电力系统机组优化组合
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第四讲 电力系统机组优化组合
黄琦博士 电子科技大学自动化工程学院
பைடு நூலகம்
主要内容
• 概述 • 机组投运问题的求解 • 动态规划法求解机组优化组合问题
概述
• 人类活动是有周期性的，用电也有周期性
– 日负荷周期、周负荷周期、季节性负荷周期
• 负荷周期带来了发电的经济问题：保持所有机组运行 付出的代价是巨大的。
• 机组组合（UC）是在已知系统负荷预测、 水电计划、交换计划、燃料计划、网损修 正、机组状态的情况下，制定一段时间内 发电机组的运行计划和启停计划，使系统 发电和启停总费用最低。UC本质上是一个 优化组合问题，理论上只要把所考察的机 组群所有可能的组合进行比较即能得到最 佳的组合方式。但这种所有可能的组合在 实际问题中是一个天文数字.
– 基于一些简单的停机规则
• 通过列举在各负荷水平下所有机组组合 • 或者比较各机组的满负荷平均费用
– 典型的停机规则：
• 在每一时间间隔有负荷下降时，确定列表上下一台 机组停机是否会满足负荷以及旋转备用要求
– 如果不满足，该机组继续运行
• 确定需要下一次启动该机组的时间
– 如果该时间小于最小停机时间，则该机组继续运行
动态规划法求解机组优化组合问题
• 在动态规划法中采用以下假设：
– 状态（state）是一系列机组
• 处于运行或停机状态 • 可行的状态是指投运的机组能够满足负荷需求，以
及每一时段的最小容量
– 没有停机费用 – 开机费用与时间没有关系 – 每一时段采用优先级列表 – 每一时段都需要有运行的最小容量
• 既可前向运行，也可以反向运行
概述-机组投最运经济举的例方案是只开第一台机
组！最经济的机组！
概述
1200MW-500MW，步长
50MW •》1000，三台机组 •600《P《1000，机组1、
2 •小于600，机组1
机组投运的约束
• 首要约束
– 足够的发电出力满足负荷需求
• 旋转备用约束
– 定义：同步连接的机组容量 – 作用：保护电网由于意外切机 – 规则：预测负荷需求的某一百分比；或者能补
– 从初始时刻到最终时刻，或从最终时刻到初始
动态规划法求解机组优化组合问题
• 前向动态规划法（Forward DP）：
动态规划法求解机组优化组合问题
算例#4.1
算例#4.1(cont.)
算例#4.1(cont.)
算例#4.1(cont.)
算例#4.1(cont.)
算例#4.1(cont.)
机组投运问题的求解
• 穷– 全举部法机（组b的ru组te合fo：rc2eNme1tho(d2）N 是1不)M合适的
– 对于M个时间间隔，将可能有
种组
合
6.2 1035
– 对于1天24个小时、每小时一个间隔、5台机组 ，可能的组合有：
机组投运问题的求解
• 优先级列表法-Priority list methods
缺系统中最大出力机组的出力，并维持一定时 间；需要分布在系统中，以避免拥塞。
备用举例
备用举例
机组投运的约束
• 热电机组约束
– 时间约束：慢热效应－》从开机到并网需要花 一段时间－》最小开停时间
– 人力约束：多台机组不可能同时开停 – 启动费用（冷启动、热启动）
机组投运问题的求解
机组组合问题
• 比较费用来确定是否投运该机组
– 后续H小时运行费用 – 重开机费用
机组投运问题的求解
机组投运问题的求解
动态规划法求解机组优化组合 问题
动态规划法求解机组优化组合问 题
• 列举法维数太高！动态规划法可以大大降 低问题的维数
– 在严格优先排序情况下，N台机组只有N种组合
• 优先级排序法只有在以下情况下才有可能 产生正确的结果：
• 定义：机组投运（unit commitment）是指将给定的 机组开启、并与电网实现互联同步运行
• 为了经济问题，可以根据当前和将来一段时间内的负 荷要求将部分机组退出运行。即，根据当前和未来一 段时间的负荷需求来决定投运足够的机组满足要求， 同时使机组起停费用最小化
• 与经济调度的区别：后者假设已经有N台机组连接到 系统，只是制定一个经济的分配计划；而前者更复杂 ，假设N台机组可供调度，需要根据当前负荷情况和 负荷预测来决定哪些机组参与服务。
算例#4.1(cont.)
黄琦博士 电子科技大学自动化工程学院
பைடு நூலகம்
主要内容
• 概述 • 机组投运问题的求解 • 动态规划法求解机组优化组合问题
概述
• 人类活动是有周期性的，用电也有周期性
– 日负荷周期、周负荷周期、季节性负荷周期
• 负荷周期带来了发电的经济问题：保持所有机组运行 付出的代价是巨大的。
• 机组组合（UC）是在已知系统负荷预测、 水电计划、交换计划、燃料计划、网损修 正、机组状态的情况下，制定一段时间内 发电机组的运行计划和启停计划，使系统 发电和启停总费用最低。UC本质上是一个 优化组合问题，理论上只要把所考察的机 组群所有可能的组合进行比较即能得到最 佳的组合方式。但这种所有可能的组合在 实际问题中是一个天文数字.
– 基于一些简单的停机规则
• 通过列举在各负荷水平下所有机组组合 • 或者比较各机组的满负荷平均费用
– 典型的停机规则：
• 在每一时间间隔有负荷下降时，确定列表上下一台 机组停机是否会满足负荷以及旋转备用要求
– 如果不满足，该机组继续运行
• 确定需要下一次启动该机组的时间
– 如果该时间小于最小停机时间，则该机组继续运行
动态规划法求解机组优化组合问题
• 在动态规划法中采用以下假设：
– 状态（state）是一系列机组
• 处于运行或停机状态 • 可行的状态是指投运的机组能够满足负荷需求，以
及每一时段的最小容量
– 没有停机费用 – 开机费用与时间没有关系 – 每一时段采用优先级列表 – 每一时段都需要有运行的最小容量
• 既可前向运行，也可以反向运行
概述-机组投最运经济举的例方案是只开第一台机
组！最经济的机组！
概述
1200MW-500MW，步长
50MW •》1000，三台机组 •600《P《1000，机组1、
2 •小于600，机组1
机组投运的约束
• 首要约束
– 足够的发电出力满足负荷需求
• 旋转备用约束
– 定义：同步连接的机组容量 – 作用：保护电网由于意外切机 – 规则：预测负荷需求的某一百分比；或者能补
– 从初始时刻到最终时刻，或从最终时刻到初始
动态规划法求解机组优化组合问题
• 前向动态规划法（Forward DP）：
动态规划法求解机组优化组合问题
算例#4.1
算例#4.1(cont.)
算例#4.1(cont.)
算例#4.1(cont.)
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机组投运问题的求解
• 穷– 全举部法机（组b的ru组te合fo：rc2eNme1tho(d2）N 是1不)M合适的
– 对于M个时间间隔，将可能有
种组
合
6.2 1035
– 对于1天24个小时、每小时一个间隔、5台机组 ，可能的组合有：
机组投运问题的求解
• 优先级列表法-Priority list methods
缺系统中最大出力机组的出力，并维持一定时 间；需要分布在系统中，以避免拥塞。
备用举例
备用举例
机组投运的约束
• 热电机组约束
– 时间约束：慢热效应－》从开机到并网需要花 一段时间－》最小开停时间
– 人力约束：多台机组不可能同时开停 – 启动费用（冷启动、热启动）
机组投运问题的求解
机组组合问题
• 比较费用来确定是否投运该机组
– 后续H小时运行费用 – 重开机费用
机组投运问题的求解
机组投运问题的求解
动态规划法求解机组优化组合 问题
动态规划法求解机组优化组合问 题
• 列举法维数太高！动态规划法可以大大降 低问题的维数
– 在严格优先排序情况下，N台机组只有N种组合
• 优先级排序法只有在以下情况下才有可能 产生正确的结果：
• 定义：机组投运（unit commitment）是指将给定的 机组开启、并与电网实现互联同步运行
• 为了经济问题，可以根据当前和将来一段时间内的负 荷要求将部分机组退出运行。即，根据当前和未来一 段时间的负荷需求来决定投运足够的机组满足要求， 同时使机组起停费用最小化
• 与经济调度的区别：后者假设已经有N台机组连接到 系统，只是制定一个经济的分配计划；而前者更复杂 ，假设N台机组可供调度，需要根据当前负荷情况和 负荷预测来决定哪些机组参与服务。
算例#4.1(cont.)