[發(fā)明專利]基于環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益的火電廠綜合調(diào)度方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210222979.8
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102779322A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳亞麗;薛敬千;劉格
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

1.一種基于環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益的火電廠綜合調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、建立火電廠環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題的數(shù)學(xué)模型

其數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式為：

式（1）中，i=1,2,…,N_G表示第i臺發(fā)電機(jī)，N_G為系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)總數(shù)；

表示火電廠的發(fā)電燃料總耗量即燃料總費(fèi)用，計(jì)算表達(dá)式為：

Fi(Pi)=ai+bi+ciPi2---(2)]]>

式（2）中，P_i表示第i臺發(fā)電機(jī)的有功功率；E_i(P_i)表示第i臺發(fā)電機(jī)的燃料耗量，a_i,b_i,c_i均為系統(tǒng)參數(shù)，分別表示第i臺發(fā)電機(jī)組燃料耗量特性的常數(shù)項(xiàng)、一次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)，在系統(tǒng)中是已知參數(shù)；

另外，為污染氣體的總排放量，計(jì)算表達(dá)式為：

Ei(Pi)=αi+βi+γiPi2+ξiexp(λiPi),---(3)]]>

式（3）中，E_i(P_i)表示第i臺發(fā)電機(jī)的污染排放量；α_i,β_i,γ_i,ξ_i,λ_i均為系統(tǒng)參數(shù)，α_i,β_i,γ_i分別表示第i臺發(fā)電機(jī)組污染排放量特性的常數(shù)項(xiàng)、一次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)，ξ_i,λ_i表示指數(shù)項(xiàng)的相關(guān)參數(shù)，相對于具體系統(tǒng)為常數(shù)值；

環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化過程中所受到的限制條件包括：

A）發(fā)電機(jī)的最大最小容量限制，表達(dá)式為：

其中的分別為第i臺火力發(fā)電機(jī)的最小及最大有功功率輸出；

B）平衡約束，即系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)組發(fā)電功率之和應(yīng)等于負(fù)載總的需求功率與網(wǎng)絡(luò)損耗之和，表達(dá)式為：

式中，為火電廠機(jī)組的總有功功率；P_D為系統(tǒng)的額定功率；P_Loss為電網(wǎng)中有功網(wǎng)損，

網(wǎng)損計(jì)算采用B系數(shù)法，表達(dá)式為：其中稱B_ij,B_0i，B₀₀為B系數(shù)，分別根據(jù)機(jī)組的具體設(shè)置得到，是已知參數(shù)；

步驟2、獲取模型中的各類參數(shù)

2.1）根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷曲線確定電網(wǎng)的負(fù)荷低谷與負(fù)荷高峰時段，確定各時段負(fù)荷分配的功率需求從電網(wǎng)調(diào)度中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前時刻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)額定功率P_D、有功網(wǎng)損P_Loss的參數(shù)值B_ij,B_0i，B₀₀；

2.2）機(jī)組的運(yùn)行性能參數(shù)，包括運(yùn)行時的煤耗量、煙塵及有害氣體的排放量，根據(jù)煙塵排放定價、減排定價、二氧化碳排放許可價格得到污染排放量的參數(shù)數(shù)據(jù)α_i,β_i,γ_i,ξ_i,λ_i；根據(jù)電力系統(tǒng)輔助服務(wù)定價、單位電能生產(chǎn)中的煤耗定價，獲得原煤價格、柴油價格火電機(jī)組運(yùn)行時發(fā)電成本，得到燃料總費(fèi)用的參數(shù)a_i,b_i,c_i；

步驟3、初始可行調(diào)度產(chǎn)生過程及編碼處理

在上述的數(shù)學(xué)模型中，需要確定的決策變量為N_G個機(jī)組的有功功率采用基于聚類思想的粒子群算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，為此需要產(chǎn)生初始可行調(diào)度，針對初始可行調(diào)度產(chǎn)生的具體步驟是：

對前N_G-1個發(fā)電機(jī)組，在滿足最大發(fā)電有功功率和最小發(fā)電有功功率的范圍內(nèi)，隨機(jī)產(chǎn)生每個機(jī)組的有功功率P_i,i＝1,2,…,N_G-1,然后利用等式約束，求得第N_G個機(jī)組的有功功率，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)損耗P_Loss，并確保滿足最大、最小發(fā)電機(jī)組有功功率限制；

按照同樣的過程產(chǎn)生N個可行調(diào)度序列；

步驟4、對初始可行調(diào)度進(jìn)行評價

將上述步驟3產(chǎn)生的N個可行調(diào)度序列分別代入前述的式（2）和式（3），對可行調(diào)度進(jìn)行評價，并進(jìn)行非劣排序；

由于每個可行調(diào)度均對應(yīng)兩個目標(biāo)函數(shù)，因此需要對N個可行調(diào)度進(jìn)行非劣排序，將互不支配的可行調(diào)度保存在一個外部集合中，稱之為外部歸檔集；

步驟5、對可行調(diào)度進(jìn)行更新

在開始之前需要設(shè)置迭代次數(shù)初值t=0，及其最大迭代次數(shù)T_max，

產(chǎn)生N個初始可行調(diào)度并進(jìn)行評價后，下一步就要實(shí)現(xiàn)對這N個可行調(diào)度的更新，在更新之前，首先采用k-means聚類方法，對N個可行調(diào)度進(jìn)行聚類，并將通過聚類得到的新信息和粒子群算法提供的信息相結(jié)合，來對每個可行調(diào)度的發(fā)電機(jī)組有功功率進(jìn)行迭代更新機(jī)制，具體按照以下步驟實(shí)施：

設(shè)在第t次迭代中，第j個可行調(diào)度中第i個機(jī)組的有功功率為P_ji(t)，有功功率的變化率為V_ji(t)，第j個可行調(diào)度前t次迭代歷史中最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益時第i個機(jī)組有功功率為Pbest_ji(t)，前t次迭代中所有可行調(diào)度中獲得最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益時第i個機(jī)組的有功功率為Pgbest_i(t)，第j個可行調(diào)度所在類的類內(nèi)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益所對應(yīng)的發(fā)電機(jī)組有功功率為C_ji(t)，則在迭代次數(shù)為t+1時，第j個可行調(diào)度中第i個機(jī)組的有功功率P_ji(t+1)的迭代公式如下：

P_ji(t+1)＝P_ji(t)+V_ji(t+1)????（4）

V_ji(t+1)＝ω·V_ji(t)+c₁·r₁·(Pbest_ji(t)-P_ji(t))+c₂r₂(P_gbest(t)-P_ji(t))+c₃·r₃·(C_ji(t)-P_ji(t))

??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????（5）

上式（4）及式（5）中，三個學(xué)習(xí)因子c₁，c₂和c₃均為常數(shù)，r₁、r₂、r₃為[0，1]之間的隨機(jī)數(shù)；w從最大值0.9根據(jù)迭代次數(shù)遞減到最小值0.4，V_ji(t)為發(fā)電機(jī)組有功功率變化范圍的10%-20%，

通過以上兩個迭代公式，每個發(fā)電機(jī)組的變化率和發(fā)電機(jī)組的發(fā)電有功功率不斷更新，尋找出綜合環(huán)境因素下N個更符合目標(biāo)函數(shù)的發(fā)電機(jī)組發(fā)電功率可行調(diào)度集合；

步驟6、對外部歸檔集中的非劣調(diào)度解集進(jìn)行更新

首先對這N個可行調(diào)度序列分別代入前述的式（2）和式（3），對所有可行調(diào)度進(jìn)行評價，并進(jìn)行非劣排序，采用循環(huán)擁擠距離排序法來對外部歸檔集進(jìn)行維護(hù)，使得外部歸檔集的大小在其初始設(shè)定的范圍內(nèi)；

外部歸檔集的更新除了采用上述來自種群中的非支配調(diào)度外，還從歸檔集合中選擇出η%非劣最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益和污染排放量的發(fā)電機(jī)組的有功功率值，η的取值范圍為5~20；在每個發(fā)電機(jī)組的有功功率值附近以SR∈[0,1]為半徑進(jìn)行搜索，以便產(chǎn)生更好的可行調(diào)度；

步驟7、計(jì)算外部歸檔集中各非支配調(diào)度之間的擁擠距離，并根據(jù)擁擠距離確定出新的Pbest_ji(t)、Pgbest_i(t)和C_ji(t)；

步驟8、判斷迭代次數(shù)t是否達(dá)到最大值T_max，若是，輸出當(dāng)前的非劣解集中的可行調(diào)度，若否，設(shè)置迭代次數(shù)t=t+1，轉(zhuǎn)到步驟5重新進(jìn)行更新。