运筹学 线性规划应用案例

规划变量-原有及新建线路输电功率 目标函数-以全网年计算费用最小
' minZ [ Lij ( P0ij P0 ji )lij Gij ( Pij Pji )lij ] i 1 j i 1 n 1 n
• • • • • •
公式中：n——网络节点总数； P0ij、P0ji——现有线路输电功率（MW）； Pij、Pji——新建线路输电功率（MW）； lij、lij′——原有及新建线路长度（km）； Lij—原有线路的损耗系数(万元/MW.km.年)； Gij——新建线路的投资乘以效益系数再加损耗 系数(万元/MW.km.年)。
热值 水份
16749 5.5
挥发份 35.47 44.85 灰份 100.11 价格 100.75 运费 总费用 213.87 0 配煤比
32.42
13.32 153.69
33.81
27.87 125.57
17.91
20.96
30.16
25.92
20
13.8188
>20
<42.6
142.65 134.92
• 有三类发电设备可供使用：1类12台，2类 10台，3类5台。每台发电机必须在最低功 率级和最高功率级之间运行，运行在最低 功率级的每台发电机每小时有一项费用。 此外，若一台发电机工作超过此项最低功 率级，每小时每兆瓦要附加一项额外费用。 启动发电机也需要费用。另外，为了满足 预测的负载需要量，在任何时间必须有足 够发电机在工作，使用可能满足负载增长 15%的需要。这种增长必须通过调节在其 容许范围内运转的一些发电机的输出来实 现。
计算实例：某电厂200MW机组燃煤煤质要求 机组 热值 水份 挥发份 200M =20423J/ <7.17% >20% W kg 灰份 <42 %
200MW机组优化配煤、选煤计算表
煤(071) 煤(158) 25648 7.9 煤(180) 煤(295) 煤(309) 配煤 22422 6.8 25340 6.8 22843 7 20423 5.8767 指标要求 =20423 <7.17
模型的目标函数反映的是平均收 益率最大，前四个约束分别是对投资 年限、平均收益率、风险系数和增长 潜力的限制。最后一个约束是全部投 资比例的总和必须等于1.
最优解：X1=0.57143 X3=0.42857 平均年收益率=17% 即： 投资国库券=0.57143*50=29万元 投资房地产=0.42857*50=21万元 投资年限=4.28571年 平均年收益率=17% 风险系数=4 增长潜力=12.8571%
发电机组燃料优化管理模型
• 在当前电煤供应不足的情况下，难于 购买到完全符合锅炉燃烧特性的煤种， 煤质的变化会改变电厂发电成本的变 化，而其中大部分为燃料成本的变化。 发电厂面临煤种的选择问题，选择哪 种煤炭？其比例多少？才能最大限度 地降低发电成本，提高经济效益。
• 每台发电机组都有它当初的设计煤种， 对燃料的硫份、水份、灰份、热值、挥 发份和可磨系数都有一定的要求。在传 统的锅炉燃烧中，经常用的是单煤燃烧， 这在计划经济时代不存在大的问题。随 着改革的深入，煤炭价格的市场化，电 煤价格持续上升，电煤成为稀缺资源， 劣质煤炭充斥市场，要购买到完全符合 锅炉燃烧条件的煤种已变得十分困难。 利用多种煤混合出满足锅炉燃烧需要的 煤种，是一种非常有效的方法。
最低 功率 级 (MW)
最高 功率 级 (MW)
最低功 率级的 每小时 费用 (元)
类型1
850
2000 1750 4000
超过最 启动费 低功率 用(元) 级的每 兆瓦小 时费用 (元) 1000 2 2000
1.3 3 1000 500
类型2 1250 类型3 1500
2600 3000
现问： • 全天各周期应有多少台发电机工作， 才能使总费用最低？ • 全天各周期电力生产的边际成本是多 少？就是说，各周期应收多少费？ • 降低15%后备输出能保证节约多少金 额？即这种供电的保障措施要花费多 少钱？
约束条件-节点功率平衡
Ai Dk
(P
j1 n j1
n
0ij
P0ji Pij Pji )
0kj
(P

n2 k 1
P0jk Pkj Pjk )
A
i 1
n1
i
D
k
• 公式中：Ai——电源点i的发电功率； • Dk——负荷点k的负荷功率； • n1——电源点数；n2——负荷点数。
节点 1 2 3 4 5 6
发电容量 负荷（MW） （MW） 50 80 240 165 40 160 240 545(新电厂) 0
电网规划问题-直流潮流法模型
• • • • 模型所需数据： 规划水平年电源位置、容量及出力； 规划水平年负荷及其分布； 现有电力网结构，主干线走向、长度、电压等 级及电抗值； • 可能修建新线的上列参数及投资； • 各线路在正常运行条件下及系统“N-1”事故状 态下的输送容量限制值。 • 在上列条件下，该法首先求出正常运行下输电 网络需要架设的线路路径和回路数，然后进行 “N-1”的安全检验，求出“N-1”事故情况下需 要增加的线路。
• 目标函数：Min Z = CTBl • 约束条件：| l0 +ATSBl |l* • B l 0 • 其中：C——各支路增加单位电纳投资； • l0——各支路原始相角差；l*—— 各支路允许相角差；Bl——各支路 电纳增量；
例 规划目的是寻找节点6新电厂在正常运行 及“N-1”事故状态下接入系统的最优方案。 节点 1 2 3 4 5 6 发电容量（MW）负荷（MW） 50 80 240 165 40 160 240 545(新电厂) 0
约束条件-线路通过能力的限制
• P0ij+P0jiMij Mij—线路ij的通过能力。 • 其他约束 • P0ij、P0ji、Pij、Pji0，P0ij×P0ji=0，
Pij×Pji=0 • 如果解出最优分配Pij=Pji=0，则说明ij线路 不必架设。
例: 规划目的是寻找节点6新电厂接入系统 最优方案。
谢谢大家！
电网规划问题- 线性潮流估计模型
• 模型所需数据： • 现有电力网络结构，包括走向、长度、输 送容量的限制； • 可能的电力网络建设路径，即哪些节点间 允许架设新线路，包括新增的电源和负荷 节点； • 规划水平年各电源点发电能力及各负荷点 负荷水平； • 现有线路年平均损耗系数，新建线路投资 效益系数加损耗系数等经济指标。
39.21
212.88 0.3894
66.06
45.5
83.45
168.017 0.80123
207.95 206.69 235.91 168.017 0 0.4118 0 0.8012
结果分析 • 在以上煤种和费用条件下，应选择158 号煤和295号煤进行混合配煤，其比例 为：0.3894:0.4118，这样配煤的要求， 符合锅炉燃烧的各项指标要求，且在 获得相同的热值条件下，有最优的经 济性（费用最低）168.017。
以配煤最低成本为目标函数，以 单煤的成本，煤质参数和锅炉的燃烧 品质参数的临界值为约束条件，构造 线性规划模型如下：
式中：aij——第j种煤第i个指标 • Xj——第j种煤相对于锅炉设计煤种 消耗量的比例% • bi,Bi—混煤第j种性能指标的限定值 • n——煤的性能指标的个数，包括硫 份、水份、灰份、热值、挥发份等 • m—单煤的种类数量 • Smin—混煤的最低成本 • Cj—单煤的最低成本
序 投资方式 投 资 期 年收益 风 险 增长潜 号 限（年）率% 系数 力% 1 国库券 3 10 6 2 1 5 0 11 15 25 20 10 12 3 1 3 8 6 1 2 0 0 15 30 20 5 10 0
2 公司债券 3 房地产 4 股票 5 短期存款 6 长期储蓄 7 现金存款
解：设xi为第I种投资方式在总投资额中的比例， 则模型如下： Max S= 11x1+15x2 +25x3 +20x4+10x5 +12x6+3x7 s.t. 3x1+10x2 + 6x3+ 2x4+ x5+ 5x6 5 11x1+15x2+25x3+20x4+10x5+12x6+3x7 13 x1+ 3x2 + 8x3 + 6x4+ x5+ 2x6 4 15x2 +30x3 +20x4+5x5 +10x6 10 x1+ x2 + x3 + x4 + x5 + x6+ x7 = 1 x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7 0
投资组合
某人有一笔50万元的资金可用于长期 投资,可供选择的投资机会包括购买国库券 、公司债券、投资房地产、购买股票或银 行保值储蓄等。不同的投资方式的具体参 数如下表。投资者希望投资组合的平均年 限不超过5年，平均的期望收益率不低于 13%，风险系数不超过4，收益的增长潜 力不低于10%。问在满足上述要求的前提 下投资者该如何选择投资组合使平均年收 益率最高？
ຫໍສະໝຸດ Baidu
结果分析 • 配煤比之和0.80123（0.3894+0.4118） 含义：该配煤的消耗量为该锅炉设计 煤种消耗量的倍率系数，设计煤种消 耗量为131.4t/h，由于配煤的热值高于 设计煤种，所以配煤的消耗量为 0.80123×131.4=105.28 t/h。
发电机组收费比率
• 责成若干发电站全天满足下面的电力负荷 要求： • 午夜12点至上午6点15000MW • 上午6点至上午9点30000MW • 上午9点至下午3点25000MW • 下午3点至下午6点40000MW • 下午6点至午夜12点27000MW。