基于二层规划方法的输电网扩展规划研究

论文摘要

本文从传统输电网规划到市场环境下的输电网规划,利用二层规划方法建立了多种输电网规划的二层规划模型,模型从简单到复杂,从确定性规划到不确定性规划,逐步深入。本论文的主要成果如下:1)提出了考虑经济性及可靠性的输电网规划确定性二层规划模型,该模型上层目标为输电网投资成本最小化,下层目标为输电网在正常运行和N-1运行下的切负荷量最小化,寻求经济性好可靠性高的最优输电网规划方案。此外,在上述模型基础上,下层规划考虑系统N-2运行下的过负荷量最小,寻求经济性好可靠性更高的最优输电网规划方案。2)提出了计及输电利润的动态输电网规划确定性二层规划模型,在双拍卖联营体市场模式下,寻求高输电利润的输电网规划方案。该模型上层规划从输电网长期规划进行投资决策,以规划期内的输电利润最大化为目标,下层规划从输电网短期市场运行进行输电定价,建立了基于社会成本最小化的短期边际成本定价模型。3)提出了计及成本的输电网规划期望值二层规划模型,该模型采用期望值目标和期望值约束描述待建发电厂和未来负荷变化的不确定性带来的风险,寻求投资小、运行经济、有高适应性的输电网规划方案。该模型分输电网投资决策和电力生产优化决策两部分,上层目标为年投资生产运行成本最小化,下层目标为电力生产运行成本期望值最小化,下层约束为系统正常运行约束和N-1运行约束及N-1运行下系统切负荷量期望值约束。4)提出了计及市场利益的发输电联合规划多目标机会约束二层规划模型,该模型协调了电源规划和输电网规划的矛盾,以社会利益最大化为基础,考虑发电公司和输电网公司的利益均衡。该模型上层目标为发电机会指标乐观值、输电机会指标乐观值、社会机会指标乐观值的最大化,下层目标为社会机会指标乐观值的最大化,寻求在不确定环境下,兼顾不同市场利益的最优发电厂建设方案和输电网规划方案。5)提出了考虑回报率最大化的输电网规划相关机会二层规划模型,寻求具有高回报率且实现概率大的输电网规划方案。该模型的上层目标为输电投资回报率大于某一实现水平的实现概率最大化,下层规划有两个子规划问题,一为系统正常运行下的社会利益最大化模型,二为系统N-1运行时的系统切负荷量小于给定值的实现概率最大化模型。本文以18节点和77节点系统为算例进行验证,利用Monte-Carlo法模拟不确定性参数,采用改进小生境遗传算法和原始-对偶内点法相结合的混合算法对模型进行求解,并对求解结果进行比较、分析,验证了所提模型和方法的正确性和有效性。总之,基于二层规划方法的输电网规划模型与求解方法为解决市场环境下的输电网规划问题开创了新思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 市场环境下输电网规划与传统规划的比较
• 1.2.1 规划目标
• 1.2.2 规划过程
• 1.2.3 投资回报
• 1.2.4 不确定性因素
• 1.3 输电网规划国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 规划方法研究现状
• 1.3.2 规划算法研究现状
• 1.3.3 输电网规划发展趋势
• 1.4 市场环境下的输电网规划需研究的问题
• 1.5 主要工作及创新点
• 第二章 二层规划的模型与方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 确定性二层规划模型
• 2.3 不确定性二层规划模型
• 2.3.1 期望值二层规划模型
• 2.3.2 机会约束二层规划模型
• 2.3.3 相关机会二层规划模型
• 2.4 确定性二层规划模型的求解方法
• 2.4.1 改进小生境遗传算法
• 2.4.2 原始-对偶内点法
• 2.4.3 确定性二层规划的算法流程
• 2.5 不确定性二层规划模型的求解方法
• 2.5.1 不确定性函数的计算
• 2.5.2 不确定性二层规划的算法流程
• 2.6 本章小结
• 第三章 传统输电网规划确定性二层规划方法
• 3.1 引言
• 3.2 考虑经济性及可靠性的输电网规划确定性二层规划方法
• 3.2.1 数学模型
• 3.2.2 模型的实现方法及算法流程
• 3.3 考虑N-2 安全性的输电网规划确定性二层规划方法
• 3.3.1 数学模型
• 3.3.2 模型的实现方法及算法流程
• 3.4 算例分析及比较
• 3.4.1 18 节点系统分析及比较
• 3.4.2 77 节点系统分析及比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 计及输电利润的动态输电网规划确定性二层规划方法
• 4.1 引言
• 4.2 计及输电利润的动态输电网规划确定性二层规划模型
• 4.3 模型的实现方法及算法流程
• 4.3.1 求解过程
• 4.3.2 相关计算及算法流程
• 4.4 算例分析及比较
• 4.4.1 18 节点系统分析及比较
• 4.4.2 77 节点系统分析及比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 计及成本的输电网规划期望值二层规划方法
• 5.1 引言
• 5.2 计及成本的输电网规划期望值二层规划模型
• 5.3 模型的实现方法及算法流程
• 5.3.1 求解过程
• 5.3.2 相关计算及算法流程
• 5.4 算例分析及比较
• 5.4.1 18 节点系统分析及比较
• 5.4.2 77 节点系统分析及比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 计及市场利益的发输电联合规划多目标机会约束二层规划方法
• 6.1 引言
• 6.2 风险机会指标
• 6.2.1 发电机会指标
• 6.2.2 输电机会指标
• 6.2.3 社会机会指标
• 6.3 计及市场利益的发输电联合规划多目标机会约束二层规划模型
• 6.4 模型的实现方法及算法流程
• 6.4.1 求解过程
• 6.4.2 相关计算及算法流程
• 6.5 算例分析及比较
• 6.5.1 18 节点系统分析及比较
• 6.5.2 77 节点系统分析及比较
• 6.6 本章小结
• 第七章 考虑回报率最大化的输电网规划相关机会二层规划方法
• 7.1 引言
• 7.2 考虑回报率最大化的输电网规划相关机会二层规划模型
• 7.3 模型的实现方法及算法流程
• 7.3.1 求解过程
• 7.3.2 相关计算及算法流程
• 7.4 算例分析及比较
• 7.4.1 18 节点系统分析及比较
• 7.4.2 77 节点系统分析及比较
• 7.5 本章小结
• 第八章 规划结果比较与分析
• 8.1 引言
• 8.2 规划结果比较
• 8.3 规划结果分析
• 8.4 本章小结
• 第九章 总结与展望
• 9.1 总结
• 9.2 展望
• 参考文献
• 附录 18节点和77节点系统数据
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录