使用海洋掠食者优化器在燃料有限与可再生能源条件下的自治动态经济调度

在燃料短缺时保持供电

全球电力系统正面临压力：需求持续上升，燃料价格剧烈波动，社会强力推动减少污染。本文探讨了这一挑战核心的一个实用问题：当部分电厂突然燃料不足时，是否可以依靠太阳能、风能和更智能的控制软件，在保持电网安全与可负担的同时实现更清洁的运行？作者提出并测试了一种新的逐小时电厂调度方法，以便在燃料紧张时仍能保障居民和工业的用电供应。

燃料短缺为何威胁电网

现代电网高度依赖化石燃料发电站。当燃料充足时，电网调度员可以在满足技术约束（如机组爬坡速率）前提下，选择最低成本的机组组合来满足负荷。但现实中燃料交付可能被延迟或中断，不同发电机组也不会同时遭遇短缺。此前的研究大多假设燃料始终可得，将可再生能源主要视为降低成本与排放的手段。本工作着眼于一个被忽视但非常现实的问题：当部分机组面临燃料短缺时，如何在不牺牲可靠性的前提下运行电力系统。

具有灵活机组上下限的智能调度

作者在称为动态经济排放调度的框架上展开，该框架决定每个机组在全天每小时应发多少电，权衡燃料成本与污染。他们的关键创新是一种称为动态发电能力的技术。该方法不再将机组的最小和最大出力视为固定不变，而是随实际可用燃料量而变化。如果燃料稀缺，模型会自动收紧该机组的允许出力范围；如果燃料充足，则维持原来的上下限。这种灵活处理避免了要求机组输出超过其燃料支持能力的不切实际调度，并帮助优化过程仅在物理可行的区域内搜索解。

受自然启发的软件来引导系统

为了解决这一复杂的调度难题，研究比较了三种受自然行为启发的算法，模仿动物群体行为：海洋掠食者算法、海象优化算法以及广为人知的粒子群优化。三者都在满足技术与燃料约束的前提下，搜索24小时内机组出力的最优组合。在包含十台常规机组以及太阳能和风电场的系统上进行大量重复运行测试后，海洋掠食者方法始终找到略低成本且运行间差异更小的调度方案。这种一致性对必须信赖自动调度工具每天都能给出可靠答案的电网运营者至关重要，而不仅仅是偶尔如此。

可再生能源与燃料限制相遇时的结果

作者随后考察了四种现实的运行情景。第一种是燃料充足且无可再生能源的正常日，作为基准。第二种，他们对两台机组施加燃料短缺但允许动态发电能力，结果表明系统仍可通过在其他机组间重新分配出力来满足负荷，尽管成本和排放上升。第三种，加入太阳能和风电但对燃料短缺机组保持刚性上下限；在这种情况下，可再生能源降低了成本和污染，但在部分时段总发电量仍不足以满足需求，削弱了供电安全性。最后，当可再生能源与动态发电能力结合使用时，系统能满足全部需求、保持所有技术约束，并在与全燃料情形相比下降低燃料成本和排放。

对更清洁更安全电网的启示

简单来说，研究表明仅仅增加太阳能和风能并不能保证在燃料短缺期间的供电可靠。可再生能源的出力可能过于波动，无法独自弥补突发缺口。然而，灵活的机组约束与稳健的优化算法结合，能够最大限度地利用剩余燃料，同时让可再生能源尽可能承担负荷。在典型的一天内，这一策略可以降低总体燃料支出和排放，并仍然保持供电。对政策制定者和电网规划者而言，信息是：在设计有韧性、低碳电网时，智能调度工具和对燃料可得性进行现实建模，与建设新的清洁发电同样重要。

引用: Mohamed, M.I., Ali, A.F.M., Yousef, A.M. et al. Autonomous dynamic economic dispatch with limited fuel and renewable energy sources using marine predators optimizer. Sci Rep 16, 13518 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48247-2

关键词: 电力系统优化, 可再生能源整合, 燃料短缺, 经济调度, 电网可靠性