当待扩建电力系统的负荷及一次能源分布比较均匀、厂址条件不受限制和原有输电网络较强时,使用这种电源规划模型能得到满意的结果。因为在这种情况下同一类型的发电机组有大致相同的技术经济指标,而输电网络的扩建费用对电源的结构与布局不致产生很大的影响。
按发电机组类型优化的电源规划在数学处理上比较简单。由于这类模型把同类型机组的发电厂都归并在一起,因而决策变量的个数大大减少。以下我们将以WASP为例介绍这类电源规划的数学模型。
WASP软件包能在满足给定的约束条件的情况下,寻求长达30年的发电系统最优扩建方案。该模型采用最小费用法作为经济评价的根据。
(一)目标函数
在单节点模型中,各方案的费用除了投资,燃料费及运行维修费以外,还包括停电损失费用。此外,考虑到各类机组使用寿命不同,投建时间不同,在规划期末将出现不同的剩余使用年限,所以应把有关投资项目的折余值当成残值处理,从总费用中减去。
目标函数为
式中 PVC
j ―规划方案总费用的现值;
―投资费用;
―投资的折余值;
―燃料费用;
―运行维护费用;
―停电损失费用;
下标jt―表示与方案j有关的费用在第t年的取值;
顶标“ ”―表示已将第t年有关费用按给定贴现率换算为某一时刻的现值;
T―规划期的总年数,又叫水平年。
显然,最优方案应为总费用现值最小的方案。
以下介绍目标函数中各项费用的具体计算方法。为了换算这些费用的现值,采取了以下的假定:
1)所有投资都在各年年初发生;
2)所有投资折余值都发生在水平年末;
3)燃料费用 运行维护费用及停电损失费用都发生在各年度的中点。
因此,与电源规划有关的费用流可表现为图7-5的形式。根据图7-5即可计算 PVC
j 中各项费用。图7-5中的C,O分别表示投资和运行费用。
1.投资费用与折余费用
投资费用一般按概略指标估算,将其折算到基准年;
关于折余费用含义,设某机组使用寿命为n年,投资额为K,若规划水平年为T,而该机组在第t年投入使用,当T-t不等于n时,则存在剩余使用年,将此剩余年中的投资费用折算到水平年,即称为折余费用。
2.燃料费用
燃料费用计算也应考虑水文条件的影响,因为在不同水文条件下,其水电厂发电量不同,从而影响到火电厂机组出力情况。
总燃料费用由随机生产模拟求得,将费用设在年度中点发生较为合理。在计算中考虑了火电机组随机停运的影响,但对水电站则采用了强迫停运率为零的假定。
3.停运维修费用
包括固定运行维修费用和变动运行维修费用。
4.停电损失费用
停电损失包括直接停电损失和间接停电损失,计算停电损失费用需要考虑停电次数,停电持续时间以及系统本身由于停电增加的维检费用支出等。该项也是由随机生产模拟计算出电量不足期望值求得。
综上所述,以上每一项的费用计算都很麻烦,其中各项的费用计算公式详见参考使用教材。
(二)约束条件
单节点电源规划模型的约束条件包括电力平衡和可靠性约束条件。
其数学约束关系式的设置,以及相关的说明略。
以上只是对单节点电源规划模型作了简单介绍,实际上目标函数中的各项费用计算起来都很复杂和麻烦,并且要处理非常多的数据,必须借助计算机才能完成。虽然电源优化模型在求解算法及实际应用上,还有待于进一步的研究和探讨,但我们了解一下他的结构,特点及问题还是非常必要的。