[发明专利]一种基于成本的能效电厂优化配置与厂网协调规划方法

权利要求书

1.一种基于成本的能效电厂优化配置与厂网协调规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据二层规划理论和厂网规划约束条件，建立基于成本的能效电厂优化配置与厂网协调二层规划模型，包括上层规划模型和下层规划模型，上层规划模型以总投资成本最小为目标函数，其表达式为：

F＝min{F₁,F₂,F₃,...,F_h,...,F_H}

其中，F_h为第h种情形的上层目标值，H为基于下层电源规划结果的H种新增电源节点配置情形，T为规划周期包含的阶段数，r为贴现率，1/(1+r)^(t-1)Y为资金的折算系数，Y为第t阶段包含的年数，Ω为节点的集合，为第t阶段节点i到j的输电线路单位投资费用，L_ij为节点i到j之间输电线路的长度，为第h种情形下第t阶段节点i到j之间新建输电线路回数，G^t为电厂投资成本，为输电线路投资成本，为第h种情形下第t阶段N、N-1网络安全下的切负荷惩罚费用之和，为第t阶段新建常规电厂投资成本，为第t阶段新建能效电厂投资成本，为第t阶段常规电厂的运行维修费用，I为节点数，S为线路回路数，为第h种情形下第t阶段正常运行状态下节点i的切负荷量，为第h种情形下第t阶段第s条线路断开的N-1运行状态下节点i的切负荷量，a、b分别为正常状态下的切负荷惩罚系数和N-1状态下的切负荷惩罚系数；

上层规划模型的约束条件包括：

N条件下的安全约束：

其中，为第t阶段第h种情形下系统节点导纳矩阵，为第t阶段第h种情形下节点相角列向量，为第t阶段第h种情形下常规电厂节点出力列向量，为第t阶段第h种情形下节点负荷列向量，为第t阶段第h种情形下能效电厂节点出力列向量，为的列向量，为第t阶段节第h种情形下点i到节点j之间输电线路上的总潮流，为第t阶段第h种情形下节点i到节点j之间原有的线路回路数，为第t阶段第i节点第h种情形下节点相角列向量，为第t阶段第j节点第h种情形下节点相角列向量，x_ij为节点i到j之间单条输电线路的电抗，为第t阶段节点i到节点j之间单条回路容量上限，分别为第t阶段常规电厂节点出力最小值和最大值的列向量；

N-1条件下的安全约束：

其中，为第t阶段第h种情形下第s条线路断开后系统节点导纳矩阵，为第t阶段第h节点第s条线路断开后节点相角列向量，为第t阶段第h种情形下第s条线路断开后常规电厂节点出力列向量，为第t阶段第h种情形下第s条线路断开后能效电厂节点出力列向量，为的列向量，为第t阶段第h种情形下第s条线路断开后节点i到节点j之间输电线路上的总潮流，为第t阶段第h种情形下第s条线路断开后节点i到节点j之间原有的线路回路数，为第t阶段第h种情形下第s条线路断开后节点i到节点j之间的线路回路数，为第t阶段第i节点第h种情形下第s条线路断开后节点相角列向量，为第t阶段第j节点第h种情形下第s条线路断开后节点相角列向量，分别为第t阶段常规电厂节点出力最小值和最大值的列向量；

下层规划模型以电厂的投资成本最小为目标函数，其表达式为：

其中，G^t为电厂投资成本，为第t阶段新建常规电厂投资成本，为第t阶段新建能效电厂投资成本，为第t阶段常规电厂的运行维修费用，M为常规电厂机组类型数，C_G,m为新建常规发电机组类型为m的单位容量投资成本，P_G,m为m型常规机组的容量，为第t阶段新建m型常规机组的台数，K为能效电厂机组类型数，C_E,k为新建能效电厂类型为k的单位容量投资成本，P_E,k为k型能效电厂的容量，为第t阶段新建k型能效电厂的台数，Y为第t阶段包含的年数，N为第t阶段包含所选择的待建常规电厂的常规机组数目，L为第t阶段包含所选择的待建能效电厂的能效电厂数目，为第t阶段第n个常规电厂机组的容量，I_OME,n为第n个常规电厂机组的单位运行维修费用，为第t阶段第n个常规电厂机组第y年的运行小时数，为第t阶段第l个能效电厂机组的容量，I_OM,l为第l个能效电厂的单位运行费用，为第t阶段第l个能效电厂机组第y年的运行小时数；

下层规划模型的约束条件为：

其中，R为机组的备用容量系数，为第t阶段的最大负荷，为第t阶段第y年的负荷，T_h为年最大运行小时数，α为能效电厂与负荷的最小比值，β为能效电厂与负荷的最大比值，为第t阶段的最大负荷，为第t阶段新建m型常规机组数，为第t阶段新建m型常规机组的最大台数，为第t阶段新建k型能效电厂数，为第t阶段新建k型能效电厂的最大台数；

2)根据规划方案的可靠性要求，对所生成的方案进行可靠性验证，以确保求得的最优方案不存在孤岛网架；

3)根据模型特点采用改进遗传算法和原始-对偶内点法的混合算法求解模型得到最优规划方案，具体包括以下步骤：

采用改进遗传算法和原始-对偶内点法的混合算法求解得到最优规划方案，其中，上层采用自适应遗传算法进行全局寻优，生成优化网架，得到线路建设费用，再通过模拟运算得到运行维护费用、环境费用、投资成本的期望值，下层利用原始-对点内偶法计算切负荷惩罚费用，反馈给上层，得到优化目标的总费用，通过迭代收敛得到最优网架结构，所述的改进遗传算法为自适应遗传算法，自适应遗传算法中的交叉概率P_c和变异概率P_m的计算公式如下：

其中，f为要交叉的两个个体中适应度值较大的一个，f′为要变异的个体的适应度值，f_avg种群的平均适应度值，f_max为种群中最大个体适应度值，P_c1、P_c2、P_m1、P_m2、A为常数；

4)对于不考虑能效电厂和厂网协调规划和考虑能效电厂和厂网协调规划两种情况，并将每种情况的规划周期分为三个阶段，分别获取并对比各阶段下的多项指标，并绘制各方案的规划结果图，具体包括以下步骤：

41)对于不考虑能效电厂和厂网协调规划和考虑能效电厂和厂网协调规划两种情况，将规划分为两大类，并对每一类的规划周期分为三个阶段；

42)计算每一种情况下三个阶段的各项指标，包括增机组数、新建线路数、投资成本；

43)将每一种情况按照阶段顺序进行排序，对比分析各项指标；

44)根据计算结果，绘制各方案的规划结果图。

2.根据权利要求1所述的一种基于成本的能效电厂优化配置与厂网协调规划方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：

21)根据可靠性要求对所生成的方案进行连通性校验；

22)对存在孤岛的网架，通过随机选择孤岛与网架中节点的待架线路来消除孤岛，实现网架连通；

23)对存在独立小网的不连通的网架，通过随机选择独立小网中节点与网架节点间的待架线路来消除独立小网，实现网架连通，最终保证了最优规划方案的网架连通性要求。