电力市场环境下发电机组检修计划的理论与实证研究.pdf

华北电力大学（北京）硕士学位论文电力市场环境下发电机组检修计划的理论与实证研究姓名：杨晋萍申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：刘彤20060201华北电力大学硕士学位论文摘要电力市场化运营使得电力市场的主体即发电公司必须通过降低成本、提高效率来增加收益、提高市场竞争力，其通过竞价上网发电所获得的经济收益取决于其提供的电能数量和市场电价，因此制定合理的发电机组检修计划成为发电公司最大化收益的重要策略之一。传统的计划检修机制已不能满足需要，本论文鉴于此，研究建立了电力市场环境下基于风险约束情况下发电机组最优检修策略模型、基于机会约束规划的发电机组最优检修计划的模型，并研究了检修计划调整机制模型。论文最后还运用D E L P H I 语言初步开发出一套发电公司最优检修策略软件，使本论文中研究建立的基于风险约束情况下发电机组最优检修策略模型得以实现程序化、可操作化，达到简化发电公司制定最优检修计划步骤的目的。关键词：电价，检修计划，机会约束规划，调整机制A B S T R A C TE l e c t r i cp o w e rm a r k e th a sb e g u n，t h eG e n e r a t i o nC o m p a n i e sm u s ti m p r o v ei t sc o m p e t e n c eb y d e c r e a s i n gc o s ta n di n c r e a s i n gp r o f i t T h er e v e n u eo fag e n e r a t i o nc o m p a n yd e p e n d so ni t se n e r g ys u p p l ya sw e l la st h em a r k e tp r i c e B u i l d i n gar e a s o n a b l em a i n t e n a n c es c h e d u l i n gh a sb e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n ts t r a t e g i e so rg e n e r a t i o nc o m p a n i e st om a x i m i z ep r o f i t s T h et r a d i t i o n a la p p r o a c ho fg e n e r a t i o nm a i n t e n a n c es c h e d u l i n ge m p l o y e db yt h es y s t e mo p e r a t o rt h r o u g hac e n t r a l i z e do p t i m i z a t i o nm e t h o di sn ol o n g e ra c c e p t a b l e G i v e nt h i sb a c k g r o u n d，ao p t i m a ls t r a t e g i e so fm a i n t e n a n c es c h e d u l i n gw i t hr i s kw e l lt a k e ni n t oa c c o u n ti Sd e v e l o p e d a n db a s e do nt h ec h a n c ec o n s t r a i n e dp r o g r a m m i n gan e wm e t h o d o l o g i c a lf r a m e w o r ka n dam e c h a n i s mo fa d j u s t m e n ta r ed e v e l o p e d Atl a s t t h ep a p e rs t u d i e sas o f t w a r ea b o u to p t i m a ls t r a t e g i e so fm a i n t e n a n c es c h e d u l i n gb a s e do nt h eD E L P H Ia n dt h em o d e lo fo p t i m a ls t r a t e g i e so fm a i n t e n a n c es c h e d u l i n gw i t hr i s k，s i m p l i f i e st h es t e p so fm a k i n gt h eo p t i m a ls t r a t e g i e so fm a i n t e n a n c es c h e d u l i n g Y a n gj i n p i n g(p o w e rp l a n tT h e r m a le n g i n e e r i n g)D i r e c t e db yP r o f L i ut o n gK E YW O R D S：e l e c t r i c i t yp r i c e，m a i n t e n a n c es c h e d u l i n g,c h a n c ec o n s t r a i n e dp r o g r a m m i n g，m e c h a n i s mo fa d j u s t m e n t华北电力大学硕士学位论文摘要电力市场化运营使得电力市场的主体即发电公司必须通过降低成本、提高效率来增加收益、提高市场竞争力，其通过竞价上网发电所获得的经济收益取决于其提供的电能数量和市场电价，因此制定合理的发电机组检修计划成为发电公司最大化收益的重要策略之一。传统的计划检修机制已不能满足需要，本论文鉴于此，研究建立了电力市场环境下基于风险约束情况下发电机组最优检修策略模型、基于机会约束规划的发电机组最优检修计划的模型，并研究了检修计划调整机制模型。论文最后还运用D E L P H I 语言初步开发出一套发电公司最优检修策略软件，使本论文中研究建立的基于风险约束情况下发电机组最优检修策略模型得以实现程序化、可操作化，达到简化发电公司制定最优检修计划步骤的目的。关键词：电价，检修计划，机会约束规划，调整机制A B S T R A C TE l e c t r i cp o w e rm a r k e th a sb e g u n，t h eG e n e r a t i o nC o m p a n i e sm u s ti m p r o v ei t sc o m p e t e n c eb y d e c r e a s i n gc o s ta n di n c r e a s i n gp r o f i t T h er e v e n u eo fag e n e r a t i o nc o m p a n yd e p e n d so ni t se n e r g y s u p p l ya sw e l la st h em a r k e tp r i c e B u i l d i n gar e a s o n a b l em a i n t e n a n c es c h e d u l i n gh a sb e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n ts t r a t e g i e so rg e n e r a t i o nc o m p a n i e st om a x i m i z ep r o f i t s T h et r a d i t i o n a la p p r o a c ho fg e n e r a t i o nm a i n t e n a n c es c h e d u l i n ge m p l o y e db yt h es y s t e mo p e r a t o rt h r o u g hac e n t r a l i z e do p t i m i z a t i o nm e t h o di Sn ol o n g e ra c c e p t a b l e G i v e nt h i sb a c k g r o u n d，ao p t i m a ls t r a t e g i e so fm a i n t e n a n c es c h e d u l i n gw i t hr i s kw e l lt a k e ni n t oa c c o u n ti sd e v e l o p e d a n db a s e do nt h ec h a n c ec o n s t r a i n e dp r o g r a m m i n gan e wm e t h o d o l o g i c a lf r a m e w o r ka n dam e c h a n i s mo fa d j u s t m e n ta r ed e v e l o p e d Atl a s t t h ep a p e rs t u d i e sas o f t w a r ea b o u to p t i m a ls t r a t e g i e so fm a i n t e n a n c es c h e d u l i n gb a s e do nt h eD E L P H Ia n dt h em o d e lo fo p t i m a ls t r a t e g i e so fm a i n t e n a n c es c h e d u l i n gw i t hr i s k，s i m p l i f i e st h es t e p so fm a k i n gt h eo p t i m a ls t r a t e g i e so fm a i n t e n a n c es c h e d u l i n g Y a n gj i n p i n g(p o w e rp l a n tT h e r m a le n g i n e e r i n g)D i r e c t e db yP r o f L i ut o n gK E YW O R D S：e l e c t r i c i t yp r i c e，m a i n t e n a n c es c h e d u l i n g，c h a n c ec o n s t r a i n e dp r o g r a m m i n g，m e c h a n i s mo f a d j u s t m e n t声明Y8 6 8 11 8本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力市场环境下发电机组检修计划的理论与实证研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：搦竖日期“?关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名：幽聋日期：丝!兰导师签名日期墅华北电力大学硕士学位论文第一章绪论1 1 论文研究的背景及意义目前电力工业市场化改革正在全世界范围内展开，传统的垂直垄断的管理模式已经被打破，各国电力的市场化运营模式正在实践中不断摸索、并加以完善。电力市场的本质就是在电力行业中引入竞争机制，促进电力企业的生存与发展的良性循环。引进竞争、增加活力已经成为世界各国电力工业发展的趋势。最大限度的在电力系统中引入竞争，建立公平、公正、公开的电力市场，进行电力自由贸易已经被世界各国接受。在厂网分开、竞价上网的市场环境中，发电企业如何应对新的形式，在竞争中获得更多的市场份额和利润成为亟待解决的问题。电力系统中发电机组的检修问题，无论在系统规划还是在运行调度中都具有重要意义，特别是发电机组的长期计划检修(计划周期在1 2 年)对系统的可靠性、机组的利用率、发电公司的运行成本都会产生重要影响。电能的生产与消费必须是同时进行的这一突出特点，使电力工业对可靠性有非常高的要求，而电力系统设备的检修，特别是发电机组的检修与电力系统可靠性密切相关，给电力系统运行带来重大影响，发电机组检修停运将涉及许多方面，如果计划安排不当会带来许多不利影响：经济方面而言有发电机组检修停运期间少发电能的费用、为保证系统供电可靠性而必须增加的检修备用容量的投资费用等；系统可靠性而言，部分机组计划停运期间可能增大系统供电不足的风险，特别是备用容量紧张的系统这个问题更加突出。对于水电比重较大，局部电网薄弱的电网，检修计划非常必要，一是因为水电机组检修受来水季节影响较大，枯水期未按计划检修，丰水期机组发现问题必须检修时，可能造成弃水，浪费能源；二是在局部薄弱电网，机组检修需要与电网配合检修，若没有按照计划检修，有可能造成重复停电操作或使机组送出受限。目前，我国电力系统相当部分调度运行部门，此项工作的开展都是靠人的经验粗放的进行安排，主要目标是系统电力平衡及不造成能源浪费即水电厂弃水。但随着电力系统的日益扩大，系统内的装机台数大为增多，机组的类型更多样化，安排机组检修计划考虑的相关因素和约束条件也越来越复杂，假如仍然靠人工凭经验安排机组检修计划，结果难免会出现可靠性低等问题，甚至会产生疏漏，一旦检修计划安排不当，就会在电力系统经济和安全等方面带来不利的影响，严重的可能导致系统供电不足。由此可见用科学方法合理的安排发电系统的检修计划是提高电力系统运行可靠性的重要方面，同时随着电力系统的装机不断增多，对发电系统检修计划优化问题进行研究具有越来越重要的现实意义。华北电力大学硕士学位论文一个最优的检修计划可以降低发电公司的运行成本、提高系统可靠性，延长机组寿命、节省新机组投资成本。在传统的垂直一体化的电力工业管理方式下，机组检修计划是系统调度从整个电网的安全性和经济性出发集中决策的，检修方案不考虑个体发电公司的利益。但随着电力市场的形成，“厂网分离”，电网公司与发电公司独立经营，原始的检修计划的制定方法将与现行的经营模式发生了一系列冲突，如：发电公司为追求自身经济利益与系统安全性之间的冲突；发电公司之间在安排检修计划上的冲突；发电公司检修与输电设施检修的冲突等，由于上述矛盾的存在使得传统的计划检修管理方式不再适应市场机制下电力系统的运行要求，从系统可靠性和经济性角度出发制定的检修计划并一定是发电公司经济损失最小，同时这些矛盾的存在也给电力系统的运行和电力市场运营带来潜在的风险。例如，发电机组检修计划安排不合理可能会降低系统的备用裕度，危及系统安全性；发电公司可以通过在缺电期问安排机组检修，利用物理持留来操纵能量市场价格获取暴利等。因此电力市场环境下如何合理确定发电机组检修时间、适当确定发电机组检修计划以确保发电公司的收益最大化，保证电力系统安全可靠运行已成为国内外电力系统领域广为关注的重要问题，这也是本论文研究的中心所在。1 1 1 国外电力市场的发展、运营状况世界电力工业是一个从自由竞争发展到垄断，再发展到解除管制、引入市场的三部曲阶段。在国际上早期的电力行业就存在着竞争，但那时的竞争是过度的和低效率的。发电公司通过重复性架设电网向同一区域内的用户竞争性售电，供电成本很高，后来开始对所有发电公司生产的电力实行统一的、垄断的经营方式，降低了供电总成本，电力采用竞争的方式供应是低效率的，电力的供应具有自然垄断属性。电力的垄断经营必须在公众的控制监督下进行，对提供的所有的具有公用事业性质的服务收费必须基于成本加上一个合理的投资回报，即最早的州级电力管制委员会。随后多年来许多市场经济国家都维持着发电和输配电一体化运营的模式。对于一个独立的地区电网，电力供应具有自然垄断特性，要求对电力公司进行管制或者建成公有制的电力公司，管制者只能将电价控制在长期的平均成本值的附近，能够提供的成本最小化的激励机制通常很弱，电力行业长期处于高成本、高电价。例如在美国，在已经可以实现高压电网长距离输电和电力交易的时期，对电力公司还是采用管制下的发、输、配、送垂直垄断一体化的运营模式，因此电力市场交易发展得很慢。但是随着输电(联网)技术的不断进步，新式的电力交易和引入竞争机制成为可能。当电网可以满足发电业务和输配电业务分开的要求时，发电侧自然垄断的特性就不十分明显了，在这种情形下，发电企业将独立出来，形成竞争性发电市场。2华北电力大学硕士学位论文而剩余的输电和配(售)电业务仍保持管制下的垄断经营。上世纪9 0 年代，在国外许多发达国家和发展中国家的电力行业开始进行分离和重组，同时解除部分管制、引入部分竞争机制、建立电力市场，其目的就是要将电力工业纳入经济运营体系中，通过市场竞争实现资源的合理配置，减低成本、提高效率，促进电力工业的持续、稳定、健康发展。经过1 0 年的运行，市场化运营为各国带来了多方面的经济效益，市场引入竞争机制后将对市场参与者形成一个很强烈的成本最小化的激励机制，同时促使平均电价降至最低值，也使得终端零售电价经济有效。但同时也导致了一系列新问题的出现。例如美国加州电力市场运行一年，其电价上涨给用户造成的经济负担相当于过去十年用户提高用电效率而形成的价值的总和；正在运行中的加拿大A l b e r t a 电力市场非常担心近期实施的发电权招标，其实际结果会不会和预期结果相去甚远；纽约电力市场的电价2 0 0 0 年已达到$6 0 0 0 M w h；新英格兰州电力市场由于出现了严重的市场力问题，不得不关闭它的机组装机容量市场。这些问题都说明了目前电力市场的运营还属于初期，运行极不稳定，各国管理机构对电力市场的复杂性估计不足。因此如何做到能既推动竞争性市场又保证甚至提高电力系统的稳定性成为电力行业改革的重点所在。1 1 2 我国电力市场的发展、运营状况我国的电力工业多年来一直实行发、配、送垂直一体化管理模式。从1 9 9 8 年开始，对原国家电力公司进行纵向拆分，确定山东、上海、浙江、辽宁、吉林、黑龙江6 省市为首批“厂网分开、竟价上网”的试点单位。2 0 0 0 年1 月，山东、上海、浙江的发电侧电力市场先后投入商业化试运营；2 0 0 0 年6 月，东北三省区域发电市场也正式启动，标志着我国进一步推进电力工业改革，形成统一、开放、有序的电力市场的开始。2 0 0 2 年4 月，国务院颁布了，关于印发电力体制改革方案的通知，揭开了我国电力市场从试点单位到实旖的序幕。2 0 0 2 年底，国家电力公司重组，原资产被重组为华能集团、大唐集团、华电集团、国电集团、中电投资集团五大发电企业，每家发电企业的资产规模、质量大致相当，地域分布基本合理，在各区域市场中的份额均不超过2 0，从而保证各区域市场中的集中程度相当，为今后区域电力市场的建设、运营做好了准备。组成国家电网公司和中国南方电网有限公司，及中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司、中国葛洲坝集团公司四家辅业公司。2 0 0 3 年3 月2 0 日国家电力监管委员会正式成立。其目的是维护电力市场秩序，保障电力系统安全、电力供应可靠；吸引和扩大投资，促进电力发展满足国民经济发展的需要；形成合理电价，提高电力工业效率，保障消费者权益。国家电力监管委员会作为电力市场的管理者需要对各种市场行为作出华北电力大学硕士学位论文及时正确的反应和决策，防范因发电公司检修策略不当而发生的系统安全风险问题。1 2 发电机组检修计划的研究与制定方法1 2 1 发电机组检修计划的制定方法电力市场化改革使原来发、输、配一体化的电力公司被分为互相独立的发电公司和电网公司。作为独立经济实体，追求自身利益最大化成为发电公司的经营目标，由于竞价上网发电，电价将成为指导发电公司经营决策的关键信号，发电公司的经济收益依赖于其发电量和电价水平，因此确定合理的机组检修时间将成为发电公司最大化收益的重要策略之一。目前制定发电机组检修计划的规则大致分为两类：第一类是沿用传统方法有独立系统调度员I S O 统-N 定。我国目前也是采用这种模式。虽然我国的电力工业改革已有几年，但出于对系统安全性考虑至今发电机组的检修计划基本上仍然由电网调度机构决定，目前我国已运营的几个市场中只有大约1 0 一2 0 的电量参与竟价上网，其余电量仍遵循传统的行政分配原则，发电公司对其安排的检修时问不十分敏感，；另外我国大多数电力系统的发电厂的年利用小时数是由计经委确定(一般在5 5 0 0 小时年)，在目前我国发电量不充裕的情况下发电公司在不同时段检修所造成的损失差异微不足道。但随着电力市场化运营的不断深入，发电公司的自主意识不断增强，竟价上网的电量比例增大，市场电价的波动性直接影响发电公司检修所带来的损失，传统的统一调度将很难保证公平性。另一类由发电公司自主制定发电机组检修计划。国外电力工业改革早在上世纪八十年代开始，并已经取得不可否认的成绩，通过市场竞争实现了资源优化配制、成本降低、效率提高，促进了电力工业健康发展，但同时也带来了许多新的问题，例如：电网安全问题、市场监管问题、市场交易问题等等，(如2 0 0 0 年底美国加州发生的电力危机，或由于滥用容量持留使得电价奇高。)因此采取了许多改革措施。如在2 0 0 1 年2 月8 日，加州州长戴维斯发布了一系列执行法案，其中针对机组检修计划问题，提出了增强系统运行可用发电容量的措施，赋予I S O 对发电公司的检修计划有协调、监控、稽核、制裁等权利，由I S O 根据系统安全可靠性指标在需要时进行调整。在我国，国家电力监管委员会主要负责维护电力市场秩序，保障电力系统稳定安全，形成合理价格，保护消费者权益。1 2 2 发电机组检修计划的研究方法4华北电力大学硕士学位论文发电机组的检修经历了两个阶段：事后检修(B r e a kM a i n t e n a n c e-B M)或称故障检修(C o r r e c t i v eM a i n t e n a n c e C M)和预防性检修(P r e v e n t i o nM a i n t e n a n c e P M)。事后检修也称为故障检修，是最早的检修方式，它是以设备出现功能性故障为判断依据，只有在设备发生故障且无法运行时才进行维修，显然这种应急方法不仅维修费用巨大，而且严重危害设备和人身安全，到第二次产业革命后就已不再使用，改为预防性检修。预防性检修可提高设备可用率，多年来一直被各国所采用并不断得到发展，它主要是参考设备两次故障之间的平均间隔以确定检修间隔，在设备发生故障之前安排检修，从而提高设备继续使用的潜力，将设备发生故障的可能性减至最小。目前预防性检修主要有三种形式：(1)定期检修(T i m eB a s e dM a i n t e n a n c e T B M)，也称计划性检修(Sc h e d u l eM a i n t e n a n c e-S M)。这种检修方式以时间为依据，预先设定检修工作内容和周期，定期检修在保证重大机械设备正常工作中确实起到了直接防止或延迟故障的作用，但这种不根据设备的实际情况，单纯按规定时间间隔对设备进行相当程度的解体的维修方式经常会造成设备的过修或欠修问题，而且由于集中修理设备初期高故障率累加，导致整个设备大修后故障率不降反升。这些问题不但造成设备的有效利用时间损失和人力物力财力浪费，也给安全生产带来了隐患。据统计，1 9 9 6 年我国1 0 0 M W、1 2 5 M W、2 0 0 M W 火电机组非计划停运与出力降低的责任原因分别有3 6、3 1、4 1 是由于这种检修不当造成。(2)以可靠性为中心的检修(R e l i a b i l i t yC e n t e r e dM a i n t e n a n c e R C M)。R C M 是一种以最低的费用来实现机械设备固有可靠性水平的检修方式。该检修方式能比较合理的安排大修间隔，有效预防严重故障的发生。R C M 研究始于2 0 世纪6 0 年代后期，从1 9 8 3 年开始用于电力行业，1 9 8 4 年由美国电力研究院将其使用于核电厂的检修。(3)状态检修(C o n d i t i o nB a s e dM a i n t e n a n c e P D M)或预知性维修(P r e d i c t i v eD i a g n o s t i cM a i n t e n a n c e-P D M)。利用状态监视和诊断技术提供的设备状态信息，结合设备的历史数据，参考同类设备的运行情况，判断设备的异常情况，预知设备的故障，在故障发生前进行检修。状态检修始于1 9 7 0 年，由美国杜邦公司I D Q u i n n 首先提倡。美国巴尔地摩煤气与电力公司自1 9 9 i 年建立状态检修管理体系，增加油液分析、辅机振动分析、红外热像分析、汽轮机主机轴振动分析、电动机状态监测和机组性能试验等技术和综合管理手段，可以使每年的检修费用减少7 0，取得了良好的成效。状态检修工作是个复杂的系统工程，它涉及电厂的运行管理、检修管理、诊断技术、检修策略等，实施任务包括：加强故障诊断的技术研究，逐步完善发电设备状态检修的相关技术和工作方法，配置必要的、先进的状态监测和故障诊断专家系S华北电力大学硕上学位论文统，引进和吸收先进技术，并把先进的监测技术和新的检修管理机制相结合：结合以可靠性为中心的检修技术、设备分级技术和以简单可靠性为中心的维修技术、加强故障模式的分析，建立设备分级标准，建立故障模式分析的支持和管理工具；建立基础数据库，集成不同数据源的设备状态信息，建立状态数据平台，开发状态检修技术支持系统；开发用于和状态检修策略相适应的规范化检修管理机制的应用软件系统，作为信息集成的工具。利用先进的计算机网络技术，使分布在电厂各部门的设备状态参数数据源被不同的部门所采用，并达到信息共享；开发设备状态监测系统和设备管理系统的接口，开发和新的检修策略相适应的技术支持系统；改革现有的检修管理机制，向状态检修机制过度，并和设备管理机制紧密结合，使状态检修策略纳入整个电厂维修管理规程。从检修工作过程、人员技能、电厂组织管理和监测技术方法方面对整个电厂实行全面评估。状态检修是目前耗费最低、技术最先进的维修制度，但其需要监测的内容太多，投资大风险大，现有技术手段对汽机、锅炉、发电机等主机设备的各种故障模式的监测手段还不能完全覆盖，目前仅限于主要辅机设备，设备状态的分析判断以技术人员的分析诊断为依据，软件只起辅助分析作用，整体系统使用经验不足。发电机组计划检修的目的是周期性安排机组的预防性检修，使设备能经常保持良好的技术状态，减少故障、延长寿命，从而提高电力系统的可靠性与经济性，以保证电厂经济效益最大化，尽量做到不欠修、不过修，延长检修周期，减少维修费用降低发供电成本，提高企业市场竞争力。可靠性检修和状态检修正是以上述目标为出发点，集中研究发电机组设备运行情况，从技术角度和发电公司内部核算来讨论机组检修计划的安排。就可靠性而言，机组停运检修将直接影响全系统的总发电功率，进而影响到机组组合和水电调度计划，因此良好的机组检修计划有助于降低系统电量不足的风险，提高机组可利用率。对经济性而言，机组检修不仅直接费用大，其潜在费用也不可忽视，不适当的机组检修计划将需要额外的检修备用容量，导致不必要的投资。但其对目前我国正在进行的电力市场运营机制中发电公司之间的竞争没有考虑，因此也不适于电力市场环境下的提高企业竞争力的发电机组检修计划安排。对发电机组的检修计划问题的研究前人已做了很多，大多局限于一个单独区域内的发电机组检修计划问题，如最大化系统的最小备用率、使系统各时段发电量短缺的风险近似相等、生产成本最小、机组检修成本最小、系统的不可靠性最小等单一目标优化来确定的，但实际中需要考虑很多因素，如最低生产成本时保持足够的可靠性，最大化可用机组效率、最小化各时段备用裕度的差异等，因此本质上发电机组检修计划是一个多目标规划问题。发电机组检修计划优化求解方法有很多，早期使用的是启发式算法，它是应用反复试探的原理使检修计划逼近目标函数的要求，在可接受的计算费用内找到较6华北电力人学硕士学位论文好解，可方便地引入各种约束条件，与它们是线性、非线性或离散等情况无关。由于其灵活性和简便性，这种方法在检修计划问题的研究初期曾得到广泛使用。但启发式算法从原理上不能保证求得的解释最优解，甚至找不到可行解，而且难于处理多目标优化问题。启发式算法包括等备用法和等风险法。等备用法是在计及发电机组的检修停运后，尽可能使系统净备用在全年各时段相等，但忽略了机组的随机停运，因此具有相同净备用的不同期间(检修的机组也有可能不同)可靠性不一定相同。等风险度法是实现系统风险度在研究周期各时段接近相等的一种方法，其考虑了机组随机停运对系统的可靠性的影响，利用有效载荷容量来替代它的额定容量：考虑了负荷的逐日变化，将一个时段内各天变化的负荷用一个等效负荷来等价，避免了等被用法中只用时段内最大负荷作为代表负荷的缺点，提高了计算准确性。近年来整数规划、动态规划、混合整数线性规划、动态规划、B e n d e r s 分解、各种数学规划方法的组合等方法也被广泛应用。基于检修计划的离散性，整数规划和动态规划成为检修问题的常用方法，但整数规划难以计及检修问题的不确定性及规模较大的问题可能超出计算机的处理能力(存储容量过大和计算时间过长)。理论上动态规划更适于求解多阶段决策过程中的检修计划问题，但其计算量过大，计算时间长，在实际使用中也不太方便。近年来人工智能方法的引入可以在一定程度上解决传统的数学规划方法因其解的维数随发电机组数量成指数增加不适用大规模电力系统问题和多目标优化问题。随着电力市场化改革的不断深入，原来发、输、配一体化的电力公司被分为互相独立的发电公司和电网公司。作为独立经济实体，追求自身利益最大化成为发电公司的经营目标，由于竞价上网发电，电价将成为指导发电公司经营决策的关键信号，发电公司的经济收益依赖于其发电量和电价水平，因此确定合理的机组检修时间将成为发电公司最大化收益的重要策略之一，检修计划的制定也不能完全由运行调度机构依据系统可靠性和系统运行成本决定，需要综合考虑系统利益和自身利益来确定其检修计划。对于新形势下的检修计划的研究问题国内外有很多学者进行了研究，但是都存在考虑问题片面或市场灵敏度不高的缺点。1 3 论文研究的主要内容本论文是在确保发电公司收益最大化及系统安全稳定运行的前提下来分析研究发电公司在检修期间收益损失最小的最优策略。具体内容如下：1 建立基于风险约束的发电机组最优检修策略的数学模型，算例分析，验证模型2 建立基于机会约束规划的发电机组最优检修策略的数学模型，算例分析，7华北电力大学硕士学位论文验证模型3 建立电力市场环境下发电机组检修计划调整机制4 初步开发电力市场环境下发电机组最优检修策略的软件支持系统5 结论与展望华北电力大学硕士学位论文2 1 前言第二章基于风险约束的发电机组最优检修策略的模型电力的市场化运营使得发电公司的产权和地位发生了根本变化，各大公司均以利益最大化为目标，相互之间必将发生冲突。具体到安排发电机组检修计划问题上，由于市场电价的高度波动性，在不同时段上安排机组检修将直接影响发电公司的收益，因此按照原有的由电网系统调度机构统一安排机组检修计划将不能保证其公平性，也无法使发电公司接受，因此发电公司自己需要通过最优化决策来安排本公司的检修计划。发电公司是以追求利益最大化为目标，而发电公司的收益依赖于市场电价及其发电量，因此如何确定最优检修计划策略的问题就可看作是如何使检修期间的收益损失最小。由于机组检修决策通常是提前一个月甚至是几个月所作，而市场电价是在电力市场交易中按半小时、小时拍卖和清除的，因此发电公司在做检修策略决策时对市场数据尤其是电价数据都将是未知的，需要进行估计预测，发电公司在此基础上所作出的检修决策势必具有一定的风险性，基于理性考虑，发电公司在进行机组检修决策时必需计及风险。本章正是在计及风险的情况下对电力市场环境下的发电公司检修策略最优化问题进行了初步研究。2 2 基本假设首先假设发电公司为市场价格接受者和市场价格不接受者两种情况。发电公司为市场价格接受者就是指发电公司的报价较低总能被满负荷调度发电。发电公司为非价格接受者就是指其报价不一定总能被调度发电，即使被调度发电也不一定能保证满负荷发电。严格来讲都可将发电公司假设为非价格接受者，而价格接受者只是非价格接受者的一种特例，因此，论文中只研究一种情况即将发电公司假设为非价格接受者。假设研究工作仅限于年度计划检修(不涉及跨年度检修)且机组检修是在一段持续时间内进行，中间没有间隔；所研究的发电机组的容量Q(M w)和检修持续天数已知；本研究不考虑事故检修和临时检修，也不考虑输电网络约束和发电机组检修与输电网络检修的协调问题。假设所研究的发电公司只参与现货电力市场交易。目前国内外实际运营的现货电力市场都采用了暗标拍卖，其中绝大多数采用统一市场清除价结算，交易一般以9华北电力大学硕十学位论文小时或半小时为基础。假设我们研究的电力市场也采用统一市场清除价结算，交易以小时为基础(本方法对以半小时为交易时段的电力市场同样适用)；为论述方便假设所研究的发电公司只有一台机组需要检修(一般情形本方法同样适用)。对发电公司而言，制定最优检修计划其是就是确定最合适的检修计划开始的时间。因为在电力市场环境下发电公司会尽快完成检修以尽早参与电力市场，争取最大利益，检修工作肯定会连续进行，所以在检修持续时间n(天数)给定的情况下，如何确定最优检修计划策略的问题就可看作是如何使检修期间的收益损失最小，进一步可看成是如何确定检修开始时间。2 3 基于风险约束的发电机组最优检修策略的模型2 3 1 影响发电机组最优检修策略模型的主要因素在影响发电公司安排下一年度机维检修计划的众多不确定因素中，有机组设备运行状况、电网负荷、现货市场电价等。机组设备运行情况目前有很多方法进行监测控制，如状态监测；电网负荷主要由电网运营情况、用户用电量等决定，电价是电力市场的杠杆，在自由竞争的电力市场中，电价的预测十分重要，对于规划者来讲输电量能否增加、区域间电力交换及调度计划等都是由电价决定；对发电公司而言电价更是将直接影响其经济收益。目前电价的制定模式有两种：第一种是会计学模式，包括固定资产折旧费、营运费、各种税收和利润。折旧费是固定资产在其经济寿命内合理的分配回收，作为固定资产重置的费用：营运费包括燃料费、维修费、人工服务费、员工工资及区外购电等有效经营所必需的费用；税收有国家规定；利润是再生产所必须的。因此电价的会计学模式是静态平衡的，是利用分析历史资料所得电价，预测性不科学，不能产生分时电价，且人为因素较大不适于目前的电力市场环境下的电价制定。第二种是经济学模式，其主要着眼于电力资源的合理充分利用，电价取决于经济学成本加上效益，其电价的定价模式是以电力资源最有效利用为目标的系统优化模型进行严格计算，具有科学性。在效益计算中，采用增量成本，即在现有供需条件下，增加一个单位用电量，所需生产成本增量作为计算效益的依据，计入电价，因此电价中包含了