CN101330210B - 发电站运用计划制定装置及其方法 - Google Patents

Abstract

将各电力需求曲线的发生概率与该需求曲线的发电成本之积的和作为目标函数，将作为0、1变量的火力发电机的起动停止变量缓和为实数变量，追加供需平衡限制、储备能力限制以及起动停止计划的时间上连续性的限制条件，利用二次计划法，可制定发电站运用计划，该发电站运用计划同时制定使发电成本期望值最小化的起动停止计划以及负荷分配计划。由此，考虑电力需求的预测误差，并满足***运用以及发电机的运用限制，可提供一种火力发电站以及扬水发电站的最佳发电站供需运用计划方法以及装置。

Description

发电站运用计划制定装置及其方法

技术领域

本发明涉及在制定火力发电站、扬水发电站等发电站运用计划的基础上，通过制定成为组合问题的火力发电站的起动停止计划，来生成满足供需平衡、储备能力、燃料消耗量限制、水库水位限制、潮流限制等限制条件而使发电成本最小化的发电站运用计划的方法以及装置。

背景技术

为了维持电力***的可靠度，需要使电力需求与发电机的供给能力一致，并制定确保了储备能力的发电机的起动停止计划。但是，由于在计划阶段使用了预测的电力需求，所以会伴随预测误差。为了在维持可靠性的同时进行经济的运用，需要考虑该预测误差来按照使发电成本最小的方式制定发电机的起动停止计划。在发电站运用计划问题中，火力发电站的起动停止计划成为组合问题，而且发电机输出成为非线性计划问题。这样，如果在成为非线性混合整数计划问题的同时，考虑发电机台数以及计划时刻数，则问题的规模非常大，所以存在实际上难以最佳化的问题。因此，如特开2004-274956号公报所记载那样，制定与各种需求模式方案的每一个对应的计划，来计算各方案的成本分布。另外，在特开2005-12912号公报中，对同一特性的发电机考虑了需求误差来确定运转台数。

专利文献1：特开2004-274956号公报

专利文献2：特开2005-12912号公报

由于火力发电站的起动停止计划是组合最佳化问题，因此，例如10台火力发电机24小时的起动停止的全部组合数为10的72次幂。即使可用1微秒评价一个计划，评价所有计划也需要10的59次幂年，实际上不可能检查所有计划来求取最佳的解。因此，实际上也不可能在制定该火力发电站的起动停止计划的同时确定火力发电站、扬水发电站的最佳发电机输出。因此，将火力发电机的起动停止计划问题从组合问题缓和为实数变量的问题，利用二次计划法、线性计划法求解，由此，可避免组合性增长的问题。这样，通过缓和为实数问题，可同时考虑能够以燃料消耗限制、电力潮流限制或水库水位限制等线性限制而表现的限制，来求取最佳解。可是，还会产生如下课题：发生火力发电机的起动停止变量无法确定为起动(1)或停止(0)的未确定状态(例如，0.3)的情况。因此，可通过按照在反复收敛计算的中途获得的起动停止变量的值或发电机输出越大越易起动、越小越易停止的方式来修正目标函数、限制条件，从而将起动停止变量的值确定为起动或停止。进而，由于所使用的电力需求使用了预测值，因此与实际的需求存在误差。该误差可推定过去的需求预测结果与需求实绩相差多少误差分布。由于必定会产生该需求误差，因此需要考虑该误差来制定发电站的运用计划。通过公式化为针对多个需求的问题，并利用二次计划法或线性计划法，可在确定火力发电站的起动停止变量的值的同时，对火力发电机和扬水发电机确定输出。

在特开2004-274956号公报中，由于按各需求制定了计划，因此求出了针对平均需求的平均成本。但是，若考虑需求预测误差，则在需求大的情况下发电成本也高，发电成本的期望值会偏向比平均发电成本大的一方，因此没有适当评价需求预测误差来制定计划。另外，在特开2005-12912号公报中将同一特性的发电机作为对象，但由于例如按照基本火力、中等火力、峰值火力不同的方式导入特性的发电机，以便在电力***中运用的火力发电机的特性能与需求变动适当地对应，因此在对同一特性的发电机进行台数控制的方法中，无法使发电成本最小化。

发明内容

本发明针对上述情况而提出，其目的在于，提供一种不仅考虑了发电机的运用限制、发电机的特性、燃料消耗限制、抽水水库限制，而且考虑了电力需求预测误差，可使发电费用最小化的发电站运用计划制定方法以及装置。

根据本发明的主要特征，输入基于预测误差的多条需求曲线，将火力发电机的起动停止变量缓和为实数变量，从而将一个起动停止计划问题和各需求的负荷分配计划问题作为实数变量问题，应用二次计划法或线性计划法，并考虑燃料消耗限制、抽水水库水位限制等，根据最佳的发电站运用计划制定方法以及装置，可制定发电成本最小的起动停止计划和负荷分配计划。

根据本发明，即使产生电力需求误差，也可考虑燃料消耗限制、抽水水库水位限制以及发电机的运用限制等，制定能减少发电费用的起动停止计划和负荷分配计划。

附图说明

图1是发电站运用计划制定的处理流程图；

图2是发电站运用计划制定装置的整体构成图；

图3是发电站运用计划制定装置的详细构成图；

图4是电力需求曲线等的设定画面的实例图；

图5是对目标函数、限制条件进行修正的画面的实例图；

图5-1是起动停止变量的时间变化的图标的实例图；

图6是显示起动停止变量的画面的实例图；

图7是显示发电机输出的画面的实例图；

图8是显示起动停止变量的画面的实例图；

图9是显示发电机输出的画面的实例图；

图10是显示起动停止变量的推移的画面的实例图；

图11是显示各需求曲线的发电成本的推移的画面的实例图；

图12是显示起动停止变量的确定率的推移的画面的实例图；

图13是显示所制定的计划按时间的发电成本的画面的实例图；

图14是显示所制定的计划的整个时间发电成本的画面的实例图。

图中：1—发电站供需运用计划制定装置；2—中央运算处理装置CPU；3—主存储装置；4—输入输出装置；5—外部存储装置；6—输入装置；7—显示装置；8—打印装置；9—数据库；10—读取装置；11—电力体系；12—电力***；20—运用计划制定处理部；21—控制部；22—计划制定条件设定部；23—数据读入部；24—公式化部；25—计划计算部；26—起动停止变量上下限修正部；27—目标函数修正部；28—计算结果处理部。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。

(实施例1)

图1是本发明第一实施例的应用对象，即发电站运用计划方法的计算处理流程图，图2是发电站供需运用计划制定装置1的概略整体构成图，图3是运用计划装置的详细构成图。

发电站供需运用计划制定装置1由中央运算处理装置(CPU)2、主存储装置3、输入输出装置4以及外部存储装置5构成。

图3是本发明的发电站供需运用计划制定装置的详细功能构成图。发电站供需运用计划制定装置1包括：上述的输入装置6、显示装置7、数据库9、读取装置10以及运用计划制定处理部20。其中，运用计划制定处理部20被预先保持于外部存储装置5的存储介质，通过由CPU2执行来实现经由读取装置10读入到主存储装置3中的程序，但本发明并不限定于由这种被编程的通用处理器而实现。例如，可通过与包括执行本发明各处理的布线逻辑的特定硬件装置的组合来构成运用计划制定处理部20。

输入输出装置4具有：图3所示的具备键盘或鼠标的输入装置6、作为输出装置的显示装置7。另外，作为输入输出装置4，也可取代这些装置或与这些装置并用地设置指示设备(pointing device)、触觉传感器等输入装置、或液晶显示装置、打印机、扬声器等输出装置。作为外部存储装置5，可使用硬盘装置、FD装置、CD-ROM(compact disc-read only memory)装置、DAT(digital videotape)装置、RAM(random access memory)装置、DVD(digital video disc)装置、非易失性存储器等。外部存储装置5利用了用于保持图3所示的数据库9的大容量存储装置、保持处理程序等的存储介质、和用于读取该存储介质中保持的信息的读取装置10，但也可在一个外部存储装置中保持数据库和处理程序双方。而且，作为存储介质，可使用FD、CD-ROM、磁带、光盘、磁光盘、DAT、RAM、DVD、非易失性存储器等。

输入装置6接收显示于显示装置7的选择项的选择、数据的输入等，并传输到运用计划制定处理部20。显示装置7显示从输入装置6送来的数据。运用计划制定处理部20根据从输入装置6传输来的数据、从数据库9读入的数据、由读取装置10读入的处理程序、和从电力体系11传输来的数据，来制定发电站供需运转计划。电力体系11具备未图示的数据库。电力体系11用于进行电力***12的监视和控制。

运用计划制定处理部20的处理结果被送至显示装置7进行显示、并被存储到数据库9中。而且，当要求在电力体系11的运用/计划体系、控制体系所设定的条件下制定运用计划时，运用计划制定处理部20所制定的计划以及评价结果还被通知给电力体系11。收到该通知的电力体系11基于被通知的计划向电力***12输出作为供给力之一的发电机的输出控制信号，对发电机进行控制，并且从电力***取入发电机输出数据，将该取入的数据和在未图示的计划体系中制定的数据存储到内部数据库(未图示)。

运用计划制定处理部20包括：控制部21、计划制定条件设定部22、数据读入部23、公式化部24、计划计算部25、起动停止变量上下限修正部26、目标函数修正部27以及计算结果处理部28。而且，运用计划制定处理部20经由通信线31与外部的电力体系11连接，电力体系11与作为实际的送发变电设备的电力***12连接。电力体系11包括：电力***12的计划、运用和控制用的体系，以及用于保持对电力***12和电力***12的状态等进行显示的信息的未图示数据库。由继电器或传感器等检测电力***12的状态，经由通信线32通知给电力体系11，并存储到电力体系11的数据库(未图示)。

控制部21进行用于使电力体系11以及各处理部22～28之间的数据或处理程序等的交换顺利进行的数据的加工/处理，并控制该交换使整体的处理正常动作。

计划制定条件设定部22经由控制部21而被保持在数据库9及/或读取装置10的存储介质中。读入并显示用于制定运用计划的默认条件等，而且在显示装置7上显示这些条件，对条件进行变更。并且，将该变更后的新条件经由控制部21存储到数据库9中。

数据读入部23经由控制部21读入数据库9所保持的数据，将这些数据经由控制部21传输到各处理部24～28。另外，在本实施例中，只要未特别说明，则来自数据库9的数据的读入均通过数据读入部23进行。

公式化部24基于经由控制部21由计划制定条件设定部22制定的条件与来自数据读入部23的数据，实施由计划计算部25进行计算用的前处理以及公式化。

计划计算部25通过经控制部21由计划制定条件设定部22制定的条件、或者由起动停止变量上下限修正部26、目标函数修正部27修正的限制条件、目标函数、与来自数据读入部23的数据或者由公式化部24制定的前处理以及公式化，来实施发电站运用计划的计算处理。

起动停止变量上下限修正部26基于经控制部21由计划计算部25制定的运用计划来反复进行计算，对制定新的计划时的起动停止变量的上下限限制值进行修正。

目标函数修正部27基于经控制部21由计划计算部25制定的运用计划来反复进行计算，对制定新的计划时的目标函数进行修正和设定。

计算结果处理部28在显示装置7上显示由各处理部22～27设定、计算的计划制定条件、数据、制定的运用计划与目标函数的推移等、或来自输入装置6的数据输入支援用的信息等。

下面，参照图1所示的处理流程图，对动作进行说明。

在处理S101的计划制定条件的设定中，由计划制定条件设定部22从数据库9读入默认的计划再生条件，显示到显示装置7上，并经由输入装置6变更条件。这里所设定的条件中包括：多个电力需求预测曲线和该曲线的加权系数、需求增加时段、需求减少时段、反复计算次数。在图4中表示了设定这些值的画面的例子。而且，用图表显示了设定的值。作为其他设定的条件包括：储备能力、LNG等消耗限制、抽水水库的水位限制、***构成、送电线的潮流限制值等。在此，计划制定期间按每个小时设定了24小时的电力需求预计的数据。在需求预测数据中，将用通常的方法预计的数据作为曲线0，基于过去的预测误差的分布来设定曲线1～4，并将其概率设定为加权系数。基于需求的曲线0来设定储备能力。对于燃料消耗限制而言，根据到计划期间的最终时刻为止消耗的量或根据需要来设定各时刻的燃料消耗量的上下限。对抽水水库水位设定了初始水位、最终时刻的水位和各时刻的水位上下限。对***构成也设定各时刻的送电线与发电设备、负荷的连接状态，设定各时刻的送电线、储备能力。

在处理S102中，从数据库9读入发电机等的供给能力的特性与运用限制。在供给能力中作为火力发电机的特性存在输出的上下限值、燃料费特性(针对输出的二次函数、线性函数)、起动费、或不能同时起动的发电机的组合。各发电机所使用的燃料类别也从数据库读出。其中，燃料费函数F(Pit)例如由以下公式表示：F(Pit)＝ai×Pit×pit+bi×Pit+ci，Pit表示时刻t的单元i的发电机输出，ai、bi、ci表示单元i的燃料费函数的系数；而且，起动费是指：在发电机对燃料点火之后依次提高发电机输出，但最初不与电力***连接，电不流入到电力***，当增加到某一程度发电机的输出(5％～10％)之后，由于锅炉冷却所以到温度升高之前会消耗燃料，这样，在电发送到***之前所使用的燃料的费用成为起动费。另外，关于扬水发电站，存在发电时和泵工作时的上下限值以及抽水效率。其中，发电时是指扬水发电站的功能在电力需求小(由于只有效率高的发电机运转，所以发电单价低)的时候，将水汲取到山上的上池，在电力需求大的(发电单价高)时候从上池向下池放水而发电的时候。泵工作时是指汲取上述水的时候。

在处理S103中，利用目标函数、限制条件进行公式化。在此，按照首先是一般公式化、然后是考虑了多种需求时的公式化、最后是本发明中使用的公式化的顺序进行说明。

一般公式化中的目标函数TC如式(1)所示。该式是需求曲线为1条时的式子。起动停止变量为u_it，表示发电机i在时刻t的状态，该变量为0时表示停止，为1时表示运转。而且，燃料费函数F_i(P_it)为发电机输出P_it的二次函数。起动费SUC_i当在最小需求时刻n停止、在最大需求时刻p运转时而产生。因此，使用了最小需求时刻n和最大需求时刻p的起动停止变量的u_in和u_ip。在燃料费函数中将除了常数项之外的函数作为f_i(P_it)。

[式1]

目标函数发电成本：式1

$\mathrm{TC}=\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{u}_{\mathrm{it}}\×F_i\left(P_{\mathrm{it}}\right)+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(u_{\mathrm{ip}}-u_{\mathrm{in}})\×{\mathrm{SUC}}_i$

$=\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(a_i\×{P_{\mathrm{it}}}^2+b_i\×P_{\mathrm{it}}+c_i\×u_{\mathrm{it}})+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(u_{\mathrm{ip}}-u_{\mathrm{in}})\×{\mathrm{SUC}}_i$

$=\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(f_i\left(P_{\mathrm{it}}\right)+c_i\×u_{\mathrm{it}})+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(u_{\mathrm{ip}}-u_{\mathrm{in}})\×{\mathrm{SUC}}_i$

式(2)表示了火力发电机的输出上下限、扬水发电站的抽水发电、抽水泵的输出上下限。火力发电机的起动停止变量u_it为0或1，因此当该变量为0时火力发电机的输出上下限均为0，为1时从P_i，min变为P_i，max。

[式2]

输出上下限：式2

u_it×P_i，min≦P_it≦u_it×P_i，max

PG_j，min≦PG_jt≦PG_j，max

PH_j，min≦PH_jt≦PH_j，max

式(3)是供需平衡的式子。时刻t的需求为D_t。

[式3]

供需平衡：式3

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{it}}+{\mathrm{PG}}_t-P{H}_t=D_t$

式(4)是储备能力限制。在时刻t所需要的储备能力为R_t。这里，考虑了扬水发电站的储备能力，但有时也仅考虑火力发电站的情况。

[式4]

储备能力：式4

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(u_{\mathrm{it}}\×P_{i,\max }-P_{\mathrm{it}})+(P{G}_{j,\max }-P{G}_{\mathrm{jt}})+P{H}_{\mathrm{jt}}\≥D_t+R_t$

式(5)表示同一中央的同时起动禁止限制。考虑了当旧式控制装置起动2台发电机时1天仅能起动1台的情况。即，以前一般通过一台控制装置控制两台发电机，因此，在使一台发电机起动时，另一台发动机无法起动，通常从发出起动指令后到实际发电之前，需要几小时以上，因此，是表示一日之中哪一方可以起动的制约。在式(5)中，表示了存在火力发电机i和火力发电机(i+1)为同一中央的限制时的例子。

[式5]

同一中央同时起动禁止限制：式5

(u_ip—u_in)+(u_i+1，p—u_i+1，n)≦1：发电机i与发电机(i+1)为同一中央限制时

式(6)是在火力发电机中按照燃料为LNG的发电机的发电量合计LNG在上下限范围内的方式进行的限制。

[式6]

LNG燃料消耗量限制：式6

LNG_min≦LNG≦LNG_max

即，在日本LNG燃料通过储罐(tank)从海外输送，通常制定一年期间的油罐运输计划，根据该计划运送LNG，LNG能够装到海岸的储罐，但由于容量优先，所以，如果在进入到储罐之前不使用一定程度的话，则无法使LNG进入到储罐中。相反，如果进入储罐之前过多使用LNG，则在LNG燃料的火力发电厂无法发电，可能产生电力的不足，因此，需要考虑LNG在一定期间中如何使用的制约条件来使用。

式(7)表示抽水水库的水位限制。η表示抽水效率。是按照换算成发电量后的水库水位WL_t在水库水位的上下限范围内的方式进行的限制。

[式7]

抽水水库水位限制：式7

WL_t＝WL_t-1—PG_t+η×PH_t

WL_t，min≦WL_t≦WL_t，max

一般基于上述的目标函数和限制条件来制定发电站的起动停止计划，然后基于该起动停止计划来制定负荷分配计划。

接着，对存在多个需求预计曲线D_t ^k时的情况进行说明。式(8)为目标函数。是将各需求曲线中的发电成本期望值相加的公式。对式(1)乘以了相当于其需求发生概率的加权系数α^k。此时，加权系数α^k的合计如式(9)所示为1。在式(8)中火力的发电机输出为P_it ^k，可知即便是同一发电机在同一时刻其输出也按需求曲线k而不同。另一方面，可知起动停止变量不依赖于u_it和需求曲线k。即，对于一个起动停止计划而言，若使用考虑了需求预测误差的曲线，则发电机的输出在各个需求曲线中不同，使得发电成本会发生变化。因此，将需求曲线的发生概率作为加权系数，计算期望值，制定了使该期望值最小的计划。

[式8]

风险发电成本：式8

$\mathrm{RTC}=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}^k\mathrm{TC}\left(k\right)$

$=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}^k(\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(f_i\left({P_{\mathrm{it}}}^k\right)+c_i\×u_{\mathrm{it}})+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(u_{\mathrm{ip}}-u_{\mathrm{in}}){\mathrm{SUC}}_i)$

[式9]

风险发电成本：式9

$\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}^k=1$

如式(10)所示，需要按各需求曲线D_t ^k使供需平衡限制成立。

[式10]

供需平衡：式10

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P_{\mathrm{it}}}^k+P{G_t}^k-P{H_t}^k={D_t}^k$

式(11)表示储备能力限制。在此考虑了D⁰ _t仅为基准需求曲线时的储备能力。这里将需求曲线0作为基准需求曲线。

[式11]

储备能力：式11

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(u_{\mathrm{it}}\×P_{i,\max }-{P^0}_{\mathrm{it}})+(P{G^0}_{j,\max }-P{G^0}_{\mathrm{jt}})+P{H}_{\mathrm{it}}\≥{D^0}_t+{R^0}_t$

设式(5)、式(6)和式(7)的限制采用了基准曲线时的发电机输出。

最后，对本发明的公式化进行说明。在本发明中，采用了式(12)的目标函数。为了相对于原来的式(8)使起动停止变量收敛，作为一例导入了β、以及q、r。为了使起动停止变量收敛，只要按照起动停止变量接近0时使其靠近0而接近1时使其靠近1的方式，修正目标函数或限制条件即可。这里，在燃料费函数中，仅对常数项部分进行修正的理由是，对起动停止变量直接施加影响、发电机输出的线性、以及二次项为了维持最佳负荷分配而维持成为等λ分配的条件。而且，后者的q、r也分别用于使起动停止变量靠近1或靠近0。这里，所使用的常数在图5的画面中设定。表形式的项目直接设定数值。另外，选择“目标函数的系数修正”或“限制条件的修正”中的任一方。该选择在处理S101时被实施。若选择前者的“目标函数的系数修正”，则根据在反复计算的中途获得的起动停止变量u_it的值，对式(12)的目标函数的系数进行修正。另外，若选择后者的“限制条件的修正”，则对后面出现的式(14)的限制条件进行修正，并对式(12)的目标函数的系数进行修正。

[式12]

发电成本：式12

$\mathrm{RTC}\left(m\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{\α}}^k{f}_i\left({{P^m}_{\mathrm{it}}}^k\right)+{\mathrm{\α}}^k{{\mathrm{\β}}^m}_{\mathrm{it}}{c}_i\×{u^m}_{\mathrm{it}})+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}^k({u^m}_{\mathrm{ip}}-{u^m}_{\mathrm{in}})\×{\mathrm{SUC}}_i)$

$+\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{q}_{\mathrm{it}}\×{(1-{u^m}_{\mathrm{it}})}^2+\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{r}_{\mathrm{it}}\×{\left({u^m}_{\mathrm{it}}\right)}^2$

在式(13)中使用图5中出现的系数β。图5的a、b、c、d、e、f的值设定成用于使起动停止变量收敛，按照当起动停止变量接近0时使其靠近0而接近1时使其靠近1的方式设定。

[式13]

修正式：式13

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{mit}}=\frac{d+e\×{\mathrm{\β}}_{m-1,\mathrm{it}}}{a+b\×u_{m-1,\mathrm{it}}+c\×(u_{m-1,\mathrm{it}}-u_{m-2,\mathrm{it}})}$

其中，β⁰ _it＝β¹ _it＝1

当c＝0、反复次数m在2以下时

在式(14)中，起动停止变量为0或1，但为了采用由二次计划法求解的公式化，缓和为0到1的实数变量。

[式14]

起动停止变量的缓和：式14

0≦u_it≦1

最后，式(15)被设定成为了对利用图4的需求增加时段、需求减少时段而缓和为实数变量的u_it的时间上的连续性进行维持。即，为了使得不会每隔1小时就重复起动停止。例如，若按图4那样设定，则一天内起动、停止分别至多为1次，可与实际的运用相同。可是，极少情况下在小规模的燃气轮机(gas turbine)等中1天会起动、停止2次。

[式15]

起动停止变化限制：式15

u_it≦u_it+1：当时刻t为需求增加时段时

u_it≧u_it+1：当时刻t为需求减少时段时

u_it＝u_it+1：当时刻t为最小连续停止时段时

u_it＝u_it+1：当时刻t为最小连续运转时段时

例如，若对图4的需求曲线0设定式(15)的限制条件，则在需求增加时段起动停止变量不减少，在需求减少时段起动停止变量不增加。而且，对发电机而言若一旦停止，则需要连续停止最小连续停止时间。同样，一旦起动，则需要连续运转最小连续运转时间。通常，以最大需求的时刻为中心，从需求大的时刻开始在最小连续运转时间的期间内使起动停止变量的变化为零，以最小需求的时刻为中心，从需求小的时刻开始在最小连续停止时间的期间内使起动停止变量的变化为零。结果，最终的起动停止变量为0或1，但由于将该起动停止变量缓和为实数变量，因此对发电机而言，起动停止变量如图5-1所示。

这些图4、图5的设定可由运用者等通过输入装置6来分别设定。

追加上述的限制条件来进行公式化。设第一次的反复计算为处理S103。

在处理S104中，通过计划计算部25利用二次计划法、线性计划法，在处理S103或处理S107、处理S108中设定的目标函数、限制条件下，同时求解火力发电机的起动停止变量与火力、扬水发电机输出的最佳解。其中，火力发电机的起动停止变量并不限定为收敛于0或1。因此，通过反复进行处理S107、处S108，可将所有的起动停止变量确定为停止0或运转1。而且，在无法制定满足限制条件的计划时显示出错消息。

在处理S105中，通过计算结果处理部28在显示装置7上显示处理S104中的计算结果。并且，将计算结果存储到数据库9中。存储的计算结果中包括火力发电机的起动停止变量、火力以及扬水发电机的输出、发电成本、燃料费、起动费以及使用的限制条件、目标函数等。在图6、图7中表示了画面显示例。图6表示起动停止变量的值。横轴方向是时间轴。纵轴方向是火力发电机的单元编号。表中的数值表示对象时刻的火力发电机的起动停止变量。除了停止0或运转1之外，还存在0.6等未确定起动停止的值。而且，对同一单元显示了确定起动停止的确定率。例如，1时的确定率为80％，表示单元10台中的8台的起动停止变量为0或1。同样还表示了各时间的起动停止的确定率。在表的上部表示了整体的起动停止的确定率为78.4％。若确定起动停止，则确定率接近100％。通常，在同一时间无法确定一个单元的起动停止的情况很多。另外，图7表示起动停止变量为图6时的火力发电机的输出。与图6同样，横轴是时间，纵轴是火力单元的编号。该输出有时也成为比原来的火力单元的输出下限限制小的值。

在处理S106中，由计划计算部25检查是否所有火力发电机的起动停止变量均收敛为停止0或起动1。若所有的起动停止变量均收敛于0或1，则可制定满足所有限制条件的起动停止计划，前进到处理S109。否则前进到处理S113。首先，对前进到处理S113时的情况进行说明。

在处S113中，对数理计划法中的反复计算进行计数。当反复次数超过了图4中设定的次数时，在处理S107、处理S108中利用图5中设定的条件，强制确定起动停止。即，使满足图5的(4)的条件的u_it全部停止(0)，使此外的u_it运转(1)。由此，当接下来进行判定处理S106时，将前进到结束方向的处S109。在未达到反复次数时，利用图5中设定的条件和式(12)的目标函数、式(14)、式(15)以及式(2)～式(7)的限制条件，对限制条件、目标函数进行修正。即，在处S107中，通过起动停止变量上下限修正部26根据图5的设定对起动停止变量的上下限限制进行修正。然后，在处理S108中，通过目标函数修正部27根据图5的设定对目标函数进行修正。

基于上述的处理S107、处理S108对限制条件、目标函数进行修正。基于该修正后的结果，通过处理S104再次制定计划。通过按照该循环反复制定计划，使起动停止变量收敛为停止0或起动1。

通过上述反复计算，当在处理S106中所有的起动停止变量确定为0或1时，前进到处理S109。

由此，可将起动停止变量确定为0或1。因此，为了使起动停止变量收敛为0或1，在目标函数的式(12)中导入了β、q、r，但由于可实现本来目的，因此为了采用原来的目标函数，处理S109中在目标函数式(12)中设定为β＝1、q＝0、r＝0。而且，在限制条件的式(14)中，上下限变更为0或1。或者，可停止作为变量的处理，而作为常数进行处理。

基于处理S109中设定的目标函数、限制条件，利用计划计算部25并通过处理S110，基于二次计划法等数理计划法，确定满足限制条件且最佳化的发电机输出。

最后，利用计算结果处理部28将处理S111的计算结果显示到显示装置7上、或输出到电力体系11中。图8～图14表示计算结果的画面显示的例子。图8、图9与图6、图7形式相同，显示了起动停止变量收敛时的值。在图8中，0、1确定率为100％，可确认所有火力发电机的起动停止均确定为0或1。在图9中，当运转发电机时，处于从最低输出到最大输出的范围内。图10是用于确认反复计算的过程的画面。点击时刻的按钮，输入增加或减少或想要直接观察的时刻，若点击“显示”，则以柱状图显示所选择时刻的全部火力单元的起动停止变量通过反复计算将如何变化。变黑的单元最终成为运转(1)，柱状图的高度表示了起动停止变量的值。存在白柱状图的表示最终将变为停止(0)。图11表示各反复计算中各需求曲线的发电成本的推移。粗线表示基准需求曲线时的发电成本。图12表示以各反复计算中的全部火力单元、全部时刻为对象时的起动停止变量确定为0或1的确定率的推移。在该例子中，可知在第五次确定为0、1。图13表示最终结果的按时间的发电成本。与图10同样，通过设定时刻，点击“显示”，可显示所设定的时刻的发电成本。发电成本表示了每个需求曲线的发电成本的柱状图和表。而且，表示考虑了需求曲线的概率时的加权成本分布的柱状图。表中表示了各需求曲线的加权发电成本，其合计成为该时刻的成本期望值。图14是将图13的计划对象期间的全部时刻的每一时间的发电成本进行相加的图。右下方的表的发电成本是整体的成本期望值，其详细内容表示燃料费和起动费。

最后，在处理S110中，将这些计算结果存储到数据库9中。存储的内容有起动停止变量、发电机输出、发电成本、燃料费、起动费等。

根据上述本发明的实施例，即使在具有需求预测误差的情况下，也能对各需求的发电成本将该需求的发生概率作为加权系数，设定为使两者之积的总和最小化的目标函数，而且，可将作为0、1变量的火力发电机的起动停止变量缓和为实数变量，并导入考虑了成为基准的电力需求预测的需求变化的起动停止变量的时间变化限制，从而制定使考虑了LNG消耗限制和抽水水库水位限制的发电费用最小的全部时刻发电站计划。

第二实施例是用于考虑发电机的燃料费函数根据气温等而效率变化的方法。例如，当火力发电机为燃气轮机时，具有若气温增高则效率下降而气温低则效率提高的特性。并且，在夏季若气温升高，则因冷气设备需求的增加而使得电力需求增加，相反在冬季若气温升高，则暖气设备需求减少而使得电力需求减少。这样，根据气温而火力发电机的燃料消耗特性以及电力需求发生变化。因此，需要基于预计气温的概率分布，并考虑针对各预计气温的火力发电机的燃料消耗特性以及预计需求会变化，来使发电费用最小化。在第一实施例中有多种需求但发电机特性固定，第二实施例是需求以及发电机特性均根据气温而在概率上变化的例子。该情况下也采用与第一实施例同样的方法进行处理，从而可制定最佳的起动停止计划以及负荷分配计划。只要对目标函数、限制条件进行设定即可。其中，目标函数的燃料费函数的系数不同以及对各燃料费函数设定加权系数，能以同样的处理制定最佳的起动停止计划以及负荷分配计划。下面，描述与第一实施例的不同之处。在处理S101中，新追加下述计划制定条件的设定。追加并输入预计气温的概率分布信息。接着在处理S102中，读入气温与发电机的燃料费特性的关系。进而，确定相对于预计气温的燃料费特性。由于燃料费特性根据气温而变化，所以，设定使用了燃料费特性的目的函数，该燃料费特性采用了预计气温的概率分布。第一实施例的目标函数如式(8)所示，相对于此，第二实施例中的目标函数如式(16)所示。在第二实施例的目标函数中与第一实施例的不同之处在于，用变量、函数的上标k表示预计气温的差异，在燃料费函数f_i ^k(P)中包含该上标k。

[式16]

风险发电成本：式16

$\mathrm{RTC}=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}^k\mathrm{TC}\left(k\right)$

$=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}^k(\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}({a_i}^k\×{P_{\mathrm{it}}}^2+{b_i}^k\×P_{\mathrm{it}}+{c_i}^k\×u_{\mathrm{it}})+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(u_{\mathrm{ip}}-u_{\mathrm{in}})\×{\mathrm{SUC}}_i)$

$=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}^k(\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}({f_i}^k\left({P_{\mathrm{it}}}^k\right)+{c_i}^k\×u_{\mathrm{it}})+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(u_{\mathrm{ip}}-u_{\mathrm{in}})\×{\mathrm{SUC}}_i)$

因此，是不包含燃料费函数的数式。式(9)、式(10)、式(11)、式(13)、式(14)以及式(15)在第二实施例中也可与第一实施例相同。而且，由于为了收敛而使用的目标函数式(12)包含燃料费函数，因此在第二实施例中如式(17)所示。

[式17]

发电成本：式17

$\mathrm{RTC}\left(m\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}^k(\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}({f_i}^k\left({{P^m}_{\mathrm{it}}}^k\right)+{{\mathrm{\β}}^m}_{\mathrm{it}}{c_i}^k\×{u^m}_{\mathrm{it}})+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}({u^m}_{\mathrm{ip}}-{u^m}_{\mathrm{in}})\×{\mathrm{SUC}}_i)$

$+\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{q}_{\mathrm{it}}\×{(1-{u^m}_{\mathrm{it}})}^2+\underset{t}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{r}_{\mathrm{it}}\×{\left({u^m}_{\mathrm{it}}\right)}^2$

如上述那样对目标函数进行修正，并与第一实施例同样地进行反复计算，从而能满足设定的限制条件，使各发电机的起动停止变量u_it收敛为0或1。

根据上述方法，考虑预计气温的概率分布等，并考虑发电机的燃料费函数的变化概率，可制定能使发电费用最小化的发电站运用计划。

Claims (8)

1.一种发电站运用计划的制定装置，包括：输入装置，其接收两个以上同一时刻的需求预测和相当于所述需求预测发生概率的加权系数并存储到存储装置中；以及根据所述存储装置中存储的所述两个以上同一时刻的需求预测和相当于所述需求预测发生概率的加权系数来设定目标函数的装置；

该发电站运用计划的制定装置还包括：

针对各需求，接收起动停止计划以及负荷分配时的发电成本的加权系数并存储到存储装置中的装置；

将在各需求的发电成本上乘以发电成本相对于需求的加权系数而得到的结果设定为所述目标函数的装置；

接收储备能力、同一中央同时起动禁止限制或燃料消耗限制中的至少一个限制将其作为限制条件存储到存储装置中的装置；

基于数理计划法，利用所述目标函数和所述限制条件，并且基于起动停止变量的值或各火力发电机的火力发电机输出，对目标函数或起动停止变量的上下限限制值进行修正，来获得火力发电机的被缓和为0至1的实数变量的起动停止变量的收敛值的装置；

在所有火力发电机的起动停止变量均收敛于0或1的情况下，制定满足所有限制条件的起动停止计划的装置；以及

显示所述满足所有限制条件的起动停止计划的装置；

所述发电站运用计划的制定装置经由通信线与外部的电力体系连接，

所述满足所有限制条件的起动停止计划被通知给所述电力体系，该电力体系基于被通知的起动停止计划而输出用于对火力发电机进行控制的输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的发电站运用计划的制定装置，其特征在于，

具有基于数理计划法并利用所述目标函数，使起动停止计划以及负荷分配计划最佳化的装置。

3.根据权利要求1所述的发电站运用计划的制定装置，其特征在于，

具有接收需求增加时段或需求减少时段将其存储到存储装置中的装置。

4.根据权利要求1所述的发电站运用计划的制定装置，其特征在于，

具有接收需求增加时段和需求减少时段的起动停止变量的时间限制将其存储到存储装置中的装置。

5.根据权利要求1所述的发电站运用计划的制定装置，其特征在于，

具有对目标函数的系数、目标函数修正函数、起动停止变量的值、火力发电机输出的值、起动停止确定率、相对于目标函数的系数的反复次数的推移、相对于起动停止变量的反复次数的推移、相对于火力发电机输出的反复次数的推移、相对于起动停止确定率的反复次数的推移、相对于燃料消耗量的反复次数的推移、相对于水库水位的反复次数的推移中的至少一个进行输出并显示的装置。

6.根据权利要求1所述的发电站运用计划的制定装置，其特征在于，

具有：接收预计气温的概率分布将其存储到存储装置中的装置；

接收气温与火力发电机的燃料特性的关系将其存储到存储装置中的装置；

生成相对于所述预计气温的燃料费特性并存储到存储装置中的装置；和

反映相对于所述预计气温的燃料费特性并生成目标函数的装置。

7.一种发电站运用计划的制定方法，包括：接收两个以上同一时刻的需求预测和相当于所述需求预测发生概率的加权系数将其存储到存储装置中的步骤；以及

根据所述存储装置中存储的所述两个以上同一时刻的需求预测、和相当于所述需求预测发生概率的加权系数来设定目标函数的步骤；

该发电站运用计划的制定方法还包括：

针对各需求，对起动停止计划以及负荷分配时的发电成本的加权系数进行接受并存储的步骤；

将在各需求的发电成本上乘以发电成本相对于需求的加权系数而得到的结果设定为所述目标函数的步骤；

接收储备能力、同一中央同时起动禁止限制或燃料消耗限制中的至少一个限制将其作为限制条件存储到存储装置中的步骤；

基于数理计划法，利用所述目标函数和所述限制条件，并且基于起动停止变量的值或各火力发电机的火力发电机输出，对目标函数或起动停止变量的上下限限制值进行修正，来获得火力发电机的被缓和为0至1的实数变量的起动停止变量的收敛值的步骤；

在所有火力发电机的起动停止变量均收敛于0或1的情况下，制定满足所有限制条件的起动停止计划的步骤；

显示所述满足所有限制条件的起动停止计划的步骤；和

将所述满足所有限制条件的起动停止计划通知给电力体系，使该电力体系基于被通知的起动停止计划而输出用于对火力发电机进行控制的输出控制信号的步骤。

8.根据权利要求7所述的发电站运用计划的制定方法，其特征在于，

包括对所述目标函数利用数理计划法，使起动停止计划以及负荷分配计划最佳化的步骤。

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