[发明专利]一种考虑可再生能源的电源优化规划方法

摘要

本发明公开了一种考虑可再生能源的电源优化规划方法，包括采集信息生成电源优化规划基础数据库，包括规划概貌、电厂基本参数、系统负荷、投产决策约束、经济技术指标以及水文信息；建立电源优化规划数学模型，包括决策变量、目标函数以及约束条件；采用启发式算法求解电源优化规划问题，电源优化规划的决策内容包括各个待选电厂的投建时间和投建容量；以两个指标：单位电量费用微增率和单位电力费用微增率来决定电厂的投产顺序，以电力电量平衡作为投产的终止条件。本发明通过对电厂投资和运行费用计算的建模，以及对可再生能源激励措施的量化，得到包含可再生能源电厂的电源优化规划方案。

主权项

一种考虑可再生能源的电源优化规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集信息生成电源优化规划基础数据库，包括以下6类信息：(1)规划概貌：已有电厂个数NGO、待选电厂个数NGN、系统电厂总数NGS以及系统规划年数NT；(2)电厂基本参数：电厂i的：电厂类型kind_i、使用寿命NI_i、电厂的单机容量Cap_i、在第t年的最大容许投产台数M_ti、最大装机台数N_gi、首批机组的最早允许投建时间CY_i、CO₂排放当量SO₂排放当量氮氧化物排放当量CO排放当量以及灰渣和烟尘排放当量(3)系统负荷：规划期第t年的：系统最大预测负荷D_t、系统预测电量E_t、容量备用系数R_Dt以及电量备用系数R_Et；(4)投产决策约束：排放物j的规定最大排放量EMAX_j、规定的第t年可再生能源装机比例ρ_t以及规定的可再生能源总装机比例ρ，其中，排放物j为CO₂、SO₂、氮氧化物、CO以及灰渣和烟尘；(5)经济技术指标：贴现率I；电厂i的投资运行费：第t年投产机组时在第τ年的投资流平均到一台机组的投资补贴SUBI_i、每台机组的固定运行费FO_i、每台机组的可变运行费VO_i，电厂i平均到一台机组的保险费INS_i、平均到一台机组的燃料储备费用FST_i、每台机组的运行维护费的固定部分OPEF_i、可变部分OPEV_i、平均到一台机组的工资支出WAG_i、平均到一台机组的行政开支ADC_i、每台机组的燃料费用FUC_i以及平均到一台机组的财务及税金支出TAX_i；电厂i的投资及运行补贴：投资补贴SUBI_i、平均到一台机组的容量补贴SUBP_i、容量补贴系数平均到一台机组的发电量补贴SUBE_i以及发电量补贴系数区域L的：CO₂排放处罚系数SO₂排放处罚系数氮氧化物排放处罚系数CO排放处罚系数以及灰渣和烟尘排放处罚系数(6)水文信息：水电厂i在第m月的枯水年预想出力HPK_im、平水年预想出力HPP_im、枯水年给定电量HEK_im、平水年给定电量HEP_im；步骤2：建立电源优化规划数学模型，包括以下三部分：(1)决策变量：电源优化规划的决策变量是表示待选电厂i在第t年的新增投产机组台数的整数变量X_ti；(2)目标函数：电源优化规划模型的目标函数为：$\min B=\underset{t=1}{\overset{\mathrm{NT}}{\mathrm{\Σ}}}(\underset{i=1}{\overset{\mathrm{NGN}}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ti}}{X}_{\mathrm{ti}}+\mathrm{CRF}\underset{i=1}{\overset{\mathrm{NGN}}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ti}}{X}_{\mathrm{ti}})+\mathrm{CRF}\underset{t=1}{\overset{\mathrm{NT}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{\mathrm{NGO}}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ti}}{X}_{\mathrm{ti}}---\left(1\right)$式中，a_ti表示电厂i在第t年投产一台机组的投资费用折算到寿命期内的等年值，其计算公式如下：$a_{\mathrm{ti}}=\frac{I{(1+I)}^{{\mathrm{NI}}_i}}{{(1+I)}^{{\mathrm{NI}}_i}-1}\underset{\mathrm{\τ}=-1}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\π}}_{\mathrm{ti}}^{\left(\mathrm{\τ}\right)}{(1+I)}^{1-\mathrm{\τ}}---\left(2\right)$其中：表示电厂i在第t年投产机组时在第τ年的投资流；对常规燃料电厂，包括电厂i的污染处理设备投资和附加输电投资；对可再生能源电厂，包括其投资补贴SUBI_i；SUBI_i表示对电厂投资的一次性资金补贴，单位是万元，若SUBI_i以负值的形式出现，则表示对投资进行补贴，相当于减小电厂投资；CRF表示资金回收系数，其计算公式如下：$\mathrm{CRF}=\frac{I{(1+I)}^{\mathrm{NT}}}{{(1+I)}^{\mathrm{NT}}-1}---\left(3\right)$c_ti表示电厂i在第t年投产一台机组在规划期内的年运行费用现值的总和，其计算公式如下：$c_{\mathrm{ti}}=\underset{\mathrm{\τ}=t}{\overset{\mathrm{NT}}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{FO}}_i+{\mathrm{VO}}_i]{(1+I)}^{1-\mathrm{\τ}}---\left(4\right)$其中：FO_i表示电厂i一台机组的固定运行费，VO_i表示电厂i一台机组的可变运行费；(3)约束条件：电源优化规划的约束条件包括：待选机组施工建设要求、系统运行约束、环境约束以及可再生能源渗透率要求；步骤3：采用启发式算法求解电源优化规划问题：电源优化规划的决策内容包括各个待选电厂的投建时间和投建容量；以两个指标：单位电量费用微增率和单位电力费用微增率来决定电厂的投产顺序，以电力电量平衡作为投产的终止条件；单位电量费用微增率指平均每多发一度电，系统总费用等年值的增量，简称度电成本；单位电力费用微增率指平均每多一千瓦装机，系统总费用等年值的增量，简称千瓦成本；电厂i在第t年投产一台机组的度电成本φ_ti的计算公式为：${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ti}}=\frac{\∂B}{\∂E_{\mathrm{ti}}}=\frac{a_{\mathrm{ti}}+\mathrm{CRF}\·c_{\mathrm{ti}}}{E_{\mathrm{ti}}}---\left(21\right)$电厂i在第t年投产一台机组的千瓦成本ψ_ti的计算公式为：${\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{ti}}=\frac{\∂B}{\∂W_{\mathrm{ti}}}=\frac{a_{\mathrm{ti}}+\mathrm{CRF}\·c_{\mathrm{ti}}}{W_{\mathrm{ti}}}---\left(22\right)$启发式算法求解电源优化规划问题的步骤如下：3.1步：读入电源优化规划基础数据库信息；3.2步：计算各电厂在每年投产的度电成本和千瓦成本，对所有电厂按照度电成本和千瓦成本分别排序；3.3步：根据可再生能源渗透率指标，计算每年至少要投产的可再生能源电厂，优先投产；3.4步：计算系统的电量需求和电力需求；3.5步：按照度电成本排序依次投产机组，不满足约束条件即跳到下一个电厂，直到电量需求满足；3.6步：按照千瓦成本排序依次投产机组，不满足约束条件即跳到下一个电厂，直到电力需求满足。