專利名稱：一種高效求解含有交流潮流的機(jī)組組合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電カ系統(tǒng)的運(yùn)行、分析與調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效求解含有交流潮流的機(jī)組組合方法。
背景技術(shù)：
如何在確保電網(wǎng)安全的前提下提高系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性一直是電網(wǎng)短期發(fā)電計(jì)劃的核心內(nèi)容。傳統(tǒng)上，按照時(shí)間尺度的不同，將電カ系統(tǒng)的優(yōu)化問題分解為電源規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃、發(fā)電計(jì)劃、機(jī)組組合、最優(yōu)潮流、暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)防控制、緊急控制等等多個(gè)子問題，分別加以獨(dú)立求解。如機(jī)組組合問題，是指在一定的調(diào)度周期內(nèi)(通常是一天或一周)，在假定負(fù)荷已知的情況下(如通過負(fù)荷預(yù)測(cè))，如何以最小的成本安排發(fā)電計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)與給定負(fù)荷的平衡并滿足必要的約束條件和備用要求；而最優(yōu)潮流問題，是指在負(fù)荷和機(jī)組啟停情況已 知的情況下，如何通過調(diào)整機(jī)組出力和其他可控設(shè)備來滿足電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的各種物理和運(yùn)行約束，以得到一個(gè)經(jīng)濟(jì)的潮流狀態(tài)。機(jī)組組合與最優(yōu)潮流之間的關(guān)系參見附圖3.
傳統(tǒng)上的機(jī)組組合模型不考慮交流潮流，因此問題相對(duì)簡(jiǎn)單，但是由于機(jī)組組合問題和最優(yōu)潮流問題實(shí)際上是相互耦合，相互影響的，而分別獨(dú)立求解的做法完全無視兩者之間的緊密耦合關(guān)系，這導(dǎo)致分別求得的最優(yōu)方案經(jīng)濟(jì)性差或所求的最優(yōu)運(yùn)行方式無法確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此急需ー種能同時(shí)考慮，同時(shí)優(yōu)化機(jī)組組合和最優(yōu)潮流這兩個(gè)問題的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了在機(jī)組組合過程中能同時(shí)考慮最優(yōu)潮流，從而能對(duì)這兩個(gè)問題進(jìn)行整體的優(yōu)化，提高結(jié)果的最優(yōu)性和可行性。為此，本發(fā)明提供了一種高效求解含有交流潮流的機(jī)組組合方法。該方法通過運(yùn)用變量復(fù)制、擴(kuò)展拉格朝日松弛法和輔助問題原理等技術(shù)手段，將含有交流潮流的機(jī)組組合問題解耦開，利用并行計(jì)算技術(shù)，大幅度提高求解速度。本發(fā)明包括如下步驟
第一歩接收電網(wǎng)機(jī)組調(diào)度中心得出的系統(tǒng)在接下來24小時(shí)的負(fù)荷需求數(shù)據(jù)；根據(jù)各個(gè)發(fā)電廠上報(bào)的機(jī)組特性數(shù)據(jù)得出各個(gè)機(jī)組的特性約束；
第二步對(duì)電カ系統(tǒng)的機(jī)組組合問題進(jìn)行建模，根據(jù)運(yùn)行要求選擇目標(biāo)函數(shù)和約束條件，包括等式約束條件和不等式約束條件，構(gòu)成混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題；
目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)整體費(fèi)用最?。坏仁郊s束為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率平衡約束；不等式約束包括系統(tǒng)備用約束，機(jī)組最大最小出力約束，機(jī)組爬坡約束，最小啟停機(jī)時(shí)間約束，線路潮流約束和節(jié)點(diǎn)電壓約束；
第三歩運(yùn)用變量復(fù)制技術(shù)、擴(kuò)展拉格朗日松弛法以及輔助問題原理對(duì)原問題進(jìn)行解耦，將其分解為兩個(gè)子問題；
包括如下步驟(1)運(yùn)用變量復(fù)制技術(shù)，將原問題的機(jī)組出力變量復(fù)制成兩組獨(dú)立變量，規(guī)定兩組變量的自身約束以及相互約束關(guān)系；
(2)運(yùn)用擴(kuò)展拉格朝日松弛法將兩組獨(dú)立變量的約束關(guān)系和系統(tǒng)備用約束松弛到目標(biāo)函數(shù)中；
(3)對(duì)松弛后的新目標(biāo)函數(shù)運(yùn)用輔助問題原理，從而將目標(biāo)函數(shù)解耦為兩個(gè)子問題，兩個(gè)子問題分別為包含個(gè)單機(jī)規(guī)劃問題和Λ；個(gè)最優(yōu)潮流(Ad/7, optimal power flow)問題，其中乂為系統(tǒng)中可調(diào)度機(jī)組的數(shù)量，Ari為此次機(jī)組組合的時(shí)段數(shù)；
第四步根據(jù)兩個(gè)子問題的特點(diǎn)，分別使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃以及最優(yōu)潮流方法進(jìn)行求解，其中最優(yōu)潮流部分以時(shí)間段進(jìn)行并行化求解；
第五步對(duì)第三步的結(jié)果進(jìn)行并行化檢驗(yàn)；
第六步計(jì)算收斂判據(jù)，若迭代已收斂，則得到最終結(jié)果；否則更新相關(guān)乘子，并且跳轉(zhuǎn)至第三步；收斂判據(jù)是指兩組復(fù)制變量之差的絕對(duì)值；
第七步所得最終結(jié)果可以作為電網(wǎng)機(jī)組調(diào)度的方案，用以調(diào)度發(fā)電機(jī)組啟停機(jī)，以提高系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性和安全性。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的方法采用擴(kuò)展拉格朗日松弛方法，并且配以變量復(fù)制與輔助問題原理，將含有交流潮流機(jī)組組合這個(gè)大規(guī)?；旌险麛?shù)非線性規(guī)劃問題解耦成兩個(gè)子問題，然后分別求解兩個(gè)子問題。同時(shí)根據(jù)子問題的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了按時(shí)間段并行的算法，大幅度提高方法的求解速度，為其在實(shí)際電力系統(tǒng)中的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。


圖I是動(dòng)態(tài)規(guī)劃子問題求解和最優(yōu)潮流以時(shí)間段進(jìn)行并行化求解過程；
圖2是并行化檢驗(yàn)過程；
圖3是機(jī)組組合和最優(yōu)潮流時(shí)間尺度關(guān)系不意 圖4是高效求解含有交流潮流的機(jī)組組合方法流程圖，其中虛線框內(nèi)為并行求解部
分；
圖5是動(dòng)態(tài)規(guī)劃求解的詳細(xì)示意圖。
具體實(shí)施例方式高效求解含有交流潮流的機(jī)組組合方法包括如下步驟
第一歩接收電網(wǎng)機(jī)組調(diào)度中心得出的系統(tǒng)在接下來24小時(shí)的負(fù)荷需求數(shù)據(jù)；根據(jù)各個(gè)發(fā)電廠上報(bào)的機(jī)組特性數(shù)據(jù)得出各個(gè)機(jī)組的特性約束。第二歩對(duì)電カ系統(tǒng)的機(jī)組組合問題進(jìn)行建模，根據(jù)運(yùn)行要求選擇目標(biāo)函數(shù)和約束條件，包括等式約束條件和不等式約束條件，構(gòu)成混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題；
目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)整體費(fèi)用最?。坏仁郊s束為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率平衡約束；不等式約束包括系統(tǒng)備用約束，機(jī)組最大最小出力約束，機(jī)組爬坡約束，最小啟停機(jī)時(shí)間約束，線路潮流約束和節(jié)點(diǎn)電壓約束。
第三歩運(yùn)用變量復(fù)制技術(shù)、擴(kuò)展拉格朗日松弛法以及輔助問題原理對(duì)原問題進(jìn)行解耦，將其分解為兩個(gè)子問題；
包括如下步驟(1)運(yùn)用變量復(fù)制技術(shù)，將原問題的機(jī)組出力變量復(fù)制成兩組獨(dú)立變量，規(guī)定兩組變量的自身約束以及相互約束關(guān)系；
(2)運(yùn)用擴(kuò)展拉格朝日松弛法將兩組獨(dú)立變量的約束關(guān)系和系統(tǒng)備用約束松弛到目標(biāo)函數(shù)中；
(3)對(duì)松弛后的新目標(biāo)函數(shù)運(yùn)用輔助問題原理，從而將目標(biāo)函數(shù)解耦為兩個(gè)子問題，兩個(gè)子問題分別為包含個(gè)單機(jī)規(guī)劃問題和Λ；個(gè)最優(yōu)潮流(Ad/7, optimal power flow)問題，其中％為系統(tǒng)中可調(diào)度機(jī)組的數(shù)量，％為此次機(jī)組組合的時(shí)段數(shù)；動(dòng)態(tài)規(guī)劃子問題求解和最優(yōu)潮流以時(shí)間段進(jìn)行并行化求解過程見圖I。

第四步根據(jù)兩個(gè)子問題的特點(diǎn)，分別使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃以及最優(yōu)潮流方法進(jìn)行求解，其中最優(yōu)潮流部分以時(shí)間段進(jìn)行并行化求解。第五步對(duì)第三步的結(jié)果進(jìn)行并行化檢驗(yàn)，過程見圖2。第六步計(jì)算收斂判據(jù)，若迭代已收斂，則得到最終結(jié)果；否則更新相關(guān)乘子，并且跳轉(zhuǎn)至第三歩。收斂判據(jù)是指兩組復(fù)制變量之差的絕對(duì)值。第七步所得最終結(jié)果可以作為電網(wǎng)機(jī)組調(diào)度的方案，用以調(diào)度發(fā)電機(jī)組啟停機(jī)，以提高系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性和安全性。以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本發(fā)明的流程圖如圖4所示。實(shí)施例
設(shè)定目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)總發(fā)電成本最小(1)，其中 為機(jī)組I在時(shí)刻 的啟停狀態(tài)，F(xiàn)i(Pirt)為機(jī)組發(fā)電成本，STf(LJ)為機(jī)組開機(jī)成本。
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約束條件分為旋轉(zhuǎn)備用約束(2)，機(jī)組出力約束(3)，機(jī)組爬坡約束(4)，機(jī)組最大啟停機(jī)時(shí)間約束(5)，節(jié)點(diǎn)功率平衡約束(6)，節(jié)點(diǎn)電壓約束(7)，線路潮流約束(8)。
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權(quán)利要求
1.一種高效求解含有交流潮流約束的機(jī)組組合方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)接收電網(wǎng)機(jī)組調(diào)度中心得出的系統(tǒng)在接下來24小時(shí)的負(fù)荷需求數(shù)據(jù)；根據(jù)各個(gè)發(fā)電廠上報(bào)的機(jī)組特性數(shù)據(jù)得出各個(gè)機(jī)組的特性約束； (2)對(duì)電力系統(tǒng)的機(jī)組組合問題進(jìn)行建模，根據(jù)運(yùn)行要求選擇目標(biāo)函數(shù)和約束條件，包括等式約束條件和不等式約束條件，構(gòu)成混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題； (3)運(yùn)用變量復(fù)制技術(shù)、擴(kuò)展拉格朗日松弛法以及輔助問題原理對(duì)原問題進(jìn)行解耦，將其分解為兩個(gè)子問題； (4)根據(jù)兩個(gè)子問題的特點(diǎn)，分別使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃以及最優(yōu)潮流方法進(jìn)行求解，其中最優(yōu)潮流部分以時(shí)間段進(jìn)行并行化求解； (5)對(duì)第三步的結(jié)果進(jìn)行并行化檢驗(yàn)； (6)計(jì)算收斂判據(jù)，若迭代已收斂，則得到最終結(jié)果；否則更新相關(guān)乘子，并且跳轉(zhuǎn)至第三步，收斂判據(jù)是指兩組復(fù)制變量之差的絕對(duì)值； (7)將步驟6所得最終結(jié)果作為電網(wǎng)機(jī)組調(diào)度的方案，用以調(diào)度發(fā)電機(jī)組啟停機(jī)，以提高系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性和安全性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述高效求解含有交流潮流約束的機(jī)組組合方法，其特征在于，所述步驟2中，所述目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)整體費(fèi)用最?。坏仁郊s束為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功率平衡約束；不等式約束包括系統(tǒng)備用約束，機(jī)組最大最小出力約束，機(jī)組爬坡約束，最小啟停機(jī)時(shí)間約束，線路潮流約束和節(jié)點(diǎn)電壓約束。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述高效求解含有交流潮流約束的機(jī)組組合方法，其特征在于，所述步驟3包括如下子步驟 (3. I)運(yùn)用變量復(fù)制技術(shù)，將原問題的機(jī)組出力變量復(fù)制成兩組獨(dú)立變量，規(guī)定兩組變量的自身約束以及相互約束關(guān)系； (3.2)運(yùn)用擴(kuò)展拉格朗日松弛法將兩組獨(dú)立變量的約束關(guān)系和系統(tǒng)備用約束松弛到目標(biāo)函數(shù)中； (3. 3)對(duì)松弛后的新目標(biāo)函數(shù)運(yùn)用輔助問題原理，從而將目標(biāo)函數(shù)解耦為兩個(gè)子問題，兩個(gè)子問題分別為包含個(gè)單機(jī)規(guī)劃問題和A；個(gè)最優(yōu)潮流(6P/7, optimal power flow)問題，其中乂為系統(tǒng)中可調(diào)度機(jī)組的數(shù)量，M為此次機(jī)組組合的時(shí)段數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效求解含有交流潮流的約束的機(jī)組組合方法。與已有的機(jī)組組合方法相比，該方法采用擴(kuò)展拉格朗日松弛方法，并且配以變量復(fù)制與輔助問題原理，將含有交流潮流機(jī)組組合這個(gè)大規(guī)模混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題進(jìn)行解耦，在將原問題解耦成兩個(gè)子問題后分別求解。同時(shí)根據(jù)子問題的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了按時(shí)間段并行的算法，用并行計(jì)算技術(shù)大幅度提高方法的求解速度，為其在實(shí)際電力系統(tǒng)中的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)H02J3/00GK102684190SQ20121016574
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者周博然, 徐凱, 江全元 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)