CN103413021B - 电力系统规划中检修备用容量评估方法 - Google Patents

Abstract

电力系统规划中检修备用容量评估方法：S1输入数据，确定目标函数：S2输入约束条件；S3将机组按容量大小排列；S4判断是否达到预先给定的模拟次数或者预先给定的方差系数，达到则转到步骤S10；S5根据约束条件对检修等级不确定性进行随机模拟，确定机组检修等级组合；S6判断是否安排完所有机组，是则转到步骤S9；S7在负荷曲线上寻找连续的与机组检修时间相等的负荷均值最小的时段；S8修正此时段的负荷，返回步骤S6；S9计算目标函数值，记录目标函数值和相应检修备用容量，返回步骤S4；S10比较所有目标函数值，输出目标函数值最小情况下对应的可行的检修备用容量范围区间。

Description

电力系统规划中检修备用容量评估方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统规划中检修备用容量评估方法。

背景技术

在电力系统规划领域，电力系统检修备用容量评估是进行电源规划、网架规划和能源经济分析的基础。进行检修备用容量评估必须对发电机组检修安排进行模拟，进而评估系统的检修备用容量。现阶段的机组检修计划安排都是在超短期规划中进行的，主要应用的是等备用法，该方法根据发电厂上报的检修等级和时间，即检修需求进行下一年的检修计划安排。由于该方法概念简明、原理直观、计算工作量少，因而在电力系统运行部门得到了广泛的应用。

但是该方法对机组检修需求信息具有高度的依赖性，对电力系统规划而言，无法给出未来几年的机组的准确检修需求，这给等备用法的应用带来了一定的困难，进而无法进行电力系统规划中检修备用容量的评估。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种电力系统规划中检修备用容量的评估方法，解决传统等备用法无法用于电力系统规划中检修备用容量评估的问题。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种电力系统规划中检修备用容量评估方法，其特征是：包括以下步骤：

S1输入系统装机、负荷数据和机组类型、容量数据，确定目标函数：

借鉴传统等备用法的思想，考虑检修需求不确定性，将不同类型发电机组的检修等级约束和各个电厂的发电机组的检修等级约束作为约束条件，使检修需求从确定性变量变为不确定性变量，机组的检修等级根据约束条件随机生成，实现对检修需求不确定性的模拟，进而通过计算可以得到系统检修备用容量；

目标函数为：

$\min (\sqrt{\frac{1}{T}\left(\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{\left({\mathrm{RC}}_t\left(\tilde{A},\tilde{B},\tilde{C},\tilde{D}\right)-\stackrel{\‾}{RC}\left(\tilde{A},\tilde{B},\tilde{C},\tilde{D}\right)\right)}^2\right)}/P_{Lmax})---\left(1\right)$

该式为计及检修需求不确定性的系统备用容量的标准差与最大负荷的比值的最小值，其目的是使各种检修需求下在检修周期内系统每个检修时段的备用容量尽可能相等；

式中：T为检修周期，单位为天，RC_t为第t时段内系统备用容量，单位为兆瓦，即系统装机或系统最大可调度出力扣除t时段负荷和检修容量后的剩余容量；为检修周期T内各个时间段备用容量的平均值，P_Lmax为检修周期内的最大负荷，分别为系统进行A类检修机组集合、B类检修机组集合、C类检修机组集合、类检修机组集合；由于检修需求不确定，都是随机量；

S2输入机组检修等级约束条件，确定约束条件：

约束条件为：

$\begin{array}{c}{\tilde{A}}_i\≤A_{imax}\\ {\tilde{B}}_i\≤B_{imax}\\ {\tilde{C}}_i\≤C_{imax}\\ {\tilde{D}}_i\≤D_{imax}\end{array}---\left(2\right)$

$\begin{array}{c}{\tilde{A}}_p\∈(m_{pa},n_{pa})\\ {\tilde{B}}_p\∈(m_{pb},n_{pb})\\ {\tilde{C}}_p\∈(m_{pc},n_{pc})\\ {\tilde{D}}_p\∈(m_{pd},n_{pd})\end{array},({\mathrm{Ng}}_p\≥3),p=1,\mathrm{2...},N_p---\left(3\right)$

$\underset{t=t_k}{\overset{t_k+S_k-1}{\Σ}}{m}_{kt}=S_k,(k\∈U)---\left(4\right)$

t_k2-(t_k1+S_k1)≥It(k∈U)(5)

$\underset{k\∈V_r}{\Σ}{m}_{kt}\≤V_{rt},(k\∈U)---\left(6\right)$

t_k＝T_set1,t_k+S_k-1＝T_set2(k∈H_arti)(7)

t_k＝c_k,S_k＝Q_k(k∈N_u)(9)

式中：

i－—机组类型：煤电机组、水电机组、气电机组、核电机组或抽水蓄能机组；

——分别表示含有多台机的i类型机组的A类检修机组数、B类检修机组数、C类检修机组数、D类检修机组数，由于检修需求不确定，为不确定量；A_imax、B_imax、C_imax、D_imax——分别表示含有多台机的不同类型机组的A类检修机组数的最大值、B类检修机组数的最大值、C类检修机组数的最大值、D类检修机组数的最大值；

p——第p个电厂；

Ng_p——电厂p中机组数目；

——分别表示电厂pA类检修机组数、B类检修机组数、C类检修机组数、D类检修机组数；

m_pa、m_pb、m_pc、m_pd——分别表示电厂pA类检修机组数目下限、B类检修机组数目下限、C类检修机组数目下限、D类检修机组数目下限；

n_pa、n_pb、n_pc、n_pd——分别表示电厂pA类检修机组数目上限、B类检修机组数目上限、C类检修机组数目上限、D类检修机组数目上限；

U——参与检修的发电机组集合；

k——U中的一个元素，表示第k台发电机组；

m_kt——机组检修状态，取0表示在时段t内无检修，取1表示在时段t内检修；

t_k——检修开始时段；

S_k——检修持续时段；

It——同一机组两次检修的最小时间间隔；

V_rt——检修班组V_r在t时段可同时检修的发电机组最多台数；

H_arti——人工设定检修时间段机组集合；

T_set1——设定检修起始时间段；

T_set2——设定检修终止时间段式；

M_hydro——水电机组可安排检修时间段；

W_hydro——丰水期时间段；

c_k——换料起始时间段；

Q_k——换料持续时间；

N_u－－核电机组集合；

各约束条件的含义为：式(2)考虑检修等级的机组分布特性，表示不同类型机组进行A、B、C、D类检修等级的机组数有上限；式(3)考虑检修等级的电厂分布特性，表示机组数目大于等于3的电厂各类检修的机组数目有一定的范围，这两个约束条件体现了检修需求的不确定性；式(4)表示一台机组开始检修后必须在一个连续的时间段内完成，式(5)表示同一机组两次检修之间的间隔适当；式(6)表示一个电厂不同时进行两台及两台以上机组的检修；式(7)表示对于人工设定检修时间的机组，不再进行检修安排，设定的时间即为检修时间；式(8)表示水电机组不安排在丰水期检修；式(9)表示核电机组换料和检修同时进行；

S3将机组按容量大小排列，容量大小先后顺序决定了机组检修安排先后顺序；

S4判断是否达到预先给定的模拟次数或者预先给定的方差系数，达到则转到步骤S10，否则进入下一步；

S5根据约束条件对检修等级不确定性进行随机模拟，确定一个可行的机组检修等级组合；

S6判断是否安排完所有机组，是则转到步骤S9，否则进入下一步；

S7在负荷曲线上寻找连续的与机组检修时间相等的负荷均值最小的时段，在该时段内安排对应机组检修；

S8修正此时段的负荷，返回步骤S6；

S9计算目标函数值，记录目标函数值和相应检修备用容量，返回步骤S4；

S10比较所有目标函数值，输出目标函数值最小情况下对应的可行的检修备用容量范围区间。

有益效果：本发明的特点在于在原等备用法的基础上，对电力系统规划中检修需求的不确定性进行了处理，通过检修等级的机组分布特性和电厂分布特性来模拟机组检修类型，通过其他约束条件的限制和目标函数来寻找机组最优检修等级组合，进而可以进行电力系统检修备用容量的评估，得到检修周期内每个检修时段的最大最小检修备用容量以及多组可行解，为量化确定电力系统检修备用容量需求提供依据。

本发明充分考虑了检修需求的不确定性，对规划层面电力系统检修安排进行随机生产模拟，得到发电机组的最优检修等级组合，进而得到可行的检修备用容量区间，从而确定电力系统检修备用容量需求,为电源规划、网架规划和能源经济分析提供科学的边界条件。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是电力系统检修备用容量评估流程图；

图2是实施例的负荷数据；

图3是目标函数方差系数变化图；

图4是最优检修等级组合下每旬检修备用容量；

图5是最优解每旬备用容量与实施例实际备用容量对比；

图6是每旬机组检修备用容量最大值和最小值。

具体实施方式

本发明提出了一种电力系统检修备用容量评估方法，算法流程图如图1所示。虚线框范围内是根据约束条件对检修等级不确定性的随机模拟。随机模拟有两种方式，一种是给定模拟次数，当模拟达到给定次数时停止；另一种是给定一个方差系数，计算目标函数的方差系数，达到给定值时停止；虚线框以下是用启发式方法评估检修备用容量的流程。这里以一个实施例为例，随机模拟选取第一种方式，以旬为单位，来对本发明进行以说明。

该实施例共有20个火电厂，共54台机组。该实施例的检修周期为18旬，每旬负荷曲线如图2所示。

对该实施例历年检修需求规律进行总结，得到不同类型机组的检修等级约束和电厂机组检修等级约束，分别见表1和表2，由于D类检修不涉及到机组的停机问题，在此暂不予考虑。不同机组类型不同检修等级对应的检修时间见表3。

表1不同类型机组检修等级约束

表2电厂中机组检修等级约束

表3机组检修等级对应的检修时间

为了在机组检修等级不确定的情况下得到系统最优检修计划安排，在机组检修等级约束条件下进行80000次的随机模拟，得到机组检修等级，应用启发式方法进行求解，计算目标函数值，根据目标函数值选择最优解。80000次模拟下的目标函数方差系数变化如图3所示，经过80000次模拟后，目标函数的方差系数趋于稳定，说明已经得到了机组的最优检修等级组合和检修计划安排。最优检修等级组合下机组每旬检修备用容量见图4，负荷低谷期安排了较多的检修，负荷高峰期安排了较低的检修，说明了本发明的正确性。

将最优检修等级组合下系统的备用容量与该实施例实际检修计划安排下系统的备用容量进行对比，见表4和图5。表4表明机组最优检修等级组合下的备用容量均值与实际情况基本相等，但此时的目标函数值小，说明了此时系统备用容量全年分布比较平均；图5表明，运用本发明使系统备用容量分布较实际情况均匀，证明了本发明的有效性。

表4最优检修等级组合下系统备用容量与实际备用容量对比图

进一步，通过比较80000次模拟中每旬检修备用容量，可以得到每旬最大检修容量和最小检修备用容量，如图6所示，系统实际应用时可根据需要调整。

本发明可以用于电力系统规划中检修备用容量的评估，根据历年检修计划统计规律确定不同类型发电机组的检修等级约束和各个电厂的检修等级约束，进而通过随机模拟确定机组最优检修等级组合和相应的检修备用容量，并得到每旬检修备用容量区间，为系统进行进一步规划，尤其是电源规划提供指导。

Claims (1)

1.一种电力系统规划中检修备用容量评估方法，其特征是包括以下步骤：

S1，输入系统装机、负荷数据和机组类型、容量数据，确定目标函数

目标函数为：

$min\left(\sqrt{\frac{1}{T}{(\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}\left({\mathrm{RC}}_t\right(\tilde{A},\tilde{B},\tilde{C},\tilde{D})-\stackrel{\‾}{RC}(\tilde{A},\tilde{B},\tilde{C},\tilde{D}\left)\right)}^2)}/P_{Lmax}\right)---\left(1\right)$

式中：T为检修周期，单位为天，RC_t为第t时段内系统备用容量，单位为兆瓦，即系统装机或系统最大可调度出力扣除t时段负荷和检修容量后的剩余容量；为检修周期T内各个时间段备用容量的平均值，P_Lmax为检修周期内的最大负荷，分别为系统进行A类检修机组集合、B类检修机组集合、C类检修机组集合、D类检修机组集合；由于检修需求不确定，都是随机量；

S2，输入机组检修等级约束条件，确定约束条件：

约束条件为：

$\begin{array}{c}{\tilde{A}}_i\≤A_{i\max }\\ {\tilde{B}}_i\≤B_{i\max }\\ {\tilde{C}}_i\≤C_{i\max }\\ {\tilde{D}}_i\≤D_{i\max }\end{array}---\left(2\right)$

$\begin{array}{c}{\tilde{A}}_p\∈\left(m_{pa},n_{pa}\right)\\ {\tilde{B}}_p\∈\left(m_{pb},n_{pb}\right)\\ {\tilde{C}}_p\∈\left(m_{pc},n_{pc}\right)\\ {\tilde{D}}_p\∈\left(m_{pd},n_{pd}\right)\end{array},\left({\mathrm{Ng}}_p\≥3\right),p=1,\mathrm{2...},N_p---\left(3\right)$

$\underset{t=t_k}{\overset{t_k+S_k-1}{\Σ}}{m}_{kt}=S_k,(k\∈U)---\left(4\right)$

t_k2-(t_k1+S_k1)≥It(k∈U)(5)

$\underset{k\∈V_r}{\Σ}{m}_{kt}\≤V_{rt},(k\∈U)---\left(6\right)$

t_k＝T_set1,t_k+S_k-1＝T_set2(k∈H_arti)(7)

t_k＝c_k,S_k＝Q_k(k∈N_u)(9)

式中：

i——机组类型：煤电机组、水电机组、气电机组、核电机组或抽水蓄能机组；

——分别表示含有多台机的i类型机组的A类检修机组数、B类检修机组数、C类检修机组数、D类检修机组数，由于检修需求不确定，为不确定量；

A_imax、B_imax、C_imax、D_imax——分别表示含有多台机的不同类型机组的A类检修机组数的最大值、B类检修机组数的最大值、C类检修机组数的最大值、D类检修机组数的最大值；

p——第p个电厂；

Ng_p——电厂p中机组数目；

——分别表示电厂pA类检修机组数、B类检修机组数、C类检修机组数、D类检修机组数；

m_pa、m_pb、m_pc、m_pd——分别表示电厂pA类检修机组数目下限、B类检修机组数目下限、C类检修机组数目下限、D类检修机组数目下限；

n_pa、n_pb、n_pc、n_pd——分别表示电厂pA类检修机组数目上限、B类检修机组数目上限、C类检修机组数目上限、D类检修机组数目上限；

U——参与检修的发电机组集合；

k——U中的一个元素，表示第k台发电机组；

m_kt——机组检修状态，取0表示在时段t内无检修，取1表示在时段t内检修；

t_k——检修开始时段；

S_k——检修持续时段；

It——同一机组两次检修的最小时间间隔；

V_rt——检修班组V_r在t时段可同时检修的发电机组最多台数；

H_arti——人工设定检修时间段机组集合；

T_set1——设定检修起始时间段；

T_set2——设定检修终止时间段式；

M_hydro——水电机组可安排检修时间段；

W_hydro——丰水期时间段；

c_k——换料起始时间段；

Q_k——换料持续时间；

N_u——核电机组集合；

S3，将机组按容量大小排列；

S4，判断是否达到预先给定的模拟次数或者预先给定的方差系数，达到则转到步骤S10；

S5，根据约束条件对检修等级不确定性进行随机模拟，确定一个可行的机组检修等级组合；

S6，判断是否安排完所有机组，是则转到步骤S9；

S7，在负荷曲线上寻找连续的与机组检修时间相等的负荷均值最小的时段；

S8，修正此时段的负荷，返回步骤S6；

S9，计算目标函数值，记录目标函数值，返回步骤S4；

S10，比较所有目标函数值，输出目标函数值最小情况下对应的检修备用容量范围区间。