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1、电力系统优化规划,自我介绍,电气与电子工程学院 输配电系统研究所 刘念 博士、讲师 J5-C306 主要研究领域：城市电网规划、智能配用电、电力信息安全,名词解释,电力系统优化规划 规划：进行比较全面的长远的发展计划，是对未来整体性、长期性、基本性问题的思考、考量和设计未来整套行动方案。 电力系统规划：针对发电、输电、变电和配电进行全面而长远的发展计划。 优化： 1. 为了更加优秀而“去其糟粕，取其精华”； 2. 为了在某一方面更加出色而去其糟粕； 3. 为了在某方面更优秀而放弃其他不太重要的方面； 4. 使某人/某物变得更优秀的方法/技术等。,科学技术中优化的内涵,优化是科学研究、工程技术和
2、经济管理等领域的重要研究工具。 它所研究的问题是讨论在众多的方案中寻找最优方案。 例如 工程设计中怎样选择设计参数，使设计方案既满足设计要求又能降低成本； 资源分配中，怎样分配有限资源，使分配方案既能满足各方面的基本要求，又能获得好的经济效益。 优化这一技术，正是为这些问题的解决，提供理论基础和求解方法，它是一门应用广泛、实用性很强的科学。 优化包括寻找最小值和最大值两种情况。寻找函数 f 的最大值等价于-f最小值寻优，所以两种情况可归结到一起研究。,参考资料： 【1】程浩忠. 电力系统规划. 中国电力出版社. 2008. 【2】王锡凡. 电力系统规划基础. 中国电力出版社. 1994. 【3
3、】王锡凡. 电力系统优化规划. 水利电力出版社. 1990. 【4】介绍智能优化算法的专著、教材. 【5】国内学术期刊论文：电力系统自动化、中国电机工程学报、电网技术. 【6】国际学术期刊论文：IEEE Transactions on Power System, IEEE Transactions on Power Delivery.,绪论,1,我国电力工业的发展动态,2,电力系统规划的意义,3,电力系统规划的任务及分类,4,电力系统优化规划概述,我国电力工业的发展动态,2015-2020超过USA成为No.1,我国电力工业的发展动态,我国电力工业的发展动态,我国电力工业的发展动态,2003年
4、，以三峡电站建设为核心，首先形成我国的中部电网 中部电网：华中（含川渝）、华东（福建） 2010年，形成北、中、南3个跨区互联网络 北部电网：华北（含山东）、东北、西北电网 南部电网：广东、广西、云南、贵州、海南、香港、澳门电网构成。 20102020年期间，将形成基本覆盖全国的统一联合电网。,电力供需基本情况及主要特点,电力供需基本情况 2009全国电力生产情况,2009年电力消费情况 工业用电仍然是拉动电力增长的最主要动力 74% 到2015年将达到45200亿千瓦时，超过美国成为世界用电量最大的国家； 到2020年将达56400亿千瓦时。,与上年同比增长百分比,用电量,我国一次能源的分布
5、,2020年国家电网跨区电力流设想,单位：万千瓦,电力系统规划的意义,国民经济发展的需要 用户的电能需求不断增长需要不断建设电力系统 规划是电力工程前期工作的重要部分 提高经济效益和社会效益的需要 投资建设的合理性 经济问题&社会问题&环境问题 电力系统各组成部分综合协调的需要 电源和电网的投资主体不同、特性不同需要全盘考虑，找到合理的方案,电力系统规划的任务及分类,电力系统规划研究通常包括： （1）负荷预测 （2）电源规划 （3）电网规划 （4）技术经济评价,多方案技术经济评价,能源规划,综合研究一次能源 煤 石油 天然气 水能 核能 风、潮汐、生物质能 有效利用、相互协调和替代关系,电力系
6、统规划的任务及分类,（1）负荷预测 它是做好规划的前提和基础，负荷预测的准确与否直接影响到规划方案的建设规模和投资计划。 提供电力增长状况、负荷曲线及电力分布情况。,电力系统规划的任务及分类,（2）电源规划 短期电源规划： 考虑未来15年的发展情况，规划的具体内容包括: 制定发电设备的维修计划； 分析推迟或提前新发电机组投产计划的效益； 分析与相邻电力系统互联的效益及互联方案； 确定燃料需求量及购买、运输、贮存计划； 长期电源规划： 考虑1030年的发展情况 何时、何地扩建新发电机组； 扩建什么类型及多大容量的发电机组； 现有发电机组的退役及更新计划； 燃料的需求量及解决燃料问题的策略； 采用
7、新发电技术的可能性； 与相邻电力系统进行电力交换的可能性。,电力系统规划的任务及分类,（3）电网规划 输电网规划 配电网规划 决定电网的结构、出线回数、导线型号、直流输电还是交流输电、电压等级和建设的地点等。 短期规划：15年，规划的内容比较具体仔细，可直接用来指导建设 。 长期规划：需要考虑比输变电工程建设周期更长的发展情况，一般规划630年 。,电力系统规划的任务及分类,（4）技术经济评价 无论是电源规划还是电网规划建设都必须要进行多方案的比较，这就需要进行技术经济评价。 电力系统规划中经济评价的原则： 技术上可行 从国家整体利益出发，不带主观偏见，不迁就照顾人情 符合国家能源和电力建设方
8、针政策 按市场经济规律办事 符合集资办电、统一规划、统一调度、省为实体的电力管理体制精神。,优化规划问题的数学模型,在建立数学模型时，第一步是确定问题的决策变量。决策变量是决策者可以控制的因素，如发电机的出力，新建电站的装机台数等等。 第二步是确定评价问题解答优劣的准则，这就是目标函数。目标函数是决策变量的函数，它可以是效益函数或费用函数。 效益函数为目标函数时，最优化问题要求得到目标函数的极大值；费用函数为目标函数时，最优化问题需要求得目标函数的极小值。 第三步是确定约束条件。约束条件是指在求目标函数的极值（极大值或极小值）时的某些限制，如资源的限额，产量应满足一定的数量，质量必须达到一定的
9、要求，决策变量之间的关系应满足物理系统的方程式。,优化算法及其分类,传统优化算法 待解决的问题：连续性问题，以微积分为基础，规模较小； 特点：理论上的准确与完美； 主要算法：线性与非线性规划、动态规划、多目标规划、整数规划等。,优化算法及其分类,现代优化算法 待解决的问题：离散性、不确定性、大规模； 特点：启发式算法、追求满意（近似解）、实用性强； 主要算法： 物理启发式算法：模拟退火算法，模拟固体熔化状态下由逐渐冷却至最终达到结晶状态的物理过程； 社会启发式算法：文化算法，模拟人类社会的演化过程 生物启发式算法：遗传算法； 群体智能优化算法：蚁群算法、粒子群算法.,电力系统优化规划的难点,电
10、力系统优化规划是一个很活跃的学术领域 （1）数学模型方面。国内外已经发表很多电力系统优化规划的数学模型，但没有一个公认的完美模型。事实上，电力系统规划涉及问题很广，要建立一个统一的无所不包的数学模型是不现实的。如何针对要解决的问题建立恰当的数学模型或选择适合的数学模型是电力系统优化规划首先要解决的问题。 （2）算法方面。电力系统优化规划属于运筹学问题，但涉及的决策变量非常多，且大多数属于离散型的变量，用典型的运筹学算法难以求解。此外，目标函数和约束条件往往是非线性的，甚至带有随机因素，更增加了算法的难度。 （3）原始数据方面。没有可靠、充分的原始资料，任何优秀的数学模型也不能得到满意的规划结果。,课程安排,第一阶段：优化算法（34次课） 遗传算法、粒子群算法、多目标进化算法 第二阶段：数学模型（67次课） 电源规划、输电网规划、新能源规划、热点问题 第三阶段：专题报告与讨论（4次课） 结合最新的研究进展，进行专题研究，撰写课程报告，每人25分钟汇报、讨论,