[發明專利]基于松弛鄰域搜索的電力系統機組組合優化方法及裝置

有效

• 申請號: 202010164929.3
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111262279B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 鐘海旺;馬子明;夏清;康重慶;王強;曹欣
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網河北省電力有限公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;H02J3/00;G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種基于松弛鄰域搜索的電力系統機組組合優化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)從電力系統調度部門獲取基礎數據：

所述基礎數據包括機組成本數據、機組的運行特性數據、機組電量約束數據、日前負荷預測數據、電網拓撲數據；

所述機組成本數據，包括機組變動成本函數、機組開機成本和機組關機成本；

所述機組的運行特性數據為發電機組的出力上下限數據和機組爬坡能力；

所述日前負荷預測數據，為第二日各時段各節點電力負荷需求情況；

所述電網拓撲數據包括電力網絡的節點與輸電線路的連接關系、各線路斷面的最大有功傳輸容量及其所包含的線路編號、各機組及節點負荷對每條輸電線路的發電機輸出功率轉移分布因子矩陣數據；

2)構建電力系統機組組合優化模型：

2-1)構建電力系統機組組合優化模型的目標函數，表達式如下：

其中，P_kt是機組k在時段t的出力，f(·)是關于機組出力的變動成本函數，SU_k是機組k的開機成本；y_kt是機組k在時段t的開機狀態0-1變量，若機組k在時段t由關機狀態轉換為開機狀態，則y_kt等于1，否則為0；SD_k為機組k的關機成本；z_kt是機組k在時段t的關機狀態0-1變量，若機組k在時段t由開機狀態轉換為關機狀態，則z_kt等于1，否則為0；

2-2)構建電力系統機組組合優化模型的約束條件，具體如下：

2-2-1)系統負荷平衡約束：

其中，D_bt是節點b在時段t的負荷；

2-2-2)發電機組技術約束：

其中，u_kt是機組k在時段t的開停機狀態0-1變量，若機組k在時段t處于開機狀態，則u_kt為1，若機組k在時段t處于關機狀態，則u_kt為0；P_k,min為機組k的最小出力，P_k,max為機組k的最大出力，為機組k的爬坡能力，T_k,on為機組k的最小連續開機時間，T_k,off為機組k的最小連續關機時間，y_k,max為機組k的最大開機次數，z_k,max為機組k的最大關機次數，E_k,min為機組k全天的最小發電電量，E_k,max為機組k全天的最大發電電量，K_E為帶電量約束的發電機組編號集合；

2-2-3)線路有功傳輸容量約束條件：

其中，TP_l,max為線路l的最大有功傳輸容量，TP_l,min為線路l的最大有功傳輸容量，矩陣G為節點對線路的發電機輸出功率轉移分布因子矩陣，n_k為機組k的所在節點編號；

3)求解步驟2)建立的電力系統機組組合優化模型的松弛最優解：

3-1)將式(1)-(12)構成的電力系統機組組合優化模型中的0-1變量松弛為取值范圍為0到1的連續變量，形成電力系統機組組合優化的松弛模型；

3-2)求解電力系統機組組合優化的松弛模型，得到電力系統機組組合優化的松弛最優解x^*，包括：機組開停機狀態0-1變量松弛最優解的向量u^*，機組開機狀態0-1變量松弛最優解的向量y^*，機組停機狀態0-1變量松弛最優解的向量z^*，機組出力變量松弛最優解的向量P^*；

4)構造松弛鄰域搜索約束；具體步驟如下：

4-1)根據步驟3)得到的電力系統機組組合優化的松弛最優解，構建松弛距離表達式：

其中，RD(u,y,z,u^*,y^*,z^*)代表電力系統機組組合優化模型任一解與松弛最優解的松弛距離，u為機組開停機狀態0-1變量的向量，y為機組開機狀態0-1變量的向量，z為機組停機狀態0-1變量的向量，為機組開停機狀態0-1變量u_kt的松弛最優解，為機組開機狀態0-1變量y_kt的松弛最優解，為機組停機狀態0-1變量z_kt的松弛最優解；α(·)為確定權重系數的函數，計算表達式如(14)所示：

4-2)構造搜索鄰域搜索約束，如式(15)所示：

RD(u,y,z,u^*,y^*,z^*)≤r (15)

其中，r為鄰域半徑系數；

5)將式(15)作為約束條件加入到步驟1)建立的電力系統機組組合優化模型，得到電力系統機組組合優化替代模型，該模型的目標函數為式(1)，約束條件為式(2)-(12)、(15)；

6)求解電力系統機組組合優化替代模型，得到電力系統機組組合優化結果x′，包括：機組開停機狀態0-1變量優化結果向量u′，機組開機狀態0-1變量優化結果向量y′，機組停機狀態0-1變量優化結果向量z′，機組出力變量優化結果的向量P′。

2.一種基于如權利要求1所述方法的電力系統機組組合優化裝置，其特征在于，該裝置包括依次相連的數據獲取模塊，模型構建模塊，松弛求解模塊，松弛鄰域搜索約束模塊，替代模型構建模塊和計算求解模塊；

所述數據獲取模塊用于從電力系統調度部門獲取基礎數據，并將獲取的基礎數據發送給模型構建模塊；所述基礎數據包括：機組成本數據、機組的運行特性數據、機組電量約束數據、日前負荷預測數據、電網拓撲數據；

所述模型構建模塊用于根據從數據獲取模塊得到的基礎數據構建電力系統機組組合優化模型，并發送給松弛求解模塊；

所述松弛求解模塊用于將電力系統機組組合優化模型中的0-1變量松弛為取值范圍為0到1的連續變量，形成電力系統機組組合優化的松弛模型，并求解電力系統機組組合優化的松弛模型的松弛最優解，并將該松弛最優解發送給松弛鄰域搜索約束模塊；

所述松弛鄰域搜索約束模塊利用松弛最優解構建松弛距離表達式并構造松弛鄰域搜索約束，然后將松弛鄰域搜索約束發送給替代模型構建模塊；

所述替代模型構建模塊用于將松弛鄰域搜索約束加入到電力系統機組組合優化模型中，構建電力系統機組組合優化替代模型；

所述計算求解模塊用于求解電力系統機組組合優化替代模型，得到電力系統機組組合優化結果。