ارزیابی تأثیر هزینه‌های راه‌اندازی و خروج واحدهای برقآبی بر برنامه‌ریزی تولید انرژی الکتریکی در سیستم آبی- حرارتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز

چکیده

یکی از مهمترین مؤلفه‌های تأثیرگذار بر هزینه بهره‌برداری، هزینه‌های راه‌اندازی و خروج واحدهای نیروگاهی است. در مورد واحدهای سوخت فسیلی، این هزینه متناسب با میزان سوختی که در زمان روشن شدن واحد از لحظه راه‌اندازی تا لحظه سنکرون شدن واحد مصرف می‌شود، به عنوان ملاک عمل قرار می‌گیرد. در مورد واحدهای آبی، به دلیل عدم وابستگی ورود و یا خروج واحد به سوخت فسیلی، این هزینه‌ها در نظر گرفته نمی‌شود. با این حال، افزایش تعداد دفعات راه‌اندازی و خروج واحدهای آبی منجر به افزایش استهلاک تجهیزات نیروگاه، به طور خاص استاتور واحد، شده و در نتیجه لازم است هزینه‌های مرتبط با آن محاسبه شده و در برنامه‌ریزی تولید مورد توجه قرار گیرد. در این مقاله، موضوع ارزیابی هزینه‌های راه‌اندازی و خروج مکرر واحدهای آبی، در مسئله برنامه‌ریزی تولید کوتاه مدت مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور، مسئله بهره‌برداری از واحدهای برقآبی در قالب یک مسئله بهینه‌سازی مختلط با عدد صحیح غیرخطی توصیف شده است. متغیرهای تصمیم این مسئله، تعیین نقطه کار بهینه واحدهای تولید آبی و حرارتی در افق برنامه‌ریزی است. به منظور ارزیابی مدل پیشنهادی، از یک شبکه آزمون استاندارد شامل 9 واحد حرارتی و یک واحد آبی از نوع سد مخزنی استفاده شده است. سناریوهای مختلفی به منظور ارزیابی نقش هزینه راه‌اندازی و خروج واحدهای آبی، متناسب با میزان استهلاک تجهیزات نیروگاه، در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد، که در نظر گرفتن هزینه‌های یاد شده، می‌تواند الگوی بهره‌برداری را تغییر داده و می‌تواند تعداد دفعات راه‌اندازی واحد را به نصف نیز کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation the Effects of Hydroelectric Generation Units’ Start-Up and Shut-Down Cost on Hydro-Thermal Generation Scheduling Problem

نویسنده [English]

  • Mohammad Sadegh Javadi
Department of Electrical Engineering, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz, Iran
چکیده [English]

One of the most important issues affects the generation scheduling problem is consideration of start-up and shut-down costs of generation units. The amount of consumed fuel by a thermal unit from starting up until synchronization with power grid has been considered as the start-up cost. However, for a hydroelectric generating unit, the start-up and shut-down costs have been neglected. Meanwhile, the degradation of equipment due to frequent start-up and shut-down actions for such units are considerable. In this paper, a fair methodology for estimation of these costs is provided and the effects of implementing these costs in the generation scheduling problem are studied by implementing a mixed-integer non-linear programming framework. The decision variables in this framework are determination of operating points of all generation units in the planning horizon. Also, determination of start-up and shut-down actions for such generating units are considered as control variables of the optimization problem. In order to evaluate the effectiveness of the proposed model, a typical hydro-thermal test system is accepted including 9 thermal units and one hydroelectric ones. Different scenarios are evaluated in this paper to assess the effects of start-up and shut-down costs in the short term planning. The simulation results confirmed that consideration of these costs can dramatically reduce the total start and stop actions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Generation Scheduling Problem
  • Mixed-Integer Non-Linear Optimization
  • Start-up and Shut-down Cost
  • Hydroelectric Units

Basu M (2010) Economic environmental dispatch of hydrothermal power system. Electrical Power and Energy Systems 32:711-720

U.S. Department of Energy, Western Area Power Administration and U.S. Department of the Interior, U.S. Bureau of Reclamation (2006) Replacements: Units, Service Lives

Power Resources Office (2012) Hydropower O&M costs from Increased wind generation: Task #1 Literature Search & Report

Chang G W, Aganagic M, Waight J G, Medina J, Burton T, Reeves S, Christoforidis M (2001) Experiences with mixed integer linear programming based approaches on short-term hydro scheduling. IEEE Trans. Power Syst., 16(4):743-749

CETAI (2016) Stator Winding insulation life expectancy and start/stop related aging. CEA Technologies Inc. (CEATI). Hydraulic Plant Life Interest Group (HPLIG)

Denver Federal Center, Technical Service Center (2009) Effects of duty cycle and stop/starts on hydropower. U.S. Department of the Interior

Delarue E, Cattrysse D, D'haeseleer W (2013) Enhanced priority list unit commitment method for power systems with a high share of renewables. Electric Power Systems Research 105:115-123

EPRI (2001a) Damage to powerplants due to cycling. California

EPRI (2001b) Hydropower technology roundup report: accommodating wear and tear effects on hydroelectric facilities operating to provide ancillary services: TR-113584-V4. California

Finardi E C, Silva E L d, Sagastizabal C (2005) Solving the unit commitment problem of hydropower plants via lagrangian relaxation and sequential quadratic programming. Computational & Applied Mathematics 24:317-342

Gorgizadeh S, Akbari Foroud A, Amirahmadi M (2012) Strategic  bidding  in  a  pool-based  electricity  market  under load forecast uncertainty. Iranian Journal of Electrical & Electronic Engineering 8(2):164-176

Helseth A, Gjelsvik A, Mo B, Linnet U (2013) A model for optimal scheduling of hydro thermal systems including pumped-storage and wind power. IET Generation, Transmission & Distribution 7(12):1426-1434

Iran Grid Management Company (IGMC) (2017) Generation units' start-up and shut-down cost executive regulatory. Iran Regulatory Entity (No. 207). Tehran, Iran (In Persian)

Javadi M S, Meskarbashi A, Azami R, Hematipour G, Javadinasab A (2011) Emission controlled security constrained unit commitment considering hydro-thermal generation units. International Review of Modeling and Simulation IREMOS 4(6):3243-3250

Kang C, Guo M, Wang J (2017) Short-term hydrothermal scheduling using a two-stage linear programming with special ordered sets method. Water Resources Management 31(11):3329-3341

Martin B, Deon M, Ron K, Larry K, Dave C, Tom R, Ron C, Janice B, Farrell W (1999) A method for calculating production costs for ancillary generation services. Paper presented at the Waterpower '99

McCalman K (2009) Mt. elbert start/stop costs and ongoing integration cost studies. Paper presented at the Slide presentation at the National Hydropower Association 2009 Annual Conference

Nezhad A E, Rahimi E (2014) Applying augmented ε-constraint approach and lexicographic optimization to solve multi-objective hydrothermal generation scheduling considering the impacts of pumped-storage units. International Journal of Electrical Power & Energy Systems 55:195-204

Nilsson O, Sjelvgren D (1997) Hydro unit start-up costs and their impact on the short term scheduling strategies of Swedish power producers. IEEE Trans. Power Syst., 12(1):38-44

Nourali Z, Mousavi S J, Shiri Gheidari S (2018) Optimization of multipurpose reservoir systems operation using cellular automata. Iran-Water Resources Research 14(1):80-91(In Persian)

Reza Norouzi M, Ahmadi A, Esmaeel Nezhad A, Ghaedi A (2014) Mixed integer programming of multi-objective security-constrained hydro/thermal unit commitment. Renewable and Sustainable Energy Reviews 29:911-923

Simab M, Javadi M S, Nezhad A E (2018) Multi-objective programming of pumped-hydro-thermal scheduling problem using normal boundary intersection and VIKOR. Energy 143(Supplement C):854-866

Wood A J, Wollenberg B F (1996) Power generation, operation and control. New York: John Wiley & Sons

Yuan L, Zhou J, Mai Z, Li Y (2017) Random fuzzy optimization model for short-term hydropower scheduling considering uncertainty of power load. Water Resources Management 31(9):2713-2728

Yuan X, Cao B, Yang B, Yuan Y (2008) Hydrothermal scheduling using chaotic hybrid differential evolution. Energy Conversion and Management 49(12):3627-3