賈鵬 曹吳彧 管錚 陳高昊 南京工程學院電力工程學院
電力系統(tǒng)規(guī)劃是用以確定電力設備增裝的時間、地點和類型等以滿足規(guī)劃年限內(nèi)的電力需求,并在滿足電力系統(tǒng)技術性指標(如:20%備用、N-1 準則、可靠性等)的前提下使規(guī)劃電力系統(tǒng)的總費用(包括投資費用、運行費用、停電損失費用等)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)電機組構成,總裝機容量 3405MW,峰值負荷 2850MW。本研究以 2019 年為基準年,不考慮機組運行費用和系統(tǒng)停電損失費用,針對此系統(tǒng)進行經(jīng)濟與電力規(guī)劃。
機組投資成本的價值是一個隨時間動態(tài)變化的過程,即在不同時刻投建發(fā)電機組所需的成本及其獲得的利潤,其價值不同。為了取得經(jīng)濟上的正確評價,應該選用等年值法,將不同時刻的機組投資成本折算為同一時刻的機組投資成本,然后在相同的時間基礎上進行比較。
為了在相同的時間基礎上比較各方案的經(jīng)濟性,我們將不同時刻的機組投資成本全部折算為第一年的機組投資成本,即以第一年為基準年。記機組投資成本的當前等效金額(現(xiàn)值)為M ; 未來第t 年的等效金額(將來值)為F ; 分攤到每一年的等效支付金額(等年值)為A。則M , F 和A 的關系如下:
其中,r 為貼現(xiàn)率。
未來十年,機組的總等年值投資費用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
機組。記機組的投資成本為a。
方案1:在第一年投建全部機組:
方案2:每年投建一臺機組:
方案3:分別在第一年和最后一年投建 5 臺機組:
通過計算,得各方案未來十年機組的總等年值投資費用,見下表:
由此可知,方案2 的未來十年機組的總等年值投資費用最少,即方案2 的經(jīng)濟性最好。
表 1 各方案未來十年機組的總等年值投資費用
本節(jié)在約束條件和假設條件滿足的情況下,建立合理的多元非線性規(guī)劃模型。假設條件:2030 年系統(tǒng)峰值負荷增長確定且為30%;約束條件:每小時負荷均取為峰值負荷;發(fā)電容量備用率不低于20%;N-1 準則(任意一臺機組停運的條件下,仍能滿足負荷需求)
模型的建立目標函數(shù):
其中,x1表示類型 1 機組的數(shù)量;x2表示類型 2 機組的數(shù)量;x3表示類型 3 機組的數(shù)量;x4表示類型 4 機組的數(shù)量。
接下來用Lingo 求解上述多元非線性規(guī)劃方程,結果見下表:
表 2 2030 年當年增裝機組的類型和數(shù)量
在只考慮機組投資費用的情況下,隨著時間的推移,投資機組在不同時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)濟性時,能夠以第一年為基準年,將最后計算所得的等效金額進行比較,從而判斷出哪種方案經(jīng)濟型最好。在目標函數(shù)只考慮機組投資費用的情況下,已知基準年 2019 年的系統(tǒng)峰值負荷,而 2030 年的系統(tǒng)峰值負荷增長了 30%,因此可以推得 2030 年的系統(tǒng)峰值負荷??紤]到IEEE-RTS 的電源規(guī)劃中年最大投運臺數(shù)和總裝機臺的臺數(shù)來列出相對應的約束條件,在目標函數(shù)的基礎上通過采用Lingo 來進行編程求解,從而獲得最終的結果。