一种大规模时序生产模拟加速求解方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统分析领域，尤其涉及一种大规模时序生产模拟加速求解方 法。
【背景技术】
[0002] 电力系统时序生产模拟的目的是模拟系统中机组的时序出力，使系统运行总成本 最小。时序生产模拟中，需要按日模拟电力系统运行，每日的模拟模型为机组组合模型，机 组组合模型本质上是优化问题，由于考虑了电力系统中各类型机组的运行特性，因而具有 复杂的形式与庞大的规模。最基本的形式可概括如下：
[0003] min f (X)
[0004] s. t. CXt^ b
[0005] GXT< h
[0006] Xr < Xr < Xr
[0007] 上式中，目标函数f (X)是系统运行总成本最小，决策变量X为日内各时段机组 的出力，CXT< b约束表示与发电机组相关的运行约束，包括机组出力约束、出力变化速率 约束、机组启停状态约束、负荷平衡约束、备用平衡约束、电量约束等、GXT< g约束为电力 网络潮流约束，即要求机组出力安排使所有线路出力不越限，其中G为发电机-线路潮流 转移分布因子，约束X i' 为X的上下限约束。时序生产模拟的技术细节详见1、 Ning Zhang, Chongqing Kang, Daniel. S. Kirschenj ffeimin Xij Junhui Huang and Qian Zhang. Thermal generation operating cost variations with wind power integration. Proceedings of 2011IEEE Power&Energy Society General Meeting,Detroit, USA, 2011 ,Jul. 23-27.以及 2、Ning Zhang，Chongqing Kang，Daniel S-KirschenjQing XiajWeimin Xij Junhui Huang, Qian Zhang. Planning pumped storage capacity for wind power integration. IEEE Transactions on Sustainable Energy,2013, 4(2):393-401.
[0008] 电力系统运行模拟模型中通常需要考虑电力系统火电、水电、核电、热电、风电等 多种类型的机组，同时还要考虑交流线路以及直流线路组成的复杂电力网络，因此电力系 统运行模拟模型的规模非常庞大。以中等规模的省网为例，如果可以参加机组组合的机组 共120台，那么生产模拟决策变量个数将在1万个以上，包含电力网络约束的约束条件个数 至少在10万个以上，这样规模的模型的建模和求解均需要很大的计算量，即使采用高性能 个人电脑或工作站结合商用软件进行计算，也需要很长时间，根据模型的数值构造不同，求 解时间约为30s至200s左右。与此同时，电力系统时序生产模拟对单次的生产模拟的计算 速度提出了很高的要求，若将全年逐日的生产模拟的时间控制在1小时内，则每日的生产 模拟的计算时间应控制在10秒钟内，如何快速且有效地对生产模拟模型求解成为生产模 拟的难点之一。本专利所保护的技术即是解决时序生产模拟模型的快速计算问题。
[0009] 矩阵求逆辅助定理：矩阵求逆辅助定理即Householder公式，主要解决矩阵部分 发生变化时矩阵逆的变化，若令nXn阶非奇异矩阵E发生如下变化：
[0010] ￡-￡' + MeNr
[0011] 则有：
[0012] E^1 =E^ -E^iM(Q1+NtE-'MY1 NtE-1
[0013] 当矩阵E的阶次较高而矩阵e的阶次较低时，通过Householder公式可以将求高 阶矩阵的逆转化为求低阶矩阵的逆，从而大大提高计算速度。
[0014] 制约电力系统运行模拟模型计算速度的主要因素有两个方面，一是逐日进行模拟 时，需要生成发电机转移分布因子G中涉及矩阵的求逆运算，当矩阵规模极大时（几千维）， 求解效率很低。二是上述大规模优化模型也需要很长时间进行求解。为此，本专利分别从 这两个环节给出加速计算方法。
【发明内容】
[0015] 本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种大规模时序生产模拟加速求 解方法，具体有以下技术方案实现：
[0016] 所述大规模时序生产模拟加速求解方法，包括：
[0017] 发电机出力转移分布因子矩阵快速计算：在进行未来某一日运行模拟中计算转移 分布因子矩阵时，获取当天电力网络拓扑相对于已模拟完毕的第一日网络拓扑的变化，利 用矩阵辅助求逆定理公式修正第一日的发电机出力转移分布因子矩阵进而得到当日的发 电机出力转移分布因子矩阵；
[0018] 机组组合模型快速求解；先求解一种场景下无电力网络潮流约束机组组合模型， 然后判断支路潮流是否越界，如果越界将所述支路潮流对应的约束添加到约束集中，重新 求解机组组合模型，循环该过程直到所有线路潮流均达标，以完成机组组合计算。
[0019] 所述大规模时序生产模拟加速求解方法的进一步设计在于，发电机出力转移分布 因子矩阵快速计算包括下列步骤：
[0020] 1)获取运行模拟的第一天对应的节点支路关联矩阵A以及支路导纳矩阵y，由式 (1)计算发电机线路潮流转移分布因子G :
[0021] G = yAT(AyAT) 1 (1)
[0022] 2)在运行模拟之前，判断该日对应的电力系统网络拓扑，是否与已计算过的日期 的拓扑结构相同，若相同，直接取记录中所述日期对应的G矩阵作为计算结果，若不同，则 获取所述日期系统拓扑相对与第一日网络拓扑之间的差别，将新的发电机出力转移分布因 子矩阵0带入新的优化模型中进行求解。
[0023] 所述大规模时序生产模拟加速求解方法的进一步设计在于，所述步骤2)中若当 日线路新增一条支路，则获取关联矢量M u和支路导纳y 1];若当日线路减少一条支路，则相 当于新增一条关联矢量相同，导纳值为负的支路，新的转移分布因子矩阵§由式（2)计算：
[0024] C2)
[0025] 其中，G_yATX表示原始系统中所有支路对应的发电机转移分布因子， 1 - 表示新增支路对应的转移分布因子，
[0026] 其中，
[0027]
[0028]
[0029] 所述大规模时序生产模拟加速求解方法的进一步设计在于，所述机组组合模型快 速求解包括下列步骤：
[0030] a)在进行每一日的机组组合模型求解时，先求解该日对应的无网络约束机组组合 模型，得到最优解X【，所述组合模型参见式（5):
[0031] min f (X)
[0032] s. t. CXt^ b (5)
[0033] X1 <ΧΓ <ΧΓ
[0034] 式中，目标函数f (X)是系统运行总成本最小，决策变量X为日内各时段机组的出 力，CXT< b约束表示与发电机组相关的运行约束，b表示机组的爬坡速率限制，XT、JT分别 为Xt的下限、上限约束；
[0035] b)获取当前发电机线路转移分布因子矩阵6，约束GXT< g，g为线路潮流上限每 一行表示一条线路的潮流约束，按线路顺序检查Xt是否满足各条约束，如果不满足，则单独 将该条约束添加到原模型中，重新进行求解得到更新解Xt，再次带入GXT< g约束中进行检 验是否满足约束，循环上述过程直到所有线路潮流均不越界。
[0036] 本发明的优点如下：
[0037] 1