对发电和配电进行经济分析的方法和装置制造方法及图纸

经济分配程序以每个发电机都操作在由无功功率曲线定义的最佳操作范围内的方式优化分配负载需求，该负载需求规定了要由发电厂在多个发电机中生成的有功功率和无功功率。考虑发电机的无功功率曲线分配电能需求，使得可以优化产生由负载需求规定的有功功率和无功功率。可替代地，经济分配程序分配规定了在各发电厂中通过电网输送的有功功率和无功功率的负载需求，其中一个或多个发电厂具有由无功功率曲线显示的容量限制。

【技术实现步骤摘要】

本申请总地来说涉及计算机软件，特别是涉及用在发电和配电系统中的计算机软件。
技术介绍
在21世纪，生活中的方方面面都要用到电能。然而，多数电能的用户都没有意识到，电在到达他们家之前穿过了发电和配电系统的复杂网络。例如2003年8月14日和15日发生在几乎整个美国东北部和加拿大的那次停电事件，已经反复说明了发电和配电的复杂性，使人们清楚地认识到发电和配电的各个过程和系统需要非常仔细的计划。在美国，发电和配电惯例上是由例如联邦能源管理委员会(FERC)的联邦政府机构以及各个州的公共事业部门来高度调配的。这些管理部门负责给发电和配电的公共事业公司(后面称作“公用电站(utility)”)制定发电和配电的性能标准和要求。例如，这些管理部门负责对配电系统上各点的有功功率作规定。根据上述规定的要求，公用电站决定生成多少电能，在哪发电，以及如何分配这些电能。公用电站采用不同类型的发电机发电，这些发电机根据发电采用的能源分为热能、核能、风能、水电等发电机。这些不同种类的发电机都在不同的限制下工作。例如，热能发电机的输出随锅炉中生成的热量而变化，其中每小时燃烧的燃料的总量限制了每小时生成的热量。另外，热能发电机的输出被各种环境规定所限制，这些环境规定限定了热能发电机放出的某些有毒气体的最大排放量。类似情况的限制同样也存在于其它类型的发电系统中。当公用电站接收到对将输送的有功功率的要求时，它将决定哪一个发电单元使用什么级别。在作该决定的时候，公用电站需要考虑每个可用发电机的限制。此外，为了使发电的成本最小，公用电站通常利用用于计划发电的多个完善的数学和预测模型中的任意一个，来找到发电的最佳组合。特别是，通常被称作经济分配程序的计算机程序可以帮助公用电站基于有功功率要求决定发电机的操作。众所周知，电功率包括有功功率和无功功率，其中有功功率用兆瓦(MW)表示，无功功率用兆伏安(MVAR)表示。由于公用电站通常仅仅接收对有功功率电能的要求，所以传统的经济分配程序也仅仅根据有功功率来决定最优的操作方案。因此，这些程序允许公用电站基于规定的有功功率决定各个发电机的最佳操作，而没有考虑无功功率要求。然而，将配电网的无功功率保持在某一等级以避免变压器以及其它配电设备的损坏是很必要的。因此，公用电站还不得不生成以及配送至少一些无功功率。在过去，由于管理部门对无功功率的等级没有要求，所以电网的无功功率等级主要由各个公用电站间的协定来保持，而很少由发电的最佳实践来决定。此外，由于公用电站对于电能所收取的费用通常受到高度的控制，并且通常受到发电的成本的限制，所以当公用电站可以容易地将生成无功功率的附加成本转给他们的用户时，公用电站通常不会对生成和配送无功功率的成本给予太多的重视。然而，在最近的20年，美国的电力工业已经有大量的调整和重组，这使得公用电站间的竞争增强了，并且使得公用电站更加关心它们的成本结构。尤其是，由于竞争的增强，公共电站不能再因为较高的生产成本而自动地向它的用户收取更高费用了。因此，公用电站更加重视产生和分配有功功率和无功功率的成本，在没有足够的补偿的情况下，不愿意提供无功功率来适当地维持配电网。在这种环境下，为了维持配电网中无功功率所必需的等级，作为一个公共工业贸易组织的北美电力安全委员会(NERC)已经开始为公用电站要维持的无功功率的等级提供技术标准。因此，当公用电站在决定关于用哪种发电技术发电时，不仅要考虑要生成的有功功率，同时也要考虑要生成的无功功率。不幸的是，由于有功功率和无功功率两者间的关系，优化有功功率和无功功率二者的产生的任务是很复杂的，并且市场上没有任何能够同时优化有功功率和无功功率的产生的经济分配程序。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术在一个方面提供了一种优化具有多个发电装置的发电系统的操作的方法，该方法包括获得该发电系统的目标函数；获得该发电系统的多个操作限制；确定该发电系统的多个参数之间的多个关系，所述多个关系包括将多个发电装置中的一个的最优操作范围规定为多个发电装置中的该发电装置的功率因数的函数的第一关系；和求解所述多个关系，以得到该目标函数在该发电系统的所述多个操作限制内的最优解。本专利技术在第二方面提供了一种操作具有多个发电机的发电厂的方法，该方法包括接收负载需求，该负载需求规定了(1)发电厂产生的有功功率和(2)发电厂产生的无功功率；确定发电厂的目标函数，该目标函数将发电厂的操作条件规定为(1)发电厂产生的有功功率和(2)发电厂产生的无功功率的函数；和确定该目标函数的最优值。本专利技术在第三方面提供了一种用于优化具有多个发电装置的发电系统的操作的经济分析系统，该系统包括适于存储该发电系统的目标函数的第一模块；适于存储该发电系统的多个操作限制的第二模块； 适于存储该发电系统的多个参数之间的多个关系的第三模块，所述多个关系包括将多个发电装置中的一个的最优操作范围规定为多个发电装置中的该发电装置的功率因数的函数的第一关系；和适于求解所述多个关系以得到该目标函数在该发电系统的所述多个操作限制内的最优解的第四模块。本专利技术在第四方面提供了一种发电系统，包括多个发电装置和经济分析系统，其中经济分析系统包括适于得到该发电系统的目标函数的第一模块；适于得到该发电系统的多个操作限制的第二模块；适于确定该发电系统的多个参数之间的多个关系的第三模块，所述多个关系包括将多个发电装置中的一个的最优操作范围规定为多个发电装置中的该发电装置的功率因数的函数的第一关系；和适于求解所述多个关系以得到该目标函数在该发电系统的所述多个操作限制内的最优解的第四模块。附图说明图1是配电系统的框图。图2是发电厂的框图。图3是图2中的发电厂所采用的经济分配程序的示例的流程图。图4是图3中的经济分配程序中所采用的数学求解程序的示例的流程图。图5是采用热能发电机的发电厂的框图。图6是燃烧式涡轮发电机的无功功率曲线。图7是蒸汽涡轮发电机的无功功率曲线。具体实施例方式通常来讲，经济分配程序以这里所描述的那样操作，以在各个可利用的发电资源中分配电力系统的负载需求。这种经济分配程序的一个示例将发电厂的负载需求分配给各个发电机，其中负载需求规定了发电厂对有功功率需求的总量以及对无功功率需求的总量。经济分配程序可以利用与发电机相关的各种性能限制，包括一个或多个发电机的无功功率曲线(reactive capabilitycurve)，该曲线提供发电机的功率因数、发电机产生的有功功率和发电机产生的无功功率间的关系。经济分配程序的一个可替代示例将电网的负载需求分配给各个发电厂，其中负载需求规定了电网的有功功率需求以及无功功率需求，并且其中一个或多个发电厂例如用无功功率曲线来表示无功功率限制。图1示出了配电系统10，其具有连接到负载网14的电网12。电网12可以传送有功功率和无功功率，其中有功功率由兆瓦(MW)计量，无功功率是电压和交变电流异向量的乘积，由百万伏安(MVAR)计量。图1中的负载网14的示例可以将电能供给会用到耗电装置，如空调、电机、灯、电器等等的工业用户和住宅用户。尤其是，负载网14可以将有功功率提供给灯泡等装置，并且将有功功率和无功功率同时提供给电机、变压器等装置。因此，电网12必须在负载网14上一直保持一定级别的有功功率和无功功率。如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化具有多个发电装置的发电系统的操作的方法，该方法包括：　　　　获得该发电系统的目标函数；　　　　获得该发电系统的多个操作限制；　　　　确定该发电系统的多个参数之间的多个关系，所述多个关系包括将多个发电装置中的一个的最优操作范围规定为多个发电装置中的该发电装置的功率因数的函数的第一关系；和　　　　求解所述多个关系，以得到该目标函数在该发电系统的所述多个操作限制内的最优解。

【技术特征摘要】
US 2004-6-25 10/876,4311.一种优化具有多个发电装置的发电系统的操作的方法，该方法包括获得该发电系统的目标函数；获得该发电系统的多个操作限制；确定该发电系统的多个参数之间的多个关系，所述多个关系包括将多个发电装置中的一个的最优操作范围规定为多个发电装置中的该发电装置的功率因数的函数的第一关系；和求解所述多个关系，以得到该目标函数在该发电系统的所述多个操作限制内的最优解。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作限制中的至少一个规定了(1)该发电系统产生的无功功率和(2)该发电系统产生的有功功率中的一个。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一关系是用于发电机的无功功率曲线。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一关系是用于(1)燃料式涡轮发电机和(2)蒸汽涡轮发电机中的一个的无功功率曲线。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一关系由用于发电机的无功功率曲线的神经网络近似来表示。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标函数规定了该发电系统的操作成本。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述目标函数规定了由热能电厂产生(1)所需的有功功率量和(2)所需的无功功率量的成本。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述目标函数规定了在公共网上提供(1)所需的有功功率量和(2)所需的无功功率量的成本。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标函数规定了在该发电系统的操作过程中第一污染物的排放量。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一关系进一步根据(1)多个发电装置中的一个内的冷却气体发生器压力和(2)多个发电装置中的一个内的冷却气体发生器温度中的至少一个，规定多个发电装置中的一个的最优操作范围。11.根据权利要求1所述的方法，其中该发电系统的多个参数包括(1)一组操作变量、(2)一组常量和(3)一组附属变量。12.根据权利要求11所述的方法，其中求解所述多个关系包括针对该组操作变量选择第一组值，其中所述第一组值表示发电系统的操作范围的第一候选解点；利用所述第一组值计算目标函数的第一值；改变该组操作变量的至少一个的值；计算目标函数的第二值；比较目标函数的第一值和目标函数的第二值；根据目标函数的第一值和目标函数的第二值的比较，改变该组操作变量的至少一个的值；和计算该目标函数的对应于第一候选解点的第一最优解。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一候选解点是从多个候选解点中选出的，其中多个候选解点的每一个被用来得到目标函数的多个候选最优解中的一个。14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括从多个候选最优解中选出最佳的解。15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用神经网络近似所述第一关系。16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括在多个可操作点上通过操作多个发电装置中的一个来训练所述神经网络，并存储由多个发电装置中的一个所产生的有功功率和无功功率的值，所述的可操作点是由(1)多个发电装置中的一个内的冷却气体发生器压力和(2)多个发电装置中的一个内的冷却气体发生器温度规定的。17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括根据(1)周期和(2)预定的标准中的一个更新所述神经网络。18.根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用曲线拟合技术近似所述第一关系。19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括从发电系统的控制系统中接收多个参数中的至少一些参数的值。20.一种操作具有多个发电机的发电厂的方法，该方法包括接收负载需求，该负载需求规定了(1)发电厂产生的有功功率和(2)发电厂产生的无功功率；确定发电厂的目...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗瑞得瑞克C哈夫，程绪，彼得N弗朗西诺，
申请(专利权)人：爱默生过程管理电力和水力解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]