專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)雜時(shí)段耦合型約束下的水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水電調(diào)度運(yùn)行領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)雜時(shí)段耦合型約束下的水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
水電站群短期優(yōu)化調(diào)度是ー個(gè)具有大量復(fù)雜約束和需求的非線(xiàn)性高維優(yōu)化問(wèn)題，特別是水電站的出力爬坡上限、開(kāi)機(jī)與停機(jī)最小持續(xù)時(shí)段數(shù)、出力波動(dòng)控制等復(fù)雜時(shí)段耦合型約束，給水電調(diào)度問(wèn)題的高效求解帶來(lái)很大困難，而且這種困難程度還在不斷加劇。近幾年，隨著電網(wǎng)精細(xì)化控制要求的不斷提高，水電站的運(yùn)行控制要求也更加嚴(yán)格，通常表現(xiàn)在對(duì)電站出力有強(qiáng)制性要求，使得時(shí)段耦合型約束的數(shù)量快速増加，耦合程度更加緊密。例如，日計(jì)劃需求從48點(diǎn)(30分鐘步長(zhǎng))變?yōu)?6點(diǎn)(15分鐘步長(zhǎng))，導(dǎo)致所有約束條件個(gè)數(shù)成倍増加，尤其時(shí)段耦合型約束，在控制需求不變的條件下，時(shí)段耦合個(gè)數(shù)直接翻倍，相鄰時(shí)段間的出力爬坡上限也直接減半，單ー時(shí)段的可行決策空間顯著縮??；還有其他從電網(wǎng)和電站安穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行出發(fā)提出的特殊任務(wù)需求，也不同程度地増加了約束條件的個(gè)數(shù)和難度。在這種情況下，直接使用傳統(tǒng)優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化求解面臨著較大困難，需要結(jié)合水電站群短期調(diào)度問(wèn)題特點(diǎn)，特別是時(shí)段耦合型約束特點(diǎn)，設(shè)計(jì)切實(shí)可行且高效的優(yōu)化方法。目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果鮮有針對(duì)時(shí)段耦合型約束設(shè)計(jì)特別的求解方法或處理策略，已有的關(guān)聯(lián)調(diào)整模式通常需要對(duì)優(yōu)化算法本身進(jìn)行改迸，耦合難度較大，已發(fā)表成果多用于逐次逼近算法，當(dāng)采用其他成熟水電調(diào)度算法時(shí)，很難與這種模式充分結(jié)合，發(fā)揮其有效作用，限制了其推廣使用。本發(fā)明成果無(wú)需對(duì)傳統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法進(jìn)行改進(jìn)，只需多次使用即可提高水電站群優(yōu)化調(diào)度質(zhì)量，降低應(yīng)用難度，具有重要的推廣使用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種復(fù)雜時(shí)段耦合型約束下的水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度方法，通過(guò)增大單ー時(shí)段步長(zhǎng)，弱化或松弛復(fù)雜時(shí)段耦合型約束，擴(kuò)大決策變量的可行搜索空間，進(jìn)而改善原問(wèn)題初始解和優(yōu)化求解效率。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種復(fù)雜時(shí)段耦合型約束下的水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度方法，按照下述步驟(1)-(6)完成水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度過(guò)程(I)解析水電站群優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的時(shí)段步長(zhǎng)(一般為15分鐘)和調(diào)度周期(一般為I日)，確定變尺度優(yōu)化調(diào)度方法的時(shí)段步長(zhǎng)序列，步長(zhǎng)個(gè)數(shù)記為N，并針對(duì)所有時(shí)段步長(zhǎng)，建立一系列具有相同調(diào)度周期和約束條件但不同步長(zhǎng)的水電站群優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題；(2)按步長(zhǎng)從大到小的順序?qū)Ω鲉?wèn)題進(jìn)行排序，并初設(shè)當(dāng)前待求解問(wèn)題編號(hào)為n=N，對(duì)應(yīng)的時(shí)段步長(zhǎng)為An，其中I彡n彡N ;(3)根據(jù)問(wèn)題n的步長(zhǎng)大小和原問(wèn)題(編號(hào)為n=l)步長(zhǎng)的倍比關(guān)系，等效轉(zhuǎn)換部分時(shí)段耦合型約束，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜約束的簡(jiǎn)化或松弛；
(4)確定問(wèn)題n的初始解。若n=N，說(shuō)明面臨問(wèn)題是最大步長(zhǎng)調(diào)度問(wèn)題，采用常規(guī)等流量調(diào)節(jié)算法生成初始解，各時(shí)段發(fā)電流量由水庫(kù)調(diào)度期來(lái)水量、初始水位和期末水位控制需求求得；否則，將問(wèn)題n中各水電站的初始出力過(guò)程設(shè)置為上ー階段問(wèn)題n+1的優(yōu)化出力結(jié)果，并從上游至下游對(duì)各水電站逐時(shí)段進(jìn)行定出力調(diào)節(jié)計(jì)算，確定電站的庫(kù)水位和發(fā)電流量過(guò)程；(5)利用傳統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法求解問(wèn)題n。以逐步優(yōu)化算法作為求解框架，即進(jìn)行逐時(shí)段搜索尋■優(yōu)對(duì)于任ー電站m,在任ー時(shí)段t,固定時(shí)段t-1和t+1的末水位Z11^f Zm；t+1,按一定流量步長(zhǎng)對(duì)t時(shí)段進(jìn)行流量離散，并對(duì)t時(shí)段進(jìn)行定流量計(jì)算，對(duì)t+1時(shí)段進(jìn)行定水位計(jì)算，對(duì)比不同離散狀態(tài)下的目標(biāo)值確定t時(shí)段最優(yōu)發(fā)電流量和出力，其中I < t < T-1，I ^ n ^ M ；(6)令n=n_l，若n彡1，則跳至步驟(3)繼續(xù)求解下一步長(zhǎng)調(diào)度問(wèn)題；否則，水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度過(guò)程結(jié)束，獲取最優(yōu)結(jié)果。本發(fā)明對(duì)只需在相同調(diào)度周期內(nèi)，按照單時(shí)段步長(zhǎng)從大到小的順序，依次求解一系列具有相同約束和需求但不同步長(zhǎng)的水電站群優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題，在求解過(guò)程中，小步長(zhǎng)問(wèn)題的初始出力過(guò)程直接采用上一階段大步長(zhǎng)問(wèn)題的優(yōu)化出力結(jié)果，并通過(guò)定出力調(diào)節(jié)計(jì)算確定該問(wèn)題初始解。對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)增大單ー時(shí)段步長(zhǎng)，弱化或松弛時(shí)段耦合型約束，擴(kuò)大決策變量的可行捜索空間，在此過(guò)程中，無(wú)需對(duì)傳統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法進(jìn)行改進(jìn)，降低了應(yīng)用難度，同時(shí)可改善原問(wèn)題初始解和優(yōu)化求解效率。


圖1是水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度方法不同時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。圖2是復(fù)雜時(shí)段耦合型約束下的水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度方法實(shí)施流程圖。

圖3 (a)是6小時(shí)步長(zhǎng)調(diào)度問(wèn)題的某水電站最優(yōu)出力過(guò)程圖。圖3 (b)是3小時(shí)步長(zhǎng)調(diào)度問(wèn)題的某水電站最優(yōu)出力過(guò)程圖。圖3 (C)是1. 5小時(shí)步長(zhǎng)調(diào)度問(wèn)題的某水電站最優(yōu)出力過(guò)程圖。圖3 (d)是15分鐘步長(zhǎng)調(diào)度問(wèn)題的某水電站最優(yōu)出力過(guò)程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的描述。水電站群優(yōu)化調(diào)度考慮大量復(fù)雜時(shí)段耦合型約束是為了保證電網(wǎng)和電站的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，但與此同時(shí)也大大增加了水電優(yōu)化調(diào)度的難度，如何高效處理這些復(fù)雜的時(shí)段耦合型約束，以改善優(yōu)化調(diào)度質(zhì)量和求解效率，這方面文獻(xiàn)報(bào)道極為少見(jiàn)。本發(fā)明充分分析了水電調(diào)度中時(shí)段耦合型約束的特點(diǎn)，從簡(jiǎn)化或松弛約束以改進(jìn)初始解的角度出發(fā)，提出針對(duì)復(fù)雜時(shí)段耦合型約束的水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度方法，通過(guò)依次解決一系列具有相同約束和需求但不同步長(zhǎng)的水電站群優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題，最終改善原問(wèn)題初始解和求解效率。本發(fā)明的變尺度優(yōu)化調(diào)度方法首先需要初始化時(shí)段步長(zhǎng)序列，考慮到原始水電調(diào)度問(wèn)題的步長(zhǎng)一般為15分鐘，所以選定的序列步長(zhǎng)值應(yīng)均為15分鐘的倍數(shù)，且相鄰兩個(gè)步長(zhǎng)大小也應(yīng)該成整數(shù)倍關(guān)系，例如6小時(shí)-3小時(shí)-1. 5小時(shí)-15分鐘、或者8小時(shí)-4小時(shí)-2小時(shí)-1小時(shí)-15分鐘等步長(zhǎng)組合情況。針對(duì)不同的時(shí)段步長(zhǎng)，建立水電站群優(yōu)化調(diào)度模型，為更好地發(fā)揮不同流域梯級(jí)水電站在電カ系統(tǒng)中的發(fā)電作用，可在流域之間實(shí)行目標(biāo)差異化調(diào)度，根據(jù)水電站的運(yùn)行特點(diǎn)，考慮調(diào)峰和發(fā)電量最大兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)。其中，調(diào)峰以水電調(diào)節(jié)后的剩余負(fù)荷最大值最小構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，可表示為
權(quán)利要求
1. 一種復(fù)雜時(shí)段耦合型約束下的水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度方法，其特征包括如下步驟 (1)解析水電站群優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的時(shí)段步長(zhǎng)和調(diào)度周期，確定變尺度優(yōu)化調(diào)度方法的時(shí)段步長(zhǎng)序列，步長(zhǎng)個(gè)數(shù)記為N，并針對(duì)所有時(shí)段步長(zhǎng)，建立一系列具有相同調(diào)度周期和約束條件但不同步長(zhǎng)的水電站群優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題； (2)按步長(zhǎng)從大到小的順序?qū)Ω鲉?wèn)題進(jìn)行排序，并初設(shè)當(dāng)前待求解問(wèn)題編號(hào)為n=N，對(duì)應(yīng)的時(shí)段步長(zhǎng)為An，其中I≤n≤N ; (3)根據(jù)問(wèn)題n的步長(zhǎng)大小和原問(wèn)題步長(zhǎng)的倍比關(guān)系，等效轉(zhuǎn)換部分時(shí)段耦合型約束，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜約束的簡(jiǎn)化或松弛； (4)確定問(wèn)題n的初始解；若n=N，說(shuō)明面臨問(wèn)題是最大步長(zhǎng)調(diào)度問(wèn)題，采用常規(guī)等流量調(diào)節(jié)算法生成初始解，各時(shí)段發(fā)電流量由水庫(kù)調(diào)度期來(lái)水量、初始水位和期末水位控制需求求得；否則，將問(wèn)題n中各水電站的初始出力過(guò)程設(shè)置為上ー階段問(wèn)題n+1的優(yōu)化出力結(jié)果，并從上游至下游對(duì)各水電站逐時(shí)段進(jìn)行定出力調(diào)節(jié)計(jì)算，確定電站的庫(kù)水位和發(fā)電流量過(guò)程； (5)利用傳統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法求解問(wèn)題n;以逐步優(yōu)化算法作為求解框架，即進(jìn)行逐時(shí)段搜索尋■優(yōu)對(duì)于任ー電站m,在任ー時(shí)段t,固定時(shí)段t-1和t+1的末水位Zm’H、Zm，t+1,按一定流量步長(zhǎng)對(duì)t時(shí)段進(jìn)行流量離散，并對(duì)t時(shí)段進(jìn)行定流量計(jì)算，對(duì)t+1時(shí)段進(jìn)行定水位計(jì)算，對(duì)比不同離散狀態(tài)下的目標(biāo)值確定t時(shí)段最優(yōu)發(fā)電流量和出力，其中I < t < T-1,I ^ m ^ M ； (6)令n=n-l，若n> 1，則跳至步驟(3)繼續(xù)求解下一步長(zhǎng)調(diào)度問(wèn)題；否則，水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度過(guò)程結(jié)束，獲取最優(yōu)結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明屬于水電調(diào)度運(yùn)行領(lǐng)域，公開(kāi)了一種復(fù)雜時(shí)段耦合型約束下的水電站群變尺度優(yōu)化調(diào)度方法，通過(guò)增大單一時(shí)段步長(zhǎng)，弱化或松弛時(shí)段耦合型約束，擴(kuò)大決策變量的可行搜索空間，進(jìn)而改善原問(wèn)題初始解和優(yōu)化求解效率。其技術(shù)方案為在相同調(diào)度周期內(nèi)，按照單時(shí)段步長(zhǎng)從大到小的順序，依次求解一系列具有相同約束和需求但不同步長(zhǎng)的水電站群優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題，在求解過(guò)程中，小步長(zhǎng)問(wèn)題的初始出力過(guò)程直接采用上一階段大步長(zhǎng)問(wèn)題的優(yōu)化出力結(jié)果，并通過(guò)定出力調(diào)節(jié)計(jì)算確定該問(wèn)題初始解。本發(fā)明的有益效果是無(wú)需對(duì)傳統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法進(jìn)行改進(jìn)，只需多次使用即可提高水電站群優(yōu)化調(diào)度質(zhì)量，降低應(yīng)用難度，具有重要的推廣使用價(jià)值。
文檔編號(hào)G06Q10/04GK103065206SQ201210578400
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者程春田, 申建建, 武新宇, 廖勝利, 李剛 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)