一種基于分支割平面算法的電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化方法，特別設(shè)及一種基于分支割平面算 法的電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)代大規(guī)模電力系統(tǒng)中，發(fā)電資源類型眾多，不同類型的機(jī)組的成本特性及技術(shù) 約束條件各不相同。對發(fā)電機(jī)組的啟停和出力進(jìn)行調(diào)度安排，研究機(jī)組組合問題，對充分保 證電力供需的平衡、經(jīng)濟(jì)合理地利用發(fā)電資源有重要意義。
[0003] 優(yōu)化和完善電力系統(tǒng)機(jī)組組合的目的在于：在滿足負(fù)荷平衡、系統(tǒng)約束、機(jī)組特性 約束等條件下，合理經(jīng)濟(jì)地安排機(jī)組未來一定時段內(nèi)的發(fā)電計劃，W系統(tǒng)運(yùn)行成本最小化 為目標(biāo)，確定機(jī)組的啟停方案。
[0004] 從數(shù)學(xué)的角度來看，電力系統(tǒng)機(jī)組組合問題是一個包含整型變量和連續(xù)變量的高 維、離散、非凸的混合整數(shù)非線性優(yōu)化問題。現(xiàn)有的傳統(tǒng)方法有；優(yōu)先級表法、動態(tài)規(guī)劃法、 拉格朗日松弛法、混合整數(shù)規(guī)劃法。此外還有基于人工智能的各類方法，例如：模擬退火算 法、蟻群算法、遺傳算法、粒子群算法、免疫算法、禁忌算法等。但W上方法計算速度慢、計算 結(jié)果精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、計算速度快且計算 精度高的基于分支割平面算法的電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 一種基于分支割平面算法的電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化方法，包括W下步驟：
[000引步驟1、建立電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型；
[0009] 步驟2、利用分支割平面算法求解電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型。
[0010] 而且，所述步驟1的電力系統(tǒng)機(jī)組組合模型為：
[0011] W電力系統(tǒng)運(yùn)行成本為目標(biāo)函數(shù)，確定機(jī)組組合的優(yōu)化模型如下：
[0012]
[0013] 其中；
[0014] 。任乃=ai(Pit)2+biPit+Ci
[0015] 上述表達(dá)式中，Pit為機(jī)組i在時段t的出力；的為機(jī)組i在時段t的開停機(jī)狀態(tài)， 1表示開機(jī)，0表示停機(jī)；。(Pft)為機(jī)組i的能量成本；為機(jī)組化在t時段的啟動費(fèi) 用啡、bi、Ci為Pi*的二次、一次、常數(shù)參數(shù)；表示（U/，巧）機(jī)組組合方式的運(yùn)行 成本。
[0016] 約束條件：
[0023] 上述表達(dá)式中，巧、&分別為時段t的系統(tǒng)負(fù)荷、備用要求；寫、巧為機(jī)組i的 出力上、下限；Rui和為機(jī)組i每個時段允許調(diào)整的處理上、下限；T 為機(jī)組i的最小 停、開機(jī)時間。
[0024] 而且，所述步驟2的具體步驟為：
[0025] ①初始化：設(shè)定最小化的優(yōu)化問題Q為根節(jié)點(diǎn)問題，存入問題集以上界，最 優(yōu)解記為X*，轉(zhuǎn)到②；
[0026] ②終止條件；如果L=0，則終止：如果，X*存在，則找到最優(yōu)解，若Z=+CX) 則無解；如果L姜0，轉(zhuǎn)到⑨；
[0027] ⑨問題選擇；在L中選一個節(jié)點(diǎn)子問題Q，并從L中刪除，轉(zhuǎn)到④；
[002引④解線性松弛問題；即解Q的松弛問題；若Q有解xq，此時目標(biāo)值與，傳入節(jié)點(diǎn)Q 轉(zhuǎn)到⑥，否則令馬=+m，轉(zhuǎn)到②；
[0029] ⑥剪支：將傳入的節(jié)點(diǎn)編號賦值給i，若節(jié)點(diǎn)i的^ ，若i在L中則刪除i，轉(zhuǎn)到 ②；否則轉(zhuǎn)到⑧；
[0030] ⑧定界Q;若xq滿足MIP條件，則馬=馬，轉(zhuǎn)到⑦；否則轉(zhuǎn)到⑨；
[0031] ⑦定界L;如果^可，則^ =烏，巧=xq，否則什么都不做；然后傳入L中所有的 節(jié)點(diǎn)編號轉(zhuǎn)到⑥；
[0032] ⑨增加割平面；若還未到添加割平面輪數(shù)的限制，則添加割平面，轉(zhuǎn)到④；否則轉(zhuǎn) 到⑨；
[0033] ⑨啟發(fā)定界；若可W構(gòu)造滿足MIP條件的可行解X化，目標(biāo)值Z化，令Xq=Xqh， 與二z如，轉(zhuǎn)到⑦；否則轉(zhuǎn)到⑩；
[0034] ⑩分支；選擇分支變量，將節(jié)點(diǎn)Q分支，馬1=…=馬4 =馬，編號存入L中，轉(zhuǎn)到②。
[0035] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0036] 本發(fā)明采用分支割平面法對電力系統(tǒng)機(jī)組組合進(jìn)行優(yōu)化，通過分支處理將求解機(jī) 組組合的問題分為相互獨(dú)立的兩個子問題，在兩個子域上做線性規(guī)劃，在多次的分支過程 中，產(chǎn)生子問題的樹狀結(jié)構(gòu)，隨著分支增多計算量較大；通過定界處理確定最優(yōu)目標(biāo)值的上 下界W減少捜索次數(shù)。本發(fā)明思路簡單、靈活，并且適合分布并行計算，可W大大地提升模 型的優(yōu)化性能，更快速、有效地求解機(jī)組組合問題。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明求解電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[003引 W下結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述：
[0039] 一種基于分支割平面算法的電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化方法，包括W下步驟：
[0040] 步驟1、建立電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型。
[0041] 在建立電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型時，需要確定電力系統(tǒng)機(jī)組組合的目標(biāo)函數(shù)W 及約束條件。
[0042] W電力系統(tǒng)運(yùn)行成本為目標(biāo)函數(shù)，確定機(jī)組組合的優(yōu)化模型如下：
[0043]
[0044] 其中；
[0045] 。任乃=ai(Pit)2+b恥+Ci
[0046] 上述表達(dá)式中，Pit為機(jī)組i在時段t的出力；為機(jī)組i在時段t的開停機(jī)狀態(tài)， 1表示開機(jī)，0表示停機(jī)；。任乃為機(jī)組i的能量成本；S'(0',)為機(jī)組化在t時段的啟動費(fèi) 用啡、bi、Ci為Pi*的二次、一次、常數(shù)參數(shù)；巧巧.片）表示（巧，巧）機(jī)組組合方式的運(yùn)行 成本。
[0047] 在本實(shí)施例中，機(jī)組組合問題的約束條件包括；系統(tǒng)功率平衡約束、系統(tǒng)功率備用 約束、機(jī)組輸出功率約束、機(jī)組爬坡速率約束、機(jī)組最小開機(jī)時間約束W及機(jī)組最小停機(jī)時 間約束，其約束表達(dá)式如下：
[0化3] ⑧機(jī)組最小停機(jī)時間約束表達(dá)式為
[0054] 上述表達(dá)式中，巧、A分別為時段t的系統(tǒng)負(fù)荷、備用要求；寫、巧為機(jī)組i的 出力上、下限；Rui和Rdi為機(jī)組i每個時段允許調(diào)整的處理上、下限；T"、T2i為機(jī)組i的最小 停、開機(jī)時間。
[0化5] 步驟2、利用分支割平面算法求解電力系統(tǒng)機(jī)組優(yōu)化組合；
[0056] 本步驟是求解步驟1建立的電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型，使其得到滿足約束條件 的機(jī)組出力IV和機(jī)組狀態(tài)t/；。
[0化7] 所述步驟2的具體步驟為：
[005引①初始化：設(shè)定最小化的優(yōu)化問題Q為根節(jié)點(diǎn)問題，存入問題集L，上界S=+m，最 優(yōu)解記為X*，轉(zhuǎn)到②；
[0059] ②終止條件；如果L=0，則終止；如果方<+w，巧存在，則找到最優(yōu)解，若交=+〇〇 則無解；如果L并0，轉(zhuǎn)到⑨；
[0060] ⑨問題選擇；在L中選一個節(jié)點(diǎn)子問題Q，并從L中刪除，轉(zhuǎn)到④；
[0061] ④解線性松弛問題；即解Q的松弛問題；若Q有解xq，此時目標(biāo)值寫，傳入節(jié)點(diǎn)Q 轉(zhuǎn)到⑥，否則令烏=+m，轉(zhuǎn)到②；
[006引⑥剪支：將傳入的節(jié)點(diǎn)編號賦值給i，若節(jié)點(diǎn)i的^>5，若i在L中則刪除i，轉(zhuǎn)到 ②；否則轉(zhuǎn)到⑧；
[0063] ⑧定界Q;若xq滿足MIP條件，則與=馬，轉(zhuǎn)到⑦；否則轉(zhuǎn)到⑨；
[0064] ⑦定界L;如果^可，則S=馬，巧=xq，否則什么都不做；然后傳入L中所有的 節(jié)點(diǎn)編號轉(zhuǎn)到⑥；
[0065] ⑨增加割平面；若還未到添加割平面輪數(shù)的限制，則添加割平面，轉(zhuǎn)到④；否則轉(zhuǎn) 到⑨；
[0066] ⑨啟發(fā)定界；若可W構(gòu)造滿足MIP條件的可行解X化，目標(biāo)值Z化，令Xq=Xqh， 弓轉(zhuǎn)到⑦；否則轉(zhuǎn)到⑩；
[0067] ⑩分支；選擇分支變量，將節(jié)點(diǎn)Q分支，=…= &*=馬，編號存入L中，轉(zhuǎn)到②。
[0068] 本發(fā)明的工作原理是；
[0069] 首先，獲取機(jī)組組合問題中待優(yōu)化機(jī)組的性能參數(shù)、電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，建立機(jī) 組組合問題的優(yōu)化模型，然后，將所建立的混合整數(shù)規(guī)劃模型看做一個根節(jié)點(diǎn)，作為分支割 平面算法開端解決的原始問題，按照優(yōu)化流程迭代求解，最終可得到各個機(jī)組的機(jī)組出力 和機(jī)組狀態(tài)。
[0070] 需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包 括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案 得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于分支割平面算法的電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步 驟： 步驟1、建立電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型； 步驟2、利用分支割平面算法求解電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分支割平面算法的電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化方法， 其特征在于：所述步驟1以電力系統(tǒng)運(yùn)行成本為目標(biāo)函數(shù)，建立電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模 型為：其中：上述表達(dá)式中，矽為機(jī)組i在時段t的出力；W為機(jī)組i在時段t的開停機(jī)狀態(tài)，1表 示開機(jī)，0表示停機(jī)；5(巧）為機(jī)組i的能量成本；欠(R)為機(jī)組Ui在t時段的啟動費(fèi)用； 屮也士為/f的二次、一次、常數(shù)參數(shù)；)表示(W，C)機(jī)組組合方式的運(yùn)行成本。 電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型的約束條件為：上述表達(dá)式中，#、&分別為時段t的系統(tǒng)負(fù)荷、備用要求；5、巧為機(jī)組i的出力 上、下限；1^和Rdi為機(jī)組i每個時段允許調(diào)整的處理上、下限；Tn、T2i為機(jī)組i的最小停、 開機(jī)時間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分支割平面算法的電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化方法， 其特征在于：所述步驟2的具體步驟為： ① 初始化：設(shè)定最小化的優(yōu)化問題Q為根節(jié)點(diǎn)問題，存入問題集L，上界，最優(yōu)解 記為x*，轉(zhuǎn)到②； ② 終止條件：如果L=0，則終止：如果X*存在，則找到最優(yōu)解，若Z=+〇〇則無 解；如果L關(guān)0，轉(zhuǎn)到③； ③ 問題選擇：在L中選一個節(jié)點(diǎn)子問題Q，并從L中刪除，轉(zhuǎn)到④； ④ 解線性松弛問題：若Q有解xq，此時目標(biāo)值&，傳入節(jié)點(diǎn)Q轉(zhuǎn)到⑤，否則令4=+c0，轉(zhuǎn) 到②； ⑤ 剪支：將傳入的節(jié)點(diǎn)編號賦值給節(jié)點(diǎn)i，若節(jié)點(diǎn)i的f，若i在L中則刪除i，轉(zhuǎn)到 ②；否則轉(zhuǎn)到⑥； ⑥ 定界Q:若xq滿足MIP條件，則& =4，轉(zhuǎn)到⑦；否則轉(zhuǎn)到⑧； ⑦ 定界L:如果I%，則Z=4，x* =xq，否則什么都不做；然后傳入L中所有的節(jié)點(diǎn)編 號轉(zhuǎn)到⑤； ⑧ 增加割平面：若還未到添加割平面輪數(shù)的限制，則添加割平面，轉(zhuǎn)到④；否則轉(zhuǎn)到 ⑨； ⑨ 啟發(fā)定界：若可以構(gòu)造滿足MIP條件的可行解xqh，目標(biāo)值zqh，令xq=xqh，^ ， 轉(zhuǎn)到⑦；否則轉(zhuǎn)到⑩； ⑩ 分支：選擇分支變量，將節(jié)點(diǎn)Q分支，，編號存入L中，轉(zhuǎn)到②。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于分支割平面算法的電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化方法，其技術(shù)特點(diǎn)是包括以下步驟：步驟1、建立電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型；步驟2、利用分支割平面算法求解電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化模型。對電力系統(tǒng)機(jī)組組合進(jìn)行優(yōu)化，通過分支處理將求解機(jī)組組合的問題分為相互獨(dú)立的兩個子問題，在兩個子域上做線性規(guī)劃，在多次的分支過程中，產(chǎn)生子問題的樹狀結(jié)構(gòu)，隨著分支增多計算量較大；通過定界處理確定最優(yōu)目標(biāo)值的上下界以減少搜索次數(shù),本發(fā)明思路簡單、靈活，并且適合分布并行計算，可以大大地提升模型的優(yōu)化性能，更快速、有效地求解機(jī)組組合問題。
【IPC分類】H02J3/46
【公開號】CN104917207
【申請?zhí)枴緾N201510323524
【發(fā)明人】宋曉博, 張黎明, 李松原, 何金, 楊磊, 王曉光
【申請人】國網(wǎng)天津市電力公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月12日