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市场环境下基于阻塞激励机制的输电网扩展规划

作　者: 付蓉
导　师: 唐国庆
学　校: 东南大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 电力市场输电网扩展规划系统阻塞指标小生境遗传算法机会约束规划场景分析信息融合技术证据理论
分类号: TM715
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

随着世界范围内电力体制改革的不断深入,电网规划正面临着越来越多的不确定性因素的影响,如未来系统负荷及电源信息的不确定性、电力市场发展所导致的合作与竞争方面的不确定性、环境的影响、法规及政策背景下的不确定性等等,传统的输电网规划方法已难以适应新的环境。因此,在新的市场体制下,如何定义电网规划的目标,建立新的规划原则以及发展新的规划模型和工具将是一个值得研究的课题。本文重点研究了市场环境下输电阻塞对输电网规划的激励作用,考虑价格因素、用户需求、电能交易等不确定因素的影响,在对电网运行综合评估的基础上,提出了新的输电网规划模型与算法。本文首先基于OPF的输电网边际定价模型提出了系统阻塞指标;并以此为基础,分析了阻塞对市场环境下输电网规划的激励作用,从而建立了基于阻塞指标约束下的输电网规划模型;随后重点研究了市场环境下计及不确定因素影响的输电网规划决策方法;最后结合算例分析可以看出,研究市场经济条件下输电网扩展规划对于保证输电容量充裕性和电力市场运行效率具有重要的理论意义和实用价值。具体工作主要集中在以下五个方面:1.提出了市场环境下新的系统运营评估指标。基于OPF的输电网边际定价模型提出了系统阻塞指标和系统阻塞风险等概念,作为评估网络可靠性的经济类指标。2.建立了基于阻塞指标约束的确定性输电网规划模型。通过分析阻塞对市场环境下输电网规划的激励作用,建立了电力市场环境下基于阻塞指标约束的输电网静态规划模型,能有效减缓系统阻塞发生,提高规划系统经济性能。在对规划模型的算法研究上,针对标准遗传算法存在的不足,结合电网规划的特点,设计了基于适应度函数值共享的小生境遗传算法。3.建立了规划水平年的输电网随机规划模型。计及随机不确定因素的影响,从两种不同的策略考虑规划的概率安全性要求,提出了解决输电网随机规划问题的两种方法框架。第一种方法将机会约束规划方法用于求解电力市场环境下的输电网扩展规划问题,建立了基于系统阻塞指标机会约束的规划数学模型,提出了一种以蒙特卡罗模拟和改进遗传算法相结合的输电网随机规划方法。第二种方法将以Benders分解为代表的分解方法应用于求解电力市场环境下的输电网扩展规划问题。利用Benders分解算法将市场条件下输电网规划问题分解为一个基态主问题和一系列相互独立的子问题,通过对主问题和子问题交替协调计算求解输电网规划优化方案。4.建立了多阶段输电网规划模型。通过分析阻塞指标和阻塞成本对市场环境下多阶段输电网扩展规划的影响,建立了系统阻塞指标约束下以投资成本和运行成本为目标的多阶段输电网规划模型。计及市场环境下随机不确定因素对规划的影响,还构造了多阶段输电网随机扩展模型,给出了相应的求解方法和计算步骤。5.建立了不确定条件下输电网规划决策模型。以多场景决策分析理论为基础,给出了不确定条件下几种输电网规划的决策判据。针对多场景技术应用在电网扩展规划评估上的不足,在信息融合的基本框架下,利用证据理论技术,建立了规划方案的评估决策方法,可以对规划方案进行更全面、客观的评价。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 输电网规划方法的研究概况  10-14
    1.2.1 输电网规划方法的介绍  10-11
    1.2.2 计及不确定因素影响的电网规划方法  11-14
  1.3 市场经济条件下电网规划的研究现状  14-17
    1.3.1 电力市场对电网规划的新要求  14-15
    1.3.2 市场环境下电网规划的研究  15-17
  1.4 本论文的研究思路  17-19
第二章市场模式下衡量输电阻塞的经济性指标  19-32
  2.1 引言  19
  2.2 市场交易与输电定价模式  19-21
    2.2.1 电力市场的划分及交易模式  19-20
    2.2.2 输电定价  20-21
  2.3 电力市场的运行模拟  21-24
    2.3.1 不确定性因素的概率描述  21-22
    2.3.2 基于最优潮流的输电网边际定价  22-23
    2.3.2 边际定价的分解与含义  23-24
  2.4 衡量输电阻塞的经济性指标  24-31
    2.4.1 指标的提出  24-26
    2.4.2 蒙特卡罗模拟求解  26-27
    2.4.3 算例分析  27-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章基于阻塞指标约束的输电网规划  32-49
  3.1 引言  32
  3.2 市场经济下输电网规划简介  32-34
    3.2.1 输电网规划投资分析  32-34
    3.2.2 电网规划的一般流程  34
  3.3 基于阻塞指标的输电网规划  34-36
    3.3.1 输电阻塞对电网规划的经济激励  35
    3.3.2 阻塞指标约束下的输电网规划模型  35-36
    3.3.3 规划求解步骤  36
  3.4 采用标准遗传算法SGA的求解  36-39
    3.4.1 求解输电网规划问题的表示方法  36-38
    3.4.2 遗传算法的未成熟收敛问题  38-39
  3.5 小生境改进遗传算法NGA  39-45
    3.5.1 小生境技术的引入和小生境遗传算法  39-40
    3.5.2 基于适应度函数值共享的小生境遗传算法  40-44
    3.5.3 基于NGA的电网扩展规划的计算流程  44-45
  3.6 算例分析  45-47
    3.6.1 典型算例的规划结果  45-46
    3.6.2 SGA和NGA的收敛特性分析  46-47
  3.7 本章小结  47-49
第四章输电网扩展规划的随机规划方法  49-65
  4.1 引言  49-50
  4.2 基于阻塞指标机会约束的输电网规划  50-56
    4.2.1 机会约束规划简介  50-51
    4.2.2 阻塞指标约束下的随机规划模型  51
    4.2.3 优化规划步骤  51-52
    4.2.4 蒙特卡罗模拟检验阻塞指标随机约束  52-53
    4.2.5 算例分析  53-56
  4.3 基于Benders分解的输电网随机规划  56-64
    4.3.1 Benders分解算法简介  56-58
    4.3.2 输电网扩展规划问题的分解与协调  58-60
    4.3.3 运行模拟子问题的表示形式  60-62
    4.3.4 投资决策主问题的表示形式  62
    4.3.5 算例分析  62-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章市场环境下多阶段输电网扩展规划  65-74
  5.1 引言  65
  5.2 阻塞激励下的多阶段输电网扩展规划  65-70
    5.2.1 输电网多阶段规划问题的描述  65-66
    5.2.2 多阶段输电网优化规划模型  66
    5.2.3 年度电网运行优化模型  66-67
    5.2.4 优化规划步骤  67-68
    5.2.5 算例分析  68-70
  5.3 市场条件下多阶段输电网随机规划  70-72
    5.3.1 多阶段输电网随机规划模型  71
    5.3.2 优化规划方法与步骤  71-72
  5.4 本章小结  72-74
第六章基于信息融合技术的输电网规划决策  74-89
  6.1 引言  74-75
  6.2 基于多场景决策的输电网扩展规划  75-79
    6.2.1 非确定型多场景决策  75-77
    6.2.2 算例分析  77-79
  6.3 基于信息融合技术理论的规划决策  79-84
    6.3.1 信息融合  79-80
    6.3.2 信息融合的方法——Dempster-Shafer证据推理  80-84
  6.4 电网扩展规划决策中的不确定性推理  84-87
    6.4.1 推理网络  84-86
    6.4.2 推理规则示例  86
    6.4.3 评估方法  86-87
  6.5 算例分析  87-88
  6.6 本章小结  88-89
第七章结束语  89-91
  7.1 本文所作的研究工作  89-90
  7.2 后继工作的展望  90-91
参考文献  91-99
附录一 IEEE24 节点系统  99-105
附录二作者在攻读博士学位期间发表的论文  105-106
致谢  106

市场环境下基于阻塞激励机制的输电网扩展规划

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