一種高效求解含有交流潮流的機組組合方法
2023-04-25 23:38:56 2
專利名稱：一種高效求解含有交流潮流的機組組合方法
技術領域：
本發明屬於電カ系統的運行、分析與調度技術領域，尤其涉及一種高效求解含有交流潮流的機組組合方法。
背景技術：
如何在確保電網安全的前提下提高系統的整體經濟性一直是電網短期發電計劃的核心內容。傳統上，按照時間尺度的不同，將電カ系統的優化問題分解為電源規劃、電網規劃、發電計劃、機組組合、最優潮流、暫態穩定預防控制、緊急控制等等多個子問題，分別加以獨立求解。如機組組合問題，是指在一定的調度周期內(通常是一天或一周)，在假定負荷已知的情況下(如通過負荷預測)，如何以最小的成本安排發電計劃，實現與給定負荷的平衡並滿足必要的約束條件和備用要求；而最優潮流問題，是指在負荷和機組啟停情況已 知的情況下，如何通過調整機組出力和其他可控設備來滿足電力系統實時運行的各種物理和運行約束，以得到一個經濟的潮流狀態。機組組合與最優潮流之間的關係參見附圖3.
傳統上的機組組合模型不考慮交流潮流，因此問題相對簡單，但是由於機組組合問題和最優潮流問題實際上是相互耦合，相互影響的，而分別獨立求解的做法完全無視兩者之間的緊密耦合關係，這導致分別求得的最優方案經濟性差或所求的最優運行方式無法確保系統的安全運行。因此急需ー種能同時考慮，同時優化機組組合和最優潮流這兩個問題的方法。
發明內容
本發明的目的是為了在機組組合過程中能同時考慮最優潮流，從而能對這兩個問題進行整體的優化，提高結果的最優性和可行性。為此，本發明提供了一種高效求解含有交流潮流的機組組合方法。該方法通過運用變量複製、擴展拉格朝日鬆弛法和輔助問題原理等技術手段，將含有交流潮流的機組組合問題解耦開，利用並行計算技術，大幅度提高求解速度。本發明包括如下步驟
第一歩接收電網機組調度中心得出的系統在接下來24小時的負荷需求數據；根據各個發電廠上報的機組特性數據得出各個機組的特性約束；
第二步對電カ系統的機組組合問題進行建模，根據運行要求選擇目標函數和約束條件，包括等式約束條件和不等式約束條件，構成混合整數非線性規劃問題；
目標函數為系統整體費用最小；等式約束為系統節點功率平衡約束；不等式約束包括系統備用約束，機組最大最小出力約束，機組爬坡約束，最小啟停機時間約束，線路潮流約束和節點電壓約束；
第三歩運用變量複製技術、擴展拉格朗日鬆弛法以及輔助問題原理對原問題進行解耦，將其分解為兩個子問題；
包括如下步驟(1)運用變量複製技術，將原問題的機組出力變量複製成兩組獨立變量，規定兩組變量的自身約束以及相互約束關係；
(2)運用擴展拉格朝日鬆弛法將兩組獨立變量的約束關係和系統備用約束鬆弛到目標函數中；
(3)對鬆弛後的新目標函數運用輔助問題原理，從而將目標函數解耦為兩個子問題，兩個子問題分別為包含個單機規劃問題和Λ；個最優潮流(Ad/7, optimal power flow)問題，其中乂為系統中可調度機組的數量，Ari為此次機組組合的時段數；
第四步根據兩個子問題的特點，分別使用動態規劃以及最優潮流方法進行求解，其中最優潮流部分以時間段進行並行化求解；
第五步對第三步的結果進行並行化檢驗；
第六步計算收斂判據，若迭代已收斂，則得到最終結果；否則更新相關乘子，並且跳轉至第三步；收斂判據是指兩組複製變量之差的絕對值；
第七步所得最終結果可以作為電網機組調度的方案，用以調度發電機組啟停機，以提高系統整體經濟性和安全性。本發明的有益效果是，本發明的方法採用擴展拉格朗日鬆弛方法，並且配以變量複製與輔助問題原理，將含有交流潮流機組組合這個大規模混合整數非線性規劃問題解耦成兩個子問題，然後分別求解兩個子問題。同時根據子問題的特點，設計了按時間段並行的算法，大幅度提高方法的求解速度，為其在實際電力系統中的應用打下堅實基礎。
圖I是動態規划子問題求解和最優潮流以時間段進行並行化求解過程；
圖2是並行化檢驗過程；
圖3是機組組合和最優潮流時間尺度關係不意 圖4是高效求解含有交流潮流的機組組合方法流程圖，其中虛線框內為並行求解部
分；
圖5是動態規劃求解的詳細示意圖。
具體實施例方式高效求解含有交流潮流的機組組合方法包括如下步驟
第一歩接收電網機組調度中心得出的系統在接下來24小時的負荷需求數據；根據各個發電廠上報的機組特性數據得出各個機組的特性約束。第二歩對電カ系統的機組組合問題進行建模，根據運行要求選擇目標函數和約束條件，包括等式約束條件和不等式約束條件，構成混合整數非線性規劃問題；
目標函數為系統整體費用最小；等式約束為系統節點功率平衡約束；不等式約束包括系統備用約束，機組最大最小出力約束，機組爬坡約束，最小啟停機時間約束，線路潮流約束和節點電壓約束。
第三歩運用變量複製技術、擴展拉格朗日鬆弛法以及輔助問題原理對原問題進行解耦，將其分解為兩個子問題；
包括如下步驟(1)運用變量複製技術，將原問題的機組出力變量複製成兩組獨立變量，規定兩組變量的自身約束以及相互約束關係；
(2)運用擴展拉格朝日鬆弛法將兩組獨立變量的約束關係和系統備用約束鬆弛到目標函數中；
(3)對鬆弛後的新目標函數運用輔助問題原理，從而將目標函數解耦為兩個子問題，兩個子問題分別為包含個單機規劃問題和Λ；個最優潮流(Ad/7, optimal power flow)問題，其中％為系統中可調度機組的數量，％為此次機組組合的時段數；動態規划子問題求解和最優潮流以時間段進行並行化求解過程見圖I。
第四步根據兩個子問題的特點，分別使用動態規劃以及最優潮流方法進行求解，其中最優潮流部分以時間段進行並行化求解。第五步對第三步的結果進行並行化檢驗，過程見圖2。第六步計算收斂判據，若迭代已收斂，則得到最終結果；否則更新相關乘子，並且跳轉至第三歩。收斂判據是指兩組複製變量之差的絕對值。第七步所得最終結果可以作為電網機組調度的方案，用以調度發電機組啟停機，以提高系統整體經濟性和安全性。以下結合附圖，對本發明的實施例作詳細說明，本發明的流程圖如圖4所示。實施例
設定目標函數為系統總發電成本最小(1)，其中 為機組I在時刻 的啟停狀態，Fi(Pirt)為機組發電成本，STf(LJ)為機組開機成本。
卜，Mn 4 V Y Uht Fi (pM) + ST1(U)^(I) b'p ,
約束條件分為旋轉備用約束(2)，機組出力約束(3)，機組爬坡約束(4)，機組最大啟停機時間約束(5)，節點功率平衡約束(6)，節點電壓約束(7)，線路潮流約束(8)。
巧Et-YlfasxUht <0(2)
Z=I
< P^t <
2 . .t ., !(3)
CTtmU^
p1,! -Ai <p1^ <phi +Ai(4)
I < ' 蹕
= <0 (5)
Oor I others
權利要求
1.一種高效求解含有交流潮流約束的機組組合方法，其特徵在於，包括如下步驟 (1)接收電網機組調度中心得出的系統在接下來24小時的負荷需求數據；根據各個發電廠上報的機組特性數據得出各個機組的特性約束； (2)對電力系統的機組組合問題進行建模，根據運行要求選擇目標函數和約束條件，包括等式約束條件和不等式約束條件，構成混合整數非線性規劃問題； (3)運用變量複製技術、擴展拉格朗日鬆弛法以及輔助問題原理對原問題進行解耦，將其分解為兩個子問題； (4)根據兩個子問題的特點，分別使用動態規劃以及最優潮流方法進行求解，其中最優潮流部分以時間段進行並行化求解； (5)對第三步的結果進行並行化檢驗； (6)計算收斂判據，若迭代已收斂，則得到最終結果；否則更新相關乘子，並且跳轉至第三步，收斂判據是指兩組複製變量之差的絕對值； (7)將步驟6所得最終結果作為電網機組調度的方案，用以調度發電機組啟停機，以提高系統整體經濟性和安全性。
2.根據權利要求I所述高效求解含有交流潮流約束的機組組合方法，其特徵在於，所述步驟2中，所述目標函數為系統整體費用最小；等式約束為系統節點功率平衡約束；不等式約束包括系統備用約束，機組最大最小出力約束，機組爬坡約束，最小啟停機時間約束，線路潮流約束和節點電壓約束。
3.根據權利要求I所述高效求解含有交流潮流約束的機組組合方法，其特徵在於，所述步驟3包括如下子步驟 (3. I)運用變量複製技術，將原問題的機組出力變量複製成兩組獨立變量，規定兩組變量的自身約束以及相互約束關係； (3.2)運用擴展拉格朗日鬆弛法將兩組獨立變量的約束關係和系統備用約束鬆弛到目標函數中； (3. 3)對鬆弛後的新目標函數運用輔助問題原理，從而將目標函數解耦為兩個子問題，兩個子問題分別為包含個單機規劃問題和A；個最優潮流(6P/7, optimal power flow)問題，其中乂為系統中可調度機組的數量，M為此次機組組合的時段數。
全文摘要
本發明公開了一種高效求解含有交流潮流的約束的機組組合方法。與已有的機組組合方法相比，該方法採用擴展拉格朗日鬆弛方法，並且配以變量複製與輔助問題原理，將含有交流潮流機組組合這個大規模混合整數非線性規劃問題進行解耦，在將原問題解耦成兩個子問題後分別求解。同時根據子問題的特點，設計了按時間段並行的算法，用並行計算技術大幅度提高方法的求解速度，為其在實際電力系統中的應用打下堅實基礎。
文檔編號H02J3/00GK102684190SQ20121016574
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者周博然, 徐凱, 江全元 申請人:浙江大學