5电力系统中的优化问题(简)汇总

电力系统中的优化问题王秀丽1.我国电力工业的发展历程2.电力工业的现状1998年底（中国）装机容量277.3GW年发电量1157.7TWh1998年底（中国）人均装机0.22kW人均电量927kWh1998年底（美国）装机容量824.2GW年发电量3652.1TWh列世界第80位后为世界平均水平1/3;为发达国家平均水平的1/6—1/10中国电力工业的基本情况截至2004年底全国发电装机4.407亿千瓦。220kV及以上输电线路长度达226776km，变电设备容量达到70186MVA。2005年达到5亿千瓦2006年底装机容量６２２GW，年发电量2834.4TWh水电：128.6GW（20.67%）火电：484.1GW(77.82%)截至2007年底，全国发电装机容量达到71329万千瓦，同比增长14.36％。水电装机14526万千瓦，占20.36％火电装机55442万千瓦，占77.73％核电装机885万千瓦，同比增长29.2％并网生产风电容量403万千瓦，同比增长94.4％。2007年全社会用电量32458亿千瓦时装机容量增长01002003004005006007008001940196019802000202019491.85GW1987100GW1995200GW2000300GW2004400GW2005500GW2006600GW2007700GW我国输电系统的发展1949年以前，东北丰满、水丰等水电站的154~220kV输电线组成了当时中国最大的电网。此后220kV输电工程逐步在各地形成省级和跨省级电网。1972年建成的330kV刘天关输变电工程。1981年建成了第一个500kV输变电工程——平武工程(595kV)。随后，华中、东北、华北、华东4个跨省500kV电网和西北330kV跨省电网逐步形成。1989年±500kV葛洲坝—上海直流输电工程的建成，首次实现两大区的联网。2005年7月，随着西北－华中背靠背直流工程的投运，我国大区电网间实现了互联。2005年9月，我国第一个750kV输变电工程正式投入运行，标志着我国电网技术又迈上一个新的台阶。今后10~20年我国大区电网间互联将进一步加强，并逐步形成以特高压交流(1000kV)和特高压直流(±800kV)为骨干网架的国家电网。水能资源分布水资源总量约28000亿m3，居世界第六位水能资源总理论蕴藏量为5.92万亿kWh/a，居世界第一位经济可开发资源为：装机容量2.9亿kW，多年平均年发电量1.26万亿kWh特点有：资源量大；分布很不均匀，70%以上的水能资源集中在西南地区中国的水利资源分布闽、浙赣1416湘西791南盘江红水河1312乌江867黄河北干流609大渡河1805雅砻江1940金沙江4789长江上游2831澜沧江2137黄河黑?龙?江鸭绿江辽河第二?松花江河黄河淮洪泽湖江富春江闽江鄱阳湖赣江汉水清江洞庭湖资水沅水澧水乌江长江岷江大渡河雅砻江金沙江黄河大通河青海湖洛河渭河南?江盘红水河北江东江澜沧江怒江雅鲁藏布江通天河塔里木河车尔臣河孔雀河葛洲坝271。5隔河岩120三峡1768天生桥120天生桥132岩滩120漫湾125二滩330龙羊峡128李家峡200刘家峡116白山150滦河水电基地Hydropowerbases东北1131黄河上游1415全国可开发水利资源的82.9%分布在四川、云南、湖北、青海、贵州和广西等省(区)煤炭资源分布煤炭总资源量为2.6万亿吨，煤炭资源居世界第三位特点：煤炭资源分布面广，但分布很不均匀新疆、内蒙古、山西和陕西等四省区占全国资源总量的81.3%，东北三省占1.6%，华东七省占2.8%，江南九省占1.6%煤炭资源分布疆、蒙、晋、陕四省区东北三省华东七省江南九省其他XinjiangTibetNortheastNorthNorthwestchuanyuCentralEastSouth全国煤炭储量的80%分布在华北和西北地区负荷中心却在东部及沿海经济发达地区北部通道送电容量:2005年，7GW2010年，18GW2020年，40GW中部通道送电容量:2005年，7GW2010年，21.8GW2020年，40-45GW南部通道送电容量:2005年，10.88GW2010年，15GW2020年，25GW石油资源分布陆上和沿海大陆架沉积盆地总面积约550万km2，石油总资源量预测为940亿吨1996年底中国石油探明储量约32.87亿吨，居世界第九位石油资源主要分布于东北、华北、西北地区，其中松辽盆地、渤海湾盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地占石油资源量的52.6%天然气资源分布我国天然气地质资源量估计超过38万亿立方米，预计可采储量7-10万亿立方米陆上资源主要集中在四川盆地、陕甘宁地区、塔里木盆地和青海，中部地区和西部地区的天然气资源量超过全国总量的一半海上资源集中在南海和东海世界与中国一次能源比例关系煤炭石油天然气水电和核电世界平均水平27%40%23%10%世界可采年限2304868中国78.31%17.64%2.1%1.95%中国可采年限902295风能资源分布我国10m高度层的风能资源总储量为32.26亿kW，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿kW如果年利用小时按2000~2500h计，风电的年发量可达5060~6325亿kWh风能资源的分布主要集中在东南沿海及其岛屿以及内蒙、甘肃、新疆一带区域风力发电有三种运行方式：独立运行方式:一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。世界风能全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。到2007年底，全球风力发电的累计装机容量已达9410万千瓦，比上年的7410万千瓦增加27％。风能在国际能源领域所扮演的角色已从“补充能源”向“战略替代能源”方向发展。各国风电装机容量排在前列的国家依次是：德国（20621兆瓦）西班牙（11615兆瓦）美国（11603兆瓦）印度（6270兆瓦）丹麦（3136兆瓦）。序号风电场名称装机台数装机容量(kW)1新疆达坂城风电二厂1971128002宁夏贺兰风电场1321122003内蒙古辉腾锡勒风电场94685004广东南澳风电场128563905河北承德风电场88537006甘肃玉门风电场74522007广东惠来石碑山风电场87522008内蒙古克旗达里风电场7313609内蒙古克旗赛罕坝风电场735136010吉林洮北青山风电场584930011山东长岛风电场594475012新疆达坂城风电一厂693570013河北尚义满井风电场233450014辽宁仙人岛风电场483266015福建六鳌风电场363060016吉林通榆风电场493006017新疆达板城三场203000018黑龙江富锦风电场272430019辽宁东岗风电场3822450我国主要风电场20辽宁海洋红风电场282100021浙江括苍山风电场331980022广东汕尾红海湾风电场251650023上海南汇风电场111650024山东即墨凤山风电场151640025吉林洮南风电场191615026黑龙江伊春大青山风电场191615027福建南日岛风电场191615028浙江苍南风电场261435029广东惠来海湾石风电场221320030山东栖霞风电场191220031黑龙江木兰风电场201200032辽宁康平风电场121020033辽宁彰武风电场121020034河北张北风电场24985035辽宁法库风电场12960036吉林长岭风电场11935037河北张北满井风电场6900038海南东方风电场19875539辽宁横山风电场24740040内蒙古朱日和风电场32690041福建平潭风电场10600042福建东山风电场10600043山东荣成风电场4600044黑龙江穆棱十文字风电场4490045内蒙古锡林风电场13478046上海崇明风电场3450047吉林富裕风电场6450048辽宁锦州风电场5375049内蒙古商都风电场12360050辽宁小长山风电场6360051辽宁大长山风电场6360052上海奉贤风电场4340053辽宁獐子岛风电场12300054广东深圳大梅沙风电场8200055新疆阿拉山口风电场2120056河北丰宁风电场2120057新疆布尔津风电场7105058香港南丫岛风电场180059宁夏红碴子风电场175主要内容电力系统优化问题通用模型无功优化输电网规划机组组合配电网重构1电力系统优化问题通用模型通用的数学模型可以表示如下：Obj.min(,)fuxs.t.(,)gux=0(,)hux0（1-1）其中，(,)fux为目标函数，u为控制变量，x为状态变量，(,)gux(,)hux和分别为等式约束和不等式约束类。优化算法数学优化算法线性规划、整数规划、混合整数规划、模糊规划、灰色理论、等等启发式算法进化算法遗传算法、模拟退火、蚁群算法、TS搜索算法、专家系统1.1遗传算法原理（1）遗传算法（geneticalgorithms）是在70年代初期由美国密执根大学的holland教授发展起来的。1975年，holland发表了第一本比较系统的遗传算法的专著《adaptationinnaturalandartificialsystems》。近年来，随着遗传算法基本原理、方法及其应用技巧的深入研究，遗传算法在电力系统的经济运行、电网规划、网络分割、故障诊断、潮流计算、电力系统控制等方面已经大量成功应用，并且应用范围越来越广泛。遗传算法原理（2）遗传算法主要借用生物进化中自然选择、适者生存的规律，是建立在自然选择和群体遗传学基础上的搜索方法。Holland的基因模式理论使用二进制串模拟的人工染色体来表示某一优化问题的可行解，用随机方法产生一个可行解的集合，按照自然选择的原理，即群体中人工染色体的适应度越高则它将获得繁殖后代的机会越大，运用定义的各种算子如交叉、变异等模拟进化，使整个群体不断优化并最终找到问题的全局最优解。遗传算法的关键因素:编码适应度函数遗传算子生殖交叉变异遗传算法原理（3）遗传算法原理（4）——编码编码是应用遗传算法时要解决的首要问题，编码方法除了决定个体染色体的排列形式外，也决定了个体从搜索空间的基因型变换到解空间的表现型的解码方法，同时编码方法也影响到运算方法。目前大多采用二进制的编码，已经出现网格编码（gridcoding）、浮点编码(floatingcoding)、嵌入编码(embeddedcoding)等方法。采取何种方式的编码，基本的原则就是应采用易于产生与所求问题相关的且具有低阶、短定义长度模式的编码方案。遗传算法原理（5）——适应度函数个体的适应度函数值可由目标函数，值按一定的转换规则求得，对于求最大化问题，作如下转换：(3-15)遗传算法原理（6）——适应度函数对于求最小化问题，作如下转换：(3-16)遗传算法原理（7）——遗传算子遗传算法主要有三个算子：选择、交叉和变异算子。选择：一般采用转轮法选择即比例选择的方法，目前随着对算法的深入研究和实践，已经相继提出了竞争选择(tournamentselection)、排序选择(rankingselection)、稳态选择(steady-stateelection)。交叉：目前最常用的是单点交叉、两点交叉(two-pointcrossover)、多点交叉(multi-pointcrossover)、均匀交叉(uniformcrossover)。变异：变异运算的目的是改善局部搜索能力，防止出现早熟的现象。但变异的概率不能选取的太大，否则就退化为完全的随机搜索。