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随着特高压电网的建设和全国大联网的推进，我国电力系统的规模日趋庞大，电网结构的多样性以及各种新型输电技术的应用，大大增加了电力系统运行的复杂性。尤其是随着互联电网的发展、发电装机和负荷水平的迅速增长，以及节能发电和电力市场调度模式的即将实施，电网将运行在接近安全极限的状态下，电网潮流方式的变化将更加频繁、快速。
由于电能无法大规模存储，电力生产的发输配用要求即时平衡，调度计划的合理编制对满足未来不断变化的负荷需求、指导各成员预先安排生产计划、保障电网安全生产具有重要意义。由于调度计划具有高维度、离散、非凸和非线性优化特点，虽多年前就已成为电力科技工作者研究的热点，但一直未能取得实用突破。尤其是考虑电网安全约束的大规模电网调度计划优化，对计算性能提出了更高要求，成为影响我国调度计划业务发展的瓶颈，限制了调度计划精细化管理水平的提升。随着电网运行方式复杂程度地不断提高，传统计划编制方式无法全面考虑各种影响，调度计划对实际生产的指导能力不断下降。尤其是节能发电和电力市场模式下，各方对计划编制的公平性关注度空前提高，各级调度中心迫切需要提升现有调度计划管理手段，实现综合考虑系统平衡约束、机组运行约束、电网安全约束、环保约束，以节能发电、电力市场和年度电量进度跟踪为目标的安全经济一体化调度计划优化。
本文回顾国内外在调度计划领域的研究现状，分析当前面临的主要问题，以理论创新和实际应用为目标，建立安全经济一体化调度计划优化，即安全约束机组组合(Security Constrainted Unit Commitment，即SCUC)和安全约束经济调度(Security Constrained Economic Dispatch，即SCED)的数学模型，详细分析其成本模型、约束模型和优化目标。通过规模测试和实际算例测试，在对多种算法精度和性能分析的基础上，采用性能优越的混合整数规划算法用于发电计划优化。通过机组成本和优化目标建模，实现对节能发电、电力市场和年度电量进度跟踪等多目标模式的灵活支持。通过引入割平面和分支割平面技术，提升算法效率和实用性，对实际电网算例测试的结果表明，本文模型算法满足大规模电网对计算精度和计算性能的要求。
为提高算法效率，避免引入过多无效约束，本文提出优化计算与安全分析解耦的发电计划优化模型，并建立优化计算和安全分析子问题的分解协调模型。在优化计算中只考虑有效电网安全约束，并在安全分析中进行全网基态和预想故障分析，将新的越限反馈到优化计算，构造新的割平面。测试表明该模型能够快速提升计算效率，满足大规模电网实用要求。在安全分析中建立了交直流自适应校核模型，提出并行计算设计。通过快速故障扫描和并行计算，成数量级的提升了现有安全分析算法的计算性能。
考虑”年度电量进度跟踪调度”以年度平衡为目标，而日前安全约束调度则以日为计算周期。为此，本文提出针对“年度电量进度跟踪调度”的两种优化建模方案。方案一采用全周期变时段优化建模，滚动计算年度剩余周期的发电计划，根本解决“年度电量进度跟踪调度”模式下的安全经济一体化发电计划优化。但其缺点是数据需求量大，实际应用受限。方案二提出两阶段优化模型，阶段一不考虑电网安全，在全周期范围内以电量进度相近为目标确定期望计划：阶段二则以初始计划为目标，以SCUC/SCED为基础实现安全经济一体化发电计划优化。方案二的模型更适合我国电网调度现状，并取得实际应用。
为提升算法的鲁棒性，实现在日前、日内、实时多周期调度生产中的广泛应用，本文提出并建立发电计划松弛约束模型。对发电量约束、环保约束、电网安全约束，甚至对机组爬坡速率、最大出力等约束进行松弛，确保算法稳定可靠收敛，为计划和调度运行人员提供可靠的技术支撑。同时，引入火电、水电和联合循环等多构电源的联合优化模型，实现多构电源的协调优化。此外，还提出一套完整的约束冲突校验算法和发电计划实用化修正算法，自动剔除错误约束，提升算法实用性能.
在检修计划安全评估和优化决策中，相应发电计划的合理性对评估结果的可信度影响显著，由于传统的检修计划评估工具中并不具备发电计划优化能力，检修计划安全评估和优化决策的精细化水平很低，不适应大电网发展的需求。在对检修优化研究现状分析的基础上，本文提出年月日各周期检修计划的静态、暂态多维度安全分析框架。在定性安全分析基础上，进一步提出以负荷供应充裕度为指标的检修计划量化安全评估模型，并根据安全分析、裕度评估和专家经验进行检修优化辅助决策。将发电计划优化模型应用到检修计划评估后，提升了检修计划评估和优化的实用性。
在多目标安全经济一体化调度计划模型算法研究成果的基础上，提出安全经济一体化调度计划系统方案设计，详细论述调度计划系统的架构、应用功能，并在代表我国先进水平的网省公司投入应用。案例研究和应用效果表明，研究成果符合我国电网调度实际，为实现安全经济一体化调度计划的精细化管理提供了坚强技术支撑，满足大规模、多时段、多目标、多约束调度计划优化编制的实用化需求，具有广泛的应用前景。