[發明專利]基于縮緊McCormick方法的綜合熱電系統調度方法

有效

• 申請號: 202110445651.1
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113177185B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 孫宏斌;孫勇;郭慶來;李寶聚;王彬;呂項羽;鄧莉榮;張海鋒;潘昭光;李德鑫;張璇;莊冠群;陽天舒;張宗寶
• 申請（專利權）人: 國網吉林省電力有限公司;清華大學
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;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

1.一種基于縮緊McCormick方法的綜合熱電系統調度方法，其特征在于，該方法建立基于量調節的區域供熱系統的基礎模型并進行重構，然后分別建立電力系統模型和能源模型，根據該三個模型建立由目標函數和約束條件構成的綜合熱電系統聯合調度模型，將聯合調度模型轉化為凸的McCormick模型，采用分段McCormick技術對該McCormick模型進行轉換，利用邊界收縮算法求解轉換后的模型，得到最終的綜合熱電系統調度方案；

該方法包括以下步驟：

1)區域供熱系統模型的重構與優化；具體步驟如下：

1-1)建立區域供熱系統基礎模型；

令徑向區域供熱系統中質量流量的大小可變但方向固定，建立區域供熱系統基礎模型表達式如下：

其中，H_Li表示區域供熱系統中節點i的熱負荷；H_Gi表示節點i的供熱功率；c表示水的比熱容；m_ji表示熱網管道中從節點j轉移到節點i的水的質量流量；v表示單位長度傳熱系數；L_ji表示從節點j到節點i的管道長度；τ_a表示環境溫度；τ_i表示節點i的出口溫度；τ_ji表示從節點j到節點i的管道出口溫度；和分別表示熱網管道中從節點j轉移到節點i的水的質量流量最大值和最小值；In(i)表示區域供熱系統中中流入節點i的節點的索引集合；Out(i)表示區域供熱系統中從節點i流出的節點的索引集合；I^HB表示采暖鍋爐索引集合；I^CHP表示熱電聯產機組索引集合；I^node表示供熱網絡中所有節點的索引集合；I^pipe表示區域供熱系統中所有管道的索引集合；

1-2)對步驟1-1)建立的模型進行重構；

引入輔助變量：

則式(1a)和(1c)分別轉化為：

其中，表示從節點j流入節點i的熱功率；表示從節點j流出到節點i的熱功率；表示從節點i流出到節點k的熱功率；In(i)表示供熱網絡中流入節點i的節點的索引集合；Out(i)表示供熱網絡中從節點i流出的節點的索引集合；τ_i表示節點i的出口溫度；τ_ji表示從節點j到節點i的管道出口溫度；H_Li表示節點i的熱負荷；H_Gi表示節點i的供熱功率；c表示水的比熱容；m_ji表示熱網管道中從節點j轉移到節點i的水的質量流量；v表示單位長度傳熱系數；L_ji表示從節點j到節點i的管道長度；

利用條件vL_ji＜＜cm_ji和一階泰勒展開式近似式(5)：

利用式(7)和(8)將式(1d)轉換為與熱功率H相關的約束：

因此，步驟1-1)中的區域供熱系統基礎模型轉化為如下所示的區域供熱系統的重構模型：

2)構建電力系統模型，表達式如下：

其中，P_Gi和Q_Gi分別表示總線i上的有功功率發電和無功功率發電；P_Li,Q_Li分別表示總線i上的有功功率負載和無功功率負載；V_i,θ_i分別表示母線i的電壓幅值和相角；表示線路ij上的潮流的上限；V_i表示母線i的電壓最大幅值；

3)建立能源模型；

對采暖鍋爐、熱電聯產機組和非熱電聯產熱力機組分別建立目標函數如下：

其中，表示采暖鍋爐i的成本函數；表示熱電聯產機組i的成本函數；表示非熱電聯產機組的發電機組i的成本函數；表示采暖鍋爐i生產成本系數；表示熱電聯產機組i的發電成本系數；表示非熱電聯產機組的發電機組i發電成本系數；P_i^CHP和分別表示熱電聯產機組i的有功功率輸出和無功功率輸出；

該模型的約束條件如下：

其中，表示采暖鍋爐i的熱量輸出；和分別表示采暖鍋爐i的熱量輸出的最小值和最大值；表示熱電聯產機組i的熱量輸出；P_i^TU表示非熱電聯產機組的發電機組i的有功功率輸出；P_i^TU和表示非熱電聯產機組的發電機組i的有功功率輸出最小值和最大值；I^HB表示采暖鍋爐索引集合；I^CHP表示熱電聯產機組索引集合；I^TU表示非熱電聯產機組的發電機組索引集合；B_i表示熱電聯產機組i中邊界對的索引集合；分別表示熱電聯產機組i上可行區域邊界b的參數；

4)建立綜合熱電系統聯合調度模型，該模型由目標函數和約束條件構成；具體步驟如下：

4-1)確定聯合調度模型的目標函數，表達式如下：

4-2)確定聯合調度模型的約束條件；包括：

其中，和分別表示熱電聯產機組j在小時t的有功功率和無功功率；和分別表示非熱電聯產機組的發電機組j在小時t的有功功率和無功功率；H_Gi,t表示節點i在小時t的供熱功率；表示采暖鍋爐j在小時t的熱量輸出；

該模型的約束條件還包括：式(9a)至(9h)，式(10a)至(10d)，式(12a)至(12c)；

5)用McCormick凸松弛處理式(9f)，將步驟4)建立的聯合調度模型轉化為凸的McCormick模型；則轉化后的模型目標函數為式(13a)，約束條件包括：式(9a)至(9e)，(9g),(9h),式(10a)至(10d)，式(12a)至(12c)，式(13b)至式(13d)；

該模型的約束條件還包括：

6)利用縮緊McCormick方法對步驟5)的模型求解，得到綜合熱電系統調度方案；具體步驟如下：

6-1)利用分段McCormick技術對步驟5)的模型進行轉化；

對節點溫度進行分區，將其均勻劃分為多個不相交的分區，所有分區的集合記為S，分區的數量記為|S|；令和分別表示分區s中變量τ_i的上下限，將二制變量y_i,s分配給每個分區s；如果τ_i的值確實屬于此分區，則y_i,s＝1；否則y_i,s＝0；將m_ik分解為則步驟5)的模型轉化為:

目標函數為式(13a)，約束條件包括：式(9a)至(9e)，(9g),(9h),式(10a)至(10d)，式(12a)至(12c)，式(13b)至式(13d)；約束條件還包括：

6-2)利用邊界收縮算法求解步驟6-1)轉化后的模型，得到最終的綜合熱電系統調度方案；

具體步驟如下：

6-2-1)輸入參數：約束條件的最大可接受閾值δ,目標函數的最大可接受閾值ω,邊界收縮系數ε,ε的更新步長σ；設定目標函數上限和下限值；

6-2-2)初始化；

令索引序號n←1；其中上標ini代表初始值；

6-2-3)判定：若(目標函數上限-目標函數下限)/目標函數上限×100％≥ω，則執行步驟6-2-4)，否則執行步驟6-2-12)；

6-2-4)判定：若n＝1，則執行步驟6-2-5)，否則執行步驟6-2-6)；

6-2-5)求解步驟6-1)轉化后的模型，得到m_ik,τ_i,及目標函數值F的當前最優解，利用F更新目標函數下限，然后執行步驟6-2-7)；

6-2-6)求解步驟5)的模型，得到m_ik,τ_i,及目標函數值F的當前最優解，利用F更新目標函數下限，然后執行步驟6-2-7)；

6-2-7)將步驟4)的模型中的變量m_ik設為固定值，其值采用m_ik的當前最優解，求解步驟4)的模型，得到目標函數值F的當前最優解，利用該F更新目標函數上限；

6-2-8)判定：如果則執行步驟6-2-12)，否則執行步驟6-2-9)；

6-2-9)更新：

6-2-10)更新ε：ε←ε-σ

6-2-11更新索引序號n:n←n+1，然后重新返回步驟6-2-3)；

6-2-12)計算完畢，得到最終的τ_i的最大值和最小值，以及的m_ik的最大值和最小值；同時將計算完畢前最后一次步驟6-2-6)得到的最優解包括：P_Gi,t,Q_Gi,t,作為最終的調度方案。