基于不确定条件下的北京电源规划优化模型.pdf

第３８卷第ｌ５期２０１０年８月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶｌ０ｌ＿３８Ｎ０．１５Ａｕｇ．１，２０１０基于不确定条件下的北京电源规划优化模型梁宇希，黄国和，林千果，张晓萱，牛彦涛（１．华北电力大学能源与环境研究中心，北京１０２２０６；２．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｏｇｒａｍ，ＦａｃｕｌｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＲｅｇｉｎａ，Ｒｅｇｉｎａ，Ｓａｓｋ￥４ＳＯＡ２，Ｃａｎａｄａ）摘要：电源规划是电力系统中非常重要的规划，直接影响系统今后运行的可靠性、经济性、电能质量、网络结构及其将来的发展。以北京地区为例，建立了一个不确定性电源规划优化模型本模型引入区间混合整数线性规划方法，可以有效地解决电源规划模型中存在的不确定性问题和发电机组的装机扩建问题。结果表明：北京市将初步建立起以煤、气发电为主，新能源和可再生能源发电等为补充的多元化电源结构，为首都经济社会发展和人民生活水平的提高提供安全可靠、稳定充足的电力供应。关键词：不确定性；电源规划；区间规划；装机扩建；优化’ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｆｏｒＢｅｉｊｉｎｇｓｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｕｎｄｅｒｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓＬＩＡＮＧＹｕ．ｘｉ，ＨＵＡＮＧＧｕｏ．ｈｅ，。，ＬＩＮＱｉａｎ．ｇｕｏ。，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ－ｘｕａｎ，ＮＩＵＹａｎ－ｔａｏ（１．ＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ；２．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｏｇｒａｍ，ＦａｃｕｌｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＲｅｇｉｎａ，Ｒｅｇｉｎａ，Ｓａｓｋ￥４ＳＯＡ２，Ｃａｎａｄａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｐｌａｙｓａｖｉｔａｌｒｏｌｅｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ｈａｓａｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｑｕａｌｉｔｙ，ｎｅｔｗｏｒｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Ｉｎｔｈｉｓ’ｓｔｕｄｙ，ａｎｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒＢｅｉｊｉｎｇＳｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ａｎｉｎｔｅｒｖａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ—ｍｉｘｅｓｉｎｔｅｇｅｒｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｈａｎｄｌｅｎｏｔｏｎｌｙｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｅｘｐｒｅｓｓｅｄａｓｉｎｔｅｒｖａｌ—ｎｕｍｂｅｒｓ，ｂｕｔａｌｓｏｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｅｘｐａｎｓｉｏｎｉｓｓｕｅｓ．Ａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔａｄｉｖｅｒｓｉｆｉｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｓｕｐｐｌｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈｃｏａｌｆｉｒｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙａｎｄｎａｔｕｒｅｇａｓｆｉｒｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｍａｉｎｌｙ，ｎｅｗｅｎｅｒｇｙａｎｄｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｌｅｅｎｅｒｇｙｅｔａｌａｓａｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ，ｗｉｌｌｂｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｔｗｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｓｔｅａｄｙａｎｄｐｌｅｎｔｅｏｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｆｏｒｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｎｄｓｏｃｉａｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ’ｏｆＢｅｉｊｉｎｇ，ａｎｄａｌｓｏ，ｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｏｕｒｐｅｏｐｌｅＳｌｉｖｅｓ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＳｐｅｃｉａｌＦｕｎｄｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＢａｓｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（９７３）（Ｎｏ．２００５ＣＢ７２４２００ａｎｄＮｏ．２０Ｏ６ＣＢ４０３３０７、．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ；ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ；ｉｎｔｅｒｖａｌｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ；ｃａｐａｃｉｔｙ。ｅｘｐａｎｓｉｏｎ：ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ中图分类号：ＴＭ７１５文献标识码：Ａ——文章编号：１６７４３４１５（２０１０）１５００５３－０７Ｏ引言电力是国民经济发展的基础，在社会发展中起着至关重要的作用。随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，人们对电的需求量越来越大，对电力安全的要求也越来越高。电力工业将如何健康、稳定有序地发展，迫切需要符合经济社会发展和人民生活需要、符合科学发展观的行业规划进行指导。电源规划是电力系统电源布局的战略决策，在电力系统规划中处于十分重要的地位，规划的合理与否，基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３）项目资助（ＮＯ．２００５ＣＢ７２４２００和Ｎ０．２００６ＣＢ４０３３０７）将直接影响系统今后运行的可靠性、经济性、电能质量、网络结构及其将来的发展【ｊＪ。近年来，电力系统的规模和发电机组容量不断增大，再加上发电机组类型及所采用的一次能源的多样化，使电源结构日益复杂；电力市场的出现也使电源规划模型发生了重大变化Ｊ。传统的电源规划目标函数大多都是系统总费用最小，包括电厂的投资费用和运行费用Ｌ４Ｊ。伴随着经济发展，人口激增及人民生活水平的提高，能源的需求量持续增大，作为发电原材料的化石燃料价格也在持续增长，逐渐促进了电力系统对可再生资源的开发和利用Ｌ５西Ｊ。对于不同的国家和地区，可以利用的发电技术和发电原料是各不相同的。针对这种情况，要通过控制．．５４．．电力系统保护与控制各种类型机组装机容量以达到其特有的发展需求剐。电网峰谷差距大，直接影响到电网系统的安全。强调调峰问题的模型出现，建立了考虑峰谷差约束的电源规划模型，很好地解决了日益严峻的电网调峰问题［９－１０Ｊ。进入２１世纪，环保的呼声越来越高，在进行电源规划工作时，必须考虑环境保护对电厂建设的影响【Ｊ卜Ｊ。规划过程中采用不同的发电技术、各种发电技术对应的成本、发电技术对环境的影响和电源规划政策等都对电源规划有很大的影响。电源规划的目标是在能够满足电量需求的前提下，使系统的费用最小。目标函数包括发电所需原料的费用，发电技术费用和发电装机扩建的费用。这些影响因素并不表现为一个确定的数值，通常以区间数表示，比如发电原料煤的价格为４００￣５２０元／ｔ，燃煤机组的平均煤耗是３３５￣３４９ｇ／ｋＷｈ￣Ｄ２０２０年预测北京全社会用电量将达到１３２７－－￣１４８５亿ｋＷｈ等。考虑到现实情况存在的各种不确定性因素，黄国和等人【ｌ＿ｊＪ提出用于解决模型中含有区间不确定性的数学规划方法——区间线性规划。区间数被定义为上下界已知，但其概率分布未知的区间。＝［一，】＝［ｔＥｘｌ十１Ｉ其中，一为的上下界，当＝时，为确定数。区间线性规划有效地改善了前人研究的模糊线性规划、随机线性规划等理论，并且得到了广泛应用【１¨Ｊ。将区间线性规划方法引入到电源规划模型中，建立不确定电源规划优化模型，可以有效解决目标函数和约束中系数的不确定性问题，得到稳定、可行的区间解。决策者可根据实际情况，在解区间内调整决策变量值，得到满意的电源规划方案。１规划方法线性规划法是目前应用较为广泛的数学方法。线性规划的数学模型可以叙述为：在满足一组线性约束条件下，求多变量线性函数的最优值（最大值或最小值）［４］。其主要优点是计算简单，求解的规模较大，适合用来求解电源规划问题。线性规划的标准模式由式（１）～（３）表示：Ｍｉｎｉｍｉｚｅｆ＝ＣＸ（１）ＳｕｂｊｅｃｔｔｏＢ（２）∈０，（３）其中：…Ｃ＝［ｑ，ｃ２，，Ｃｎ］…Ｘ＝［Ｘ１，２，，Ｘｎ］…Ｂ＝［６ｌ，，，ｂ】……Ａ￣｛ａｉ），ｉ＝１，，ｍ，ｊ＝ｌ，，但实际电源规划模型中目标函数、约束的系数和参数很多都是不确定的。区间线性规划模型【可以有效地解决这个问题，模型的一般形式由式（４）～（６）表示：Ｍｉｎｉｍｉｚｅｆ＝Ｃ±（４）ＳｕｂｊｅｃｔｔｏＸＢ（５）∈０，Ｘ（６）其中：Ｃ＝［Ｃ一，Ｃ】（）士＝［（）一，（）］Ｖｆ，Ｂ＝［Ｂ一，Ｂ】通过交互式算¨】，将区间线性规划模型转化为两个确定的子模型进行求解，具体形式如下。首先求解子模型厂：ｋＩｎ∑∑ｍｉｎｆ一＝巧＋－－＋（７）‘‘一ＪＪ一ｊＪｊ＝ｌｊ＝ｋｔ＋ｌＳｕｂｊｅｃｔｔｏｋＩ＋∑ｆｆ（）丐／６『＋户Ｖｉ（８）一∑≤Ｉ（）／６ｊ＋１ｊ＝ｋＩ＋１≥∈…一０，一Ｘ，Ｊ＝１，２，，ｎ（９）其中：ＩａｉｊＩ为ａｉｊ的绝对值；Ｓｉｇｎ（ａｏ．）为的正负—…符号。求解模型，得ｐ，Ｘｊｏｐ（Ｊ＝１，２，，ｋ１），…＋ｏ。（Ｊ＝ｋｌ＋９＋２，，，２）。再求解子模型／：南∑∑ｍｉｎｆ＝＋丐（１０）Ｓｕｂｊｅｃｔｔｏｋｌ一∑（口）／ｂ；＋爿Ｖｆ（１１）∑Ｓｉｇ．（ａ；ｊ）ｘ；／ｂ；＜－１ｊ＝ｋＩ＋ｌ≥—…Ｘｊｏｐｌ，Ｊ＝１，２，，盔（１２）梁宇希，等基于不确定条件下的北京电源规划优化模型…：ｏｐｔＪ＝ｋｌ＋１，ｋｌ＋２，，，２（１３）≥∈…０，，Ｊ＝１，２，，ｎ（１４）通过求解子模型厂，可得出ｆ；ｏ，…（Ｊ＝１，２，，ｋＩ），Ｘｊ—…ｏ。ｔ（Ｊ＝ｋｌ＋ｌ，ｋｌ＋２，，）。区间线性规划的最优解为：＝［］；＝［ｐｔ］２电源规划模型建立本模型参考已经得到广泛应用的能源系统模型［１７－１９】，重点突出能源模型中电源规划部分，构建电源规划模型。电源规划以整个电力系统的费用最小为目标函数，考虑了发电过程中各种能源需求量和各种发电技术（如化石能源和可再生能源）的费用，还包括各种发电技术的扩容问题，以获得所需的电量，得到合理的电力资源配置。约束条件中涉及质量平衡、发电技术扩容和污染物排放控制等约束。电力系统中各种能源的价格、发电技术成本和用电需求量等都不是确定的数值，故本模型采用区间数对其进行表述。不确定性电源规划模型表示如下：目标函数广（）＋Ｚ，Ｚ（ｐｖ；嚣）＋（１５）∑∑∑（赃）约束条件１）质量平衡约束ＤＩｅ＋－＋ＤＭ产＋Ｆｆｚ，（１６）Ｘｃ．ｆ－＋ＦＥｓＵＰ｜（１７）∑，＋ｚ，＋ＤＭＥ＋（１８）２）装机容量约束Ｚ（ＲＣ＋（ｐＥｃ，ｐ））＋ＵＣＡＰ＞－砖，（１９）ｍ＝ｌｐ＝ｌ３）能源约束ｚｒ（２０）４）非负约束碥，ｚｒ０，（２１）≤０ｒ，－￣ｍ．ｆ１，Ｖｉ，Ｊ，ｍ，ｋ，，５）扩容约束∑珐，１（２２）６）污染物排放约束．．，木ＳＮ＋，ＰＬＥ，（２３）ｊ＝ｌｔ＝ｌ其中：厂表示电源规划费用；／表示能源类型；ｋ表示供电形式ｍ表示各种供电形式扩容方案；．，决策变量表示ｆ阶段第，种能源的供应量（万ｔｃｅ）；，决策变量表示ｔ阶段第ｋ种供电形式的电量（亿ｋＷｈ）；．．，决策变量表示ｆ阶段第ｋ种供电形式的ｍ种方案是否扩容：Ｐ¨表示ｆ阶段所需的能源的供应价格（元／ｔ）；Ｐ，，表示ｔ阶段第ｋ种供电形式的可变费用（元／ｋＷｈ）；１Ｇ，．表示ｆ阶段第ｋ种供电形式采用第ｍ种扩容方案的花费（元／ＭＷ）：…Ｅ，表示ｆ阶段第ｋ种供电形式采用第ｍ种扩容方案的扩容量（Ｍｗ）；ＤＩｔ表示工业能源需求量；Ｄ表示市政能源需求量；ＲＣ表示各种发电技术机组原有装机（Ｍｗ）；ＦＥｔ表示供电系数；¨表示ｆ阶段第，种能源的上限；ＵＣＡＰ表示转化系数；ＳＮｊ，，表示污染物排放系数；凡表示污染物排放量上限（万ｔ／ａ）。３案例研究３．１北京电力系统背景介绍随着北京经济社会的发展和人民生活水平的提高，北京的电力需求保持较高的增长速度。２００１￣２００５年期间，北京地区的全社会用电量由３９９．９４亿ｋＷｈ增长到５７０．５４亿ｋＷｈ，年平均增长率为９．３％；整点最大负荷由６９９４ＭＷ增长到１０５３８ＭＷ，年平均增长率为０．７％。到２００５年底北京市发电装机容量４５５６Ｍｗ，其中煤电装机２８９７ＭＷ、抽水蓄能装机８００ＭＷ、水电装机１８０Ｍｗ、燃油装机６５５ＭＷ、余热发电装机２４ＭＷ，可供电力达到３４００ＭＷ左右。随着产业结构的调整，北京市的用电结构发生了一定变化：第一产业用电量比重持续缓慢下降，用电量比重由２００１年的３．３下降到２００５年的２％；第二产业用电量比重有小幅度下降，用电量比重由２００１年的５１．６５％下降到２００５年的４９％；第三产业用电增长势头良好，用电量比重由２００１年的２８．２６％上升到２００５年的３３．４１％；城乡居民生活用电快速增长，用电量比重由２００１年的５．９０％上升到２００５年的１５．５９％［２０］。本文将依据北京地区的能源和电力需求水平（见表１）进行为期十五年的电源规划。每五年为一个规划周期，与国家的五年规划相对应（２００６～２０１０年为第一周期、２０１１－２０１５年为第二周期和第．５６．电力系统保护与控制三个规划期２０１６～２０２０年）。北京资源匮乏，主要能源如煤、天然气等依赖外部购入。燃煤发电对环境影响较大，不宜新建常规燃煤电厂；天然气资源稀缺，发电成本高，出于长远供应的安全性和经济性考虑，天然气电厂也不宜多建。但为满足调峰供“”热和安全需要，可采取总量控制、适度发展的原则建设一定数量的燃气电厂。新能源和可再生能源发电技术有着广泛的应用前景，鉴于当前的经济和技术水平要适度发展。本文重点解决的问题：１）满足电量需求：２）建立以煤、气发电为主，新能源和可再生能源发电等为补充的多元化电源结构；３）保证供电环境安全；４）有效调节电网峰谷差问题；５）控制污染物排放总量，改善大气环境质量。表１负荷和用电量预测【。Ｔａｂ．１Ｆｏｒｅｃａｓｔｏｆｌｏａｄａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ３．２模型应用结合北京的能源资源现状，建立电源规划模型如下［１７－１９】：目标函数广）＋Ｐ）＋ｆ２４）∑∑＝赡）约束条件（１）质量平衡约束媒：ＤｊＣ＋ＤＭＣ÷＋ＦＥＣｔ＋砖Ｆ峨ｔ曼ｌ２Ｚ＋ｚ天然气：ＤｆＮ＋ＤＭＮ＋Ｘ＋－ＦＥＮｓＺ－＋（２６）水电：，ｆ±：（２７）抽水蓄能：，≤呓（２８）风能：武，甩（２９）太阳能：≤，眦ｕ：（３０）垃圾：，＊ＦＥＧ￣ｕＰ９￣，（３１）生物质：，朋己．，（３２）电且亘平筏Ｘｔ＋Ｘ＋Ｘ＋Ｘ，ｔ＋Ｘｔ＋ｘ，ｔ＋Ｘ＋Ｘ＋Ｘｔ＋ＺＤＩＥ［＋ＤＭＥ＋（３３）（２）装机容量约束燃煤装机扩容：∑３（Ｒｃｃ∑】＋ｔ（．Ｅｃ．ｐ））＋ＵＣＡＰ＞－己（３４）ｍ＝ｌｐ＝ｌ燃煤热电联产装机扩容：∑∑３ｃ＋ｔ（．＋嚷））ＵＣＡＰ２硅，（３５）ｍ＝ｌｐ＝ｌ天然气热电联产装机扩容：Ⅳ∑‰壹Ｃ＋ｔ（Ｅ））ＵＣＡＰ＞Ｘ３￣ｔ３６∑水电：（ＲＣＨ＋ｔ（））ＵＣＡＰ＞＿Ｘ￣（３７）抽水蓄能：∑（ＲＣＰ＋ｔ（Ｅｃ主≥砖，（３∑风能：（ＲＣＷ＋ｔ（，，ＵＣＡＰ＞Ｘ￣（３９）ｍ＝ｌｐ＝ｌ太阳能：∑∑３＋ｔ（，，Ｅ帅））≥Ｐ，（４０）∑∑垃圾：３（ｃＧ＋ｔ（嚷，ＵＣＡＰ＞Ｘ￣，，（４１）生物质：∞＋（，暇））＋霹，（４２），ＩＰＩ（３）能源约束…ｚｆＵＰＪ＝１，２，３，，ｌ０（４３）（４）非负约束≥碱，ｏ，（４４）≤０．ｆ≤１，Ｖｉ，Ｊ，ｍ，ｋ，，（５）扩容约束３∑／ｏｎ１（４５）ｍ＝ｌ（６）污染物排放约束３３∑∑，，（４６），＿．ｔ＝ｌ，Ⅳ冰，（４７）■』一■＿一，‘，‘ｊ＝ｌｔ＝ｌ其中：．厂±表示电源规划费用；．，表示能源类型，…，：ｌ，２，，１０（Ｊ：１本地煤；Ｊ：２外购煤：，＝３外购天然气；，＝４外购电；，＝５水电；，＝６抽水蓄能；，＝７风力发电；，＝８太阳能发电；，＝９垃圾发电，＝１０生物质）；ｋ表示供电形式，…ｋ：１，２，，９（ｋ＝１燃煤；ｋ＝２燃煤热电联产；ｋ＝３燃气热电联产：ｋ：４水电；ｋ：５抽水蓄能；ｋ＝６风力发电；ｋ＝７太阳能发电；ｋ＝８垃圾发电；ｋ：９生物质）ｍ表示各种供电形式扩容方案，粱宇希，等基于不确定条件下的北京电源规划优化模型．５７一ｍ＝１，２，３；，，决策变量表示阶段第，种能源的供应量（万ｔｃｅ）；Ｘｋ，，决策变量表示ｆ阶段第ｋ种供电形式的电量（亿ｋｗｈ）；，，决策变量表示阶段第ｋ种供电形式的ｍ种方案是否扩容；。表示阶段所需的能源的供应价格（元／ｔ）；Ｊｐ，表示ｆ阶段第ｋ种供电形式的可变费用（ｆｒｆ￣Ｗｈ）；ＩＣｋ，，，表示ｔ阶段第ｋ种供电形式采用第ｍ种扩容方案的花费（元／ＭＷ）；Ｅ，，表示ｆ阶段第ｋ种供电形式采用第种扩容方案的扩容量（Ｍｗ）；ＤＩＣｔ表示工业用煤量（ｔ）；ＤＭＣｔ表示市政用煤量（ｔ）：ＤＩＮｔ表示工业用天然气量（亿ｍ）；ＤＭＮｔ表示市政用天然气量（亿ｍ）；ＤＩＥｔ表示工业用电量（ｋＷｈ）；ＤＭＥｔ表示市政用电量（ｋｗｈ）；ＲＣＣ表示煤电原有装机（Ｍｗ）；ＲＣＮ表示燃气供电原有装机（Ｍｗ）；ＲＣＨ表示水电原有装机（Ｍｗ）；ＲＣＰ表示抽水蓄能原有装机（Ｍｗ）；ＲＣＷ表示风电原有装机（Ｍｗ）；ＲＣＳ表示太阳能发电原有装机（Ｍｗ）；ＲＣＧ表示垃圾供电原有装机（Ｍｗ）；ＲＣＢ表示生物质供电原有装机（Ｍｗ）；甩表示供电系数，ｋ＝１燃煤供电，ｋ：２燃煤热电联产；表示燃气供电系数；ＦＥＨｔ表示水电系数；雕表示抽水蓄能供电系数；表示风电系数；ＦＥＳｔ表示太阳能供电系数；ＦＥＧ表示垃圾发电系数；ＦＥＢ，表示生物质发电系数；『１ｆ表示ｆ阶段第，种能源的上限；ＵＣＡＰ表示转化系数；Ｓ，，表示二氧化硫排放系数；Ｍ．表示氮的氧化物排放系数；Ｅ表示二氧化硫排放量上限（万ｔ／ａ）；ＰＬＥＮｔ表示氮的氧化物排放量上限（万ｔ／ａ）。４结果分析不确定性电源规划的结果表示如下：表２为用于发电的各种能源的需求量。本地煤在三个规划周期内的需求量分别是：［６７．８６，７５】，【４７．５，５２．５】和［３３．９３，３７．５］万吨标准煤（ｔｃｅ）。外购煤的需求量为：『１３２０．４，１４２０．５１，［１３０７．７，１５５４．７］￣１１［１４０３．８，１７５０．２１万ｔｃｅ，伴随着北京日益增长的电力需求，煤的需求总量也在增加，但煤量的增长速度低于天然气需求量的增长速度。规划期内的外购天然气量为：『７３２．８３，８５１．２２１，ｆ８７０．８１，９４２．２１】和『ｌ１２３．０４，１１８１］万ｔｃｅ。表２能源需求量Ｔａｂ．２Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｅｎｅｒｇｙｓｕｐｐｌｉｅｓ图１为规划期内各种发电技术的扩建方案。扩容的发电技术有：燃煤热电联产、燃气热电联产、抽水蓄能发电、风力发电、垃圾焚烧发电和生物质发电，单纯燃煤发电和水力发电仍以原有的装机进行发电。如第一周期内，只有燃气热电联产扩容２０００ＭＷ，抽水蓄能扩建５００Ｍｗ，风电扩建１００ＭＷ，垃圾焚烧扩建１２０ＭＷ和生物质发电扩容１５０ＭＷ。随着北京经济社会的发展和人民生活“”水平的提高，十一五期间北京的电力需求保持较高的增长速度，但是又要满足可持续发展的环境保护的要求，规划期内计划扩建的都是低排放的甚至是零排放的发电技术。抽水蓄能的扩建用于调峰。燃煤发电机组环境压力较大，故不扩建。水电因北京周边条件所限，无法新建。生物质垃圾太阳能风电抽水蓄能水电燃气热电联产煤热电联产燃煤扩容装机／图１发电装机扩容方案—Ｆｉｇ．１Ｃａｐａｃｉｔｙｅｘｐａｎｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅｆｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ表３电源规划发电量和费用Ｔａｂ．３Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓａｎｄｔｏｔａｌｃｏｓｔ（亿ｋＷｈ）第一周期第二周期第三周期燃煤发电燃煤热电联产燃气热电联产水电抽水蓄能风电光伏发电垃圾发电生物质发电合计外购电费用／亿元ｆ３０，５９，４２，７５】［３２．９２，４２．７５】２２．５［１２４．４１，ｆ１５１．１５，ｌ２４．４１１７６．６１】２５７．１７】【４５，６７．６９】８２．７１２３．６［４．２１，５．４８］［４．２１，５．４８】［４．２ｌ，５．４８］【１２．６３，１９．７３】［１２．６３，１９．７３】［１２．６３，１９．７３］１２３０００４－３２８．６４８．６４４．５４．５９．４７【２１７．８，２６１．１】【２７２，３４２．４］【３３５．２，４４９．６］［４５３．３，５３９．８１［５４４，５６９．６】６７０．４【１４７３．１４９２３，１８０９．３２６４］根据以上的扩建方案，得到电源规划的发电量如表３所示。燃煤发电量基本保持不变：【３Ｏ．５９，４２．７５］，［３２．９２，４２．７５］和２２．５亿ｋＷｈ。燃煤热电联．５８．电力系统保护与控制产随着装机容量的增加，发电量有所增加：１２４．４１，【１２４．４１，１７６．６１］和［１５１．１５，２５７．１７］亿ｋＷｈ。燃气热电联产作为一种清洁能源，为电量需求做出很大的贡献：ｆ４５，６７．６９］，８２．７和１２３．６亿ｋＷｈ。水电和抽水蓄能发电量基本保持不变。风力发电量逐年增加。太阳能光伏发电因为其效率低，发电量小，故电源规划模型中没有体现，但实际情况中应酌情发展。垃圾焚烧发电和生物质发电形式的出现，用于调整和优化发电结构，满足日益增长的用电需求。规划周期内的费用为［１４７３．１４９２３，１８０９．３２６４］亿元。为了更清晰地表现各种发电技术的发电量关系，将其用圆圈图表示如下，图２、３、４分别为第一周期、第二周期和第三周期的电源规划结果，里外两圈分别表示区间结果的上下界。可以看出发电量最大的为燃煤热电联产，分别占供电总量的『４６％，５５％１，『４５％，５１％】和［４４％，５８％］。燃煤热电联产的总效率可以达到８０％以上，远大于传统的单独发电的效率，而且调整了热能与电能的关系，”使能量的质量得到合理的利用【２。其次是燃气热电联产。我国天然气资源稀缺，且价格昂贵，发电成本高，出于长远供应安全和经济性考虑，燃气电厂规模不宜过大本电源规划中，燃气热电联产供电量分别占供电总量的［２Ｏ％，２５％］，［２４％，３０％】和『２７％，３７％１。新能源和可再生能源的发电量在本规划中也有很好的体现，分别为［３．８％，４．５％］，［４．４％，５．６％１和ｆ４．７％，６．３％】。外购电是北京必不可少的补充，为了保证北京电源的安全，本地产电量与外购电量之间要符合一定的比例。如图５所示，图中方框的上下边表示电量的上下界。规划结果可以满足本地电源发电与外购电量之间的１：２的关系。口煤电圈煤热电联产口燃气热电联产圈水电口抽水蓄能目风电■太阳能口垃圾曰生物质日煤电圈煤热电联产口燃气热电联产■水电口抽水蓄能■风电●太阳能口垃圾日生物质图３第二周期电源规划结果Ｆｉｇ．３ＳｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｉｎｐｅｒｉｏｄＩＩ口煤电母煤热电联产口燃气热电联产圈水电口抽水蓄能胃风电■太阳能口垃圾西生物质图４第三周期电源规划结果Ｆｉｇ．４ＳｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｉｎｐｅｒｉｏｄＩＩＩ供电量１外购电１供电量２外购电２供电量３外购电３图５供电量和外购电量的关系Ｆｉｇ．５Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓａｎｄｉｍｐｏｒｔｓ５结论本文以北京地区为例，建立了一个不确定性电图２第一周期电源规划结果源规划优化模型。结果表明：北京市将初步建立起“““““““Ｆｇ・２ｓ。ｍ。。ｆｇｅｎｅ眦ｉ。。ｘｐｉ。ｐａｎｉｇｉｐ。ｉ。ｄ以煤、气发电为主，新能源和可再生能源发电等为梁宇希，等基于不确定条件下的北京电源规划优化模型．５９．补充的多元化电源结构，为首都经济社会发展和人民生活水平的提高提供安全可靠、稳定充足的电力供应。将区间线性规划方法引入到电源规划模型中，建立不确定电源规划优化模型，可以有效解决目标函数和约束中系数和参数的不确定性问题，得到稳定、可行的区间解。决策者可根据实际情况，在解区间内调整决策变量值，得到满意的电源规划方案。参考文献［１］王锡凡．电力系统规划基础［Ｍ】．北京：中国电力出版社，１９９４．ＷＡＮＧＸｉ－ｆａｎ．Ｔｈｅｂａｓｉｓｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｐｌａｎｎｉｎｇ【Ｍ】．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，１９９４．［２］王锡凡．电力系统优化规划［Ｍ】．北京：水利电力出版社，１９９０．ＷＡＮＧＸｉ・ｆａｎ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＨｙｄｒａｕｌｉｃａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，１９９０．［３］李小明，陈金富，段献忠，等．电源规划模型及求解方法研究综述ｆＪ］．继电器，２００６，３４（２３）：７８．８３．——ＬＩＸｉａｏｍｉｎｇ，ＣＨＥＮＪｉｎ－ｆｕ，ＤＵＡＮＸｉａｎｚｈｏｎｇ，ｅｔａ１．Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｒｅｌａｙ，２００６，３４（２３）：７８．８３．［４］侯煦光．电力系统最优规划［Ｍ】．武汉：华中理工大学出版社，１９９１．—ＨＯＵＸｕｇｕａｎｇ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｍ］．Ｗｕｈａｎ：ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｅｓｓ，１９９１．［５］ＡｌｌａｎＲＮ，ＣｏｒｒｅｄｏｒＡｖｅｌｌａＰＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｌＥＥ，１９８５，１３２（１）．［６］ＦａｒｇｈａｌＳＡ，ＲｏｓｈｄｙＡｂｄｅｌＡｚｉｚＭ．Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，１９８８，３（３）：８ｌ６．８２２．———［７］ＰａｒｋＪｏｎｇＢａｅ，ＰａｒｋＹｏｕｎｇＭｏｏｎ，ＷｏｎＪｏｎｇＲｙｕ，ｅｔａ１．—Ｌｅａｓｔｃｏｓｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｂａｓｅｄｏｎａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｃ］．／／ＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ—ＳｏｃｉｅｔｙＳｕｍｍｅｒＭｅｅｔｉｎｇ．１９９９：１０４３１０４７．———［８］ＰａｒｋＪｏｎｇＢａｅ，ＰａｒｋＹｏｕｎｇＭｏｏｎ，ＷｏｎＪｏｎｇＲｙｕ，ｅｔａ１．Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０００，１５—（３）：９１６９２２．［９］杨斌，余岳峰，杜建军．改进的遗传算法在中期发电—规划中的应用【Ｊ］．电网技术，２００１，２５（８）：３３３６．ＹＡＮＧＢｉｎ，ＹＵＹｕｅ－ｆｅｎｇ，ＤＵＪｉａｎ－ｊｕｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｍｉｄｔｅｒｍｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，２５（８）：３３．３６．［１０］张少华，言茂松，程道平，等．调峰电源的系统规划与评价［Ｊ】．电网技术，１９９５，１９（４）：１１一ｌ６．——ＺＨＡＮＧＳｈａｏ－ｈｕａ，ＹＡＮＭａｏｓｏｎｇ，ＣＨＥＮＧＤａｏｐｉｎｇ，—ｅｔａ１．Ｓｙｓｔｅｍｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｆｏｒｐｅａｋｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｐｌａｎｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９５，１９（４）：—１１２１６．［１１］ＫｉｍＹｏｕｎｇ．Ｃｈａｎｇ，ＡｈｎＢｙｏｎｇ．Ｈｕｎ．Ｍｕｌｔｉｃｆｉｔｅｒｉａｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ－ｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｗｉｔｈｇｌｏｂａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ—Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，１９９３，４０（２）：１５４１６１．——［１２］ＳｕＣｈｉｎｇＴｚｏｎｇ，ＬＩＧｕｏｒ－Ｒｕｒｎｇ，ＣｈｅｎＪｉａｎｎＪｕｎｇ．—Ｌｏｎｇｔｅｒｍｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｅｍｐｌｏｙｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄｆｕｚｚｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｃ］．／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ—ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．２０００：６４４６４９．１１３ｊＨｕａｎｇＧＨ，ＢａｅｔｚＢＷ，ＰａｔｒｙＧＧＡｎｉｎｔｅｒｖａｌｌｉｎｅａｒｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｍｕｎｉｃｉｐａｌｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｐｌａｎｎｉｎｇｕｎｄｅｒｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ［Ｊ］．ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ，１９９２，９：３１９－３３５．［１４３ＨｕａｎｇＧＨ．ＩＰＷＭ：Ａｎｉｎｔｅｒｖａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，１９９６，２６：７９．１０３．１ｌ５ｊＨｕａｎｇＧＨ，ＢａｅｔｚＢＷ，ＰａｔｒｙＧＧＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｇｒｅｙｃｒｉｔｉｃａｌｐａｔｈｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，１９９７，２８：ｌ５７－１７４．［１６］张晓萱，黄国和，席北斗，等．不确定性的电厂动力配煤优化模型［Ｊ］．华东电力，２００８，３６（６）：７３．７６．ＺＨＡＮＧＸｉａｏ．ｘｕａｎ，ＨＵＡＮＧＧｕｏ．ｈｅ，ＸＩＢｅｉ．ｄｏｕ，ｅｔａ１．Ｃｏａｌｂｌｅｎｄｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｆｏｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓｕｎｄｅｒｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ［Ｊ］．ＥａｓｔＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，２００８，３６（６）：７３．７６．［１７］ＬｉｎＱＧ，ＨｕａｎｇＧＨ．ＩＰＥＭ：Ａｎｉｎｔｅｒｖａ１．ｐａｒａｍｅｔｅｒｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍｓｐｌａｎｎｉｎｇｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＥｎｅｒｇｙＳｏｕｒｃｅｓ，Ｐａｒｔ——Ａ：Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ，２００８，３０（１４１５）：１３８２１３９９．［１８］ＬｉｕＹＹ．Ａｄｙｎａｍｉｃｔｗｏ－ｓｔａｇｅｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍｓｐｌａｎｎｉｎｇｍｏｄｅｌｆｏｒｓａｓｋａｔｃｈｅｗａｎ［Ｄ］．Ｃａｎａｄａ：ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＲｅｇｉｎａ，２００６．［１９］牛彦涛，黄国和，张晓萱，等．北京市能源系统模型的研究［Ｊ］．环境工程，２００９，２７：５９１．５９４．ＮＩＵＹａｎ．ｔａｏ，ＨＵＡＮＧＧｕｏ．ｈｅ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ．ｘｕａｎ，ｅｔａ１．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｉｎＢｅｉｊｉｎｇ［Ｊ］．—ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，２７：５９１５９４．“”［２Ｏ］北京市发展改革委员会，《北京市十一五时期电力发展规划》，２００６．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｊｐｃ．ｇｏｖ．ｃｎ／ｆｚｇｈ／ｇｕｉｈｕａ／１１—５——ｚｘ／１ｌ＿５＿ｙｂ／２００６１２／ｔ１４８０５３．ｈｔｍＭｕｎｉｃｉｐａｌＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＲｅｆｏｒｍＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ．Ｂｅｉｊｉｎｇｍｕｎｉｃｉｐａｌｉｔ’ｙｓｅｌｅｖｅｎｔｈ－ｆｉｖｅ・ｙｅａｒｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｎ［ＥＢ／ＯＬ］．［２００６］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｊｐｃ．ｇｏｖ．ｃｎ／ｆｚｇｈ／ｇｕｉｈｕａＪｌ１—５一ｚｘ／１１＿５＿ｙｂ／２００６１２／ｔ１４８０５３．ｈｔｍ［２１］孙奉仲，杨祥良，高明．热电联产技术与管理［Ｍ】．北京：中国电力出版社，２００８．——ＳＵＮＦｅｎｇｚｈｏｎｇ，ＹＡＮＧＸｉａｎｇｌｉａｎｇ，ＧＡＯＭｉｎｇ．Ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｎｇ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，２００８．—收稿日期：２００９０８－３０；—修回日期：２００９１Ｏ一２３作者简介：梁字希（１９８３一），女，硕士研究生，从事环境与能源、—电力系统优化研究。Ｅｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｙｕｘｉ０＠１６３．ｔｏｍ