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电网环保节能经济优化调度研究重庆大学硕士学位论文学生姓名：郭婷婷指导教师：段其昌教授专业：自动化学科门类：控制理论与控制工程重庆大学自动化学院二O一O年四月Study on Optimization of Efficient Power Scheduling Based on Energy Conservation and Environmental Protection A Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of EngineeringByGuo TingtingSupervised by Duan QichangSpecialty： AutomationCollege of Automation of Chongqing University, Chongqing, ChinaApril,2010重庆大学硕士学位论文中文摘要摘 要流化床燃煤固硫技术是先进的燃烧技术，但这一技术的推广应用因流化床燃煤固硫渣没有成熟和经济的综合利用途径受到严重限制。由于人们对流化床燃煤副产物的认识程度还很有限，基础资料十分缺乏，在一定程度上影响了流化床燃煤固硫渣的资源化利用。本论文较为系统地分析了流化床燃煤固硫渣的特性，并根据现行规范，提出一套新的活性评定方法。在此基础上，对燃煤固硫渣活性的影响因素、激发方法、体积膨胀性能进行了较为系统的试验研究，并利用XRD、SEM等微观手段研究了燃煤固硫渣的自硬性、活性激发及膨胀机理。最后对燃煤固硫渣建材资源化利用进行了比较深入的研究。流化床燃煤固硫渣的特性研究结果表明：（1）因为燃烧温度、燃烧环境、燃烧程度、脱硫剂、脱硫效率等的影响，与普通煤粉锅炉的灰渣相比，流化床燃煤固硫渣有其特殊的火山灰活性，同时因为含有SO3、f-CaO而具有自硬性和膨胀性，是一种特殊的火山灰材料。（2）流化床燃煤固硫渣中的SO3和f-CaO因为特殊的生成条件而具有特殊的性质。SO3是在850900的温度下形成的，是以-CaSO4形态存在，且具有与天然硬石膏和400煅烧石膏不一样的溶解特性。首次从f-CaO的形成过程、颗粒微观结构、晶型和光学参数以及水化历程等方面证明了f-CaO颗粒被固硫产物无水硫酸钙包裹的颗粒特征，f-CaO颗粒被-CaSO4包裹使其水化速度减慢和活性较低；SO3以-CaSO4形态存在和f-CaO颗粒被-CaSO4包裹均对流化床燃煤固硫渣的活性和体积稳定性产生不利影响。（3）现行活性评定方法因流化床燃煤固硫渣性质的特殊而存在较大的局限性，不能直接套用现行的方法进行活性评定。根据现行活性评定方法的原理，结合其特性，首次系统提出了“熟料胶砂28天抗压强度比测定”、“自硬性评价”、“自硬强度测定”的综合评定方法，该方法与现行方法有较好的相容性，且能真实、直观地反映流化床燃煤固硫渣的活性及其对强度的贡献。（4）流化床燃煤固硫渣的活性主要来源于无定形的SiO2和Al2O3物质，除成分中活性SiO2和Al2O3的含量对其火山灰活性有影响外，成分中SO3、f-CaO含量和细度在一定范围内对其活性发挥有一最佳值。（5）常规的化学激发方法能激发流化床燃煤固硫渣的活性，但仅从强度的角度看，其激发的效果并不理想；蒸汽养护和蒸压养护的结果表明湿热养护对燃煤固硫渣活性激发程度较高，特别是蒸压养护，激发效果更为明显。（6）流化床燃煤固硫渣水化时存在严重的体积膨胀问题，其膨胀主要是由于水化反应过程中钙矾石的生成和富余的硬石膏后期溶解结晶生成二水石膏的体积膨胀所产生。首次确认了富余的硬石膏后期溶解结晶生成二水石膏对固硫渣体积膨胀的作用。（7）细度提高对流化床燃煤固硫渣膨胀稳定时间的提前有利，掺加粉煤灰和熟料有利于膨胀率的减小及膨胀稳定期的提前，流化床燃煤固硫渣水化反应的液相碱度越大，膨胀越严重。流化床燃煤固硫渣的特性研究表明其利用有较大的难度，但针对其特性在建材中利用是可能的。作为混凝土细骨料，由于其活性可以改善骨料与水泥浆体的界面结构，故可以提高混凝土的抗弯强度；作为混凝土掺合材可以充分发挥流化床燃煤固硫渣的活性，可以部分补偿混凝土的收缩，从新拌混凝土的性能和混凝土耐久性的考虑最好与粉煤灰复合使用；无论是作为水泥混凝土的掺合材，还是细骨料，流化床燃煤固硫渣均影响新拌混凝土的性能。利用燃煤固硫渣的活性和膨胀性能，可以配制低收缩率的燃煤固硫渣粉煤灰内墙用抹面砂浆，也可以配制燃煤固硫渣粉煤灰熟料外墙用抹面砂浆。流化床燃煤固硫渣与石灰、粉煤灰或水泥混合，必要时掺加激发剂，从强度上看完全可以满足公路工程对路基混合料的要求。关键词：流化床，燃煤固硫渣，活性，膨胀，资源化（不多于5个）IV重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTDue to lack of effective ways to utilize the bottom ashes of circulating fluidized bed combustion (CFB ashes), it is difficult to use widely the advanced technology of circulating fluidized bed combustion and defulfurization. In this paper, the properties of the CFB ashes are systematically analyzed and then a series of methods are proposed to evaluate the reactivity of CFB ashes. Meanwhile, the factors influencing and the method activating the reactivity of CFB ashes, and the expansion properties are investigated experimentally. The spontaneous setting, and the mechanism of activation of reactivity of CFB ashes and its expansion are investigated by XRD and SEM. Finally, the utilization in building materials of CFB ashes is studied.The results show that: (1) The CFB ashes is different from the ashes of common coal boiler for there are great difference in forming condictions such as the combustion temperature, combustion environment, the degree of combustion, desulfurizer and the efficiency of desulfurization. While CFB ashes have the properties of cement and expansion for its containing SO3 and f-CaO, so it is a special pozzolanic material. (2) The SO3 and f-CaO have their properties for their typical forming condition. SO3 is fixed in ashes at 850900, and it exists in -CaSO4 and has different solubility with the natural anhydrite and the plaster calcined at 400. It is the first time to prove that the particles of f-CaO is coated with-CaSO4 by investigating the process of forming f-CaO, the microstructure, spathic type and optic parameter and the hydrating process. Results also show that the microstructure can slow down the hydrating and deteriorate the reactivity of CFB ashes. (3) The current method evaluating reactivity of pozzolanic materials has great limits to evaluate the CFB ashes. A series of new methods are developed which can evaluate the reactivity and its devotion to strength really and directly. (4) The reactivity of CFB ashes is attributed to the amorphous SiO2 and Al2O3, but the SO3 and f-CaO of CFB ashes can influence its reactivity and expansion, and there is an optimum content. The higher reactivity can be achieved if the fineness is bigger. (5) The common method can activate its reactivity, but the result of activation is not ideal in the point of strength. It shows that steam curing and high-pressure steam curing is best to activate CFB ashes, especially for high-pressure steam curing. (6) The expansion mechanism of CFB ashes is the expansion of the forming of ettringite and the solution and crystallization of -CaSO4. (7) Fineness is beneficial to stabilize the expansion of CFB ash. FA and clinker are advantageous to reduce the expansion and stabilize expansion. The higher alkalinity in liquid phase is, the more expansion.The properties of CFB ashes show it is difficult to utilize CFB ashes in building materials, however reasonable using its properties is possible in building materials. As concrete fine aggregate, it can improve structure of interface between aggregates and cement paste for its reactivity, then can increase the concrete flexural strength. As concrete additive can fully activate the reactivity, and can partly compensate the concrete shrinkage. Because of performance of the fresh concrete and durability, it is better to use it with FA. They both influence performance of the fresh concrete. It can produce CFB ashes-fly ash mortar used indoors and CFB ashes-fly ash-clinker mortar used outdoors with low shrinkage by using the cement and expansion of CFB ashes. CFB ashes mixed with lime, FA or cement, can be used for roadbed mixture in road engineering.Keywords： Circulating Fluidized Bed Combustion, CFB Ashes, Reactivity, Expansion, Utilization in Building Materials.重庆大学硕士学位论文目 录目 录中文摘要英文摘要1绪论1 1.1 问题的提出及研究意1 1.1.1问题的提出1 1.1.2研究的意义2 1.2 国内外研究现状3 1.2.1 筏板基础和地基共同作用的研究现状3 1.2.2 上部结构、基础和地基共同作用的研究6 1.3 本文研究的目的和研究内容10 1.3.1 本文研究的目的10 1.3.2 本文研究的主要内容112弹性地基上薄板的分析12 2.1 引 言12 2.2 弹性地基的计算模型12 2.2.1 Winkler模型12 2.2.2 弹性半空间地基模型13 2.2.3 双参数地基模型14 2.3 双参数地基上薄板的边界元法15 2.3.1 控制微分方程15 2.3.2 基本解16 2.3.3 边界积分方程21 2.3.4 边界元法27 2.4 双参数地基上带肋薄板的混合法40 2.4.1 肋梁的有限元分析40 2.4.2 耦合方程的建立41 2.5 程序设计42 2.5.1 程序的特点42 2.5.2 程序主框图43 2.5.3 程序的简介43 2.6 算例分析45 2.6.1 算例145 2.6.2 算例245 2.7 本章小结503弹性地基上带肋中厚板的分析52 3.1 引言52 3.2 双参数弹性地基上中厚板的边界元法52 3.2.1 控制微分方程52 3.2.2 双参数弹性地基上中厚板弯曲问题的基本解60 3.2.3 双参数弹性地基上中厚板弯曲问题的边界积分方程66 3.2.4 边界元法79 3.3 双参数弹性地基上带肋厚板的混合法87 3.4 程序设计87 3.4.1 程序的特点87 3.4.2 程序主框图87 3.4.3 程序的简介87 3.5 算例分析88 3.5.1 板内挠度的特性88 3.5.2 板底基底反力的特性92 3.6 本章小结927结论与展望151 7.1 主要结论152 7.2 后续研究工作的展望154致 谢156参考文献157附 录：A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录164B.作者在攻读博士学位期间参加的科研项目及得奖情况165VI重庆大学硕士学位论文1 绪论1 绪论1.1 问题的提出及研究意义能源是国民经济和社会发展的重要物质基础。我国是世界第二大能源消费国，但人均能源占有量不到世界平均水平的一半，能源稀缺，成为制约中国经济持续高速发展的瓶颈1。另一方面，与世界先进水平相比，我国能源利用效率和经济效益还存在着较大差距。高耗能产品的能源消耗要比发达国家平均水平高40%左右，单位产值能耗大约是世界平均水平的2倍多，能源有效利用率要比世界平均水平低10多个百分点2。因此，节约能源和提高能源利用率的潜力很大，充分挖掘节能潜力，降低能源消耗，是摆在我们面前的一项紧迫任务。电力工业既是重要的能源生产部门，同时又是耗能大户。电力系统在发、供、用电过程中，其自身电能损耗是相当大的。据有关资料的估算：从发电、供电、用电全过程中，广义电力系统中的各种电气设备总的电能损耗约占发电量的28%33%，我国发电机、变压器、电力线路、电动机等电气设备，电能损耗总量每年高达30003700亿kWh，这相当于一个较大电力系统的发电量3。所以挖掘节能潜力，实施电网经济调度，降低电力系统的损耗，提高供电的经济效益是电力调度部门的中心工作。过去由于供电负荷紧张，人们只注重安全可靠供电，而不太注重电网的经济运行和经济效益。现在随着电力工业的发展，供电不足的矛盾已基本解决，人们逐渐认识到电网降损节能、提高经济效益的重要性。随着中国经济持续快速发展，发达国家上百年工业化过程中分阶段出现的环境问题在中国集中出现，环境与发展的矛盾日益突出。资源相对短缺、生态环境脆弱、环境容量不足，逐渐成为中国发展中的重大问题。党的十七大报告指出：“坚持节约资源和保护环境的基本国策，关系人民群众切身利益和中华民族生存发展。”如今，转变经济发展方式、大力推进节能环保成为举国上下的共识，也是当前及今后相当长一段时期内我国经济工作的中心任务之一。电力工业是生产清洁二次能源的重要产业，但其中的燃煤发电业又是化石能源消耗和污染物排放的大户。据有关资料显示，2006年，中国的发电用原煤超过了12亿吨，占全国煤炭消费总量的一半，排放的二氧化硫占全国排放总量的54%，火电用水占工业用水的40%，烟尘排放占全国排放量的20%，产生的灰渣占全国灰渣总量的70%。大量燃用煤炭带来了许多环境污染问题。加强电力行业节能减排工作，减少煤炭等能源资源的消耗，对缓解我国能源供应压力，保障国家能源安全意义重大。然而，由于前几年电力供应紧张，促使各地燃煤机组大量建设，小机组关停步伐放缓，导致了电源结构的进一步恶化。严峻形势之下，有关人士将目光投向发电调度方式的改革，通过改革发电调度方式来加快小火电机组的关停和淘汰。据有关分析，若实行节能调度，充分利用高效的机组发电，逐步淘汰高能耗的小火电机组，每年将节约发电用原煤1亿吨以上，由此初步推算，还能减排烟尘约30万吨、二氧化硫约90万吨、氮氧化物约50万吨、二氧化碳约1.6亿吨。如此效果显然是以往调度方式下的节能措施无论如何难以做到的。问题还在于它在直接降低发电用煤及相应污染物排放的同时，还能间接地减少煤炭开采对环境的破坏和煤炭运输对环境的污染，其社会效益与经济效益十分巨大。节能环保调度不仅是电力工业落实节约资源和环境保护国策的主动积极之举，也是促进自身转变发展方式、走新型工业化道路、实现可持续发展的内在要求。实施节能环保调度既有利于贯彻落实节能减排目标，也有助于加快电源结构调整，加速电力企业分化，促进可再生能源发电机组和大型环保机组的发展，迫使高耗能和高污染的小煤电以及燃油发电机组逐步退出市场。这对加速我国电力产能优胜劣汰，促进电力产业结构整体优化升级产生推动作用。节能环保调度是在我国经济社会发展的特殊时期、电力工业肩负特殊使命背景下出台的重要改革举措，也是我国电网调度方式的一次重大变革。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外节能环保调度现状美国是世界上最大的能源消费国，其限制国家的能源消耗和污染标准是通过执行严格、详细的法律法规。任何企业如有违规行为，该企业和政府执法部门都将面临非常大的社会压力。例如，如果一家企业被判处违反节能、洁能法规，处罚将非常严厉，要么倒闭垮台，要么常年承担清理污染责任而负担沉重。因此，他们都不敢轻易以身试法。美国的新能源法主要以减税等鼓励性立法措施，刺激企业家及家庭、个人更多的使用节能、洁能产品。该法规规定，在未来10年内，美国政府将向全美能源企业提供146亿美元的减税政策，以鼓励石油、天然气、煤气和电力企业采取节能、洁能措施。此外，美国有12个州实施可再生能源配额制度和绿色电力认证等，推行可再生能源发电市场的发展，获得认证的供电商可以在市场营销中使用绿色电力标志，普遍得到了可再生能源公司和民众的支持。巴西在能源生产方面能够自给自足，主要受益于可再生能源的开发和利用。巴西能源与矿产部长西拉斯最近强调指出，随着社会的参与和人们对提高生活质量的承诺，可再生能源的投资会相应增加。巴西可再生能源的原料利用率已经达到44.6%，而全球的平均利用率是13.5%，巴西的目标是达到50%。在生物发电、生物柴油和潮汐发电等领域进行的能源资源研发方面，巴西也位于世界的前列。目前，法国运行中的核电机组共有59座，总功率为63363MW，占到了全球总数的14%及全球总量的17. 6%。法国核电机组每年供应4000多亿kWh电力，占总发电量的约78%，位居世界主要工业大国的首位。很明显，核电现在已经在法国电力及能源中占据了举足轻重的位置，为保证本国经济稳步和迅速发展发挥着极为重要的作用。同时，核电作为安全清洁的能源，还为法国保持一个优良的生态环境发挥着突出作用。与周边国家相比较，法国目前的CO2排放水平是相对较低的，而这一成绩的取得应主要归功于核电。长期以来，法国一直优先发展核电，而大量减少火电。发展核电每年使法国少排放3.45亿吨CO2，为改善法国以及世界的环境质量做出了重要贡献。1.2.2 国内节能环保调度现状近年来，我国经济快速增长，各项建设取得了巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源难以支撑，环境难以容纳，社会难以承受，经济发展难以持续。电力工业是经济社会发展的重要支撑，随着电力工业规模的不断扩大，充足的电力供应有力地支持了经济的快速发展，但电力工业自身的能源消耗和污染排放问题也日益突出，使其成为能源消耗大户和主要的污染源。我国政府己经开始高度重视能源节约和污染物减排工作，“十一五”规划纲要将“单位国内生产总值能源消耗降低”和“污染物排放总量减少”列为约束性指标。作为社会普遍关注的节能减排的重点领域，电力工业又好又快地发展将成为经济社会发展的主旋律。20世纪80年代前，发电调度采用发电燃料消耗最低或者发电成本最小原则进行调度，发电煤耗量小或发电成本低的机组先运行，发电煤耗量大或发电成本高的机组后运行。从20世纪80年代初期开始，随着集资办电政策的实施，形成了独立电厂和直属电厂并存的局面，存在着混合的发电调度方式。2002年电力体制改革后，实现了厂网分开，发电厂归属了不同的发电主体。电力市场规则不完善，发电竞争上网市场尚未建成，能耗高、效率低的中小火电机组和能耗低、效率高的大型火电机组的年运行小时数基本相当，存在只求公平而忽视效率的倾向。可以看出，现有的发电调度排序原则未能从降低能源消耗的角度来进行优化，已不能适应建设资源节约型、环境友好型社会的要求。因此研究以节能环保为目标的电力调度方式来促使高效节能机组多运行、淘汰低效高能耗发电机组、提高电力行业的整体效率势在必行。2008年8月，国家发展改革委员会、环保总局、国家电监会、能源办颁发了节能发电调度办法(试行)，并提出要在全国范围内推行节能发电调度改革试点工作，其主要指导思想是在保证电力系统安全运行和连续供电的前提下，以节能、环保为目标，通过对各类可调发电机组按能耗排序，以分省排序、区域内优化、区域间协调的方式，实施优化调度，使电能生产中消耗的煤炭、石油最少，对于减少能源消耗和污染物排放，缓解我国能源供应压力，保障国家能源安全，推动国民经济又快又好发展，具有重要战略意义。2007年8月2日国务院已同意并正式公布由国家发改委、国家环保总局、国家电监会和国家能源办联合制定的节能发电调度办法。新的节能发电调度方式将改变过去对每台发电机组平均分配发电量的做法，在保证电力系统安全运行和连续供电的前提下，以节能、环保、经济原则对机组进行排序，确定机组的年发电量，以分省排序、区域内优化、区域间协调的方式，实施优化调度，使电能生产中消耗的煤炭、石油最少。新的发电调度开始实行后，将直接影响机组的利用小时数，从而牵动电厂经济效益。改革现行发电调度方式，开展节能发电调度，对于减少能源消耗和污染物排放，缓解我国能源供应压力，保障国家能源安全，推动国民经济又快又好发展，具有重要战略意义。节能发电调度办法暂时仅在江苏、河南、四川、广东和贵州等5省试行。2007年12月1日-12月29日，贵州省电网公司进行模拟试验，模拟试验期间，贵州电网严格按照国家和省政府相关文件执行，在近一个月的模拟运行中，贵州电网按节能发电调度的原则进行发电计划曲线的编制执行、进行节能发电调度信息发布等工作时的工作流程、工作职责和部门间协调能力完全经得住考验。通过对节能发电调度计划和常规发电计划的比较分析，模拟运行期间，共节约标准煤1.66万吨，平均每千瓦时降低煤耗234克，节能发电调度成效己初步显现。2007年12月19日0:00-24:00，四川省电力公司进行了节能发电调度实际调电试验。这是一次实战，试验期间，安排水电等清洁能源最大可调出力800万千瓦全额上网发电，按照能耗水平依序安排750万千瓦火电机组上网发电。有6台共77万千瓦煤耗和污染物排放高的机组停运，部分煤耗较高、排序靠后的火电机组全天仅能按最低技术出力运行，按能耗排序在前的60万千瓦火电机组全天满发。当日，全网煤耗水平显著下降，根据实际运行情况分析，与传统调度模式对比，调电试验当日节约标准煤424.8吨，相当于平均供电煤耗降低2.9克/千瓦时。节能环保调度相对于以往的调度来说是一种全新意义上的改革，它将彻底改变以往各发电厂平均分配发电指标的局面，对整个电力行业的发展将带来深远影响。1.3 本文的研究内容和结构1.3.1 本文研究的内容课题研究目标是通过分析节能环保发电调度的特点以及负荷率的相关知识，在保持一定的调度周期内，系统消耗电量不变，提出提高负荷率的计算算法；通过负荷率的改变（保持电量不变），可改变系统有功功率损耗进而改变网损；同时，在峰谷电价或分时电价中，不同负荷水平价格不同，从用户和电网公司两个角度确定最优负荷率；通过负荷率的改变，系统网损、电网收益（电价影响）以及电网损失（可靠性损失），确定最优负荷率。课题将在广泛阅读文献的基础上，阐述节能环保发电调度概念的提出和实践的发展状况，深入探讨节能环保调度实施的必要性、内容和要求，重点对电力市场条件下的节能环保发电调度进行分析，研究电力市场与节能环保调度的关系、新型调度方式对电力市场管理模式的要求，以及节能环保调度实施的原则和保障措施。在此基础上，结合广安电网的发展现状与其电力市场的建设实际，提出广安电网的节能环保调度实施原则，并针对实施新型调度所必要的提出了火电厂能耗的评估方法，以及计及节能环保约束的节能环保发电调度算法，并对所提出的方法和算法结合实际数据进行了算例分析。本文的主要研究内容和研究思路如下:综述发电调度方式的发展和现状，指出现阶段实施节能环保发电调度的必要性和意义，对这一新型调度方式及其内容、要求进行了阐述，并对与此相关的几个重要关系进行了分析。对电力市场与节能环保发电调度的关系进行了探讨，分析一般电力市场和节能发电调度方式下的电力市场之间的关系，对节能发电调度方式下的电力市场交易模式进行研究，阐述节能环保发电调度实施的原则和保障措施。掌握宁夏电网的发展状况以及宁夏电力市场的建设情况，明确节能发电环保调度要求，并与宁夏实际情况结合起来深入课题研究，针对火电厂能耗评估和相关调度算法进行研究，提出相应解决方法和思路，并结合相关实际数据进行算例分析。新型调度方式需要新的技术支持系统作为保障和技术支撑。论文对新型节能发电环保调度技术支持系统的设计原则、技术和功能结构提出初步设想。1.3.2 本文研究的结构第一部分为绪论，包括节能环保经济优化调度的背景意义及国内外节能环保调度现状概述。第二部分为节能环保经济调度的研究，主要包括节能发电调度办法的研究、日发电调度计划、污染物排放水平的度量以及火电厂二氧化硫排污费四个方面的内容。第三部分为节能发电调度模型，在研究传统经济发电调度计划的基础上，提出了等能耗水平下考虑污染物排序的节能发电调度模型和考虑排污费的成本累加节能发电调度模型，并应用优先次序法求解模型，最后对两种模型的目的、原理等进行比较分析。第四部分为算例验证，结合某电网机组实际参数，进行算例验证与分析。第五部分为节能发电调度模型的分析与建议，主要包括对节能发电调度模型的适用范围和影响因素，并为即将开展的节能发电调度模式提供一些有益的建议。第六部分为结论，主要对论文的研究成果和不足进行总结。34重庆大学硕士学位论文2 节能环保调度理论研究2 电力节能环保调度理论研究节能环保经济调度，即根据负荷需求和节能要求，在确保电网安全稳定运行的前提下，以制度的创新，改变目前电力调度方式；采用先进的信息技术，运用大规模非线性、组合优化理论，优化发电方式；减少化石类燃料的耗用，确保节能减排目标任务的实现，促进社会经济又好又快发展。2.1电力发电调度机制改革2.1.1 传统经济发电调度传统经济发电调度经历了近百年的历史，为电力工业体制的发展留下了宝贵的经验。在我国垂直一体化的管理体制时期，曾一直实行按照煤耗水平排序的传统经济发电调度方式。此调度方式是根据动力系统调度管理规程编制动力系统和系统内各发电厂日负荷调度曲线，使整个动力系统在最经济方式下运行，本着发电煤耗最小或发电成本低的机组先运行，发电煤耗量大或发电成本高的机组后运行的原则。具体做法是:采用等耗微增供电煤耗率法进行各发电厂间的有功负荷分配，并进行“网损修正”，当仅改变负荷分配无法满足负荷需求变化时，就需要通过机组组合，满足系统负荷需求，使系统总煤耗最小。2.1.2 计划模式发电调度20世纪70年代，我国国民经济的迅猛发展，电力消费增速加快，全国用电紧张，电煤以及其它因素对缺电的矛盾开始加剧。为了尽快解决缺电问题和确保电力系统安全稳定运行，国家开始实行集资办电，鼓励大、中、小电站一齐建设，对各类发电企业平均分配发电量计划指标逐渐成为电力调度的核心。按这种调度规则，每台发电机组每年发电利用小时都由调度指标决定，电力调度机构按“月跟踪年、日跟踪月”的方式执行；小火电没有达到预定的发电计划指标时，大机组即使还有潜力也不能多发；燃煤机组未完成电量计划时，水电机组也可能弃水。这样，计划调度方式在一定程度上演化成“为公平而公平”、简单平均的发电调度方式。这样，使得网内同类型机组无论在煤耗、效率和排放水平上有多大差异，都会得到基本相同的年利用小时数。在此调度方式下，一方面低效、高排放机组无需技改降耗就能旱涝保收；另一方面使得高效、低排放机组经济压力过大，造成发电企业投资建设节能、环保、经济型电厂的动力受到压制。2.1.3 节能环保发电调度电力工业不仅是经济发展的支撑，也是能源消耗与环境污染的大户，要发展资源节约型社会经济必须要提高电力生产效率，要保护环境更要处理好电力生产环节的污染问题。针对产业结构调整、关停小火电等方面，陆续出台了一系列宏观调控措施。同时，电力工业应参照环保部门的有关标准，严格控制污染物排放水平，并将减少污染物排放量作为衡量发电调度方式优劣的一项重要指标。2.1.4 市场环境下的发电调度市场环境下的发电调度模式是在电力行业的发、输、配、售电环节均分离并形成竞争市场后实施的，以市场竞价的结果为依据制定发电计划。目前，西方发达国家已经实施了竞价上网的发电调度模式，通过有效的市场竞争手段达到全网购电成本最低的目的。具体调度方法是对网内一定容量以上的机组参与竞价交易，按其上网电价的报价高低来决定机组的电量。要实现这一理想目的，需要具备诸多方面的条件。首先，网内装机富裕，当装机不足时，为满足负荷需求已有机组要尽量满发，无法形成竞争基础;其次，需要完善的市场规则，如果市场规则不完善，会导致市场操纵力滥用，个别市场参与者控制价格谋取超额利润。2.2 电力系统发电调度算法2.2.1 电力系统调度常规算法 等微增率法等微增率方法的思想最早产生于20世纪20年代左右，其理论和方法于50年代形成。长期以来，这种方法在优化电力系统发电调度计划中发挥着重要的作用，并且目前在实际电力系统中的应用也非常广泛25。尤其对单个发电厂、纯火电系统以及不太复杂的水火电力系统，该方法应用十分普遍。 线性规划线性规划法(LP)是规划数学中发展最为完善的静态优化方法，处理的问题由一组线性方程表示，其全部约束条件和目标函数都是线性的。因其处理高维问题的能力强，可从任意初始解开始搜索迭代求解，算法简单、计算速度快，能较简便地处理约束条件等优点而在电力系统优化发电调度计划中受到相当广泛地应用和关注。然而在实际的发电调度计划优化问题中目标函数和约束条件从本质上讲都是非线性的，因此实际工程应用中都必须先将这些非线性特性做合理的线性化处理，然后才能使用线性规划算法进行求解。一种线性逼近非线性的方式是对非线性函数进行一阶Tailor级数展开，另一种方式是采用分段线性逼近非线性函数。很明显，前一种方式要求函数一阶可导，后一种方式会引入新的变量，增加问题的规模。LP已经在水电站发电调度中得到了广泛的应用，文献26对余留效益进行一阶Tailor级数展开，时段效益采用线性近似计算，时段最优解通过LP得到，采用动态规划递推计算整个时期的发电调度，得到了满意的结果。Hernandez采用LP求解Colombian水火互连电力系统中短期优化调度27，除了区域交换功率和功率、水量平衡约束外，也考虑了备用要求和发电厂的容量限制，其中火电费用采用分段线性凸曲线逼近，备用约束则受机组、区域和系统的最大发电容量限制。伍宏中28将出力方程线性化按逐段线性来处理库容曲线，在库容曲线和尾水位流量关系曲线上取若干工作点，用泰勒级数展开，忽略高阶项，得到直线组用以近似原曲线。在优化计算中，先用初始的参数进行一轮线性规划，求得相应的解，然后进行迭代计算，使参数收敛。在迭代计算中，根据前一轮LP的结果，修改参数，形成新的约束，以进行下一轮的线性规划。当参数收敛时，相应的LP的解便是最优解。一般认为，线性规划法模型的精度较差，然而实际的计算表明，采用适当的逼近技术，目标函数的优化精度是可以提高到相当满意的程度的。 非线性规划非线性规划(NLP)问题的算法基本思想大多是利用惩罚系数将约束合并到目标函数中形成无约束优化问题，或者采用可行方向法直接求解约束优化问题，或者采用线性化方法将NLP问题转化为LP问题求解。Peng29在解决具有目标冲突的多站露天水资源系统的动态运行时采用加权法将目标整合为单目标优化问题，库容和发电特性直接采用非线性关系描述，直接采用NLP进行了计算。Yeh30在他的里程碑式的文章中曾经指出，采用NLP求解水资源系统的优化运行会遇到三个麻烦，首先是优化程序通常收敛较慢并占用大量存储空间，其次是NLP模型的数学描述一般太复杂，最后是NLP不易处理来水的随机性。Peng为了克服NLP的第三个缺陷，使用了隐随机方法。在隐随机方法中，采用时间系列模型生成许多合成来水序列，接着对每一确定的来水序列用数学模型求解，从优化了的运行序列中获取运行规则。从计算的结果来看，由于计算技术和运筹学理论的快速发展，Yeh对NLP的前两个顾虑现在似乎己经有了相当程度的减轻。Barros31首先采用两种不同的线性化技术线性化NLP问题并用LP进行了求解，接着对线性化和NLP模型的计算结果进行了比较分析，结果表明没有迭代的最简线性化模型适合于规划目的。由于LP提供了好的初始运行策略，逐次线性规划可以很快收敛于非常好的结果。在模拟实时运行时，NLP模型利用了不断更新的来水预报。王金文等32设计了一种直接搜索模式，它具有不要求目标函数可导和计算存储量较小的优点，可用于求解仅有蓄水状态和出库流量约束但具有非线性目标函数的水电站长期优化调度问题。 网络流规划法网络流规划法(NFP)的目的是寻找从起点到终点的最小费用路径从而得到最小化优化问题的解。网络流方法本质上是一种特殊的线性或非线性规划，然而在能用网络流描述的问题中，采用网络流方法通常比其它的算法具有更快的计算速度。自从20世纪70年代以来，该方法在电力系统的经济运行中得到了广泛的应用。文献33在建立水电系统的非线性NFP时考虑了水头的变化，在第一阶段求解时将线路的安全约束作为一组非网络型约束暂时忽略不计，采用简约梯度法求解一个精心设计的非线性目标线性约束的规划问题。Franco 34将网络流算法应用于水电占主导的水火电系统短期调度中。Johannesen35将整个调度问题分成水和电两个子问题，采用标准的最小费用NFP水问题，电力安全约束则在电问题中考虑。朱继忠等36将水火电力系统分解为水火子问题后统一采用NFP进行了求解，避免了子问题间反复迭代的耗时计算。文献37证明了多水库的单一水系具有仿射结构，从而可以通过求解相关的静态优化问题来比较容易地得出一条稳定的“近视”( myopic)策略。如果最优近视策略在所有将来时段可行，则它在所有策略中最优。即使最优近视策略不可行，采用仿射网络结构也可以得到问题的好的近似解。使用NFP进行电力系统有功功率优化调度计算是一个很有特色的方法。它保留了电力网络和水力网络的拓扑结构，用图论中的思考方法和逻辑运算手段代替了通常解线性和非线性规划的纯数值计算，具有计算速度快，所需内存少的优点38。 动态规划法动态规划法(DP)是解决多阶段决策过程最优化的一种数学方法，在枚举各种可能的状态组合过程中，这种方法巧妙地摒弃了那些不需要考虑的解。动态规划法要求所求解的问题具有明确的阶段性。DP对目标函数和约束条件没有严格的要求，不受任何线性、凸性甚至连续性的限制，也可以方便地考虑随机性优化问题，因而在电力系统短期发电调度计划优化研究中得到相当广泛的应用。在求解多变量复杂的高维问题时，会遇到维数问题，虽然现在已经开发出了一些解决维数灾的方法，如增量动态规划(IDP )，离散微分动态规划(DDDP )、状态增量逐次逼近动态规划(IDPSA )、微分动态规划(DDP )、逐次优化算法(POA)和动态解析法(DA)等39，但总体而言，这些方法存在或多或少的缺点，维数灾的问题并没有从根本上得以解决。改进原始DP的策略有两种，一种是减少状态离散点数，包括IDP,DDDP和IDPSA。其总体思想是逐次迭代逼近，每次迭代只是在某个状态空间的小范围内寻优。另一种对状态变量不进行离散而代之以某种解析求解方式迭代，包括DDP，POA和DA。这种改进策略要求DP的每个阶段均是一个凸规划问题，这可以通过对问题进行适当的处理满足。阶段寻优中引入了解析法，避免了原始DP中因选取状态网格所带来的一系列多维化困难，具有计算速度快的特点。 启发式方法启发式方法是最早使用的一类优化方法，这种方法没有严格的理论依据，依靠直观的判断或实际调度的经验寻找最优解。启发式方法有局部寻优和优先顺序法两种。局部寻优其基本的思想是从一个尽可能好的初始解出发，在其领域内寻优，通过迭代求得最优解或次优解。局部寻优法从寻优和利用运行费用变化与开停机时间改变量之间的近似关系入手，也有的考虑了负荷经济分配的等微增率原则、负荷的随机性和机组的停运率，还有一些则把优化过程分为一个次优化过程和一个优化过程，次优化过程使用一些调度的逻辑规则寻找可行的次优解，而优化过程则在此优化过程所得解得基础上再优化。该方法计算速度快，所需内存少，但往往找不到最优解。优先顺序法将系统可调度的机组按某种经济特性指标实现派出顺序，根据系统负荷大小按这种顺序依次投切机组。优先顺序法提出较早，现在仍在研究和应用之中。有的采用优先顺序法和等微增率准则考虑一个多区域电网的经济调度问题。经典的优先顺序法在排序过程中不考虑负荷变化，是一种静态排序策略。优先顺序法计算速度快，占用内存少，常常找不到最优解，但能满足一般的应用要求，优先顺序法即可单独使用，也可与动态规划法等方法结合使用。 分解协调算法分解协调算法的基本思想是根据系统的复杂程度将系统分解为一系列两层或两层以上的子系统，并在各子系统上设置一个协调器，以获得各子系统的求解结果，若所得结果不是最优的，由协调器协调后，指示各子系统修改有关参数，重新求解。在水火电力系统的短期经济运行中，常采用的分解协调方法是拉格朗日松弛法。拉格朗日松弛法是一类有着成熟理论基础的整数(组合)优化算法，适合于解决大系统的优化问题。该算法随着机组数量的增加，计算量近似线性增长，克服了维数障碍，且机组数量越多，算法效果越好;算法的一些因子具有实际的物理意义，例如：与系统负荷约束相关的拉格朗日乘子即等于系统边际发电成本。但也存在着一些缺点:如在用对偶法求解时，存在着对偶间隙，需要根据对偶问题的优化解采取一定的措施构造原问题的优化可行解，这在某些情况下较困难;另外在迭代求解过程中可能出现振荡或奇异现象，需要采取相应的措施加以处理:同时随着求解问题规模的增大也使得计算复杂化。冯尚友的“多目标决策理论方法和应用”和“水资源系统工程”40两部专著，为水库多目标优化调度和洪水实时调度奠定了理论基础，提出的多维决策的多目标动态规划模型(MDM