本發(fā)明涉及電氣工程領域，尤其涉及用于電力系統(tǒng)短期運行調度的一種計及閥點效應的動態(tài)經(jīng)濟調度方法。
背景技術：
電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調度是在滿足系統(tǒng)運行約束條件下，通過優(yōu)化調度各發(fā)電機組出力，使系統(tǒng)在所有運行時段的總運行費用最小，是電力系統(tǒng)運行中面對的關鍵問題之一。在實際系統(tǒng)中，由于汽輪機進氣閥突然開啟時出現(xiàn)的拔絲現(xiàn)象會使機組耗量特性產生閥點效應，會在機組的耗量特性曲線上疊加一個脈動效果，即產生閥點效應。實際運行經(jīng)驗已表明，忽略閥點效應會使經(jīng)濟調度的運行結果受到明顯影響。
從數(shù)學上講，考慮閥點效應的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調度是一個典型的高維、動態(tài)非凸、非線性優(yōu)化問題，求解較為困難。分析當前研究，主要有兩類方法可用于解決這一問題。第一類是元啟發(fā)式優(yōu)化算法，元啟發(fā)式算法及其混合算法都需要設置與算法相關的參數(shù)，這些參數(shù)的設置會對算法的性能產生影響。第二類是數(shù)學優(yōu)化算法，由于考慮閥點效應的動態(tài)經(jīng)濟調度問題的非線性和非凸特性，經(jīng)典的數(shù)學優(yōu)化算法并不適合解決這個問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種計及閥點效應的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調度方法，在考慮閥點效應的靜態(tài)經(jīng)濟調度最優(yōu)解特性的基礎上，通過將動態(tài)經(jīng)濟調度時段之間的耦聯(lián)約束(爬坡約束)解耦，并引入類奇異點的概念，最終利用改進的維數(shù)速降法(Modified Dimensional Steepest Decline Method，MDSD)與混合整數(shù)線性規(guī)劃(Mixed Integer Linear Programming，MILP)方法對該問題進行求解。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：
一種計及閥點效應的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調度方法，包括以下步驟：
(1)、建立計及閥點效應的動態(tài)經(jīng)濟調度模型，給出考慮閥點效應的動態(tài)經(jīng)濟調度目標函數(shù)；
(2)、建立計及閥點效應的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調度約束條件，包括系統(tǒng)的電力平衡約束及系統(tǒng)旋轉備用約束；
(3)、將動態(tài)經(jīng)濟調度目標函數(shù)通過分段線性化的方法簡化，轉化為混合整數(shù)線性規(guī)劃的問題，再用CPLEX中的MILP求解器進行求解，從而得到初始近似解；
(4)、在步驟(3)中得到的初始近似解基礎上，通過重新設定各個時段機組的出力上下限來實現(xiàn)相鄰時刻間的解耦，將動態(tài)經(jīng)濟調度問題轉換為靜態(tài)經(jīng)濟調度問題；
(5)、對于步驟(4)中解耦后的靜態(tài)經(jīng)濟調度問題，利用改進的維數(shù)速降法對每個時段的機組出力進行快速求解，得到最終的優(yōu)化解。
進一步地，步驟(1)中的建立計及閥點效應的動態(tài)經(jīng)濟調度模型，考慮閥點效應的動態(tài)經(jīng)濟調度目標函數(shù)為：
式中：TC是發(fā)電總成本；Ci是發(fā)電機第i組第t時段的成本函數(shù)；NG是發(fā)電機組個數(shù)；NT是一個調度周期的時段總數(shù)；ai，bi，ci是燃料費用系數(shù)；Pi，t是發(fā)電機第i組第t時段輸出的有功功率；Pimin是發(fā)電機組i的最小出力；ei，fi是閥點效應系數(shù)。
進一步地，步驟(2)中，系統(tǒng)的電力平衡約束為：
式中：Ptloss是第t時段的系統(tǒng)網(wǎng)損，通過B系數(shù)法求得；Dt是第t時段的系統(tǒng)負荷，Bij是B矩陣的系數(shù)，
發(fā)電機的輸出功率約束：
式中，Pimax是發(fā)電機第i組的最大出力；
發(fā)電機爬坡約束：
式中，URi,DRi是火電機組的上、下爬坡率；
2)系統(tǒng)旋轉備用約束：
式中，SRi,t是發(fā)電機組i第t時段提供的旋轉備用；SSRtreq是第t時段系統(tǒng)的旋轉備用需求。
進一步地，步驟(3)中，發(fā)電機組i第t時段的動態(tài)經(jīng)濟調度目標函數(shù)被分段線性化為：
即將發(fā)電機組動態(tài)經(jīng)濟調度目標函數(shù)Ci(Pi，t)表示成分段線段的總和：參數(shù)Ki表示發(fā)電機組i從最小機組出力到最大機組出力的分段數(shù)，如果將每一個正弦周期平均等分為M段，則Ki為：
式中，bm，i和cm，i分別表示每一個分段線段的斜率和截距：
其中，每一分段的上下限和橫坐標上的點對應的函數(shù)表示：
設參數(shù)Um，i，t為0，1變量，表示在t時段，發(fā)電機組i的出力是否在線性分段的第m段上；則機組的輸出功率Pi，t和發(fā)電機組i第t時刻在線性分段的第m段上的出力Pm，i，t應滿足以下約束條件：
3)每一個正弦周期被平均等分為兩段(M＝2)，最后得到的優(yōu)化模型直接通過MILP進行求解，得到一個初始近似解，求解時的收斂標準可以設為MILP的收斂間隙小于一個給定的值。
進一步地，步驟(4)中機組的出力上下限方程如下：
式中，和分別為發(fā)電機組i第t時段的新的出力約束；
在確定時段t某一臺機組的出力新的上下限時，需要用到時段t-1和時段t+1這臺機組的出力，t-1時段的機組出力需要用維數(shù)速降法得到的新的出力值，而t+1時段的機組出力則用第一步中得到的初始出力值。
進一步地，利用改進的維數(shù)速降法來解決靜態(tài)經(jīng)濟調度問題可分為兩步：
1)第一步需要得到機組出力初始解；
改進的維數(shù)速降法需要用到機組的奇異點，以P_SP 0i，j來表示第i臺機組運行在它的第j個奇異點上：
此處用P_SPi，t，j表示發(fā)電機組i在時段t的出力是在其第j個奇異點上，P_SPi，t，j包括以及處于兩者間的P_SP 0i，j，Nsp，t表示t時段奇異點的總數(shù)；以Di，t，j來表示改進的維數(shù)速降法的下降率，其為第t時段，發(fā)電機組i由第j+1個奇異點處出力下降到第j個奇異點處出力時的每兆瓦成本；用Lenghti，t，j表示第t時段、發(fā)電機組i的第j+1個奇異點處出力與第j個奇異點處出力的差值；
Lengthi，t，j＝P_SPi，t，j+1-P_SPi，t，j (20)
初始解不需要嚴格遵守功率平衡約束，可應用冒泡法對Di，t，j由小到大進行排序，表示排序后的Di，t，j順序為order，如同進行相應的排序，在第一次迭代中，每臺機組運行在其出力下限上，每迭代一次，按照order的順序在各臺機組的出力下限和的基礎上加一段功率平衡的差值EERt由下式計算：
迭代過程中，在EERt大于零的情況下，當其最接近零時，迭代停止；然后將在迭代過程中用到的按照機組編號i分別累加到每臺機組的出力下限上，得到初始解中每臺機組的出力值，其中參數(shù)I0+1設為最終迭代次數(shù)的值；
2)第二步是調整第一步中得到的初始解，記錄下所有調整后的結果，從而再作進一步調整：選I0次迭代及其前三個上升動作的狀態(tài)和后四個上升動作的狀態(tài)為可變狀態(tài)，對于每種情況做進一步調整，就是選其中一臺機組做為松弛機組來滿足功率平衡約束，對于t時段的所有滿足機組出力上下限約束的情況計算總成本，選取能使總成本最小的可行解。
本發(fā)明的有益效果是，
本發(fā)明在考慮閥點效應的靜態(tài)經(jīng)濟調度最優(yōu)解特性的基礎上，通過將動態(tài)經(jīng)濟調度時段之間的爬坡約束解耦，并引入類奇異點的概念，最終利用改進的維數(shù)速降法與混合整數(shù)線性規(guī)劃方法對該問題進行求解，具有獲得全局最優(yōu)解方面的可行性與有效性，較好地解決了非線性和非凸特性動態(tài)經(jīng)濟調度問題。
附圖說明
圖1是本發(fā)明流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種計及閥點效應的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調度方法，包括以下步驟：
(1)、建立計及閥點效應的動態(tài)經(jīng)濟調度模型，給出考慮閥點效應的動態(tài)經(jīng)濟調度目標函數(shù)，考慮閥點效應的動態(tài)經(jīng)濟調度目標函數(shù)為：
式中：TC是發(fā)電總成本；Ci是發(fā)電機第i組第t時段的成本函數(shù)；NG是發(fā)電機組個數(shù)；NT是一個調度周期的時段總數(shù)；ai，bi，ci是燃料費用系數(shù)；Pi，t是發(fā)電機第i組第t時段輸出的有功功率；Pimin是發(fā)電機組i的最小出力；ei，fi是閥點效應系數(shù)。
(2)、建立計及閥點效應的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調度約束條件，系統(tǒng)的電力平衡約束為：
式中：Ptloss是第t時段的系統(tǒng)網(wǎng)損，通過B系數(shù)法求得；Dt是第t時段的系統(tǒng)負荷，Bij是B矩陣的系數(shù)，
發(fā)電機的輸出功率約束：
式中，Pimax是發(fā)電機第i組的最大出力；
發(fā)電機爬坡約束：
式中，URi,DRi是火電機組的上、下爬坡率；
系統(tǒng)旋轉備用約束：
式中，SRi,t是發(fā)電機組i第t時段提供的旋轉備用；SSRtreq是第t時段系統(tǒng)的旋轉備用需求。
(3)、將動態(tài)經(jīng)濟調度目標函數(shù)通過分段線性化的方法簡化，轉化為混合整數(shù)線性規(guī)劃的問題，再用CPLEX中的MILP求解器進行求解，從而得到初始近似解。
發(fā)電機組i第t時段的動態(tài)經(jīng)濟調度目標函數(shù)被分段線性化為：
即將發(fā)電機組動態(tài)經(jīng)濟調度目標函數(shù)Ci(Ri，t)表示成分段線段的總和：參數(shù)Ki表示發(fā)電機組i從最小機組出力到最大機組出力的分段數(shù)，如果將每一個正弦周期平均等分為M段，則Ki為：
式中，bm，i和cm，i分別表示每一個分段線段的斜率和截距：
其中，每一分段的上下限和橫坐標上的點對應的函數(shù)表示：
設參數(shù)Um，i，t為0，1變量，表示在t時段，發(fā)電機組i的出力是否在線性分段的第m段上；Pm，i，t表示發(fā)電機組i在第t時刻在線性分段的第m段上的出力，在某個時刻，對某臺發(fā)電機，在所有的線性分段上，僅有一個分段上的發(fā)電機出力值是大于0的，其余所有分段上的發(fā)電機出力都是0，但是哪個分段上的發(fā)電機的出力值大于0是由優(yōu)化決定的。則機組的輸出功率Pi，t和發(fā)電機組i第t時刻在線性分段的第m段上的出力Pm，i，t應滿足以下約束條件：
每一個正弦周期被平均等分為兩段(M＝2)，最后得到的優(yōu)化模型直接通過MILP進行求解，得到一個初始近似解，求解時的收斂標準可以設為MILP的收斂間隙小于一個給定的值。
(4)、在步驟(3)中得到的初始近似解基礎上，通過重新設定各個時段機組的出力上下限來實現(xiàn)相鄰時刻間的解耦，將動態(tài)經(jīng)濟調度問題轉換為靜態(tài)經(jīng)濟調度問題；步驟(4)中機組的出力上下限方程如下：
式中，和分別為發(fā)電機組i第t時段的新的出力約束；
在確定時段t某一臺機組的出力新的上下限時，需要用到時段t-1和時段t+1這臺機組的出力，t-1時段的機組出力需要用維數(shù)速降法得到的新的出力值，而t+1時段的機組出力則用第一步中得到的初始出力值。
(5)、對于步驟(4)中解耦后的靜態(tài)經(jīng)濟調度問題，利用改進的維數(shù)速降法對每個時段的機組出力進行快速求解，得到最終的優(yōu)化解。利用改進的維數(shù)速降法來解決靜態(tài)經(jīng)濟調度問題可分為兩步：
1)第一步需要得到機組出力初始解；
改進的維數(shù)速降法需要用到機組的奇異點，以P_SP 0i，j來表示第i臺機組運行在它的第j個奇異點上：
此處用P_SPi，t，j表示發(fā)電機組i在時段t的出力是在其第j個奇異點上，P_SPi，t，j包括以及處于兩者間的P_SP 0i，j，Nsp，t表示t時段奇異點的總數(shù)；以Di，t，j來表示改進的維數(shù)速降法的下降率，其為第t時段，發(fā)電機組i由第j+1個奇異點處出力下降到第j個奇異點處出力時的每兆瓦成本；用Lengthi，t，j表示第t時段、發(fā)電機組i的第j+1個奇異點處出力與第j個奇異點處出力的差值；
Lengthi，t，j＝P_SPi，t，j+1-P_SPi，t，j (20)
初始解不需要嚴格遵守功率平衡約束，可應用冒泡法對Di，t，j由小到大進行排序，表示排序后的Di，t，j順序為order，如同進行相應的排序，在第一次迭代中，每臺機組運行在其出力下限上，每迭代一次，按照order的順序在各臺機組的出力下限和的基礎上加一段功率平衡的差值EERt由下式計算：
迭代過程中，在EERt大于零的情況下，當其最接近零時，迭代停止；然后將在迭代過程中用到的按照機組編號i分別累加到每臺機組的出力下限上，得到初始解中每臺機組的出力值，其中參數(shù)I0+1設為最終迭代次數(shù)的值，求出參數(shù)I0的值；
2)第二步是調整第一步中得到的初始解，記錄下所有調整后的結果，從而再作進一步調整，使其嚴格遵守功率平衡約束。最終，選取能使總成本最小的可行解。將第一小步中的迭代過程稱為初始上升過程，出現(xiàn)了上升過程，則上升動作就是打開的狀態(tài)，如果I≤I0，上升動作在初始上升過程中的第I次迭代中是打開的狀態(tài)，相反，如果I＞I0，則是關閉的狀態(tài)。在保證每臺機組都運行在奇異點上的基礎上，調整在初始上升過程中的第I0次迭代之前的幾個上升過程到第I0次迭代之后的幾個上升過程的狀態(tài)。一般來說，改變狀態(tài)的上升動作的數(shù)量越多，總成本增加也就越多。因此，將上升過程中狀態(tài)改變的數(shù)量設定為同時改變狀態(tài)的不超過4個。選I0次迭代及其前三個上升動作的狀態(tài)和后四個上升動作的狀態(tài)為可變狀態(tài)，將會有163種情況。對于每種情況做進一步調整，就是選其中一臺機組被為松弛機組來滿足功率平衡約束。對于t時段的所有滿足機組出力上下限約束的情況計算總成本，選取能使總成本最小的可行解。
上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。