本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮核電調(diào)峰及其安全約束的機(jī)組組合優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

目前我國(guó)沿海地區(qū)負(fù)荷峰谷差持續(xù)增大，伴隨著未來(lái)核電、風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)，電力系統(tǒng)調(diào)峰形勢(shì)愈發(fā)不容樂觀，對(duì)核電機(jī)組參與調(diào)峰的需求與日俱增。雖然現(xiàn)代核電機(jī)組在設(shè)計(jì)上具備調(diào)峰能力，但當(dāng)前我國(guó)核電機(jī)組調(diào)峰實(shí)例甚少，而且電力系統(tǒng)機(jī)組組合研究領(lǐng)域中，核電調(diào)峰及其安全約束的數(shù)學(xué)建模研究并未深入開展。因此，深入研究考慮核電調(diào)峰及其安全約束的電力系統(tǒng)機(jī)組組合問題具有重要意義。

在一些歐美國(guó)家，核電機(jī)組已經(jīng)具備負(fù)荷跟蹤能力，可參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻。中國(guó)現(xiàn)有核電機(jī)組目前依然采用基核運(yùn)行方式，但日趨增大的負(fù)荷峰谷差對(duì)核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰提出要求。另一方面，考慮到核電機(jī)組運(yùn)行特性及風(fēng)險(xiǎn)，核電機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行必須滿足一定的安全約束條件。目前基于調(diào)峰平衡判據(jù)或等效負(fù)荷法制定的核電機(jī)組調(diào)峰方案忽略了核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰時(shí)的安全約束，具有一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種綜合考慮了核電調(diào)峰費(fèi)用及調(diào)峰安全約束，對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行科學(xué)合理安排，滿足電網(wǎng)負(fù)荷峰谷變化需求的機(jī)組組合優(yōu)化方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種考慮核電調(diào)峰及其安全約束的機(jī)組組合優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)電力系統(tǒng)內(nèi)不同類型機(jī)組的燃料成本、啟停成本和調(diào)峰成本，提出考慮核電調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；

步驟2、提出考慮核電調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合約束條件；

步驟3、依據(jù)步驟1所述目標(biāo)函數(shù)和步驟2所述約束條件，建立考慮核電調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型并進(jìn)行求解，得到機(jī)組組合方案。

在上述的考慮核電調(diào)峰及其安全約束的機(jī)組組合優(yōu)化方法中，步驟1所述電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)包括機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用和機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用；所述機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用和機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用按以下步驟求得：

1.1、機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用包括火電、核電機(jī)組燃料費(fèi)用，火電機(jī)組啟停費(fèi)用，抽水蓄能機(jī)組啟停費(fèi)用；

機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用y為：

y＝y(tǒng)g+st+sps(1)

(1)式中，yg為火電、核電機(jī)組燃料費(fèi)用，st為火電機(jī)組啟停費(fèi)用，sps為抽水蓄能機(jī)組啟停費(fèi)用；

1.1.1、火電、核電機(jī)組燃料費(fèi)用yg為：

(2)式中，n為火電機(jī)組總臺(tái)數(shù)；m為核電機(jī)組總臺(tái)數(shù)；t為待研究的調(diào)度周期內(nèi)所劃分的時(shí)段總數(shù)；y(pi,k)為機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用函數(shù)；pi,k為機(jī)組i在k時(shí)段的有功功率；ca、cb、cc為運(yùn)行費(fèi)用參數(shù)；

1.1.2、火電機(jī)組啟停費(fèi)用st為：

(3)式中，αi,k為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；為火電機(jī)組i的啟動(dòng)費(fèi)用；βi,k為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；為火電機(jī)組i的停機(jī)費(fèi)用；

1.1.3、抽水蓄能機(jī)組啟停費(fèi)用sps為：

(4)式中，w為抽水蓄能機(jī)組總臺(tái)數(shù)；為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電工況時(shí)，為1，否則為0；為抽水蓄能機(jī)組i的發(fā)電機(jī)啟動(dòng)費(fèi)用；為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌樗r時(shí)，為1，否則為0；為抽水蓄能機(jī)組i的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)費(fèi)用；

1.2、機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用包括火電機(jī)組深度調(diào)峰費(fèi)用、核電機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用和抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用；

機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用cr為：

cr＝crt+crp+crn(5)

(5)式中，crt為火電機(jī)組深度調(diào)峰費(fèi)用，crn為核電機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用，crp為抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用；

1.2.1、火電機(jī)組深度調(diào)峰費(fèi)用crt為：

(6)式中，crt,i為火電機(jī)組i單位容量的有償調(diào)峰費(fèi)用；pn,i為機(jī)組額定出力；γpn,i為機(jī)組有償調(diào)峰閾值，0<γ<100％；機(jī)組i在k時(shí)段的運(yùn)行狀態(tài)ui,k為0-1變量，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)為1，當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)為0；為火電機(jī)組i在k時(shí)段的實(shí)際出力；

1.2.2、核電機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用crn為：

(7)式中，crn,i為核電機(jī)組i單位容量的調(diào)峰費(fèi)用，λi,k為調(diào)峰深度，pn,i為核電機(jī)組i的額定出力，λi,kpn,i為核電機(jī)組i在k時(shí)段的調(diào)峰容量，為核電機(jī)組i在k時(shí)段的實(shí)際出力；

核電機(jī)組單位容量調(diào)峰費(fèi)用crn,i為

(8)式中，cn為核電機(jī)組額定功率帶基荷運(yùn)行時(shí)的發(fā)電費(fèi)用；η1為核電機(jī)組額定工況下的核電廠廠用電率；η2為核電機(jī)組處于功率水平(1-λ)pn時(shí)的核電廠廠用電率；

1.2.3、抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用crp為

(9)式中，為抽水蓄能機(jī)組i在k時(shí)段的抽水功率，其值為負(fù)；

1.3、步驟1所述的組合優(yōu)化目標(biāo)為min(y+cr)。

在上述的考慮核電調(diào)峰及其安全約束的機(jī)組組合優(yōu)化方法中，步驟2所述電力系統(tǒng)機(jī)組組合約束條件包括基本約束、核電機(jī)組出力特性約束和抽水蓄能機(jī)組出力特性約束；具體建立方式如下：

2.1、基本約束包括有功平衡約束，正、負(fù)備用容量約束，發(fā)電機(jī)出力上下限約束，機(jī)組功率調(diào)整速率約束，啟停狀態(tài)約束，最小運(yùn)行、停機(jī)時(shí)間約束；

2.1.1、有功平衡約束為：

(10)式中，為抽水蓄能機(jī)組i在k時(shí)段的功率；pl,k為k時(shí)段的綜合負(fù)荷；

2.1.2、發(fā)電機(jī)出力上下限約束為：

ui,kpi,min≤pi,k≤ui,kpi,max(11)

(11)式中，pi,max為發(fā)電機(jī)組i最大技術(shù)出力，pi,min為發(fā)電機(jī)組i最小技術(shù)出力；

2.1.3、機(jī)組功率調(diào)整速率約束為：

(12)式中，rr,i為發(fā)電機(jī)組i升功率最大速率，rd,i為發(fā)電機(jī)組i降功率最大速率；δt為單個(gè)時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)；

2.1.4、啟停狀態(tài)約束為：

2.1.5、最小運(yùn)行、停機(jī)時(shí)間約束；

2.1.5.1、最小運(yùn)行時(shí)間約束為：

(14)式中，為發(fā)電機(jī)組i最小運(yùn)行時(shí)間；

2.1.5.2、最小停機(jī)時(shí)間約束為：

(15)式中，為發(fā)電機(jī)組i最小停運(yùn)時(shí)間；

2.1.6、正、負(fù)備用容量約束；

2.1.6.1、正備用容量約束為：

(16)式中，ppr為系統(tǒng)正備用需求；

2.1.6.2、負(fù)備用容量為：

(17)式中，pnr為系統(tǒng)負(fù)備用需求；

2.2、核電機(jī)組出力特性約束包括核電機(jī)組基本功率約束，滿功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束，低功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束，升功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束，降功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束；

2.2.1、核電機(jī)組基本功率約束為

(18)式中，分別為核電機(jī)組i的滿功率及低功率運(yùn)行水平，δpiⁿ為第i臺(tái)核電機(jī)組每小時(shí)功率變化量，和為核電機(jī)組功率調(diào)節(jié)時(shí)段的過渡功率運(yùn)行水平；ai,k、bi,k、ci,k、di,k分別為為核電機(jī)組運(yùn)行在和四個(gè)功率運(yùn)行水平對(duì)應(yīng)的運(yùn)行標(biāo)志；

2.2.2、滿功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束為

(19)式中，ta為核電機(jī)組滿功率運(yùn)行最小持續(xù)時(shí)間；

2.2.3、低功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束為

(20)式中，tb為核電機(jī)組低功率運(yùn)行最小持續(xù)時(shí)間；

2.2.4、升功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束，降功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束過程中，相鄰時(shí)段的出力滿足嚴(yán)格的時(shí)間耦合約束，具體表現(xiàn)為機(jī)組組合模型中核電機(jī)組運(yùn)行標(biāo)志在相鄰時(shí)間段的先后順序滿足如下關(guān)系：

升功率b→c→d→a；降功率a→d→c→b；

2.2.4.1、升功率時(shí)間耦合約束分解成b→c→d和c→d→a；

其中，b→c→d為

di,k+1≥(ci,k+bi,k-1-1)(21)

c→d→a為

ai,k+1≥(di,k+ci,k-1-1)(22)

2.2.4.2、降功率時(shí)間耦合約束分解成a→d→c和d→c→b；

其中，a→d→c為

ci,k+1≥(di,k+ai,k-1-1)(23)

d→c→b為

bi,k+1≥(ci,k+di,k-1-1)(24)；

2.3、抽水蓄能機(jī)組出力特性約束包括抽水蓄能機(jī)組基本功率約束，抽水蓄能機(jī)組啟停狀態(tài)約束，水庫(kù)容量約束；

2.3.1、抽水蓄能機(jī)組基本功率約束為：

(25)式中，分別為抽水蓄能機(jī)組i在k時(shí)段的發(fā)電功率和抽水功率；發(fā)電工況狀態(tài)gi,k為0-1變量，發(fā)電工況下為1，抽水及靜止工況下為0；抽水工況狀態(tài)pi,k為0-1變量，抽水工況下為1，發(fā)電及靜止工況下為0；

2.3.2、抽水蓄能機(jī)組啟停狀態(tài)約束為

(26)式中，為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從發(fā)電工況轉(zhuǎn)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從抽水工況轉(zhuǎn)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；

2.2.3、水庫(kù)容量約束為

(27)式中，wi為抽水蓄能電站i的機(jī)組數(shù)量，ηps為抽水電量與發(fā)電電量的轉(zhuǎn)換效率，為抽水蓄能電站i受制于水庫(kù)水量的最大發(fā)電量。

在上述的考慮核電調(diào)峰及其安全約束的機(jī)組組合優(yōu)化方法中，步驟3的實(shí)現(xiàn)包括采用混合整數(shù)規(guī)劃算法對(duì)電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到電力系統(tǒng)機(jī)組組合方案。

本發(fā)明的有益效果是：

1.機(jī)組組合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)綜合考慮了火電機(jī)組、核電機(jī)組和抽水蓄能機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用和調(diào)峰費(fèi)用，具有全面性和準(zhǔn)確性；

2.機(jī)組組合約束條件對(duì)核電機(jī)組的出力特性約束進(jìn)行了量化，能夠準(zhǔn)確體現(xiàn)核電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)特性。

3.該優(yōu)化方法綜合考慮了核電調(diào)峰的安全約束，能夠科學(xué)合理的安排電力系統(tǒng)日前調(diào)度計(jì)劃，以滿足電網(wǎng)負(fù)荷峰谷變化需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流程圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例典型日負(fù)荷曲線；

圖3(a)、(b)、(c)為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例調(diào)峰方案1機(jī)組組合求解結(jié)果；

圖4(a)、(b)、(c)為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例調(diào)峰方案2機(jī)組組合求解結(jié)果；

圖5(a)、(b)、(c)為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例調(diào)峰方案3機(jī)組組合求解結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其它工藝的可應(yīng)用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“相連”“連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

本實(shí)施例采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，一種考慮核電調(diào)峰及其安全約束的機(jī)組組合優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)電力系統(tǒng)內(nèi)不同類型機(jī)組的燃料成本、啟停成本和調(diào)峰成本，提出考慮核電調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；

步驟2、提出考慮核電調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合約束條件；

步驟3、依據(jù)步驟1所述目標(biāo)函數(shù)和步驟2所述約束條件，建立考慮核電調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型并進(jìn)行求解，得到機(jī)組組合方案。

進(jìn)一步，步驟1所述電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)包括機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用和機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用；所述機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用和機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用按以下步驟求得：

1.1、機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用包括火電、核電機(jī)組燃料費(fèi)用，火電機(jī)組啟停費(fèi)用，抽水蓄能機(jī)組啟停費(fèi)用；

機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用y為：

y＝y(tǒng)g+st+sps(1)

(1)式中，yg為火電、核電機(jī)組燃料費(fèi)用，st為火電機(jī)組啟停費(fèi)用，sps為抽水蓄能機(jī)組啟停費(fèi)用；

1.1.1、火電、核電機(jī)組燃料費(fèi)用yg為：

(2)式中，n為火電機(jī)組總臺(tái)數(shù)；m為核電機(jī)組總臺(tái)數(shù)；t為待研究的調(diào)度周期內(nèi)所劃分的時(shí)段總數(shù)；y(pi,k)為機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用函數(shù)；pi,k為機(jī)組i在k時(shí)段的有功功率；ca、cb、cc為運(yùn)行費(fèi)用參數(shù)；

1.1.2、火電機(jī)組啟停費(fèi)用st為：

(3)式中，αi,k為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；為火電機(jī)組i的啟動(dòng)費(fèi)用；βi,k為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；為火電機(jī)組i的停機(jī)費(fèi)用；

1.1.3、抽水蓄能機(jī)組啟停費(fèi)用sps為：

(4)式中，w為抽水蓄能機(jī)組總臺(tái)數(shù)；為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電工況時(shí)，為1，否則為0；為抽水蓄能機(jī)組i的發(fā)電機(jī)啟動(dòng)費(fèi)用；為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌樗r時(shí)，為1，否則為0；為抽水蓄能機(jī)組i的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)費(fèi)用；

1.2、機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用包括火電機(jī)組深度調(diào)峰費(fèi)用、核電機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用和抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用；

機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用cr為：

cr＝crt+crp+crn(5)

(5)式中，crt為火電機(jī)組深度調(diào)峰費(fèi)用，crn為核電機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用，crp為抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用；

1.2.1、火電機(jī)組深度調(diào)峰費(fèi)用crt為：

(6)式中，crt,i為火電機(jī)組i單位容量的有償調(diào)峰費(fèi)用；pn,i為機(jī)組額定出力；γpn,i為機(jī)組有償調(diào)峰閾值，0<γ<100％；機(jī)組i在k時(shí)段的運(yùn)行狀態(tài)ui,k為0-1變量，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)為1，當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)為0；為火電機(jī)組i在k時(shí)段的實(shí)際出力；

1.2.2、核電機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用crn為：

(7)式中，crn,i為核電機(jī)組i單位容量的調(diào)峰費(fèi)用，λi,k為調(diào)峰深度，pn,i為核電機(jī)組i的額定出力，λi,kpn,i為核電機(jī)組i在k時(shí)段的調(diào)峰容量，為核電機(jī)組i在k時(shí)段的實(shí)際出力；

核電機(jī)組單位容量調(diào)峰費(fèi)用crn,i為

(8)式中，cn為核電機(jī)組額定功率帶基荷運(yùn)行時(shí)的發(fā)電費(fèi)用；η1為核電機(jī)組額定工況下的核電廠廠用電率；η2為核電機(jī)組處于功率水平(1-λ)pn時(shí)的核電廠廠用電率；

1.2.3、抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用crp為

(9)式中，為抽水蓄能機(jī)組i在k時(shí)段的抽水功率，其值為負(fù)；

1.3、步驟1所述的組合優(yōu)化目標(biāo)為min(y+cr)。

進(jìn)一步，步驟2所述電力系統(tǒng)機(jī)組組合約束條件包括基本約束、核電機(jī)組出力特性約束和抽水蓄能機(jī)組出力特性約束；具體建立方式如下：

2.1、基本約束包括有功平衡約束，正、負(fù)備用容量約束，發(fā)電機(jī)出力上下限約束，機(jī)組功率調(diào)整速率約束，啟停狀態(tài)約束，最小運(yùn)行、停機(jī)時(shí)間約束；

2.1.1、有功平衡約束為：

(10)式中，為抽水蓄能機(jī)組i在k時(shí)段的功率；pl,k為k時(shí)段的綜合負(fù)荷；

2.1.2、發(fā)電機(jī)出力上下限約束為：

ui,kpi,min≤pi,k≤ui,kpi,max(11)

(11)式中，pi,max為發(fā)電機(jī)組i最大技術(shù)出力，pi,min為發(fā)電機(jī)組i最小技術(shù)出力；

2.1.3、機(jī)組功率調(diào)整速率約束為：

(12)式中，rr,i為發(fā)電機(jī)組i升功率最大速率，rd,i為發(fā)電機(jī)組i降功率最大速率；δt為單個(gè)時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)；

2.1.4、啟停狀態(tài)約束為：

2.1.5、最小運(yùn)行、停機(jī)時(shí)間約束；

2.1.5.1、最小運(yùn)行時(shí)間約束為：

(14)式中，為發(fā)電機(jī)組i最小運(yùn)行時(shí)間；

2.1.5.2、最小停機(jī)時(shí)間約束為：

(15)式中，為發(fā)電機(jī)組i最小停運(yùn)時(shí)間；

2.1.6、正、負(fù)備用容量約束；

2.1.6.1、正備用容量約束為：

(16)式中，ppr為系統(tǒng)正備用需求；

2.1.6.2、負(fù)備用容量為：

(17)式中，pnr為系統(tǒng)負(fù)備用需求；

2.2、核電機(jī)組出力特性約束包括核電機(jī)組基本功率約束，滿功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束，低功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束，升功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束，降功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束；

2.2.1、核電機(jī)組基本功率約束為

(18)式中，分別為核電機(jī)組i的滿功率及低功率運(yùn)行水平，δpiⁿ為第i臺(tái)核電機(jī)組每小時(shí)功率變化量，和為核電機(jī)組功率調(diào)節(jié)時(shí)段的過渡功率運(yùn)行水平；ai,k、bi,k、ci,k、di,k分別為為核電機(jī)組運(yùn)行在和四個(gè)功率運(yùn)行水平對(duì)應(yīng)的運(yùn)行標(biāo)志；

2.2.2、滿功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束為

(19)式中，ta為核電機(jī)組滿功率運(yùn)行最小持續(xù)時(shí)間；

2.2.3、低功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束為

(20)式中，tb為核電機(jī)組低功率運(yùn)行最小持續(xù)時(shí)間；

2.2.4、升功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束，降功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束過程中，相鄰時(shí)段的出力滿足嚴(yán)格的時(shí)間耦合約束，具體表現(xiàn)為機(jī)組組合模型中核電機(jī)組運(yùn)行標(biāo)志在相鄰時(shí)間段的先后順序滿足如下關(guān)系：

升功率b→c→d→a；降功率a→d→c→b；

2.2.4.1、升功率時(shí)間耦合約束分解成b→c→d和c→d→a；

其中，b→c→d為

di,k+1≥(ci,k+bi,k-1-1)(21)

c→d→a為

ai,k+1≥(di,k+ci,k-1-1)(22)

2.2.4.2、降功率時(shí)間耦合約束分解成a→d→c和d→c→b；

其中，a→d→c為

ci,k+1≥(di,k+ai,k-1-1)(23)

d→c→b為

bi,k+1≥(ci,k+di,k-1-1)(24)；

2.3、抽水蓄能機(jī)組出力特性約束包括抽水蓄能機(jī)組基本功率約束，抽水蓄能機(jī)組啟停狀態(tài)約束，水庫(kù)容量約束；

2.3.1、抽水蓄能機(jī)組基本功率約束為：

(25)式中，分別為抽水蓄能機(jī)組i在k時(shí)段的發(fā)電功率和抽水功率；發(fā)電工況狀態(tài)gi,k為0-1變量，發(fā)電工況下為1，抽水及靜止工況下為0；抽水工況狀態(tài)pi,k為0-1變量，抽水工況下為1，發(fā)電及靜止工況下為0；

2.3.2、抽水蓄能機(jī)組啟停狀態(tài)約束為

(26)式中，為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從發(fā)電工況轉(zhuǎn)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從抽水工況轉(zhuǎn)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；

2.2.3、水庫(kù)容量約束為

(27)式中，wi為抽水蓄能電站i的機(jī)組數(shù)量，ηps為抽水電量與發(fā)電電量的轉(zhuǎn)換效率，為抽水蓄能電站i受制于水庫(kù)水量的最大發(fā)電量。

更進(jìn)一步，步驟3的實(shí)現(xiàn)包括采用混合整數(shù)規(guī)劃算法對(duì)電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到電力系統(tǒng)機(jī)組組合方案。

具體實(shí)施時(shí)，對(duì)壓水堆核電機(jī)組的調(diào)峰成本及運(yùn)行安全約束進(jìn)行定量分析，以系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用及調(diào)峰費(fèi)用最低作為優(yōu)化目標(biāo)；在機(jī)組組合問題常規(guī)約束條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮核電機(jī)組日負(fù)荷跟蹤出力特性約束和抽水蓄能機(jī)組功率特性約束，最終建立了考慮核電機(jī)組參與調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型并進(jìn)行求解。本實(shí)施例的優(yōu)化方法綜合考慮了核電調(diào)峰的安全約束，能夠科學(xué)合理的安排電力系統(tǒng)日前調(diào)度計(jì)劃，以滿足電網(wǎng)負(fù)荷峰谷變化需求。

如圖1所示，一種考慮核電調(diào)峰及其安全約束的機(jī)組組合優(yōu)化方法，包括以下步驟：

s1，綜合考慮電力系統(tǒng)內(nèi)不同類型機(jī)組的燃料成本、啟停成本和調(diào)峰成本，提出考慮核電調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合問題優(yōu)化目標(biāo)，包括機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用和機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用；

s2，提出考慮核電調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合問題約束條件，包括基本約束、核電機(jī)組出力特性約束和抽水蓄能機(jī)組出力特性約束；

s3，基于以上兩步得到的機(jī)組組合目標(biāo)函數(shù)和約束條件，建立考慮核電參與調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合問題優(yōu)化模型，并對(duì)優(yōu)化問題進(jìn)行求解，得到機(jī)組組合方案。

而且，提出考慮核電調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合問題優(yōu)化目標(biāo)，包括以下步驟；

s1.1，確定機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用，包括機(jī)組燃料費(fèi)用和啟停費(fèi)用，基于以下公式：

y＝y(tǒng)g+st+sps

其中，yg為火電、核電機(jī)組燃料費(fèi)用，st為火電機(jī)組啟停費(fèi)用，sps為抽水蓄能機(jī)組啟停費(fèi)用。

火電、核電機(jī)組燃料費(fèi)用yg表征為：

其中，n為火電機(jī)組總臺(tái)數(shù)；m為核電機(jī)組總臺(tái)數(shù)；t為待研究的調(diào)度周期內(nèi)所劃分的時(shí)段總數(shù)；y(pi,k)為機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用函數(shù)；pi,k為機(jī)組i在k時(shí)段的有功功率；ca、cb、cc為運(yùn)行費(fèi)用參數(shù)。

火電機(jī)組啟停費(fèi)用st表征為：

其中，αi,k為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；為火電機(jī)組i的啟動(dòng)費(fèi)用；βi,k為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；為火電機(jī)組i的停機(jī)費(fèi)用。

抽水蓄能機(jī)組啟停費(fèi)用sps表征為

其中，w為抽水蓄能機(jī)組總臺(tái)數(shù)；為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電工況時(shí)，為1，否則為0；為抽水蓄能機(jī)組i的發(fā)電機(jī)啟動(dòng)費(fèi)用；為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌樗r時(shí)，為1，否則為0；為抽水蓄能機(jī)組i的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)費(fèi)用。

s1.2，確定機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用，包括火電機(jī)組深度調(diào)峰費(fèi)用、核電機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用和抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用，基于以下公式：

cr＝crt+crp+crn

其中，cr為機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用，crt為火電機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用，crp為核電機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用，crn為抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用。

火電機(jī)組深度調(diào)峰費(fèi)用crt表征為

其中，crt,i為火電機(jī)組i單位容量的有償調(diào)峰費(fèi)用；pni為機(jī)組額定出力；γpn,i為機(jī)組有償調(diào)峰閾值，0<γ<100％；機(jī)組i在k時(shí)段的運(yùn)行狀態(tài)ui,k為0-1變量，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)為1，當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)為0；為火電機(jī)組i在k時(shí)段的實(shí)際出力。

其中，核電機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用crn表征為

式中，crn,i為核電機(jī)組i單位容量的調(diào)峰費(fèi)用，λi,k為調(diào)峰深度，pn,i為核電機(jī)組i的額定出力，λi,kpn,i為核電機(jī)組i在k時(shí)段的調(diào)峰容量，為核電機(jī)組i在k時(shí)段的實(shí)際出力。

其中，核電機(jī)組單位容量調(diào)峰費(fèi)用crn,i表征為

式中，cn為核電機(jī)組額定功率帶基荷運(yùn)行時(shí)的發(fā)電費(fèi)用；η1為核電機(jī)組額定工況下的核電廠廠用電率；η2為核電機(jī)組處于功率平臺(tái)(1-λ)pn時(shí)的核電廠廠用電率。

抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰費(fèi)用crp表征為

式中，為抽水蓄能機(jī)組i在k時(shí)段的抽水功率，其值為負(fù)。

s1.3，提出優(yōu)化目標(biāo)，基于以下公式：

min(y+cr)

而且，提出考慮核電調(diào)峰的電力系統(tǒng)機(jī)組組合問題約束條件，包括以下步驟；

s2.1，確定機(jī)組組合問題基本約束，包括有功平衡約束、正負(fù)備用容量約束、發(fā)電機(jī)組出力上下限約束、機(jī)組功率調(diào)整速率約束、啟停狀態(tài)約束、最小運(yùn)行時(shí)間約束、最小停機(jī)時(shí)間約束。

有功平衡約束表征為

其中，為抽水蓄能機(jī)組i在k時(shí)段的功率(已包含運(yùn)行狀態(tài)，詳見抽水蓄能機(jī)組功率特性約束)；pl,k為k時(shí)段的綜合負(fù)荷。

發(fā)電機(jī)組出力上下限約束表征為

ui,kpi,min≤pi,k≤ui,kpi,max

其中，pi,max為發(fā)電機(jī)組i最大技術(shù)出力，pi,min為發(fā)電機(jī)組i最小技術(shù)出力。

機(jī)組功率調(diào)整速率約束表征為

其中，rr,i為發(fā)電機(jī)組i升功率最大速率，rd,i為發(fā)電機(jī)組i降功率最大速率。δt為單個(gè)時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)。

最小運(yùn)行時(shí)間約束表征為

ui,x≥ui,k-ui,k-1

式中，為發(fā)電機(jī)組i最小運(yùn)行時(shí)間。

最小停機(jī)時(shí)間約束表征為

αi,k-βi,k＝ui,k-ui,k-1

αi,k+βi,k≤1

其中，為發(fā)電機(jī)組i最小停運(yùn)時(shí)間。

啟停狀態(tài)約束表征為

αi,k-βi,k＝ui,k-ui,k-1

αi,k+βi,k≤1

備用容量約束包括正備用容量約束和負(fù)備用容量約束。其中，正備用容量約束表征為

其中，ppr為系統(tǒng)正備用需求。

負(fù)備用容量表征為

式中，pnr為系統(tǒng)負(fù)備用需求。

s2.2，確定核電機(jī)組出力特性約束條件，包括核電機(jī)組基本功率約束、滿功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束、低功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束、升功率持續(xù)時(shí)間約束和降功率持續(xù)時(shí)間約束。

核電機(jī)組出力特性約束需滿足“12-3-6-3”的日負(fù)荷跟蹤模式。即核電機(jī)組一天內(nèi)以額定功率水平恒功率運(yùn)行12小時(shí)，以低功率水平恒功率運(yùn)行6小時(shí)，額定功率和低功率水平間的功率調(diào)節(jié)時(shí)間為3小時(shí)且功率線性變化。因此，在以小時(shí)為單位的日前調(diào)度發(fā)電計(jì)劃中，核電機(jī)組共有4個(gè)功率運(yùn)行水平：和其中，分別為核電機(jī)組i的滿功率及低功率運(yùn)行水平，δpiⁿ為第i臺(tái)核電機(jī)組每小時(shí)功率變化量，和為核電機(jī)組功率調(diào)節(jié)時(shí)段的過渡功率運(yùn)行水平。

核電機(jī)組基本功率約束表征為

ai,k,bi,k,ci,k,di,k∈{0,1}

ai,k+bi,k+ci,k+di,k＝1

式中，ai，k、bi，k、ci，k、di，k分別為為核電機(jī)組運(yùn)行在和四個(gè)功率運(yùn)行水平對(duì)應(yīng)的運(yùn)行標(biāo)志，ai,k、bi,k、ci,k、di,k均為0-1變量，且滿足ai,k+bi,k+ci,k+di,k＝1。

滿功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束表征為

ai,x≥ai,k-ai,k-1

x＝k,k+1,...,min{t,k+ta-1}

式中，ta為核電機(jī)組滿功率運(yùn)行最小持續(xù)時(shí)間。

低功率持續(xù)運(yùn)行時(shí)間約束表征為

bi,x≥bi,k-bi,k-1

x＝k,k+1,...,min{t,k+tb-1}

式中，tb為核電機(jī)組低功率運(yùn)行最小持續(xù)時(shí)間。

核電機(jī)組線性升/降功率過程中，相鄰時(shí)段的出力需要滿足嚴(yán)格的時(shí)間耦合約束，具體表現(xiàn)為機(jī)組組合模型中核電機(jī)組運(yùn)行標(biāo)志在相鄰時(shí)間段的先后順序必須滿足如下關(guān)系：升功率b→c→d→a；降功率a→d→c→b。

升功率時(shí)間耦合約束可以分解成b→c→d和c→d→a。其中，b→c→d表征為

di,k+1≥(ci,k+bi,k-1-1)

c→d→a表征為

ai,k+1≥(di,k+ci,k-1-1)

降功率時(shí)間耦合約束可以分解成a→d→c和d→c→b。其中a→d→c表征為

ci,k+1≥(di,k+ai,k-1-1)

d→c→b表征為

bi,k+1≥(ci,k+di,k-1-1)

s2.3，確定抽水蓄能機(jī)組出力特性約束條件，包括抽水蓄能機(jī)組基本功率約束、抽水蓄能機(jī)組啟停狀態(tài)約束、水庫(kù)水量約束。

其中，抽水蓄能機(jī)組基本功率約束表征為

pi,k,gi,k∈{0,1}；pi,k+gi,k≤1

其中，分別為抽水蓄能機(jī)組i在k時(shí)段的發(fā)電功率和抽水功率；發(fā)電工況狀態(tài)gi,k為0-1變量，發(fā)電工況下為1，抽水及靜止工況下為0；抽水工況狀態(tài)pi,k為0-1變量，抽水工況下為1，發(fā)電及靜止工況下為0。

抽水蓄能機(jī)組啟停狀態(tài)約束表征為

其中，為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從發(fā)電工況轉(zhuǎn)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0；為0-1變量，當(dāng)k時(shí)段機(jī)組i從抽水工況轉(zhuǎn)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)時(shí)，為1，否則為0。

水庫(kù)容量約束表征為

其中，wi為抽水蓄能電站i的機(jī)組數(shù)量，ηps為抽水電量與發(fā)電電量的轉(zhuǎn)換效率，為抽水蓄能電站i受制于水庫(kù)水量的最大發(fā)電量。

而且，采用混合整數(shù)規(guī)劃算法對(duì)優(yōu)化問題進(jìn)行求解，將上述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件代入任一可以求解混合整數(shù)規(guī)劃問題的成熟商業(yè)軟件，進(jìn)行求解。

下面是一個(gè)具體案例：

根據(jù)典型日負(fù)荷曲線，如圖2所示，對(duì)6臺(tái)核電機(jī)組、4臺(tái)抽水蓄能機(jī)組、31臺(tái)火電機(jī)組的機(jī)組組合進(jìn)行優(yōu)化，機(jī)組基本情況見表1。

表1系統(tǒng)基本情況

首先提出機(jī)組組合的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件，之后求解該電力系統(tǒng)機(jī)組組合方式，與其他兩種典型調(diào)峰方案進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算核電參與電力系統(tǒng)調(diào)峰的綜合效益，三種調(diào)峰方案如下：

方案1：核電機(jī)組不參與調(diào)峰，滿功率穩(wěn)定運(yùn)行；

方案2：核電機(jī)組以固定時(shí)間、固定調(diào)峰深度參與電網(wǎng)調(diào)峰，選擇兩臺(tái)900mw核電機(jī)組以“12-3-6-3”在晚上10點(diǎn)至早上10點(diǎn)降1/3額定功率運(yùn)行；

方案3：核電機(jī)組采用本發(fā)明提出的機(jī)組組合數(shù)學(xué)模型，制定調(diào)峰方案。

最終得到不同調(diào)峰方案的機(jī)組組合數(shù)學(xué)模型求解結(jié)果見表2，方案1求解結(jié)果如圖3(a)、(b)、(c)所示，方案2求解結(jié)果如圖4(a)、(b)、(c)所示，方案3求解結(jié)果如圖5(a)、(b)、(c)所示。

表2機(jī)組組合數(shù)學(xué)模型求解結(jié)果

通過以上優(yōu)選實(shí)施例可以看出，在三種調(diào)峰方案中，核電機(jī)組、火電機(jī)組和抽水蓄能機(jī)組均嚴(yán)格滿足各自的功率特性約束，求解結(jié)果能反映系統(tǒng)的實(shí)際特征，所建立的數(shù)學(xué)模型合理，可適用于核電大規(guī)模接入背景下的電力系統(tǒng)機(jī)組組合問題分析計(jì)算。核電不參與調(diào)峰時(shí)，火電機(jī)組和抽水蓄能機(jī)組頻繁通過啟停機(jī)操作來(lái)參與調(diào)峰，抽水蓄能機(jī)組的發(fā)電、停機(jī)、抽水工況轉(zhuǎn)換也十分頻繁，由于火電機(jī)組和抽水蓄能機(jī)組的啟停/調(diào)峰費(fèi)用高于核電調(diào)峰費(fèi)用，因此方案3中的運(yùn)行費(fèi)用最低，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。這表明，相較目前核電機(jī)組始終滿功率帶基荷的運(yùn)行方式，合理安排核電機(jī)組滿功率、低功率穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間，適時(shí)參與電力系統(tǒng)調(diào)峰，可以緩解其他機(jī)組調(diào)峰壓力，同時(shí)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變形或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。