中国可持续能源项目 The China Sustainable Energy Program 能 源 基 金 会 The Energy Foundation 项目成果 Research Report 电力规划与生产模拟数据标准化研究 可再生能源发电并网专委会 2016 年 3 月 项目信息 项目资助号 Grant Number G-1406-21501 项目期 Grant period 7/1/2014 – 6/30/2015 所属领域 可再生能源 Sector Renewable Energy 项目概述 随着可再生能源的大规模开发并网， 不仅对电力系统的安全经济运行提出了新的 挑战， 同时也对电力规划与生产模拟等研究工具和数据需求提出了新的要求。 课题综述了 国 内外知名电力规划与生产模拟软件模型与功能， 分析了主要软件工具的基本数据需求。 结合 具有二十多年成熟应用的 GESP 软件以及新开发的随机生产模拟软件， 考虑了可再生能源并 网研究的数据需求，设计了数据标准化结构，初步开发了基于 新 数据标准化需求的数据库。 Project Discription With the large-scale development of renewable energy and its grid connection, new challenges are faced by the safe and economic operation of power system, and new demands are made on the research tools and data requirements of power system planning and production simulation. This project summarizes famous power system planning and production simulation software models at home and abroad and their functions, analyzes the basic data requirements of several main software tools. Combined with the GESP software that has a 20-year history of mature application and the new developed stochastic production simulation software, considering the data requirements of renewable energy grid researches, this paper designs the structure of data standardization and initially develops a database based on the newly standardized data requirements. 关键词 电力规划、生产模拟，数据标准化，数据库 Key Word power system planning ， production simulation ， data standardization ， database 1 摘要 电力规划和生产模拟是电力系统发展研究和方案制定的基本工 具， 也是电力系统研究中的传统方向 。 国内外专家学者、 研究机构已 开发出了多种成熟的研究工具，如 WASP 、GESP 、GASP 、JASP 等 规划软件工具， 以及 WHPS 、 MAPS 、 Balmorel 等系统模拟软件工具。 已有研究工具软件为不同国家的研究机构所拥有和使用， 各自拥有不 同的数据来源，软 件 的 数 据 输 入 格 式 各 不 相 同 ， 各研究机构间在基础 数据共享与合作方面缺乏相应机制和统一数据格式支持， 研究讨论 多 集中 于 成果和方法 论 层面 。 此外， 近年来随着风电、 光伏等新能源发 电大规模快速发展， 以及跨区电网互联规模扩大和分布式能源系统的 发展， 给电 力 规划和生产模拟研究工作带来了新的挑战。 新能源大规 模开发、 高比例并网带来的消纳问题，也 使 得 加强 电 力 规划和生产模 拟研究，加 强 各 机 构 间 的 基 础 数 据 合 作 、 共享与标准化 ， 共同推进可 再生能源可持续发展的意义更为重大。 本文首先介绍国内外主要电 力 规划与生产模拟软件的模型算法 原理， 分析研究基础数据需求特点； 参考国内外大型应用软件的数据 输入形式， 以已有软件模型数据格式为基础， 考虑大规模可再生能源 并网与扩大联网范围的研究条件下， 如何实现电力规划与生产模拟软 件数据的标准化和统一化问题，并构建基于 SQL 的数据库，实现了 数据添加和查询等基本功能， 为推进数据标准化研究工作进行了初步 工作。 关键词 电力系统规划、生产模拟，数据标准化，数据库 Summary As basic tools for the research on power system development and the ulation of development plans, power system planning and production simulation are the traditional direction for power system study. Experts, scholars, and research institutions at home and abroad have developed many mature research tools, including power system planning software like WASP, GESP, GASP, and JASP and system simulation software like WHPS, MAPS, Balmorel and so on. The existing research software tools are owned and used by research institutions in different countries with different data sources and ats, lacking corresponding mechanisms and unified data at for basic data sharing and cooperation, and thus the researches and discusses usually focus on results and s. Besides, in recent years, with the rapid development of mass new energy power generation such as wind power and photovoltaic power, the extending of interregional power grid interconnection and the development of distributed energy system, the power system planning and production simulation researches are confronted with new challenges. The large-scale development of new energy resources and the consumption problem caused by the high percentage of grid interconnection make it more significant to strengthen researches on power system planning and production simulation, promote the cooperation, sharing and standardization of basic data among the institutions, and jointly promote the sustainable development of renewable energy sources. This paper first introduces the model algorithm principle of the main power system planning and production simulation software at home and abroad, and then analyzes and studies the demand characteristics for basis data; referring to the data s in domestic and foreign large-scale application software, based on the data ats of existing software models, and under the condition of large-scale renewable power grid interconnection and extending it, the paper considers how to realize the standardization and unification of software data on power system planning and production simulation, builds database based on SQL which has realized the basic functions such as data-adding and query, and carries out preliminary work to advance the research on the standardization of data. Key Word power system planning ， production simulation ， data standardization ， database 目 录 1 前言. 1 2 电力规划模型. 3 2.1 优化模型原理简介 . 3 2.2 常用电源优化工具 . 8 2.3 GESP 模型与数据需求简介 13 2.3.1 模型介绍 . 13 2.3.2 数据需求 . 15 2.4 GASP 模型与数据需求简介 16 2.4.1 模型介绍 . 16 2.4.2 数据需求 . 17 3 生产模拟模型. 20 3.1 电力系统生产模拟方法 . 20 3.2 常用生产模拟工具 . 21 3.3 考虑网络约束的多区域电力系统生产模拟 . 24 3.3.1 目标函数 . 24 3.3.2 约束条件 . 25 3.4 GE-MAPS 软件数据设计 29 3.5 WHPS 软件数据设计 . 31 4 数据标准化研究. 32 4.1 数据类的设置 . 33 4.1.1 与规划时段有关的类 . 33 4.1.2 与规划地区有关的类 . 33 4.1.3 与电厂有关的类 . 34 4.1.4 与输电线有关的类 . 35 4.1.5 与环保有关的类 . 35 4.1.6 与水电相互补偿有关的类 . 35 4.1.7 其它类 . 36 4.2 数据表的设置 . 36 4.2.1 报告表 REPORT . 36 4.2.2 常数表 CONSTANT . 38 4.2.3 定界表 POLICY 39 4.2.4 投资流程表 INVEFLOW 39 4.2.5 控制设备表 CTLCTL . 40 4.2.6 燃料表 FUEFUE . 41 4.2.7 火电厂数据表 THMTHM 41 4.2.8 水电厂数据表 HYDHYD . 46 4.2.9 抽水蓄能电站数据表 STGSTG . 49 4.2.10 水工建筑数据表 DAMHYN 52 4.2.11 核电厂数据表 NLRNLR 52 4.2.12 新能源电厂数据表 NEWNEW 56 4.2.13 输电线数据表 TRLTRL . 58 4.2.14 地区缺电损失表 ENSENS . 60 4.2.15 地区数据表 DSTDST . 60 4.2.16 水电站群补偿效益数据表 HYDPOWS 62 4.2.17 污染物外部费用表 EXCOST . 63 5 数据库框架. 66 5.1 数据库设计原则 . 66 5.2 数据库设计 . 66 5.2.1 运行环境 . 66 5.2.2 数据库说明 . 66 5.2.3 数据表之间关系模式 . 68 5.2.4 数据库字段存储说明 . 71 5.3 功能介绍 . 73 5.3.1 界面介绍 . 73 5.3.2 查询介绍 . 73 6 结论与建议. 79 6.1 结论 . 79 6.2 建议 . 80 后记需求侧管理 811 1 前言 数据是研究的基础，好 的 电力规划与生产模拟优化方案依赖于可 靠、 完备的数据支持。在 传 统 的 电力规划和生产模拟研究中， 不仅 涉 及 负荷、 电源、 电网等电力系统发展的核心数据，还 涉 及 到 能源供应、 燃 料 价格、环保控制目标等边界条件数据。 自 上世纪 90 年代末期， 世界风电进入加速发展时期， 自 2005 年后，世界太阳能光伏发电进 入开始发展时期。近年来，随着全球应对气候变化共识的逐步达成， 欧洲及部分国家甚至提出了未来 80100 的可再生能源发电情景 方案。 我国风电与太阳能发电发展虽然起步晚于欧美发达国家， 但 近 年来一直是全球可再生能源发展的重要领跑者， 到 2015 年底的风电 装机 和 太阳能发电装机容量均居世界首位，内 蒙 古 、甘 肃 等 部 分 省 区 的 风电装机比重已超过最大负荷的 50，青 海 省 的 太 阳 能 发 电 装 机 比 重超过最大负荷的 50 。 高比例可再生能源发电并网发展形势已然形 成，对已有成熟的电力规划与生产模拟软件提出了新的升级改造需 求， 不仅要考虑风光出力的波动性， 将研究时间尺度由常规电源情况 下的小时级细化到分钟级的电力电量平衡、 调峰平衡和调频平衡， 对 风光发电出力特性数据、 大范围基地的风光电站集群出力特性数据的 采集和加工整理提出了更高的要求， 也对负荷曲线的刻画以及研究方 法提出了新的要求。 电力规划与生产模拟研究中所涉及的数据量出现 了急剧的增加。 就 电力规划和生产模拟相关数据 的 掌握情况来看， 风电、 太阳能 资源特性数据， 掌握在水规院、 电科院等科研机构手中 ； 发电出力数2 据掌握在可再生能源发电厂、 电网调度机构手中。 系统负荷和其他 常 规 电源、 电网数据掌握在电网公司和相关科研单位手中。 相关的规划 研究工作主要集中在电网公司所属的科研单位、 政府部门所属的科研 单位， 以及相关企业、科 研 单 位 和 高校等。 从 数据掌握情况来看， 特 有特长，以电网公司和科研单位为多；从模型开发和研究应用来看， 以科研单位和高校为多。 为 更好的服务支撑高比例可再生能源并网发展需求， 需要各机构 间实现数据共享、 构建电力系统研究标准数据库体系。 本课题是电力 规划和生产模拟数据标准化研究工作的一个起步， 以介绍电力规划 和 生产模拟的理论方法、 常用软件工具入手， 分析其数据需求特点， 进 而提出数据库设计方案， 输入已有算例数据， 初步形成了一个电力规 划和生产模拟数据库。 3 2 电力规划模型 电力系统规划包含负荷预测、 电源扩展规划、 电网扩展规划三大 部分。 负荷预测是基础， 电源规划与电网规划是电力系统规划不可分 割的整体， 但两者侧重点不同且统一优化困难较大， 目前通常将电源 规划与电网规划问题分开处理， 协调迭代。 但从能源系统发展 、 科研 和适用面等角度，各机构 的 研究工作 更 多 集中 于 电源的优化规划。 2.1 优化模型原理简介 电力规划本质上是一个优化问题， 电力规划优化模型中， 对每个 建设项目的投资方案建立 0-1 优化变量， 在满足规划时序约束、 电力 备用率约束以及典型日运行约束等条件下，寻求最经济的规划方案。 传统电力规划中， 需要考虑的系统未来运行状态的数目较少， 典型日 运行约束所产生的约束条件数目较少， 然而， 考虑风电后， 为规划模 型中增添了随机变量， 传统电力规划优化模型将不能满足大规模风电 接入下电力规划的需求。 在规划模型中处理风电出力这一随机变量的 方式主要有两种， 一是将风电转化为多状态机组， 对每种状态分别建 立相应的约束条件和目标函数，同时考虑不同状态对应的约束条件， 依概率合并目标函数， 即求期望意义下的最优规划方案。 二是利用机 会约束规划模型进行求解， 机会约束规划在优化模型中引入了规划风 险与投资成本的折衷， 能够避免考虑确定性约束条件时优化结果过于 保守的情况。 此外， 还可在电源优化规划的优化迭代中嵌入随机生产 模拟计算或在电力电量平衡约束中考虑风电可信容量。 风电的接入还 客观上要求系统常规电源能够提供更多灵活调节容量， 这将会增加系4 统的投资与运行成本， 因此， 需要通过优化模型权衡系统灵活性投资 与弃风损失。 为考虑风电出力的多样性， 规划模型中需要考虑较多数 量的风电出力情景，进而极大的增加了规划模型的规模。 一、电力规划数学模型一般型式 电力规划优化模型一般都采用了某种优化技术 ， 其形式总可以表 示为 min f X,Y 2-1 S.t h i X ≤ a i 2-2 g i Y ≤ b i 2-3 k i X,Y ≥ d i 2-4 X≥0, Y≥0 或加上 X 为整数 2-5 式中， X 为发电机容量； Y 为发电机出力变量 ； a i ， b i ， d i 为常数。 其中 ， 式2-1 为目标函数 ； 式2-2 为电源建设的施工约束；式2-3 为运行约束； 式2-4为发电机出力受发电厂最小技术出力的限制； 式 2-5为数学模型本身要求的变量约束。 二、目标函数 一般的目标函数是使系统总支出费用最小， 包括两个部分 第一 部分与安装发电机组容量有关， 如发电厂的投资费用， 另一部分与发 电机的实际出力有关， 如发电厂的运行费用， 其中主要有发电厂的燃 料费用。 由于电源优化规划涉及的范围很广， 在实践中， 规划目标不仅仅 只是投资和运行费用， 有时， 还包括其它效益和支出 ， 是一个多目标5 问题。 已有研究成果中， 目标函数还可计及可靠性指标、 输电线费用、 未来的不确定性 （ 如负荷预测、 水文数据甚至市场因素等对规划结果 的影响）、 可 再 生 能 源 的 考 虑 、 电力市场条件下 的 需求侧管理DSM 、 市场竞争环境对决策的影响等等 。 对于多目标问题， 具体处理方法是多样的， 一般方法是将不同目 标函数乘以不同权值形成目标函数，从而实现对于多重目标的优化。 也可使用专家系统方法， 综合考虑研究、 设计和运行部门专家的意见， 用模糊理论做最后决策。 三、约束条件 对于不同系统， 约束条件是不相同的； 使用不同的优化算法， 约 束条件也有差异。这里只提到通常规划中都需要考虑的条件。 1 备用容量或可靠性约束 电力系统电源容量除了满足负荷需求外， 还应有一定的备用容量 以保证供电的可靠性和电能的质量。粗糙的办法是取一个备用系数， 较精确的办法是计算可靠性指标。 系统备用容量可表述为 2-6 式中， X jt －新建电厂 j 在 t 新装容量； P zo －系统原有总装机容量； P mt －系统在 t 年的最大负荷；ρ －电厂厂用电率；σ -系统线损；ΔB t － 系统在 t 年应有的备用容量；T －规划期年数；m －待建电站数。 需要说明的是，一般有两种方法计及可靠性指标一种将可靠性 指标记入约束中， 另一种将其做某种处理， 记入目标函数。 对于可靠6 性标准的制定， 由于具体情况的差异， 不同系统的电源规划采用统一 的可靠性标准是不现实的。 此外， 在制定可靠性标准时也要考虑其经 济性。 在建立的目标函数同时应该综合考虑经济性和紧急情况处置及 停电损失的费用。 这种观点被大多数学者接受， 在电源优化规划研究 中被大量采用。 2 电源建设施工约束 待建电站最大装机容量约束 t zj t j P X max ≤ ∑ ∈ τ τ j1,2,,m 2-7 即各待建电厂某年 t 的装机容量， 不应超过由施工、 设备等条件 决定的该年最大容许装机容量。 待建电站最大总装机容量约束 ∑ ≤ T t zj jt P X 1 maxj1,2,,m 2-8 即各待建电源最大装机容量受一些具体条件限制， 在装机过程中 各电源在规划期 T 内的总装机容量不应超过规定的最大容量。 最早最晚投入年限约束 0 1 ∑ ej t t jt X j1,2,,m 2-9 即待建电厂 j 从实际可能的角度考虑， 其最早建成投入年限不应 早于一定年限 t ej 。如 果 某 些 电 厂 从 规 划 年 开 始 就 可 能 投 入 ，则 可 不 受 此约束。 财政约束，即某个时期内电源建设不应该超过财政支付能力。 待建电站装机连续性约束，即某个电站第一台机组投入运行7 后，后续机组应连续安装，否则会给施工带来麻烦。 建设顺序约束，某些电站建设有先后顺序。 3 系统运行约束 系统需求约束， 即在任何时候， 系统发电容量总和要满足系统 电力需求。 2-10 式中，P jt 、P ot －j 电厂和系统原有电厂在 t 时刻出力；D t －系统在 t 时刻负荷。 发电机组最大最小出力约束 j1,2,m 2-11 式中，P jmint －机组 j 的最小出力；P jmaxt －机组 j 的最大出力。 火电燃料消耗约束 j1,2,k 2-12 式中， jt E －电厂 j 在时间段 τ 的发电量；β j －电厂 j 的平均燃料单耗； τ j A －电厂 j 在τ 时间段内的燃料消耗限量；τ －时段数。 水电水量消耗限制 j ＝k ＋1 ，k ＋2 ， ，n 2-13 式中，E jt －水电厂 j 在 t 时段的发电量；W j －水电厂在时间段内的平 均出力。 另外， 根据采取模型不同， 可能还要考虑 输电能力约束， 最小 开机容量约束，火电年利用小时约束，抽水蓄能电站约束等。 8 需要说明的是 以上列出的约束条件的表达方式在不同的模型中 是不同的，处理方式也有差异。 2.2 常用电源优化工具 电力系统的发展使系统中出现多 种 不同性质的电源， 它们与负荷 点之间的联系网络也极为复杂。 传统的以经验分析为基础的列举方案 进行技术经济比较的方法无法适应这种复杂系统的电源优化扩展要 求， 在大量客观因素、 包括一些不确定性因素的制约下， 很难找到一 个最优的系统发展方案。 国外从六十年代开始应用优化技术研究电源 和网络规划， 已 研制开发出多种各具特色的商用电源规划优化程序， 其中较有代表性的有下述几种 ⑴ WASPWien Automatic System Planning Package 程序包是国 际原子能机构 IAEA 委托美国田纳西流域工程管理局 TVA 与橡树岭 国家实验室 ORNL 研制的。它最初用于对发展中国家核电要求的分 析， 后来国际原子能机构对其作了许多改进， 成为一个对电力系统容 量扩建分析常用的软件包，称为 WASP-III 。 ⑵ 通用电气公司 GE 开发的最优发电规划程序包 OGP，以生产 费用最低为目标， 用静态向前看的方法优化， 使用失负荷概率 LOLP 作为可靠性约束准则。所谓静态向前看的方法是，它在优化时不像 WASP 那样用动态规划求整体优化方案， 而是逐步静态优化， 但在计 算费用时计及各建设项目在规划水平年后的一段时间， 称为向前看时 段的长度一般 为 510 年内的运行及维修费用，这个时段内的负荷 假设与规划水平年相同， 以此来计入一些投资大而运行费用低廉项目9 的效益。 ⑶ 由美国电力科学院 EPRI 资助、麻省理工学院研制的电力系 统发电容量扩建分析系统 EGEAS 模型是采用随机生产模拟方法来计 算生产费用，可用多种方法对扩建方案进行优化，包括用线性规划、 广义 Benders 分解技术进行线性和非线性迭代及各种不确定因素的灵 敏度分析， 以及用最复杂和完善的动态规划法产生以机组数为整数变 量的费用最小扩建规划，并可对可靠性指标，能源有限制的电源 水 电站、抽水蓄能电站等负载方式，互联系统运行方式等做出分析。 ⑷ 法国电力公司 EDF 为进行电源优化规划而研制的国家投资模 型 MNI 是一个颇有特色的程序软件， 它以热力发电设备常规和核电 容量为变量， 产生一个费用现值最小的最优投资计划。 在优化中使用 最优控制理论的庞特里亚金极值原理。它包括两个子过程的交换迭 代， 其中之一负责算出某一给定系统结构下的总费用， 也是经济准则； 另一个则用梯度法改变系统结构， 使费用最快速下降， 直到满足收敛 准则。 ⑸ 美国电力科学院 EPRI 还研制了一个电源优化规划容量盈亏 的代价及效益分析程序， 可用于估算不同负荷增长率下发电费用期望 值与备用容量数值的关系， 确定在负荷增长率变化下系统扩建计划应 采取的对策。 ⑹ 俄亥俄州立大学研制的生产费用模拟程序 PCS 与容量扩建及 可靠性评价系统 CERES，其基本原则与 WASP 相似，可在随机模拟 基础上进行短时段发电生产费用分析， 采用动态规划或静态向前看的10 方法搜索最优系统扩展方案， 它的财务模型可以给出最优及次最优方 案的系统收支平衡表，并且以人机对话和批处理方法运行程序。 此外，还有西屋公司的 AGP 模型，西门子公司的 WAGNER 模 型以及比利时的 GENEX 模型等。 我国在电力发展战略规划的优化方面也进行了研究， 并取得了可 喜的成果。我国能源开发及电力系统发展具有许多不同于国外的特 点， 例如， 国外能源开发较发达， 在蕴藏量、 价格等方面的未知因素 相对较少， 许多国家幅员不大， 水电已基本开发完毕， 其运行方式基 本固定。 正是由于电力规划中不确定因素较少， 因而其电源规划及电 网规划往往可分别进行优化， 水电往往作为确定因素处理， 而且只侧 重于对火电、 核电开发研究及可靠性分析等。 而我国则地域辽阔， 电 网结构薄弱， 不确定性因素很多， 水电资源尚有许多未开发， 且水电 资源开发是电源优化规划中的一个主要内容等等， 这就使得我国战略 电源规划的优化显得更加复杂。 国内许多单位结合三峡水利枢纽开发及其系统的论证进行了各 种优化模型的研究。 例如， 西安交通大学研制的 JASP 程序， 以最小 年费用为目标， 采用随机生产模拟， 以排序和爬山法进行优化。 国网 能源研究院 （原国电动力经济研究中心 ） 研制的电力系统电源优化软 件包 GESP ， 是一个混合整数规划模型， 其内部的线性规划计算采用 的是国际上的一个商用数学计算软件包－Cplex 优化包。该模型采用 经验备用率及确定性生产模拟， 以混合整数规划优化， 对水电作了细 致的考虑， 可进行多地区分区平衡、 整体优化， 并提供区间的最优潮11 流。 清华大学研制的 IRELP/I 多分区电力长期规划模型具有多层次结 构， 第一层总体模型以混合整数规划优选电源结构， 水电开发时序及 电源点。 第二、 三层在总体优化基础上， 以线性规划优化水、 火电厂 的装机容量， 相应的煤矿建设规模， 分区电力潮流， 分别研究不同水 文年的情况， 对宏观决策方案进行技术经济评价。 电力科学院研制的 电源优化模型采用确定性生产模拟和混合整数规划进行优化。 华中科 技大学研制的考虑能源分区平衡的电源规划模型 DY-2 ，从系统工程 的观点出发， 运用系统分析方法， 将已有的、 指令性新建的、 退役和 待选的水电、 核电和抽水蓄能电站等作为一个整体， 在整个时间序列 上做动态优化， 采用变步长搜索法确定各类电站在典型日负荷曲线上 的工作位置和工作容量以及水电弃水电量， 除充分发挥水电、 抽水蓄 能电站在电力系统中的作用外， 还考虑了系统内能源分区平衡、 电力 分区平衡以及分区间联络线容量约束等。12 表 2–1 典型电源优化模型汇总表 模型工具 功能原理 开发机构 备注 WASP Wien Automatic System Planning Package 电力系统容量扩建分析常用的软 件包，注重电力规划模型，对于 电力需求预测，则多采用季节性 自回归滑动平均混合模型，模型 中并未具体考虑电力需求结构的 实质影响因素 产业结构及居 民生活。 国际原子能机 构IAEA委托 美国田纳西流 域工程管理局 TVA与橡树 岭国家实验室 ORNL研制 世界银行用以对其 贷款的电力项目进 行可行性分析和经 济评估。 P1anElec-Pro Plan Electricity Pro 采用总费用现值最小作为目标函 数，其中，总费用由投资费用、 运行维护费用、燃料费用和停电 损失费用组成；约束条件包括备 用容量约束、电力不足概率 LOLP 约束、每年待选机组的最 大最小投产台数等；程序应用随 机生产模拟进行发电系统运行费 用的估算，采用动态规划方法寻 求最优的电源扩展方案。 瑞士联邦洛桑 高等工业学院 能源系统实验 室 不能处理太阳能电 站和风力发电站， 而 且该程序所能处理 的现有电厂和待选 电厂总数不超过 85 个。 最优发电规划程序包 OGPOptimization Generating Planning 以生产费用最低为目标，用静态 向前看的方法优化。 通用电气公司 GE 电力系统发电容量扩建 分析系统EGEAS 采用随机生产模拟方法来计算生 产费用，可用多种方法对扩建方 案进行优化。 美国麻省理工 学院 国家投资模型MNI 以热力发电设备容量为变量，产 生一个费用年值最小的最优投资 计划，在优化中使用了最优控制 理论的庞特里亚金极值原理。 法国电力公司 EDF JASP Jiaotong Automatic System Planning Package 以等效电量函数法为基础，采用 随机生产模拟完成生产优化决策 的功能。按发电厂优化，模型考 虑了电源地理分布，能进行区域 电力电量平衡。 西安交通大学 未纳入风电、 太阳能 发电等新能 源 GESP Generation Electricity System Planning 混合整数优化方法，不仅同时给 出最优的电源规划方案和电网规 划方案，还能对电力环保方案进 行优化配置。 国网能源研究 院 未纳入风电、 太阳能 发电等新能源 电力系统电源规划优化 及可靠性分析软件 （GASP ） 采用遗传算法进行求解，包含了 电源优化、运行模拟、可靠性计 算、国民经济评价等模块 华中科技大学 包含了风电， 未包含 太阳能发电 13 2.3 GESP 模型与数据需求简介 “ 电力系统整体优化规划模型（GESP-III ）”是由国网能源研究院 （原国电动力经济研究中心） 开发研制完成的， 该模型曾用于三峡工 程的国民经济评价， 华南电网规划研究以及多项世界银行、 亚洲开发 银行贷款电力项目的经济分析。 2.3.1 模型介绍 GESP 是以计算期内总贴现费用最小为目标的电源发展优化模 型。 模型采用混合整数规划来求解中长期发电系统最优电源扩展规划 问题。 （1 ）GESP 模型的目标函数 模型的目标函数为 MIN ZI －S ＋F ＋V ＋E 其中 Z 目标函数； I 规划期内总投资费用的现值； S 规划期内新增固定资产期末余值的现值； F 系统在规划期内固定运行费的现值； V 系统在规划期内可变运行费用的现值； E 系统在规划期内不供电量损失的现值。 （2 ）GESP 模型的约束条件 寻优过程必须满足一定的约束条件， 在 GESP 模型中的主要约束 条件有 14 系统有效容量必须满足最大负荷加上所需备用； 各电厂的总出力应能满足负荷需求； 各电厂的出力在任何时刻应满足其最小技术出力限制； 各电厂的出力不大于其可发容量； 水电厂的发电量不大于其可发电量； 抽水蓄能电站必须满足库容约束和其发电量与抽水电量间的关 系； 每一类电厂的装机容量不大于其装机限制。 （3 ）GESP 模型的主要功能 确定规划期内电力系统电源扩展的最优方案，即各类候选电源 的最佳装机进度及电源系统的合理布局； 确定所规划系统中各类电源的合理比重； 确定包括水电站群在内的电源最优开发顺序； 确定各电源项目的合理装机规模； 环境政策分析环保收费、总量控制等； 电力系统污染物排放治理设备的费用和效益的评价； 电力系统中火电厂的污染物排放治理设备的选择及安装进度优 化； 电力系统的污染物排放的边际控制费用分析； 电力系统的最优燃料选择等。 15 2.3.2 数据需求 GESP 是按机组类型进行优化的模型， 数据输入输出只与系统和 机组自身参数有关，没有考虑电源与负荷的地理位置信息。 （1 ）输入数据 GESP 软件中，输入数据除了包含常规数据类型，如规划时段、 电源、 输电线路、 负荷、 燃料 等，还 着 重 描 述 了 流 域 梯 级 水 电 站 间的 互补情况、 火电厂污染物排放控制设备投资运维及排放绩效、地 区 环 境污染物排放总量控制目标等。 在电源方面， 分为火电、 水电和抽水蓄能等三大类电源， 对每一 种电源又区分为已有电源、 待选电源， 并在电源数据中需要给出投资 和运维费用 、 机组容量、强迫停运率、检修方式及天数、启停能力、 运行小时上下限、 厂用电率、 最小技术出力、 电厂污染控制设备、 污 染物排放绩效、 规划期新增容量限制、 承担备用上限及调节损失、 受 阻容量等。 在水电场数据中， 还需要包含平均出力、 强迫出力、 日调 节能力、 季受阻容量系数等， 以及水工建设相关参数 （大坝） ； 在抽 蓄电站数据中，还需要包括抽发比、电厂效率等。 在电网方面， 主要分为已有输电线路和待选输电线路两大类， 涉 及数据主要包含投资和运维费用、 规划周期新增输电容量上限、 经济 寿命、线损率、输送的旋转备用上限等。 在负荷方面， 主要考虑年负荷曲线、 典型日负荷曲线、 负荷不均 衡系数、现状年及规划水平年的最大负荷和用电量等数据。 在规划时段方面，主要包含规划周期、季的划分（按四季还是