǎn)出效益，進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從而選擇對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展最有益的方案?！緫T例】對(duì)于各種可行的電源規(guī)劃方案，通常認(rèn)為有相同的效益，在滿足負(fù)荷需求和各種約束條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下，總投入最小的方案就是最經(jīng)濟(jì)的方案?！就顿Y分?jǐn)偂咳绻硞€(gè)方案除了滿足發(fā)電效益以外，還可帶來(lái)其它利益，則可以采用投資分?jǐn)偦蛴?jì)入方案費(fèi)用的方法進(jìn)行比較。3.電源規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法【意義】對(duì)電源規(guī)劃方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)504.電廠容量的選擇確定每個(gè)擬建電廠的建設(shè)規(guī)模，是做系統(tǒng)電源規(guī)劃方案的基礎(chǔ)。影響電廠容量的主要因素規(guī)劃地區(qū)（即電廠供電地區(qū)）負(fù)荷的影響動(dòng)力資源條件的影響廠址條件的影響系統(tǒng)規(guī)模的影響設(shè)備規(guī)模及供應(yīng)條件的影響4.電廠容量的選擇確定每個(gè)擬建電廠的建設(shè)規(guī)模，是做系統(tǒng)電源規(guī)511）規(guī)劃地區(qū)負(fù)荷的影響負(fù)荷大小的影響：負(fù)荷需求的大小決定了建設(shè)電廠的總?cè)萘俊Ｘ?fù)荷分布的影響：負(fù)荷比較集中的地區(qū)適宜建大電廠，負(fù)荷分散的地區(qū)則可考慮小規(guī)模電廠。負(fù)荷方式的影響：對(duì)于宜帶尖峰負(fù)荷的水電廠來(lái)說(shuō)，如果地區(qū)負(fù)荷峰谷差大，尖峰負(fù)荷較高，則在保證相同出力下可以多裝機(jī)，容量可以選得小些，以充分發(fā)揮水電的效益。對(duì)于熱電廠來(lái)說(shuō)，如果熱負(fù)荷在年內(nèi)比較均衡，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)較高，則熱電廠的容量可以選得大些，以便獲得較多的熱化電能。負(fù)荷增長(zhǎng)速度的影響：大容量電廠采用大機(jī)組，適應(yīng)負(fù)荷迅速增長(zhǎng)的能力強(qiáng)。因此負(fù)荷增長(zhǎng)迅速時(shí)，有利于大容量電廠的興建。1）規(guī)劃地區(qū)負(fù)荷的影響負(fù)荷大小的影響：負(fù)荷需求的大522）動(dòng)力資源條件的影響資源條件對(duì)電廠容量影響很大，對(duì)水電廠起決定作用，對(duì)火電廠也有一定影響。對(duì)燃料供應(yīng)方便而又可靠的坑口電廠容量可以選得大些；對(duì)建在負(fù)荷中心、遠(yuǎn)離礦區(qū)的電廠則燃料供應(yīng)條件是影響電廠規(guī)劃容量的重要因素之一。3）廠址條件的影響火電廠的廠址條件主要指供水、煤場(chǎng)、灰場(chǎng)、交通運(yùn)輸條件、地質(zhì)地形、環(huán)保要求等。它們對(duì)電廠容量影響很大。水電廠的廠址條件，如壩址的地質(zhì)條件、庫(kù)區(qū)的移民問(wèn)題、壩址地形及施工條件、水利樞紐布置及輸電線路可行路徑條件等也對(duì)其選址和容量起很大作用。2）動(dòng)力資源條件的影響534）系統(tǒng)規(guī)模的影響與電廠相聯(lián)的系統(tǒng)規(guī)模越大，負(fù)荷需求越大。則在滿足同樣可靠性要求前提下，電廠的容量可選得大些。因?yàn)榇箅姀S可以采用大機(jī)組，效率較小機(jī)組高。若采用大機(jī)組可以滿足系統(tǒng)的可靠性要求，則它在經(jīng)濟(jì)上就是合理的。一般來(lái)說(shuō)，電廠的最大容量不超過(guò)系統(tǒng)的總事故備用為宜，單機(jī)容量以不大于系統(tǒng)最大負(fù)的10％為宜。5）設(shè)備規(guī)模及供應(yīng)條件的影響電廠容量大小與裝機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量大小有關(guān)。一個(gè)電廠的機(jī)組臺(tái)數(shù)不宜過(guò)多，如果單臺(tái)機(jī)組容量較小，則電廠的容量也較小。在規(guī)劃電廠容量時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃及設(shè)備規(guī)范選用合理的機(jī)組容量，并確定電廠容量。4）系統(tǒng)規(guī)模的影響544.2電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型的一般形式在各種優(yōu)化模型中，不可避免地要采用一定程度的近似簡(jiǎn)化。常見(jiàn)的簡(jiǎn)化模型有:線性模型、整數(shù)模型、非線性模型、逐階段優(yōu)化模型、隨機(jī)模型、確定性模型4.2電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型的一般形式551.目標(biāo)函數(shù)

一般為系統(tǒng)總投資費(fèi)用最小?？偼顿Y費(fèi)用包括兩個(gè)部分：一部分與安裝發(fā)電機(jī)組容量有關(guān)，如發(fā)電廠的投資費(fèi)用；另一部分與發(fā)電機(jī)組的實(shí)際輸出功率有關(guān)，如發(fā)電廠的運(yùn)行費(fèi)用，其中主要是發(fā)電廠的燃料費(fèi)用。1.目標(biāo)函數(shù)56【多目標(biāo)處理】

在實(shí)際應(yīng)用中，規(guī)劃目標(biāo)不僅僅是投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，還包括其它效益和支出，如計(jì)及可靠性指標(biāo)、輸電線路費(fèi)用、未來(lái)的不確定性因素（如負(fù)荷預(yù)測(cè)、水文數(shù)據(jù)及市場(chǎng)因素）等，故電源規(guī)劃是一個(gè)多目標(biāo)規(guī)劃問(wèn)題。對(duì)此，具體處理方法是多樣的。常用的方法是將不同的目標(biāo)函數(shù)乘以不同的權(quán)值形成一個(gè)新的目標(biāo)函數(shù)，從而轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題處理?！径嗄繕?biāo)處理】572.約束條件

對(duì)于不同的系統(tǒng)、不同的規(guī)劃模型，約束條件是有差異的。1）電源建設(shè)施工約束（1）待建電廠各年裝機(jī)最大容量約束（2）待建電廠總裝機(jī)容量約束（3）最早投入年限約束2.約束條件對(duì)于不同的系統(tǒng)、不同的規(guī)劃模型，約58（4）財(cái)政約束（5）待建電廠裝機(jī)連續(xù)性約束（6）建設(shè)順序約束（4）財(cái)政約束592）系統(tǒng)運(yùn)行約束（1）系統(tǒng)需求約束任何時(shí)候，系統(tǒng)發(fā)電容量總和要滿足電力需求（2）發(fā)電機(jī)組最大最小出力約束（3）火電燃料消耗約束（4）水電水量消耗限制2）系統(tǒng)運(yùn)行約束603）備用容量約束系統(tǒng)電源容量除滿足負(fù)荷需求，還應(yīng)計(jì)及一定備用容量。4）可靠性約束可將可靠性指標(biāo)記入約束中，或?qū)⑵涮幚恚浫肽繕?biāo)函數(shù)

根據(jù)所采取的規(guī)劃模型不同，除了上述常用約束條件，可能還要考慮輸電能力約束、最小開(kāi)發(fā)容量約束、火電年利用小時(shí)數(shù)約束、抽水蓄能電站約束、核電廠基能約束以及分布式發(fā)電機(jī)組約束等。以上列出的約束條件的表達(dá)方式在不同的模型中是不同的，處理方式也有差異。3）備用容量約束613.投資決策問(wèn)題在電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型中，變量可以分為離散變量與連續(xù)變量?jī)深?。?jù)此可以將電源規(guī)劃模型分解為電源投資決策和生產(chǎn)模擬兩部分，這兩部分可采用不同的優(yōu)化技術(shù)，相應(yīng)的電源規(guī)劃過(guò)程也被分為相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)階段?！就顿Y決策問(wèn)題】

以離散變量為主要變量，其解反映的是方案中各項(xiàng)目的建設(shè)與投產(chǎn)年份，以及廠址、機(jī)組類型和容量等，同時(shí)確定方案中與投資成本對(duì)應(yīng)的費(fèi)用。3.投資決策問(wèn)題在電源規(guī)劃數(shù)學(xué)模型中，變量可以624.生產(chǎn)模擬問(wèn)題在投資決策條件給定的前提下，對(duì)方案中的運(yùn)行成本逐年進(jìn)行詳細(xì)優(yōu)化計(jì)算的問(wèn)題。隨機(jī)生產(chǎn)模擬:考慮規(guī)劃期內(nèi)可能存在諸如各機(jī)組的非計(jì)劃強(qiáng)迫停運(yùn)、未來(lái)電力負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)、水電廠來(lái)水量變化等不確定性約束。隨機(jī)生產(chǎn)模擬目的：獲得方案中各機(jī)組的期望生產(chǎn)電能、運(yùn)行費(fèi)用及電源可靠性指標(biāo)，為電源規(guī)劃的決策提供準(zhǔn)確的反饋信息。4.生產(chǎn)模擬問(wèn)題63（1）隨機(jī)生產(chǎn)模擬的基本原理等效持續(xù)負(fù)荷曲線（模擬）——某一負(fù)荷與其持續(xù)的時(shí)間的關(guān)系曲線）圖線上任何一點(diǎn)（x，t）表示系統(tǒng)負(fù)荷大于或等于x的持續(xù)時(shí)間，t=F(x)。

（1）隨機(jī)生產(chǎn)模擬的基本原理等效持續(xù)負(fù)荷曲線（模擬）64將周期T除上式得（某負(fù)荷出現(xiàn)的概率）將周期T除上式得65《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章課件66《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章課件67等效持續(xù)負(fù)荷曲線：把發(fā)電機(jī)組故障影響當(dāng)成等效負(fù)荷對(duì)原始負(fù)荷曲線不斷修正的結(jié)果。當(dāng)發(fā)電機(jī)組故障時(shí)，系統(tǒng)的等效負(fù)荷就要增大。等效持續(xù)負(fù)荷曲線：把發(fā)電機(jī)組故障影響當(dāng)成等效負(fù)荷對(duì)原始負(fù)荷曲68《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章課件69由于發(fā)電機(jī)組1的強(qiáng)迫停運(yùn)率為q1，故其正常運(yùn)行的概率為p1=1-q1，所以考慮發(fā)電機(jī)組1的隨機(jī)停運(yùn)影響后，系統(tǒng)的隨機(jī)負(fù)荷曲線應(yīng)表示為

上式是發(fā)電機(jī)組1的隨機(jī)停運(yùn)與持續(xù)負(fù)荷曲線的卷積公式，其結(jié)果就是考慮發(fā)電機(jī)組隨機(jī)停運(yùn)因素后的系統(tǒng)等效持續(xù)負(fù)荷曲線。由于發(fā)電機(jī)組1的強(qiáng)迫停運(yùn)率為q1，故其正常運(yùn)行的概率為p1=70應(yīng)該指出，等效持續(xù)負(fù)荷曲線比的最大負(fù)荷大了C1，而總的負(fù)荷電量增加了△E。可以證明，這里的△E正好等于發(fā)電機(jī)組1由于故障而少發(fā)的電量。對(duì)于第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組，上述結(jié)論可推廣為式中：Ci為第i臺(tái)機(jī)組的發(fā)電容量，qi為第臺(tái)機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)率，pi=1-qi。應(yīng)該指出，等效持續(xù)負(fù)荷曲線比的71《電力系統(tǒng)規(guī)劃》第4章課件72（2）隨機(jī)生產(chǎn)模擬過(guò)程以火電機(jī)組為例，介紹生產(chǎn)模擬的全過(guò)程處理負(fù)荷資料，形成原始持續(xù)負(fù)荷曲線確定發(fā)電機(jī)組帶負(fù)荷的優(yōu)先順序按其帶負(fù)荷順序安排發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，計(jì)算發(fā)電量修正等效持續(xù)負(fù)荷曲線計(jì)算系統(tǒng)可靠性指標(biāo)根據(jù)各發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量計(jì)算系統(tǒng)燃料消耗量并進(jìn)行發(fā)電成本分析進(jìn)行其它特殊問(wèn)題的研究（2）隨機(jī)生產(chǎn)模擬過(guò)程以火電機(jī)組為例，介紹生產(chǎn)模擬的全過(guò)程73原始資料：負(fù)荷資料和發(fā)電機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。負(fù)荷資料作用：用來(lái)形成研究期間的原始持續(xù)負(fù)荷曲線及最大負(fù)荷曲線。最大負(fù)荷曲線是指每月或每周的最大負(fù)荷按時(shí)間序列形成的曲線，它的用途是安排檢修計(jì)劃?；痣姍C(jī)組的數(shù)據(jù)：發(fā)電機(jī)組的類型、容量、臺(tái)數(shù)，各發(fā)電機(jī)組的平均煤耗率，燃料價(jià)格，發(fā)電機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)率、最小輸出功率、所需的檢修時(shí)間。水電特性：水電機(jī)組的發(fā)電量是由水文條件及水庫(kù)調(diào)度決定的，因此在發(fā)電調(diào)度中水電機(jī)組的發(fā)電量是給定的已知量。由于水庫(kù)上下游水位變動(dòng)，水電機(jī)組的發(fā)電功率可能達(dá)不到其額定容量。這種由水力條件決定的水電機(jī)組的實(shí)際發(fā)電能力稱為預(yù)想輸出功率。在生產(chǎn)調(diào)度中應(yīng)該用預(yù)想輸出功率代替水電機(jī)組的容量參與電力平衡。原始資料：負(fù)荷資料和發(fā)電機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。74生

產(chǎn)

模

擬

流

程

圖生

產(chǎn)

模

擬

流

程

圖75隨機(jī)生產(chǎn)模擬方法簡(jiǎn)介

傅立葉級(jí)數(shù)法：用50～100項(xiàng)傅立葉級(jí)數(shù)描述持續(xù)負(fù)荷曲線，然后在傅立葉領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行卷積計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)卷積法：將概率學(xué)中對(duì)隨機(jī)變量概率分布函數(shù)的卷積計(jì)算公式作為算法的核心，其概念清晰，但計(jì)算量大。半不變量法：用隨機(jī)分布的數(shù)字特征——半不變量來(lái)描述系統(tǒng)的持續(xù)負(fù)荷曲線和各發(fā)電機(jī)組的隨機(jī)停運(yùn)。等效電量函數(shù)法：先求出電力系統(tǒng)在不同負(fù)荷水平下的電量需求（即形成電量函數(shù)），然后再考慮發(fā)電機(jī)組故障時(shí)直接修正各負(fù)荷水平所需的電量（即修正等效電量函數(shù)），這樣就可以非常方便的完成隨機(jī)生產(chǎn)模擬計(jì)算。隨機(jī)生產(chǎn)模擬方法簡(jiǎn)介764.3電力市場(chǎng)環(huán)