一种考虑可靠性约束机组组合问题的快速调度方法
【专利摘要】本发明公开了一种考虑可靠性约束机组组合问题的快速调度方法，包含以下步骤：以在线机组最大容量之和不小于负荷需求为判据，确定机组初始开机方案；逐一检验所有机组在预设时间域内是否满足其最小开停机时间约束，修改初始开机方案；根据功率平衡约束检查开机方案的冗余度，形成最后的开机方案基于优化的开机方案，根据系统功率平衡、机组爬坡率、机组输出功率上下限的约束条件，将模型机组数及时间点上的变量矩阵变换为变量向量进行运算，再采用内点法求解最优解，即得到控制指令。本发明的方法，迭代次数少，计算时间短，计算效率不随系统规模增大而变低，且该算法得到的解不存在随机性，能保证每次求解都能找到优于其他方法的优化解。
【专利说明】-种考虑可靠性约束机组组合问题的快速调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统的运行、分析与调度领域，特别涉及一种考虑可靠性约束机 组组合问题的快速调度方法。
【背景技术】
[0002] 在电力系统的运行、分析与调度领域中，为充分利用发电机组的特性，考虑可靠性 约束机组组合问题是一个必须面对的难题，该问题是一个高维非线性的混合整数优化问 题，其中有大量的二进制变量和连续变量，需要满足一系列的等式约束和不等式约束。
[0003] 为求解该问题，学者们提出了动态规划法[1]、混合整数法[2]、分支定界法[3]、 拉格朗日松弛法[4]等基于数学理论的方法。然而这些方法都可能因问题维数太高而计算 量过大、计算时间过长、计算效率不高。
[0004] 近年来，学者们应用启发式算法求解机组组合问题，其中包括优先顺序算法
[5] -[7]、遗传算法[8]-[10]，粒子群算法[11]等随机搜索算法，得到了较好的求解效果， 但是这些随机搜索算法在缺乏问题具体信息的情况下对解空间进行随机搜索，其效率低， 计算量大。随着所述问题机组数量增加，这些随机搜索算法耗费的计算量急剧增加，且这些 算法得到的解具有随机性，解精度不能得到保证。现有的对所述问题的研究主要集中在优 化算法的改进，然而针对问题本身的特性研究却鲜见于文献中，更是缺乏能够充分利用发 电机组物理特性的快速求解方法。
[0005] 参考文献：
[0006] [1]S.S.KumarandV.Palanisamy,"Adynamicprogrammingbasedfast computationhopfieldneuralnetworkforunitcommitmentandeconomic dispatch，''Electricpowersystemsresearch,vol. 77,no. 8,pp. 917 - 925, 2007.
[0007] [2]T.S.Dillon，K.W.Edwin，H.D.Kochs，andR.J.Taud，"Integerprogramming approachtotheproblemofoptimalunitcommitmentwithprobabilisticreserve determination,IEEETrans,onPowerApp.andSyst. ,no. 6,pp. 2154 - 2166, 1978.
[0008] [3]I.CohenandM.Yoshimura,"Abranch-and-boundalgorithmforunit commitment，，'IEEETransactionsonPowerSystems,no. 2,pp. 444 - 451, 1983.
[0009] [4]S.Virmani,E.C.Adrian,K.Imhof,andS.Mukherjee,"Implementationofa lagrangianrelaxationbasedunitcommitmentproblem，''IEEETransactionsonPower Systems，vol. 4,no. 4,pp. 1373 - 1380, 1989.
[0010] [5]E.Delarue，D.Cattrysse，andW.Dhaeseleer，"Enhancedprioritylistunit commitmentmethodforpowersystemswithahighshareofrenewables，''Electric PowerSystemsResearch,vol. 105,pp. 115 - 123, 2013.
[0011] [6]T.S.K.Shimabukuro,K.Uezato,andT.Funabashi,"Afasttechniquefor unitcommitmentproblembyextendedprioritylist，''IEEETransactionsonPowerS ystems,vol. 18,no. 2,pp. 882 - 888, 2003.
[0012] [7]T.Senjyu,T.Miyagi,A.Y.Saber,N.Urasaki,andT.Funabashi,"Emerging solutionoflarge-scaleunitcommitmentproblembystochasticpriority Iistj^ElectricPowerSystemsResearch,vol. 76,no. 5,pp. 283 - 292, 2006.
[0013] [8]K.S.SwarupandS.Yamashiro,"Unitcommitmentsolutionmethodology usinggeneticalgorithm，，'IEEETransactionsonPowerSystems,vol. 17,no.I,pp. 87 - 91,2002.
[0014] [9]G.Damousis，A.G.Bakirtzis，andP.S.Dokopoulos，"Asolutionto theunit-commitmentproblemusinginteger-codedgeneticalgorithm，，'IEEE TransactionsonPowerSystems,vol. 19,no. 2,pp. 1165 - 1172, 2004.
[0015] [10]Q.H.Wu,andJ.T.Ma.uPowersystemoptimalreactivepowerdispatch usingevolutionaryprogramming，，' [J] ?IEEETransactionsonPowerSystems,vol. 10 ，no. 3,pp. 1243-1249, 1995.
[0016] [11]X.Yuan,H.NiejA.SujL.Wang,andY.Yuan,"Animprovedbinaryparticle swarmoptimizationforunitcommitmentproblem，''ExpertSystemswithapplicati ons，vol. 36,no. 4,pp. 8049 - 8055, 2009.
[0017] [12]T.W.Lau，C.Y.Chung，K.P.Wong，T.S.Chung，andS.LHo, "Quantum-inspired evolutionaryalgorithmapproachforunitcommitment，''IEEETransactionsonPower Systems，vol. 24,no. 3,pp. 1503 - 1512, 2009.
[0018] [13]M.Eslamian,S.H.Hosseinian,andB.Vahidi,"Bacterialforaging-based solutiontotheunit-commitmentproblem，，'IEEETransactionsonPowerSystems,v ol. 24,no. 3,pp. 1478 - 1488, 2009.
[0019] [14]Ebrahimi,S.H.Hosseinian,andG.B.Gharehpetian,"Unitcommitment problemsolutionusingshuffledfrogleapingalgorithm，，'IEEETransactionson PowerSystems,vol. 26,no. 2,pp. 573 - 581, 2011.
[0020] [15]D.Han,J.JianjandL.Yang,"Outerapproximationandouter-inner approximationapproachesforunitcommitmentproblem，，'IEEETransactionson PowerSystems,vol. 29,no. 2,pp. 505 - 513,March2014.
【发明内容】
[0021] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种考虑可靠性约束机组组 合问题的快速调度方法。
[0022] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：
[0023] -种考虑可靠性约束机组组合问题的快速调度方法，包含以下顺序的步骤：
[0024]SI.获取电力系统的每个发电机组的机组特性数据；
[0025]S2.根据发电机组特性数据得到初始的优先序列表；以在线发电机组最大容量之 和不小于负荷需求为判据，确定发电机组初始开机方案；逐一检验所有发电机组在预设时 间域内是否满足其最小开停机时间约束，修改初始开机方案；再根据功率平衡约束检查开 机方案的冗余度，形成最后的开机方案；
[0026]S3.根据最后的开机方案，将模型机组数及时间点上的变量矩阵变换为变量向量 进行运算，再采用内点法求解最优解；
[0027]S4.将最优解作为指令通过自动发电控制装置发送给相关发电厂或机组，通过其 自动控制调节装置，实现对机组启停机计划及输出功率的控制。
[0028] 所述的步骤S1，具体为：获取具有N台发电机组的电力系统中每台机组出力上下 限数据、爬坡率上下限数据、最小开机时间数据、最小停机时间数据、初始开机时间数据、出 力-燃料费用函数的系数数据、启停机费用函数的系数数据、强迫停机率数据、系统甩负荷 损失成本系数数据和系统负荷数据PD。
[0029] 所述的步骤S2,具体为：根据机组特性得到初始的优先序列表；为满足系统功率 平衡约束，以在线机组最大容量之和不小于负荷需求为判据，确定机组初始开机方案；逐一 检验所有机组在预设时间域内是否满足其最小开停机时间约束，修改初始开机方案；为保 证在线机组数的最优冗余度，再根据功率平衡约束检查开机方案的冗余度，形成最后的开 机方案。
[0030] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0031] 1、本发明的方法从系统机组的具体煤耗特性出发，充分利用了基于机组特性的机 组优先序列表，结合基于梯度的非线性内点法，从而有效地解决了高维、非线性、混合整数 的复杂优化问题的求解困难。
[0032] 2、本发明的方法求解过程物理意义清晰，思路直观，计算收敛精度高，与现有方法 相比，能得到运行成本最小的可行解，且可行解没有偶然性，同时保证系统运行的可靠性。
[0033] 3、本发明的方法计算效率明显优于现存的机组组合算法，其迭代次数少，计算时 间短，计算效率不随系统规模增大而变低。且该算法得到的解不存在随机性，能保证每次求 解都能找到优于其他方法的优化解，这将极大提高电力系统机组组合方案的经济性，同时 能保证系统运行的可靠性。
[0034] 4、本发明的方法可极大地提高电力系统发电调度、机组组合方案的经济效益和运 行效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 图1为本发明所述的一种考虑可靠性约束机组组合问题的快速调度方法的流程 图；
[0036] 图2为图1所述方法在10机组的标准测试系统进行仿真的收敛曲线；
[0037] 图3为图1所述方法在20机组的标准测试系统进行仿真的收敛曲线；
[0038] 图4为图1所述方法在40机组的标准测试系统进行仿真的收敛曲线；
[0039] 图5为图1所述方法在60机组的标准测试系统进行仿真的收敛曲线；
[0040] 图6为图1所述方法在80机组的标准测试系统进行仿真的收敛曲线；
[0041] 图7为图1所述方法在100机组的标准测试系统进行仿真的收敛曲线。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0043]如图1，本发明考虑可靠性约束机组组合问题的快速调度法可分为两个阶段：建 立基于机组特性的开机优先表和采用非线性内点法求解。其中第一阶段包括三个主步骤， 各主步骤的详细实现方法如下：
[0044] 主步骤1:基于机组煤耗特性建立初始优先序列表。该优先序列表的排序依据是 发电机组额定出力时的煤耗率（Generationcostrate,GCR)，在此定义为：
[0045]
【权利要求】
1. 一种考虑可靠性约束机组组合问题的快速调度方法，其特征在于，包含以下顺序的 步骤：
51. 获取电力系统的每个发电机组的机组特性数据；
52. 根据发电机组特性数据得到初始的优先序列表；以在线发电机组最大容量之和不 小于负荷需求为判据，确定发电机组初始开机方案；逐一检验所有发电机组在预设时间域 内是否满足其最小开停机时间约束，修改初始开机方案；再根据功率平衡约束检查开机方 案的冗余度，形成最后的开机方案；
53. 根据最后的开机方案，将模型机组数及时间点上的变量矩阵变换为变量向量进行 运算，再采用内点法求解最优解；
54. 将最优解作为指令通过自动发电控制装置发送给相关发电厂或机组，通过其自动 控制调节装置，实现对机组启停机计划及输出功率的控制。
2. 根据权利要求1所述的考虑可靠性约束机组组合问题的快速调度方法，其特征在 于，所述的步骤S1，具体为：获取具有N台发电机组的电力系统中每台机组出力上下限 数据、爬坡率上下限数据、最小开机时间数据、最小停机时间数据、初始开机时间数据、出 力-燃料费用函数的系数数据、启停机费用函数的系数数据、强迫停机率数据、系统甩负荷 损失成本系数数据和系统负荷数据P D。
3. 根据权利要求1所述的考虑可靠性约束机组组合问题的快速调度方法，其特征在 于，所述的步骤S2,具体为：根据机组特性得到初始的优先序列表；为满足系统功率平衡约 束，以在线机组最大容量之和不小于负荷需求为判据，确定机组初始开机方案；逐一检验所 有机组在预设时间域内是否满足其最小开停机时间约束，修改初始开机方案；为保证在线 机组数的最优冗余度，再根据功率平衡约束检查开机方案的冗余度，形成最后的开机方案。
【文档编号】G06Q10/04GK104318323SQ201410538778
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】吴青华, 郑杰辉, 荆朝霞 申请人:华南理工大学