賈鵬 曹吳彧 管錚 陳高昊 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院

引言

電力系統(tǒng)規(guī)劃是用以確定電力設(shè)備增裝的時(shí)間、地點(diǎn)和類型等以滿足規(guī)劃年限內(nèi)的電力需求，并在滿足電力系統(tǒng)技術(shù)性指標(biāo)（如：20%備用、N-1 準(zhǔn)則、可靠性等）的前提下使規(guī)劃電力系統(tǒng)的總費(fèi)用（包括投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、停電損失費(fèi)用等）最小。按照規(guī)劃對象的不同，電力系統(tǒng)規(guī)劃可分為電源規(guī)劃、輸電網(wǎng)規(guī)劃和配電網(wǎng)規(guī)劃等。已知IEEE-RTS 系統(tǒng)由 32 臺發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，總裝機(jī)容量 3405MW，峰值負(fù)荷 2850MW。本研究以 2019 年為基準(zhǔn)年，不考慮機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用和系統(tǒng)停電損失費(fèi)用，針對此系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)與電力規(guī)劃。

1 工程經(jīng)濟(jì)分析

機(jī)組投資成本的價(jià)值是一個(gè)隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的過程，即在不同時(shí)刻投建發(fā)電機(jī)組所需的成本及其獲得的利潤，其價(jià)值不同。為了取得經(jīng)濟(jì)上的正確評價(jià)，應(yīng)該選用等年值法，將不同時(shí)刻的機(jī)組投資成本折算為同一時(shí)刻的機(jī)組投資成本，然后在相同的時(shí)間基礎(chǔ)上進(jìn)行比較。

為了在相同的時(shí)間基礎(chǔ)上比較各方案的經(jīng)濟(jì)性，我們將不同時(shí)刻的機(jī)組投資成本全部折算為第一年的機(jī)組投資成本，即以第一年為基準(zhǔn)年。記機(jī)組投資成本的當(dāng)前等效金額（現(xiàn)值）為M ； 未來第t 年的等效金額（將來值）為F ； 分?jǐn)偟矫恳荒甑牡刃еЦ督痤~（等年值）為A。則M , F 和A 的關(guān)系如下：

其中，r 為貼現(xiàn)率。

未來十年，機(jī)組的總等年值投資費(fèi)用W 為：

其中，Ait表示方案i 在未來第t 年的等年值投資成本；X2表示未來十年增裝的類型

機(jī)組。記機(jī)組的投資成本為a。

方案1：在第一年投建全部機(jī)組：

方案2：每年投建一臺機(jī)組：

方案3：分別在第一年和最后一年投建 5 臺機(jī)組：

通過計(jì)算，得各方案未來十年機(jī)組的總等年值投資費(fèi)用，見下表：

由此可知，方案2 的未來十年機(jī)組的總等年值投資費(fèi)用最少，即方案2 的經(jīng)濟(jì)性最好。

表 1 各方案未來十年機(jī)組的總等年值投資費(fèi)用

2 多元非線性規(guī)劃模型

本節(jié)在約束條件和假設(shè)條件滿足的情況下，建立合理的多元非線性規(guī)劃模型。假設(shè)條件：2030 年系統(tǒng)峰值負(fù)荷增長確定且為30%；約束條件：每小時(shí)負(fù)荷均取為峰值負(fù)荷；發(fā)電容量備用率不低于20%；N-1 準(zhǔn)則（任意一臺機(jī)組停運(yùn)的條件下，仍能滿足負(fù)荷需求）

模型的建立目標(biāo)函數(shù)：

其中，x1表示類型 1 機(jī)組的數(shù)量；x2表示類型 2 機(jī)組的數(shù)量；x3表示類型 3 機(jī)組的數(shù)量；x4表示類型 4 機(jī)組的數(shù)量。

接下來用Lingo 求解上述多元非線性規(guī)劃方程，結(jié)果見下表：

表 2 2030 年當(dāng)年增裝機(jī)組的類型和數(shù)量

3 結(jié)論

在只考慮機(jī)組投資費(fèi)用的情況下，隨著時(shí)間的推移，投資機(jī)組在不同時(shí)刻的等效支付金額是不同的。因此在判斷三種投資方案的經(jīng)濟(jì)性時(shí)，能夠以第一年為基準(zhǔn)年，將最后計(jì)算所得的等效金額進(jìn)行比較，從而判斷出哪種方案經(jīng)濟(jì)型最好。在目標(biāo)函數(shù)只考慮機(jī)組投資費(fèi)用的情況下，已知基準(zhǔn)年 2019 年的系統(tǒng)峰值負(fù)荷，而 2030 年的系統(tǒng)峰值負(fù)荷增長了 30%，因此可以推得 2030 年的系統(tǒng)峰值負(fù)荷。考慮到IEEE-RTS 的電源規(guī)劃中年最大投運(yùn)臺數(shù)和總裝機(jī)臺的臺數(shù)來列出相對應(yīng)的約束條件，在目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上通過采用Lingo 來進(jìn)行編程求解，從而獲得最終的結(jié)果。