一種市場環(huán)境下電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種市場環(huán)境下電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化方法。本發(fā)明包括步驟如下：獲取各個(gè)發(fā)電商數(shù)據(jù)；建立市場環(huán)境下電網(wǎng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化模型；對模型的機(jī)組出力變量和機(jī)組檢修變量進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼，對模型中的機(jī)組在線狀態(tài)變量和機(jī)組啟動狀態(tài)變量進(jìn)行0-1二進(jìn)制編碼，并將其從自變量轉(zhuǎn)化成為由機(jī)組出力變量和機(jī)組檢修變量所表示的因變量；對機(jī)組出力變量和機(jī)組檢修變量進(jìn)行初始化；將得到的變量初始化值作為快速非支配排序法的種群初始化輸入進(jìn)行求解，得到最優(yōu)解集；采用多目標(biāo)決策方法從得到的最優(yōu)解集中確定最終的機(jī)組檢修及出力方案。本發(fā)明執(zhí)行簡單、可擴(kuò)展性強(qiáng)，可用于求解不同目標(biāo)函數(shù)和約束條件的多目標(biāo)檢修優(yōu)化模型。
【專利說明】-種市場環(huán)境下電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)優(yōu)化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力市場環(huán)境下，發(fā)電機(jī)組檢修計(jì)劃的安排與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)檢修計(jì)劃安排有著很 大的不同。電力市場環(huán)境下，各個(gè)發(fā)電商追求自己利益的最大化，同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，如電 力調(diào)度中心，需要保證系統(tǒng)的安全可靠。發(fā)電商希望將自己的機(jī)組安排在低電價(jià)時(shí)段進(jìn)行 檢修，而系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)則希望在低負(fù)荷時(shí)段安排機(jī)組檢修，由于低電價(jià)時(shí)段與低負(fù)荷時(shí)段 并不完全一致，故而發(fā)電商和系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)在安排機(jī)組檢修時(shí)段方面存在著沖突關(guān)系；另 一方面，由于低負(fù)荷時(shí)段能夠安排的最大檢修機(jī)組數(shù)以及檢修容量是有限的，故而各個(gè)發(fā) 電商之間的利益也存在著沖突關(guān)系?，F(xiàn)有的檢修計(jì)劃調(diào)整機(jī)制一般為：各個(gè)發(fā)電商向系統(tǒng) 運(yùn)行機(jī)構(gòu)提交檢修計(jì)劃方案，系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)通過一定機(jī)制，如激勵(lì)/懲罰機(jī)制，意愿支付機(jī) 制等，來修改發(fā)電商的檢修計(jì)劃以達(dá)到系統(tǒng)安全可靠與發(fā)電商利益之間的折衷。這種機(jī)制 能夠達(dá)成一個(gè)讓各方，含發(fā)電商和系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，都滿意的檢修方案，但忽略了對各方之間 的沖突關(guān)系的研究，沒能全面地了解各方之間的關(guān)系。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種市場環(huán)境下電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修 優(yōu)化方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
[0005] 步驟⑴獲取各個(gè)發(fā)電商發(fā)電費(fèi)用系數(shù)數(shù)據(jù)CMj，Cnj，C 2ij，單位是$/MW ;檢修費(fèi)用 系數(shù)數(shù)據(jù)，單位是$/MW ;機(jī)組啟動費(fèi)用數(shù)據(jù)Cf，單位是$ ;機(jī)組容量數(shù)據(jù)巧；：'#；："，單 位是麗；負(fù)荷數(shù)據(jù)PD (t，s)，單位是MW，及市場電價(jià)數(shù)據(jù)λ (t，s)，單位是$/MWh ;
[0006] 步驟（2)建立市場環(huán)境下電網(wǎng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化模型；
[0007] 步驟（3)對步驟（2)中所述模型的機(jī)組出力變量和機(jī)組檢修變量進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼， 對所述模型中的機(jī)組在線狀態(tài)變量和機(jī)組啟動狀態(tài)變量進(jìn)行0-1二進(jìn)制編碼，然后將機(jī)組 在線狀態(tài)變量和機(jī)組啟動狀態(tài)變量從自變量轉(zhuǎn)化成為由機(jī)組出力變量和機(jī)組檢修變量所 表示的因變量；
[0008] 步驟（4)對多目標(biāo)檢修優(yōu)化模型中的機(jī)組出力變量和機(jī)組檢修變量進(jìn)行初始化；
[0009] 步驟（5)采用步驟⑷中得到的變量初始化值作為快速非支配排序法的種群初始 化輸入，并采用NSGA-II對上述多目標(biāo)檢修優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到最優(yōu)解集；
[0010] 步驟（6)采用多目標(biāo)決策方法，從得到的最優(yōu)解集中確定最終的機(jī)組檢修及出力 方案。
[0011] 步驟（2)所述優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)包括以下3類：各個(gè)發(fā)電商的收益最大化函數(shù)、 系統(tǒng)可靠性最大化函數(shù)、系統(tǒng)總發(fā)電費(fèi)用最小化函數(shù)；
[0012] 所述優(yōu)化模型的約束條件包括以下5類：系統(tǒng)備用高于系統(tǒng)所需的最小備用值、 發(fā)電機(jī)組總出力與系統(tǒng)負(fù)荷平衡、同時(shí)檢修機(jī)組數(shù)小于上限值、發(fā)電機(jī)組出力處于其額定 出力范圍內(nèi)、機(jī)組不可同時(shí)處于檢修和在線兩種狀態(tài)；
[0013] 第i個(gè)發(fā)電商的收益目標(biāo)函數(shù)表示為Pf(i)，其表達(dá)式如式（1)所示：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種市場環(huán)境下電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟（1)獲取各個(gè)發(fā)電商發(fā)電費(fèi)用系數(shù)數(shù)據(jù)
，單位是$/MW;檢修費(fèi)用系數(shù) 數(shù)據(jù)·
，單位是
；機(jī)組啟動費(fèi)用數(shù)據(jù)
，單位是
：機(jī)組容量數(shù)據(jù)
，單位是 麗；負(fù)荷數(shù)據(jù)？1)^8)，單位是麗，及市場電價(jià)數(shù)據(jù)\^8)，單位是$/麗11; 步驟（2)建立市場環(huán)境下電網(wǎng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化模型； 步驟（3)對步驟（2)中所述模型的機(jī)組出力變量和機(jī)組檢修變量進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼，對所 述模型中的機(jī)組在線狀態(tài)變量和機(jī)組啟動狀態(tài)變量進(jìn)行0-1二進(jìn)制編碼，然后將機(jī)組在線 狀態(tài)變量和機(jī)組啟動狀態(tài)變量從自變量轉(zhuǎn)化成為由機(jī)組出力變量和機(jī)組檢修變量所表示 的因變量； 步驟（4)對多目標(biāo)檢修優(yōu)化模型中的機(jī)組出力變量和機(jī)組檢修變量進(jìn)行初始化； 步驟（5)采用步驟（4)中得到的變量初始化值作為快速非支配排序法的種群初始化輸 入，并采用NSGA-II對上述多目標(biāo)檢修優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到最優(yōu)解集； 步驟（6)采用多目標(biāo)決策方法，從得到的最優(yōu)解集中確定最終的機(jī)組檢修及出力方 案。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種市場環(huán)境下電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化方法，其特征在于步 驟（2)所述優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)包括以下3類：各個(gè)發(fā)電商的收益最大化函數(shù)、系統(tǒng)可靠性 最大化函數(shù)、系統(tǒng)總發(fā)電費(fèi)用最小化函數(shù)； 所述優(yōu)化模型的約束條件包括以下5類：系統(tǒng)備用高于系統(tǒng)所需的最小備用值、發(fā)電 機(jī)組總出力與系統(tǒng)負(fù)荷平衡、同時(shí)檢修機(jī)組數(shù)小于上限值、發(fā)電機(jī)組出力處于其額定出力 范圍內(nèi)、機(jī)組不可同時(shí)處于檢修和在線兩種狀態(tài)； 第i個(gè)發(fā)電商的收益目標(biāo)函數(shù)表示為pf(i)，其表達(dá)式如式（1)所示：
式（1)中，h表示第i個(gè)發(fā)電商的機(jī)組集合；
表示第i個(gè)發(fā)電商的第j臺機(jī)組 在時(shí)段t子時(shí)段s的有功出力；T(t，s)表示時(shí)段t子時(shí)段s的時(shí)間長，單位是小時(shí)；yu(t，s) 表示機(jī)組的啟動狀態(tài)，若yu(t，s) = 1表示第i個(gè)發(fā)電商的第j臺機(jī)組在時(shí)段t子時(shí)段s 的開始時(shí)刻啟動，若yij(t, s) = 0則無啟動；Xu表示第i個(gè)發(fā)電商的第j臺機(jī)組檢修開始 周；表示第i個(gè)發(fā)電商的第j臺機(jī)組連續(xù)檢修時(shí)長，單位是周Γ
表示第i個(gè)發(fā)電商 的第j臺機(jī)組的最大容量；V表示邏輯或；其中i和j為自然數(shù);m為整數(shù)；T表示總的時(shí)段 數(shù)；N表示總的子時(shí)段數(shù)； 時(shí)段t子時(shí)段s的可靠性指標(biāo)I (t，s)表示為凈備用除以毛備用，毛備用由所有機(jī)組的 容量和減去系統(tǒng)負(fù)荷得到，凈備用由毛備用減去檢修中機(jī)組的容量得到，如式（2)所示，系 統(tǒng)可靠性目標(biāo)函數(shù)由所有子時(shí)段的可靠性指標(biāo)I(t，s)取平均得到，如式（3)所示；
式（2)中，PD (t，s)表示時(shí)段t子時(shí)段s的系統(tǒng)負(fù)荷； 系統(tǒng)總發(fā)電費(fèi)用目標(biāo)函數(shù)表示為tc，其表達(dá)式如式（4)所示：
系統(tǒng)備用約束條件如式（5)所示：
式（5)中，Rmin(t，s)表示時(shí)段t子時(shí)段s系統(tǒng)所需的最小備用； 最大同時(shí)檢修機(jī)組數(shù)約束條件如式（6)所示：
(6) 式（6)中，Ni(t)表示第i個(gè)發(fā)電商在時(shí)段t所允許的最大同時(shí)檢修機(jī)組數(shù)； 機(jī)組出力約束條件如式（7)所示：
(7) 式（7)中，巧Γ1表示機(jī)組在線時(shí)的出力下限，Vij(t，s)表示在線狀態(tài)變量，在線為1，不 在線為〇 ; 機(jī)組檢修時(shí)不可在線約束如式（8)所示：
(8) 系統(tǒng)功率平衡約束條件如式（9)所示：
(9)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種市場環(huán)境下電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化方法，其特征在于步 驟（3)具體包括如下步驟： 3-1.機(jī)組出力變量-
采用實(shí)數(shù)編碼； 3-2.機(jī)組檢修變量&采用實(shí)數(shù)編碼，然后取整，&代表第i個(gè)發(fā)電商的第j臺機(jī)組 檢修開始周，檢修持續(xù)時(shí)長由Du表示； 3-3.機(jī)組在線狀態(tài)變量vu(t，s)由機(jī)組出力變量表示，由自變量轉(zhuǎn)化成為因變量，如 式（10)所示：
(10) 3- 4.機(jī)組啟動狀態(tài)變量yij(t，s)可由在線狀態(tài)變量Vij(t，s)表示，由自變量轉(zhuǎn)化成為 因變量，如式（11)所示：
4.如權(quán)利要求1所述的一種市場環(huán)境下電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化方法，其特征在于步 驟（4)所述的初始化方案如下： 4- 1.機(jī)組檢修初始化子程序由以下6個(gè)步驟組成： 4-1-1.輸入數(shù)據(jù)np和gidx，令t = 0, j = 0 ;其中np為所有發(fā)電商的機(jī)組數(shù)之和，數(shù) 組gidx為機(jī)組按照最大容量值從大到小排序得到的機(jī)組編號順序； 4-1-2.假設(shè)機(jī)組gidx[j]處于檢修，判斷式（5)所示的備用約束及式（6)所示的最大 同時(shí)檢修機(jī)組數(shù)約束是否同時(shí)滿足；若式（5)和式（6)同時(shí)都成立，則令機(jī)組gidx[j]進(jìn)行 檢修；若式（5)和式（6)至少有一個(gè)不成立，則令機(jī)組gidx [j]不進(jìn)行檢修； 4-1-3.令 j = j+Ι ; 4-1-4.判斷j〈np是否成立，若不成立則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4-1-6 ;若成立則令t = t+1 ; 4-1-5.判斷t〈T是否成立，若成立則執(zhí)行步驟4-1-2 ;若不成立則執(zhí)行步驟4-1-6 ;其 中T為檢修計(jì)劃考慮的總周數(shù)； 4-1-6.返回子檢修方案，結(jié)束檢修初始子程序； 4-2.機(jī)組出力初始化子程序由以下6個(gè)步驟組成： 4-2-1.令所有機(jī)組出力為0,令j = 0 ; 4-2-2.令 k = 0 ; 4-2-3.做判斷，若機(jī)組pine [k]處于檢修中，則執(zhí)行步驟4-2-4;若機(jī)組pine [k]不處 于檢修中，則執(zhí)行步驟4-2-5 ; 4-2-4.令k = k+Ι ;做判斷，若k〈ng成立則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4-2-3,若k〈ng不成立則執(zhí) 行步驟4-2-6 ; 4-2-5.假設(shè)機(jī)組pinc[k]的出力處于其出力上限，做判斷，若所有機(jī)組出力和大于負(fù) 荷，則減小機(jī)組pinc[k]使得式（9)所示的功率平衡約束得到滿足，執(zhí)行步驟4-2-6;若所 有機(jī)組出力和不大于負(fù)荷，則使機(jī)組pine [k]處于其出力上限，執(zhí)行步驟4-2-4 ; 4-2-6. j = j+Ι ;做判斷，若j〈nday成立，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4-2-2 ;若j〈nday不成立，貝丨J 返回機(jī)組出力方案，結(jié)束機(jī)組出力初始化子程序； 其中，nday為檢修計(jì)劃考慮的總天數(shù)，其值為T乘以7 ;數(shù)組pine為機(jī)組按照機(jī)組平 均能耗值從小到大排序得到的機(jī)組編號順序； 4-3.得到機(jī)組檢修初始化方案和機(jī)組出力初始化方案由以下7個(gè)步驟組成： 4-3-1.對1到I進(jìn)行排列組合，則排列組合方案數(shù)共有為7種，對每一種排列組合方案 執(zhí)行步驟4-3-2到步驟4-3-6 ; 4-3-2.將排列組合方案記為d i2,…，ik,…，ij，ik表不第ik個(gè)發(fā)電商； 4-3-3.令 k = 1 ; 4-3-4.記第ik個(gè)發(fā)電商擁有的機(jī)組數(shù)為np，將這些機(jī)組按照機(jī)組最大容量值從大到 小進(jìn)行排序，得到的機(jī)組編號順序放在數(shù)組gidx中；調(diào)用機(jī)組檢修初始化子程序，記錄得 到的機(jī)組檢修初始化方案； 4-3-5.令k = k+Ι ;做判斷，若k < I，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4-3-4 ;若k > I，則執(zhí)行步驟 4-3-6 ； 4-3-6.將步驟4-3-4得到的I個(gè)機(jī)組檢修初始化方案合并得到所有機(jī)組的檢修初始化 方案； 4- 3-7.調(diào)用機(jī)組出力初始化子程序，得到機(jī)組出力初始化方案。
5.如權(quán)利要求1所述的一種市場環(huán)境下電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化方法，其特征在于所 述的快速非支配排序法，包括以下7個(gè)步驟： 5- 1.生成初始化種群，種群中個(gè)體數(shù)為N_，該初始化種群由兩部分組成，第一部分為 步驟（4)中所述的4種機(jī)組檢修及出力初始化方案；第二部分隨機(jī)生成：將機(jī)組檢修變量 設(shè)為1到T-1間的隨機(jī)生成的一個(gè)整數(shù)，將機(jī)組出力變量設(shè)為機(jī)組出力下限和機(jī)組出力上 限間隨機(jī)生成的一個(gè)實(shí)數(shù)； 5-2.用當(dāng)前種群Pg通過選擇、交叉和變異這3個(gè)遺傳算子生成子代種群Qg，合并當(dāng)前 種群Pg和子代種群Qg得到混合種群Rg = Pg U Qg; 5-3.對&采用表1所示的快速非支配排序法得到一系列帕累托前沿，記為F = {F" F2, F3,…，F(xiàn)n}; 5-4.從Rg中通過如下方式選擇N_個(gè)個(gè)體作為下一代種群Pg+1 :若帕累托前沿匕中元 素個(gè)數(shù)小于N_，則Fl中的所有元素都放入Pg+1中；接著比較下一個(gè)帕累托前沿F 2，若集合 Pg+1 U F2中的元素個(gè)數(shù)小于N_，則匕中的所有元素也都放入Pg+1 ;以此類推，直至出現(xiàn)一個(gè) 帕累托前沿Fk，其中ke {1，2,3,…，n}，使集合Pg+1UFk中的元素個(gè)數(shù)大于N_，則如表2 所示計(jì)算F k中每個(gè)元素的擁擠度I，對所以的擁擠度I從大到小排列，排列結(jié)果置于Γ k 中，取 F' k 中的前 N_-1 Pg+11 個(gè)元素放入 Pg+1 中，SP Pg+1 = Pg+1 U F' k[l: (N_-1 Pg+11)]; 5-5.用下一代種群Pg+1通過選擇、交叉和變異這3個(gè)遺傳算子生成下一代子代種群 Qg+1，合并下一代種群Pg+1和下一代子代種群Qg+1，得到下一代混合種群R g+1 = Pg+1 U Qg+1 ; 5-6.循環(huán)執(zhí)行步驟5-3到5-5,直至達(dá)到最大循環(huán)次數(shù)； 5-7.輸出最大循環(huán)次數(shù)時(shí)的種群Pg+1，即為最優(yōu)解集； 其中，|Pgl表示集合Pg*元素的個(gè)數(shù)，Pg+1 U Fi表示Pg+1與Fi的并集； 表1快速非支配排序法程序偽碼表
表1中，符號<的說明，以多目標(biāo)最小化為例，即目標(biāo)函數(shù)越小越好：q < P成立的條件 是，當(dāng)且僅當(dāng)對任一個(gè)i e {1，2，···，ΝΛ」}都有且至少存在一個(gè)j e {1，2,…，Ν_} 使 ff < // ·， 表2計(jì)算擁擠度程序偽碼表
6.如權(quán)利要求1所述的一種市場環(huán)境下電力系統(tǒng)多目標(biāo)檢修優(yōu)化方法，其特征在于步 驟（6)所述的多目標(biāo)決策方法采用逼近于理想值的排序方法，具體分為5個(gè)步驟： 6-1.首先，計(jì)算標(biāo)幺化的加權(quán)決策矩陣Vij :
(12) 其中，t為最優(yōu)解集中的第j個(gè)解的第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)值，

為多目標(biāo)優(yōu)化中目標(biāo)的個(gè)數(shù)，J為最優(yōu)解集中解的個(gè)數(shù)，
6-2.分別計(jì)算最理想點(diǎn)
和最不理想點(diǎn)
，其中，
6-3.分別計(jì)算每一個(gè)最優(yōu)解到最理想點(diǎn)的距離D+和到最不理想點(diǎn)的距離ΙΓ:
6-4.計(jì)算每個(gè)最優(yōu)解的距離比
6-5.將&最大的最優(yōu)解選擇為最終的機(jī)組檢修及出力方案。
【文檔編號】G06Q10/04GK104217255SQ201410442784
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】詹俊鵬, 郭創(chuàng)新, 李志
申請人:浙江大學(xué)