提供负载调度和污染控制优化的方法及装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2005年10月20日、申请号为200510109489. 7且名称为"提供 负载调度和污染控制优化的方法及装置"的发明的分案申请。
技术领域
[0002] 本专利一般涉及计算机软件，更具体地说，涉及用于发电和配电系统的计算机软 件。
【背景技术】
[0003] 几乎21世纪生活的每个方面都涉及到电能的使用。通常，电业公司（下文中称为 "公用电站"）通过发电和配电系统的综合网络传输电能至最终用户。公用电站在电厂中利 用各种不同能源发电，其中包括热能、太阳能、核能、煤、气等。根据其发电机使用的能源类 型，电厂可产生一种或多种污染物，这些污染物作为发电机为发电所采用的各种处理的副 产品而存在。
[0004] 例如，利用燃煤发电机的电厂会产生一氧化碳、二氧化硫和其它污染物，而利用核 能发电机的电厂会产生作为污染物的放射性废物。鉴于这些污染物对于环境的危害，由电 厂释放的污染物的数量和种类为各种条例所限制。在美国，由环保署（EPA)监管电厂产生 的污染物的种类与数量。运营产生超限量受控污染物的电厂的公用电站通常会被责以罚 金。
[0005] 为控制污染量，电厂采用了各种类型的污染控制策略，亦即限制电厂产生的污染 物量和/或在污染物释放到周边环境之前对其进行处理。例如，产生二氧化硫的燃煤电厂 可使用废气脱硫（flue gas de-sulfurization，FGD)系统降低输出到环境中的二氧化硫的 数量。类似地，其它产生氧化氮的燃煤电厂可使用选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR)系统降低输出到环境中的氧化氮的量。由于这些污染控制系统需要使用 特定试剂，故而使用这些污染控制系统的电厂需承受额外的污染控制成本。例如，FGD系统 使用石灰浆作为试剂降低输出到环境中的二氧化硫的量，而SCR系统使用氨作为试剂降低 输出到环境中的氧化氮的量。
[0006] 在确定使用哪些电厂以及应处在哪个生产等级时，公用电站将多个不同因素纳入 考虑之列，其中包括电能需求、每个电厂的发电成本等。为使发电成本最小化，公用电站通 常设法确定电厂的最优组合，以求用最小的成本产生所需电能等级。在此过程中，公用电站 可使用多种用于发电规划的复杂算法和预测模型，其中包括各种一般作为经济调度程序被 公知的计算机程序，它们使得公用电站可制定与电厂运行相关的决策。
[0007] 由于一般不允许公用电站产生的污染超出监管机构规定的限量，故而经济调度程 序在确定各个电厂的最优运行等级时使用这些限量作为约束条件。然而，由于各个电厂所 产生的不同种类污染物需要不同的污染控制方法，而这些方法中的每一种会带来不同数量 的污染控制成本。所以在确定电厂的最优运行等级时，还有必要将与污染物控制相关的成 本纳入考虑之列。
[0008]例如，因为煤较之天然气来说是相对低廉的燃料，所以燃煤电厂较之燃气电厂来 说可产生相对廉价的电力，然而，由于燃煤电厂为控制氧化氮的排放量而使用的石灰浆或 其它试剂的成本，导致在某些情况下，使用燃气电厂发电较之使用燃煤电厂可能更有优势。 所以说，经济调度程序在确定负载需求在各个电厂间的最优分配时，还应将污染控制成本 和污染输出等级纳入考虑之列。
[0009] 污染控制成本在确定负载分配方面的重要性为快速发展的污染信用交易市场所 进一步强调，在这个市场中，产生污染排放物的量低于监管排放限量的电厂可将污染信用 量出售给其它产生污染排放物的量高于监管排放限量的电厂。事实上，在可预见的是，不远 的将来，用于交易N0 X、SO2和温室气体排放物信用的市场将成为世界上最有活力的市场之 一，在这个市场上，温室气体产生量高于其规定限量的公司可向温室气体产生量低于其规 定限量的公司购买排放信用量。在此类污染信用交易市场存在的情况下，对于经济调度程 序来说重要的是在确定负载需求在各个电厂间的最佳分配时，除考虑到污染控制成本之外 还要考虑到污染控制信用量。
【发明内容】
[0010] 根据本发明的一个方面，提供一种用于优化具有多个发电设备的发电系统的运行 的方法，该方法包括以下步骤：获得该发电系统的目标函数，其中该目标函数提供作为多个 变量的函数的发电系统运行成本，所述多个变量包括多个发电设备中至少一个的负载设定 点和污染控制设定点；获得该发电系统的多个运行约束条件；以及在该发电系统的多个运 行约束条件内获得该目标函数的最优解。
[0011] 本发明还提供一种具有多个发电设备的发电系统的运行方法，该方法包括以下步 骤：接收指定该发电系统的负载需求函数和排放配额的运行指令；确定该发电系统的目标 函数，其中该目标函数指定作为包括多个发电设备中至少一个的负载设定点和污染控制设 定点的多个变量的函数的电厂运行条件；以及确定该目标函数的最优解以产生在该发电系 统产生的总排放物低于排放配额时，使该发电系统满足该负载需求函数的多个发电设备的 运行设定点。
[0012] 根据本发明的另一方面，提供一种用于优化具有多个发电设备的发电系统的运行 的经济分析系统，该经济分析系统包括：适于存储该发电系统的目标函数的第一模块，其中 该目标函数提供作为多个变量的函数的发电系统运行成本，所述多个变量包括多个发电设 备中至少一个的负载设定点和污染控制设定点；适于存储该发电系统的多个运行约束条件 的第二模块；适于在该发电系统的多个运行约束条件内获得该目标函数的最优解的第三模 块。
[0013] 根据本发明再一方面，提供一种发电系统，包括：多个发电设备；适于获得多个发 电设备的负载需求的第一模块；适于获得多个发电设备的排放配额的第二模块；适于获得 该发电系统的目标函数的第三模块，其中该目标函数提供作为多个变量的函数的发电系统 运行成本，所述多个变量包括多个发电设备中至少一个的负载设定点和污染控制设定点； 适于获得该发电系统的多个运行约束条件的第四模块；以及第五模块，适于获得该目标函 数的最优解，以便当发电设备按照最优解运行时，多个发电设备满足该负载需求并且多个 发电设备的总排放输出低于该排放配额。
【附图说明】
[0014] 本专利虽通过实例进行图解，但是并不为附图所限制，附图中相同的参考标号标 识类似的部件，其中包括：
[0015] 图1是实例配电系统的框图；
[0016] 图2是图1的配电系统中电网的框图；
[0017] 图3是图2的电网使用的经济调度程序的流程图；
[0018] 图4是由图3的电网接收的负载需求函数；
[0019] 图5是具有多个发电单元的电力网络的框图；
[0020] 图6是由图5的电力网络接收的负载需求函数；
[0021] 图7是图5的电力网络的发电设备的各种热耗率曲线；
[0022] 图8是用于图5的电力网络的发电设备的最优负载设定点；
[0023] 图9是用于图5的电力网络的发电设备的最优洗涤器设定点。
【具体实施方式】
[0024] -般来说，用于在各个电厂间分配发电系统的负载需求的经济调度程序，以降低 或者优化包括污染控制成本在内的发电系统总运行成本的方式，来确定各种电厂中每一个 的运行设定点和污染控制设定点。经济调度程序包括作为负载分配中的决策变量的各种电 厂的负载设定点和污染控制设定点。经济调度程序还将各个电厂的污染控制成本纳入考虑 之列，其中各种电厂的污染控制成本可以是电厂污染控制系统所使用的试剂的成本和电厂 污染控制系统所产生的废物的成本的因素。可选地，经济调度程序在分配负载需求时，可将 各种电厂可用的污染信用量纳入考虑之列，其中此类污染控制信用量可在污染控制信用交 易市场购入或售出。
[0025] 图1图解了配电系统10,其具有连接到负载网14、公用电站（utility)网16和 18、及另一电网20的电网12。电网12可以接收来自公用电站网16和18以及电网20的电 能，并且可以传输电能给负载网14。负载网14可提供电能给各种使用诸如空调设备、电动 机、灯和电器之类耗电设备的工业和住宅消费者。公用电站网16和18可接收来自包括核 电厂、燃煤电厂等在内的多个不同电厂的电力。
[0026] 通常，电网12可由通信连接到位于公用电站网16和18上的各种远程计算机的电 网管理系统进行管理。该电网管理系统确定电网12上的总负载需求，并分配负载需求到公 用电站网16和18中的每一个。该电网管理系统可利用经济调度程序确定公用电站网16 和18间的负载分配和污染控制方案，其中经济调度程序使用从公用电站网16和18收集的 各种信息，包括公用电站网16和18使用的各种电厂的热耗率（heat rate)，以及各种电厂 的燃料成本、排放控制成本等。
[0027] 公用电站网18在图2中进一步图解为具有多个电厂22~30,其中电厂22~30中 的每一个都通信连接到提供负载调度指令给电厂22~30的经济调度模块32。电厂22~ 30可包括诸如核电