[發(fā)明專利]基于誘導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)的含電量約束月度機(jī)組組合優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310239538.3
• 申請(qǐng)日: 2013-06-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103324848A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白楊;鐘海旺;王鵬;汪洋;夏清;康重慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種基于誘導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)的含電量約束月度機(jī)組組合優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)獲取機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

所述機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是指發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性數(shù)據(jù)、月度負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、各機(jī)組未來(lái)月的合同電量、電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)及優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)等構(gòu)建月度機(jī)組組合計(jì)劃數(shù)學(xué)模型所需的數(shù)據(jù)；

所述發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性數(shù)據(jù)包括發(fā)電機(jī)組的燃料費(fèi)用、開(kāi)機(jī)費(fèi)用、停機(jī)費(fèi)用、最小開(kāi)機(jī)/停機(jī)時(shí)間、出力變化上限/下限、最小/最大技術(shù)出力數(shù)據(jù)；

所述月度負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為根據(jù)月度負(fù)荷預(yù)測(cè)軟件得到的未來(lái)月電力負(fù)荷需求情況，包括未來(lái)月各日各時(shí)段電網(wǎng)的總負(fù)荷數(shù)據(jù)、各時(shí)段各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷數(shù)據(jù)；

所述機(jī)組未來(lái)月的合同電量為各機(jī)組在本月超額或缺額發(fā)電量與未來(lái)月已簽訂的月度電量合同的累加；累加方式為，如果機(jī)組本月實(shí)發(fā)電量超出了本月合同電量，則從未來(lái)月的月度電量合同中扣除；如果機(jī)組本月實(shí)發(fā)電量小于本月合同電量，則在未來(lái)月的月度電量合同中補(bǔ)足；

所述電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)包括電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)與輸電線路的連接關(guān)系、各輸電斷面的有功潮流極限及其所包含的線路ID、各發(fā)電機(jī)組及節(jié)點(diǎn)負(fù)荷對(duì)每條輸電線路的有功轉(zhuǎn)移分布因子數(shù)據(jù)；

所述優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)包括機(jī)組合同電量的下偏差比例和上偏差比例、電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用率及偏差閾值數(shù)據(jù)；

(2)根據(jù)機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)建含電量約束月度機(jī)組組合計(jì)劃的數(shù)學(xué)模型；

所述含電量約束月度機(jī)組組合計(jì)劃的數(shù)學(xué)模型由目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成；

(2-1)構(gòu)建含電量約束月度機(jī)組組合計(jì)劃數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式如下：

MinΣi=1NΣt=1T[Ci,tP+Ci,tU+Ci,tD]]]>

定義該目標(biāo)函數(shù)為“原目標(biāo)函數(shù)”；表示月度機(jī)組組合計(jì)劃所對(duì)應(yīng)的發(fā)電成本；其中，表示機(jī)組i在時(shí)段t的燃料費(fèi)用，表示機(jī)組i在時(shí)段t的開(kāi)機(jī)費(fèi)用，表示機(jī)組i在時(shí)段t的停機(jī)費(fèi)用；N表示機(jī)組個(gè)數(shù)，T表示時(shí)段個(gè)數(shù)；其中，是控制變量；

(2-2)構(gòu)建含電量約束月度機(jī)組組合計(jì)劃數(shù)學(xué)模型的約束條件，表達(dá)式分別如下：

(2-2-1)燃料費(fèi)用約束條件

Ci,tP≥AiPPi,tΔTD∀t,∀i]]>

(2-2-2)開(kāi)機(jī)費(fèi)用約束條件

Ci,tU≥AiU[Ii,t-Ii,(t-1)]∀t,∀i]]>

Ci,tU≥0∀t,∀i]]>

(2-2-3)停機(jī)費(fèi)用約束條件

ci,tD≥AiD[Ii,(t-1)-Ii,t]∀t,∀i]]>

Ci,tU≥0∀t,∀i]]>

其中，P_i,t表示機(jī)組i在時(shí)段t的有功出力，I_i,t表示機(jī)組i在時(shí)段t的啟停狀態(tài)，I_i,t的取值只能為1或0，I_i,t為1表示開(kāi)機(jī)，I_i,t為0表示停機(jī)；P_i,t與I_i,t也為控制變量；ΔT^D表示每?jī)蓚€(gè)時(shí)段間的間隔時(shí)間；表示機(jī)組i每發(fā)出單位電量需要的燃料費(fèi)用；和分別表示機(jī)組i開(kāi)機(jī)一次的費(fèi)用和停機(jī)一次的費(fèi)用；燃料費(fèi)用約束條件表示機(jī)組i在時(shí)段t為發(fā)出功率所付出的燃料費(fèi)用；開(kāi)機(jī)費(fèi)用約束條件表示當(dāng)機(jī)組i在時(shí)段t-1到時(shí)段t過(guò)渡時(shí)的開(kāi)機(jī)費(fèi)用，如果機(jī)組i在該過(guò)渡階段開(kāi)機(jī)，則開(kāi)機(jī)費(fèi)用為如果沒(méi)有開(kāi)機(jī)，開(kāi)機(jī)費(fèi)用為0；停機(jī)費(fèi)用約束條件表示當(dāng)機(jī)組i在時(shí)段t-1到時(shí)段t過(guò)渡時(shí)的停機(jī)費(fèi)用，如果機(jī)組i在該過(guò)渡階段停機(jī)，則停機(jī)費(fèi)用為如果沒(méi)有停機(jī)，停機(jī)費(fèi)用為0；

(2-2-4)電網(wǎng)有功平衡約束條件

Σi=1NPi,t=Dt∀t]]>

其中，D_t表示時(shí)段t的電網(wǎng)總負(fù)荷，該約束表示電網(wǎng)內(nèi)所有機(jī)組的發(fā)電功率等于電網(wǎng)總負(fù)荷；

(2-2-5)電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用約束條件

Σi=1NIi,tPimax≥Dt(1+RP)∀t]]>

其中，表示機(jī)組i的最大技術(shù)出力，R^P表示電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用率，該約束表示電網(wǎng)內(nèi)所有開(kāi)機(jī)機(jī)組的容量之和應(yīng)大于電網(wǎng)總負(fù)荷的一定比例；

(2-2-6)機(jī)組最小開(kāi)機(jī)/停機(jī)時(shí)間約束條件

(Ti,ton-Ti,minon)[Ii,(t-1)-Ii,t]≥0∀t,∀i]]>

Ti,ton=Σk=t-Ti,minont-1Ii,k]]>

(Ti,toff-Ti,minoff)[Ii,t-Ii,(t-1)]≥0∀t,∀i]]>

Ti,toff=Σk=t-Ti,minofft-1(1-Ii,k)]]>

其中，和分別表示機(jī)組i在時(shí)段t之前已經(jīng)連續(xù)經(jīng)歷的開(kāi)機(jī)時(shí)間和停機(jī)時(shí)間，為控制變量；和分別表示機(jī)組i的最小開(kāi)機(jī)時(shí)間和最小停機(jī)時(shí)間；該約束表示機(jī)組i開(kāi)機(jī)后必須經(jīng)歷時(shí)間才能再次停機(jī)，停機(jī)后必須經(jīng)歷時(shí)間才能再次開(kāi)機(jī)；

(2-2-7)機(jī)組出力變化上下限約束條件

Pi,t-Pi,(t-1)≤DPimaxIi,(t-1)+[Ii,t-Ii,(t-1)]Pimin]]>

+Pimax(1-Ii,t)∀t,∀i]]>

Pi,(t-1)-Pi,t≤DPiminIi,t-[Ii,t-Ii,(t-1)]Pimin]]>

+Pimax[1-Ii,(t-1)]∀t,∀i]]>

其中，和分別表示機(jī)組出力變化的上限和下限，和分別表示機(jī)組i的最大技術(shù)出力和最小技術(shù)出力，均由發(fā)電機(jī)固有特性確定；該約束表示機(jī)組i在時(shí)段t-1到時(shí)段t過(guò)渡時(shí)的有功出力變化量應(yīng)限定在一定范圍內(nèi)；若機(jī)組i從時(shí)段t-1到時(shí)段t的過(guò)渡階段為開(kāi)機(jī)過(guò)程，即I_i,(t-1)＝0且I_i,t＝1，機(jī)組出力變化上下限約束條件為及Pi,(t-1)-Pi,t≤DPimin-Pimin+Pimax,]]>由于I_i,(t-1)＝0，因此P_i,(t-1)＝0，且與約束條件(2-2-8)共同作用，將P_i,t限定為表示機(jī)組開(kāi)機(jī)后的第一個(gè)時(shí)段出力只能為最小技術(shù)出力此時(shí)，為冗余項(xiàng)，實(shí)際不起作用；若機(jī)組i從時(shí)段t-1到時(shí)段t的過(guò)渡階段為停機(jī)過(guò)程，即I_i,(t-1)＝1且I_i,t＝0，機(jī)組出力變化上下限約束條件為Pi,t-Pi,(t-1)≤DPimax-Pimin+Pimax]]>及Pi,(t-1)-Pi,t≤Pimin,]]>此時(shí)，Pi,t-Pi,(t-1)≤DPimax-Pimin+Pimax]]>為冗余項(xiàng)，實(shí)際不起作用，由于I_i,t＝0，因此P_i,t＝0，且與約束條件(2-2-8)共同作用，將P_i,(t-1)限定為表示機(jī)組停機(jī)前的最后一個(gè)時(shí)段出力只能為最小技術(shù)出力若機(jī)組i從時(shí)段t-1到時(shí)段t一直處于運(yùn)行狀態(tài)，即I_i,(t-1)＝1且I_i,t＝1，機(jī)組出力變化上下限約束條件為及表示機(jī)組出力變化的上下限分別為和若機(jī)組i從時(shí)段t-1到時(shí)段t一直處于停機(jī)狀態(tài)，即I_i,(t-1)＝0且I_i,t＝0，機(jī)組出力變化上下限約束條件為及均能得到滿足；

(2-2-8)機(jī)組出力上下限約束條件

Ii,tPimin≤Pi,t≤Ii,tPimax∀t,∀i]]>

該約束表示機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)，其出力應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)變化；機(jī)組停機(jī)時(shí)，其出力為0；

(2-2-9)機(jī)組電量約束條件

Wimin≤ΔTD·Σt=1TPi,t≤Wimax∀i]]>

其中，和分別表示機(jī)組i的電量下限和上限，和分別由機(jī)組i的合同電量乘以下偏差比例和上偏差比例得到；該約束表示機(jī)組在月內(nèi)的計(jì)劃電量與其合同電量基本相等，允許在一定的范圍內(nèi)有偏差；

(2-2-10)網(wǎng)絡(luò)安全約束條件

-Psmax≤Σl∈sΣi=1NGl-iPi,t-Σl∈sΣj=1JGl-jDj,t≤Psmax∀t,∀s]]>

其中，表示輸電斷面s的有功潮流極限，G_l-i表示機(jī)組i對(duì)線路l的有功轉(zhuǎn)移分布因子，G_l-j表示節(jié)點(diǎn)負(fù)荷j對(duì)線路l的有功轉(zhuǎn)移分布因子，D_j,t表示節(jié)點(diǎn)負(fù)荷j在時(shí)段t的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，l∈s表示線路l屬于輸電斷面s，J表示節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的個(gè)數(shù)；該約束表示電網(wǎng)中某些輸電斷面的有功潮流不能超過(guò)其潮流極限；

(3)將含電量約束月度機(jī)組組合計(jì)劃數(shù)學(xué)模型中的I_i,t進(jìn)行松弛，令I(lǐng)_i,t可取[0,1]中的任何值，構(gòu)建松弛月度機(jī)組組合計(jì)劃的數(shù)學(xué)模型；

(4)采用線性規(guī)劃求解器，求解松弛月度機(jī)組組合計(jì)劃的數(shù)學(xué)模型，得到松弛月度機(jī)組組合計(jì)劃；

(5)在步驟(4)得到的松弛月度機(jī)組組合計(jì)劃中，統(tǒng)計(jì)取值為0或1的啟停變量I_i,t的個(gè)數(shù)，記為H(k)，k為當(dāng)前迭代的序號(hào)，并定義H(0)＝0；

(6)判斷當(dāng)前迭代得到的松弛月度機(jī)組組合計(jì)劃中取值為0或1的啟停變量I_i,t的個(gè)數(shù)H(k)較H(k-1)是否增加；如果增加，繼續(xù)進(jìn)行步驟(7)；如果沒(méi)有增加，跳轉(zhuǎn)至步驟(8)；

(7)根據(jù)啟停變量I_i,t的值，構(gòu)建松弛月度機(jī)組組合計(jì)劃數(shù)學(xué)模型的誘導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)；

將松弛月度機(jī)組組合計(jì)劃的數(shù)學(xué)模型的原目標(biāo)函數(shù)修改為如下形式的誘導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)：

MinΣi=1NΣt=1T[Ci,tP+Ci,tU+Ci,tD]+ΣiΣtξi,t(k+1)Ii,t]]>

其中，表示第k次迭代得到的松弛月度機(jī)組組合計(jì)劃中機(jī)組i在時(shí)段t的啟停變量值，B_i表示機(jī)組i運(yùn)行在最小技術(shù)出力時(shí)的燃料費(fèi)用；特別地，當(dāng)時(shí)，令其中ε=0.01，M為所有機(jī)組中B_i的最大值；

跳轉(zhuǎn)至步驟(4)，迭代次數(shù)k加1；

(8)采用誘導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建并求解含電量約束月度機(jī)組組合計(jì)劃的數(shù)學(xué)模型，得到月度機(jī)組組合計(jì)劃；

設(shè)當(dāng)前迭代次數(shù)k的值為采用第次迭代時(shí)的誘導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)形式，且令I(lǐng)_i,t僅能取值0或1，構(gòu)建含電量約束月度機(jī)組組合計(jì)劃的數(shù)學(xué)模型，并采用混合整數(shù)規(guī)劃求解器求解該模型，得到月度機(jī)組組合計(jì)劃；

(9)判斷月度機(jī)組組合計(jì)劃的偏差因子λ是否小于偏差閾值λ₀；

依照如下表達(dá)式計(jì)算月度機(jī)組組合計(jì)劃的偏差因子λ：

λ=OP0*-OPSOP0*]]>

其中，是步驟(8)求解得到的月度機(jī)組組合計(jì)劃所對(duì)應(yīng)的發(fā)電成本；是k=1時(shí)松弛月度機(jī)組組合計(jì)劃所對(duì)應(yīng)的發(fā)電成本；

如果λ＞λ₀，繼續(xù)步驟(10)；如果λ≤λ₀，跳轉(zhuǎn)至步驟(11)；

(10)采用原目標(biāo)函數(shù)，以步驟(8)得到的月度機(jī)組組合計(jì)劃為初始解，構(gòu)建并求解含電量約束月度機(jī)組組合計(jì)劃的數(shù)學(xué)模型，得到月度機(jī)組組合計(jì)劃；

(11)優(yōu)化結(jié)束，所得結(jié)果為含電量約束的月度機(jī)組組合計(jì)劃，電網(wǎng)公司據(jù)此控制發(fā)電機(jī)組的啟停和出力。