基于综合扩容规划模型的水电发展优化

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1、基于综合扩容规划模型的水电发展优化T.怀亚特张卓然邹瑜摘耍：在供电系统的扩容优化工程中，需要实现规划期总投资和运营成本的最小化。但由于过程复杂，加上受计算机软件的限制，通常做法是先优化发电扩容的部分，然后再设计配套的输电系统。考虑了水电开发对扩容工程的限制因素以及二者的相互依赖性，提出了实施扩容优化工程的可行性。关键词：供电系统;扩容优化;扩容工程;英国;收稿日期：2017-03-10Received：2017-03-10由于行业领先的软件开发公司都在致力于继续推广可免费获取的发电规划程序，如WASP,因此开发一种能够同时优化发电扩容和输电的软件的商业价值

2、大大减少，开发这类软件的人也越来越少。WASP于20世纪70年代问世，最初用于促进核电事业的发展。多年来，这一程序己经得到持续更新，但是，当被用于水电-火电站系统规划时，即使是最新版的WASP程序，也存在一些明显的局限性，包括:无法依据预先确定的清单优选岀水电站、不能完全考虑工程项目中各因素的相互依存关系、需要根据不同的供电收益和亏损（缺电时）情况汇总出电力需求。对于有些国家，其输电系统呈现为一种庞大的“网格”状，可对单个区域的需求作出假定。但是，有些国家的输电系统呈“径向式”分布，水电站距离配电总站的距离很远，电网损失、消耗及容量限制均会对电站配电成本造

3、成重大影响。国际电力系统的发展让这种情况进一步复杂化，因为每个国家都要为是否进口或出口电力做出决策，同时述要确定电价标准。备选电站可以考虑接入预定电网系统节点的投资成本，随着计算机技术的不断发展以及更多有效优化算法的出现，在电站扩容规划过程中，可能不再需要将发电和输电两个方面分开。例如:对现有输电系统进行强化或者进口电力可能比新建发电设施更划算。又如，当发电能力远满足国内用电需求时，做出出口电力的决策则可能更为可行。同理，在水电-火电站系统和可再生能源发电系统扩建规划时，需要充分考虑各组件间的相互依赖性，包括不同水电站的选择，以及上游建水库所带来的影响。例

4、如:在一个系统的背景下，评估两种方案的经济性是采用相对成本较低的径流式电站方案，还是投入较大、供电水平更高更稳定的水库蓄水方案。因此，电力与水利系统咨询公司(Power&WaterSystemConsultants,PWSC)开发了一种计算机软件，能够为多重需求的系统进行整体扩容优化，同时明确考虑工程齐组件的相互依赖性以及预算限制。该公司开发的软件名为CAPRICORN,由优化和仿真模块组成，两个模块共享一个输入数据文件集。1优化模块优化模块采用混合整数线性规划(MTLP)来优化备选电站的选择、投运日期以及传输线路，也可用于进出口电量配额优化，满足最小贴现

5、成本下的电力需求。电站扩容规划可以分年或月实现，或者两者相结合，在每个时段，最多可以用8种负载模块来表达电力需求，其中至少3个模块分别对峰荷、腰荷和基荷进行模拟。该优化模块能够考虑以下因素：(1)现有和备选电站每兆瓦时的发电成本及每兆瓦的容量成本；(2)对于水电站，考虑5种水文条件下的最大容量和可发电量，如:枯水、平水(稳定)、次丰水、丰水或者不同年份的组合；(3)互相排斥，如工程A或工程B都可行，但不可同时选择；(4)相互关联，如工程C必须在工程DZ前完工；(5)水电站发电的相互关联，女n,由于备选电站F的投运，造成现有或备选电站E稳定和平均可发电能的变

6、化；(6)某个电力采购协议所规定的最小(年度)调度电量；(7)对于非水力发电站，可调度的最大与最小出力(MW)及电量输出(MWh);(8)输电线路的最大容量(MW)及在每兆瓦和兆瓦吋下的输电与过网成本及损耗(相对于入网总能的百分比)；(9)各地区不同用电需求下的供电收益和断供处罚，包括出口电力需求；(10)备选电站及输电线的月投入成木，分解为当地货币与外币的组合；(11)经济寿命和停运成本；(12)年投资成本的预算限制、投资成本+运营成本、投资成本+运营成本+罚金+总净成本(投资成本+运营成本+罚金-供电收益)等；仃3)规定的贴现率、变化的运营成本通胀率、

7、经济分析周期(附加扩容规划期之外的吋间)和水文情况权重因子等。线性规划公式包括定义待优化的决策变量，以及单一或多种荷载模块、吋间步长条件下的限制条件，用“不大于”、“不小于”、“等于”等关系表达。采用投运变量(CVs)优化各时间步长下投运电站、输电线路和用电需求占比。目标函数系数是每兆瓦投资成本减去分析时段结束时积累的残留收益，从规划期开始吋贴现。通过优化各个发电站的岀力、各条输电线路输送的电力和缺电地区的供电缺口，使不同时间步长、负载模块以及水文条件下的用电需求成本最低。每个负载模块的电站出力和线路输电最大和最小值都由约束因子进行限制，除此之外，还用“不

8、大于”进行限制，确保每座电站、输电线路和需求地区的投运变量之和不大