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基于多目标规划的电源规划模型研究马宗砚

发表时间：2020/9/1 来源：《论证与研究》2020年7期作者：马宗砚宋吉祥杨竣博宋文博

[导读] 摘要：本文主要针对投资成本现值和将来值进行推算的研究，利用不同时刻的资金折算为同一时刻的资金，然后在相同的时间基础上进行比较，做了三种投资方案的优劣，最终可得第二种投资方案经济性最好。首先考虑到计算精度和计算效率，我们选用遗传模型中的GMGA模型。其次运用matlab进行分析，考虑局部最优和早熟收敛，尽量剔除不稳定因子。最后不考虑停电损失费用，在可靠性指标约束进行推算，并得出结论。当规划大量可再生

                                                              马宗砚¹ 宋吉祥¹ 杨竣博¹ 宋文博²
                            （1.山东科技大学电气与自动化工程学院山东省青岛市 266590；2.山东科技大学机械电子工程学院山东省青岛市 266590）
        摘要：本文主要针对投资成本现值和将来值进行推算的研究，利用不同时刻的资金折算为同一时刻的资金，然后在相同的时间基础上进行比较，做了三种投资方案的优劣，最终可得第二种投资方案经济性最好。首先考虑到计算精度和计算效率，我们选用遗传模型中的GMGA模型。其次运用matlab进行分析，考虑局部最优和早熟收敛，尽量剔除不稳定因子。最后不考虑停电损失费用，在可靠性指标约束进行推算，并得出结论。当规划大量可再生能源入电力系统时，大规模风电集中接入电力系统将会对电力系统的暂态稳定性产生一定的影响，而光伏电站进入将对电网电压闪变产生较大影响。实际电力系统的元件众多将对求解非线性约束的电源规划问题带来巨大挑战，对此，可以采用不确定性信息直接引入优化过程中,构造出不确定多目标电源规划模型，并以目标函数作为评价指标,给出评价规划方案优属度的方法。
        关键词：遗传算法；整数规划模型；评价指标模型；MATLAB
        引言
        改革开放以来，我国电力工业发展规模大、速度快。随着国民经济的发展，电力系统用户对电力和电能的需要不断增加。电源规划的合理与否，它直接影响系统今后运行的可靠性、经济性、电能质量，网络结构和今后的发展。因此电源规划是电力系统电源布局的战略决策。要做好电源规划，涉及和研究的问题很多：如负荷预测、厂址选择、燃料来源、运输条件、水库调度、系统运行、网络规划和各种技术经济指标的选定等等。所以电源规划是一件很繁重的工作。而如今的电力系统十分庞大，方案包含有各个待建电源的各种组合方案。如果要考虑长期规划中整个规划期内的整体建设顺序方案，则方案数可能多达上万个。如此多方案用手工计算比较几乎不可想象。在这种生产发展的客观要求下，经过多年的努力，在世界上出现了各种各样的电源规划模型。
        1、问题分析
        工程经济分析（只考虑机组投资费用），属于动态变活过程，在满足电力系数系统技术性指标，定目标函数的第一部分中投资成本的等年值，确定三个方案中的最优方案。满足电力系统技术性指标。典型的日负荷参数进行选择一个确定值，再设置峰值负荷增长率。IEEE-RTS 单阶段电源扩展规划（目标函数只考虑机组投资费用）IEEE-RTS 单阶段电源扩展规划（目标函数只考虑机组投资费用），选用的设计投资方案相互吻合，外加到2030年的负荷增长率，因此在约束条件，即年最大投运台数约束同类机组的年最大投运台数受施工及制造能力限制，设计一个非线性规划方程式，确定合理的类型和数量。
        2、模型的建立
        光伏发电在我国已经成为一种很重要的可再生能源的利用形式为了使电网有效地接纳光伏发电，针对光伏发电和电网之间相互影响开展研究显得极为重要。就目前的光伏电站容量和渗透程度而言，对电网电压闪变的影响均符合相关的要求，但随着输出功率越大和输出功率变动越大，光伏电站并网对电网电压闪变的影响也越大电源规划是电力系统战略发展规划重要组成部分，其主要任务是根据今后若干年内负荷预测，在保证技术合理性和考虑各类电厂之间相互协调的基础上，寻求满足规划区域内的多目标电源建设方案。
        系统在给定时间区间内因发电容量短缺造成负荷需求电量削减的期望值，即

式中， C_s表示状态 s 条件下削减的负荷功率。 C_s 可通过比较状态 s 下的可用机组容量与负荷大小得到。经计算得EENS=15768.61MWh/年。
停电损失成本C_Lt模型如下：

         式中，EENS表示第t规划年的期望失电量IEAR为单位停电损失。
        经计算可得：CLt的值为157686.1$。进一步考虑停电损失费用这一因素，根据问题计算出的停电损失费用为157686.1$，为便于计算，在合理的范围内，我们将此数值变化为0.1577，目标函数进一步修改为：
        minf₃=304_x1+134_x2+86_x3+71_x4
        在一致的情况下，运用matlab编程求解得最优解，即增装机组为3台类型1，4台类型2，2台类型3，0台类型4。
        3、模型的求解
        可再生能源替代化石能源的发展模式：可再生能源替代化石能源进入能源消费市场的基本动力分为需求诱致型和资源推动型，由此推导出的能源发展模式分为需求诱致型模式和供给推动型模式。以下以可再生能源作为需求诱致型模式的代表，化石能源作为供给推动型模式的代表分别进行分析，在此基础上推导出可再生能源替代化石能源的发展模式。出于技术创新、市场变化、有效的政策和新的商业模式，光伏和风电的成本持续下降。
        大规模风电集中接入电力系统将会对电力系统的暂态稳定性产生一定影响。当风电渗透率较大，连接电压水平较高时，电网暂态稳定受到风电接入的影响将较为明显。分析了电网的暂态稳定特性后，提出了风电场的安全容量的概念，以确保安全稳定运行的风电场和电网，并讨论一些措施来改善电网的暂态稳定水平。为了深入研究电力系统的稳定性，分别连接双馈风电场和双馈同步发电机在同一接入点，并证明了基于双馈风电场的影响，风电场的电力系统暂态稳定优于接于同一接入点的同容量同步发电机。
        在综合考虑电源规划方案经济、社会和环境等多元目标基础上，将不确定性信息直接引入优化过程中，构造出不确定多目标电源规划模型，并以目标函数作为评价指标，给出评价规划方案优属度的方法。该规划模型有以下优点。将各不确定参数变量在其相应的模型区间内：进行适当组合生成各种决策方案, 从而解决不同时空区域所面临的不确定问题 .通过对不确定指标矩阵的规格化 ,能够处理不具有明显相关关系系统目标之间的协调问题，这是对现有多目标算法比较大的改进。模型具有很大灵活性，在求解过程中引入指标权重因子，可以方便地将决策者或专家的意见整合进来。该规划模型求解过程清晰，求解程序容易实现。
        结论
        本研究对整个电源规划问题有深入地分析，且建立的模型与实际建造、生产过程有紧密的联系，考虑了多方面的影响因素，使模型和解答过程更贴近实际。本文在一些数据计算中，为了便于计算，进行了必要的处理，会使最终结果产生一些误差。模型为使计算过程更加简便，对一些次要因素进行了变化或忽略。本文的整数规划模型不仅可以用于电源规划，还可以广泛应用于投资项目的选择、公司选址、值班的安排一系列等问题，具有良好的社会经济效应。遗传算法不仅可以寻找未来每年增装机组类型和数量的最优解，也可以用来解决带约束的函数优化问题，多目标优化问题，组合优化问题，优化神经网络的权值。
       参考文献：
       [1]钟嘉庆,靳国臣,张晓辉,赵腾飞,高会芳.计及碳交易成本及能效电厂的电源规划模型[J].电工电能新技术,2017,36(12):22-29.
       [2]曾鹏,刘晓波.电源规划研究综述[J].贵州电力技术,2013,16(02):1-3+58.