一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电力系统机组组合的优化方法，特别设及一种基于分支割平面算 法的电力系统机组组合的优化方法。
【背景技术】
[0002] 当代大规模电力系统中，发电资源类型众多，不同类型的机组的成本特性及技术 约束条件各不相同。对发电机组的启停和出力进行调度安排，研究机组组合问题，对充分保 证电力供需的平衡、经济合理地利用发电资源有重要意义。
[0003] 优化和完善电力系统机组组合的目的在于：在满足负荷平衡、系统约束、机组特性 约束等条件下，合理经济地安排机组未来一定时段内的发电计划，W系统运行成本最小化 为目标，确定机组的启停方案。
[0004] 从数学的角度来看，电力系统机组组合问题是一个包含整型变量和连续变量的高 维、离散、非凸的混合整数非线性优化问题。现有的传统方法有；优先级表法、动态规划法、 拉格朗日松弛法、混合整数规划法。此外还有基于人工智能的各类方法，例如：模拟退火算 法、蚁群算法、遗传算法、粒子群算法、免疫算法、禁忌算法等。但W上方法计算速度慢、计算 结果精度低。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、计算速度快且计算 精度高的基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法。
[0006] 本发明解决其技术问题是采取W下技术方案实现的：
[0007] 一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法，包括W下步骤：
[000引步骤1、建立电力系统机组组合优化模型；
[0009] 步骤2、利用分支割平面算法求解电力系统机组组合优化模型。
[0010] 而且，所述步骤1的电力系统机组组合模型为：
[0011] W电力系统运行成本为目标函数，确定机组组合的优化模型如下：
[0012]
[0013] 其中；
[0014] 。任乃=ai(Pit)2+biPit+Ci
[0015] 上述表达式中，Pit为机组i在时段t的出力；的为机组i在时段t的开停机状态， 1表示开机，0表示停机；。(Pft)为机组i的能量成本；为机组化在t时段的启动费 用啡、bi、Ci为Pi*的二次、一次、常数参数；表示（U/，巧）机组组合方式的运行 成本。
[0016] 约束条件：
[0023] 上述表达式中，巧、&分别为时段t的系统负荷、备用要求；写、巧为机组i的 出力上、下限；Rui和为机组i每个时段允许调整的处理上、下限；T 为机组i的最小 停、开机时间。
[0024] 而且，所述步骤2的具体步骤为：
[0025] ①初始化：设定最小化的优化问题Q为根节点问题，存入问题集以上界，最 优解记为X*，转到②；
[0026] ②终止条件；如果L=0，则终止：如果，X*存在，则找到最优解，若Z=+CX) 则无解；如果L姜0，转到⑨；
[0027] ⑨问题选择；在L中选一个节点子问题Q，并从L中删除，转到④；
[002引④解线性松弛问题；即解Q的松弛问题；若Q有解xq，此时目标值与，传入节点Q 转到⑥，否则令马=+m，转到②；
[0029] ⑥剪支：将传入的节点编号赋值给i，若节点i的^ ，若i在L中则删除i，转到 ②；否则转到⑧；
[0030] ⑧定界Q;若xq满足MIP条件，则马=马，转到⑦；否则转到⑨；
[0031] ⑦定界L;如果^可，则^ =乌，巧=xq，否则什么都不做；然后传入L中所有的 节点编号转到⑥；
[0032] ⑨增加割平面；若还未到添加割平面轮数的限制，则添加割平面，转到④；否则转 到⑨；
[0033] ⑨启发定界；若可W构造满足MIP条件的可行解X化，目标值Z化，令Xq=Xqh， 与二z如，转到⑦；否则转到⑩；
[0034] ⑩分支；选择分支变量，将节点Q分支，马1=…=马4 =马，编号存入L中，转到②。
[0035] 本发明的优点和积极效果是：
[0036] 本发明采用分支割平面法对电力系统机组组合进行优化，通过分支处理将求解机 组组合的问题分为相互独立的两个子问题，在两个子域上做线性规划，在多次的分支过程 中，产生子问题的树状结构，随着分支增多计算量较大；通过定界处理确定最优目标值的上 下界W减少捜索次数。本发明思路简单、灵活，并且适合分布并行计算，可W大大地提升模 型的优化性能，更快速、有效地求解机组组合问题。
【附图说明】
[0037] 图1是本发明求解电力系统机组组合优化模型的步骤流程图。
【具体实施方式】
[003引 W下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
[0039] 一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法，包括W下步骤：
[0040] 步骤1、建立电力系统机组组合优化模型。
[0041] 在建立电力系统机组组合优化模型时，需要确定电力系统机组组合的目标函数W 及约束条件。
[0042] W电力系统运行成本为目标函数，确定机组组合的优化模型如下：
[0043]
[0044] 其中；
[0045] 。任乃=ai(Pit)2+b恥+Ci
[0046] 上述表达式中，Pit为机组i在时段t的出力；为机组i在时段t的开停机状态， 1表示开机，0表示停机；。任乃为机组i的能量成本；S'(0',)为机组化在t时段的启动费 用啡、bi、Ci为Pi*的二次、一次、常数参数；巧巧.片）表示（巧，巧）机组组合方式的运行 成本。
[0047] 在本实施例中，机组组合问题的约束条件包括；系统功率平衡约束、系统功率备用 约束、机组输出功率约束、机组爬坡速率约束、机组最小开机时间约束W及机组最小停机时 间约束，其约束表达式如下：
[0化3] ⑧机组最小停机时间约束表达式为
[0054] 上述表达式中，巧、A分别为时段t的系统负荷、备用要求；写、巧为机组i的 出力上、下限；Rui和Rdi为机组i每个时段允许调整的处理上、下限；T"、T2i为机组i的最小 停、开机时间。
[0化5] 步骤2、利用分支割平面算法求解电力系统机组优化组合；
[0056] 本步骤是求解步骤1建立的电力系统机组组合优化模型，使其得到满足约束条件 的机组出力IV和机组状态t/；。
[0化7] 所述步骤2的具体步骤为：
[005引①初始化：设定最小化的优化问题Q为根节点问题，存入问题集L，上界S=+m，最 优解记为X*，转到②；
[0059] ②终止条件；如果L=0，则终止；如果方<+w，巧存在，则找到最优解，若交=+〇〇 则无解；如果L并0，转到⑨；
[0060] ⑨问题选择；在L中选一个节点子问题Q，并从L中删除，转到④；
[0061] ④解线性松弛问题；即解Q的松弛问题；若Q有解xq，此时目标值写，传入节点Q 转到⑥，否则令乌=+m，转到②；
[006引⑥剪支：将传入的节点编号赋值给i，若节点i的^>5，若i在L中则删除i，转到 ②；否则转到⑧；
[0063] ⑧定界Q;若xq满足MIP条件，则与=马，转到⑦；否则转到⑨；
[0064] ⑦定界L;如果^可，则S=马，巧=xq，否则什么都不做；然后传入L中所有的 节点编号转到⑥；
[0065] ⑨增加割平面；若还未到添加割平面轮数的限制，则添加割平面，转到④；否则转 到⑨；
[0066] ⑨启发定界；若可W构造满足MIP条件的可行解X化，目标值Z化，令Xq=Xqh， 弓转到⑦；否则转到⑩；
[0067] ⑩分支；选择分支变量，将节点Q分支，=…= &*=马，编号存入L中，转到②。
[0068] 本发明的工作原理是；
[0069] 首先，获取机组组合问题中待优化机组的性能参数、电力系统的运行参数，建立机 组组合问题的优化模型，然后，将所建立的混合整数规划模型看做一个根节点，作为分支割 平面算法开端解决的原始问题，按照优化流程迭代求解，最终可得到各个机组的机组出力 和机组状态。
[0070] 需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包 括并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案 得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
【主权项】
1. 一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法，其特征在于包括以下步 骤： 步骤1、建立电力系统机组组合优化模型； 步骤2、利用分支割平面算法求解电力系统机组组合优化模型。2. 根据权利要求1所述的一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法， 其特征在于：所述步骤1以电力系统运行成本为目标函数，建立电力系统机组组合优化模 型为：其中：上述表达式中，矽为机组i在时段t的出力；W为机组i在时段t的开停机状态，1表 示开机，0表示停机；5(巧）为机组i的能量成本；欠(R)为机组Ui在t时段的启动费用； 屮也士为/f的二次、一次、常数参数；)表示(W，C)机组组合方式的运行成本。 电力系统机组组合优化模型的约束条件为：上述表达式中，#、&分别为时段t的系统负荷、备用要求；5、巧为机组i的出力 上、下限；1^和Rdi为机组i每个时段允许调整的处理上、下限；Tn、T2i为机组i的最小停、 开机时间。3. 根据权利要求1所述的一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法， 其特征在于：所述步骤2的具体步骤为： ① 初始化：设定最小化的优化问题Q为根节点问题，存入问题集L，上界，最优解 记为x*，转到②； ② 终止条件：如果L=0，则终止：如果X*存在，则找到最优解，若Z=+〇〇则无 解；如果L关0，转到③； ③ 问题选择：在L中选一个节点子问题Q，并从L中删除，转到④； ④ 解线性松弛问题：若Q有解xq，此时目标值&，传入节点Q转到⑤，否则令4=+c0，转 到②； ⑤ 剪支：将传入的节点编号赋值给节点i，若节点i的f，若i在L中则删除i，转到 ②；否则转到⑥； ⑥ 定界Q:若xq满足MIP条件，则& =4，转到⑦；否则转到⑧； ⑦ 定界L:如果I%，则Z=4，x* =xq，否则什么都不做；然后传入L中所有的节点编 号转到⑤； ⑧ 增加割平面：若还未到添加割平面轮数的限制，则添加割平面，转到④；否则转到 ⑨； ⑨ 启发定界：若可以构造满足MIP条件的可行解xqh，目标值zqh，令xq=xqh，^ ， 转到⑦；否则转到⑩； ⑩ 分支：选择分支变量，将节点Q分支，，编号存入L中，转到②。
【专利摘要】本发明涉及一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法，其技术特点是包括以下步骤：步骤1、建立电力系统机组组合优化模型；步骤2、利用分支割平面算法求解电力系统机组组合优化模型。对电力系统机组组合进行优化，通过分支处理将求解机组组合的问题分为相互独立的两个子问题，在两个子域上做线性规划，在多次的分支过程中，产生子问题的树状结构，随着分支增多计算量较大；通过定界处理确定最优目标值的上下界以减少搜索次数,本发明思路简单、灵活，并且适合分布并行计算，可以大大地提升模型的优化性能，更快速、有效地求解机组组合问题。
【IPC分类】H02J3/46
【公开号】CN104917207
【申请号】CN201510323524
【发明人】宋晓博, 张黎明, 李松原, 何金, 杨磊, 王晓光
【申请人】国网天津市电力公司, 国家电网公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月12日