本发明涉及电气工程领域，尤其涉及用于电力系统短期运行调度的一种计及阀点效应的动态经济调度方法。
背景技术：
电力系统动态经济调度是在满足系统运行约束条件下，通过优化调度各发电机组出力，使系统在所有运行时段的总运行费用最小，是电力系统运行中面对的关键问题之一。在实际系统中，由于汽轮机进气阀突然开启时出现的拔丝现象会使机组耗量特性产生阀点效应，会在机组的耗量特性曲线上叠加一个脉动效果，即产生阀点效应。实际运行经验已表明，忽略阀点效应会使经济调度的运行结果受到明显影响。
从数学上讲，考虑阀点效应的电力系统动态经济调度是一个典型的高维、动态非凸、非线性优化问题，求解较为困难。分析当前研究，主要有两类方法可用于解决这一问题。第一类是元启发式优化算法，元启发式算法及其混合算法都需要设置与算法相关的参数，这些参数的设置会对算法的性能产生影响。第二类是数学优化算法，由于考虑阀点效应的动态经济调度问题的非线性和非凸特性，经典的数学优化算法并不适合解决这个问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种计及阀点效应的电力系统动态经济调度方法，在考虑阀点效应的静态经济调度最优解特性的基础上，通过将动态经济调度时段之间的耦联约束(爬坡约束)解耦，并引入类奇异点的概念，最终利用改进的维数速降法(Modified Dimensional Steepest Decline Method，MDSD)与混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming，MILP)方法对该问题进行求解。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种计及阀点效应的电力系统动态经济调度方法，包括以下步骤：
(1)、建立计及阀点效应的动态经济调度模型，给出考虑阀点效应的动态经济调度目标函数；
(2)、建立计及阀点效应的电力系统动态经济调度约束条件，包括系统的电力平衡约束及系统旋转备用约束；
(3)、将动态经济调度目标函数通过分段线性化的方法简化，转化为混合整数线性规划的问题，再用CPLEX中的MILP求解器进行求解，从而得到初始近似解；
(4)、在步骤(3)中得到的初始近似解基础上，通过重新设定各个时段机组的出力上下限来实现相邻时刻间的解耦，将动态经济调度问题转换为静态经济调度问题；
(5)、对于步骤(4)中解耦后的静态经济调度问题，利用改进的维数速降法对每个时段的机组出力进行快速求解，得到最终的优化解。
进一步地，步骤(1)中的建立计及阀点效应的动态经济调度模型，考虑阀点效应的动态经济调度目标函数为：
式中：TC是发电总成本；Ci是发电机第i组第t时段的成本函数；NG是发电机组个数；NT是一个调度周期的时段总数；ai，bi，ci是燃料费用系数；Pi，t是发电机第i组第t时段输出的有功功率；Pimin是发电机组i的最小出力；ei，fi是阀点效应系数。
进一步地，步骤(2)中，系统的电力平衡约束为：
式中：Ptloss是第t时段的系统网损，通过B系数法求得；Dt是第t时段的系统负荷，Bij是B矩阵的系数，
发电机的输出功率约束：
式中，Pimax是发电机第i组的最大出力；
发电机爬坡约束：
式中，URi,DRi是火电机组的上、下爬坡率；
2)系统旋转备用约束：
式中，SRi,t是发电机组i第t时段提供的旋转备用；SSRtreq是第t时段系统的旋转备用需求。
进一步地，步骤(3)中，发电机组i第t时段的动态经济调度目标函数被分段线性化为：
即将发电机组动态经济调度目标函数Ci(Pi，t)表示成分段线段的总和：参数Ki表示发电机组i从最小机组出力到最大机组出力的分段数，如果将每一个正弦周期平均等分为M段，则Ki为：
式中，bm，i和cm，i分别表示每一个分段线段的斜率和截距：
其中，每一分段的上下限和横坐标上的点对应的函数表示：
设参数Um，i，t为0，1变量，表示在t时段，发电机组i的出力是否在线性分段的第m段上；则机组的输出功率Pi，t和发电机组i第t时刻在线性分段的第m段上的出力Pm，i，t应满足以下约束条件：
3)每一个正弦周期被平均等分为两段(M＝2)，最后得到的优化模型直接通过MILP进行求解，得到一个初始近似解，求解时的收敛标准可以设为MILP的收敛间隙小于一个给定的值。
进一步地，步骤(4)中机组的出力上下限方程如下：
式中，和分别为发电机组i第t时段的新的出力约束；
在确定时段t某一台机组的出力新的上下限时，需要用到时段t-1和时段t+1这台机组的出力，t-1时段的机组出力需要用维数速降法得到的新的出力值，而t+1时段的机组出力则用第一步中得到的初始出力值。
进一步地，利用改进的维数速降法来解决静态经济调度问题可分为两步：
1)第一步需要得到机组出力初始解；
改进的维数速降法需要用到机组的奇异点，以P_SP 0i，j来表示第i台机组运行在它的第j个奇异点上：
此处用P_SPi，t，j表示发电机组i在时段t的出力是在其第j个奇异点上，P_SPi，t，j包括以及处于两者间的P_SP 0i，j，Nsp，t表示t时段奇异点的总数；以Di，t，j来表示改进的维数速降法的下降率，其为第t时段，发电机组i由第j+1个奇异点处出力下降到第j个奇异点处出力时的每兆瓦成本；用Lenghti，t，j表示第t时段、发电机组i的第j+1个奇异点处出力与第j个奇异点处出力的差值；
Lengthi，t，j＝P_SPi，t，j+1-P_SPi，t，j (20)
初始解不需要严格遵守功率平衡约束，可应用冒泡法对Di，t，j由小到大进行排序，表示排序后的Di，t，j顺序为order，如同进行相应的排序，在第一次迭代中，每台机组运行在其出力下限上，每迭代一次，按照order的顺序在各台机组的出力下限和的基础上加一段功率平衡的差值EERt由下式计算：
迭代过程中，在EERt大于零的情况下，当其最接近零时，迭代停止；然后将在迭代过程中用到的按照机组编号i分别累加到每台机组的出力下限上，得到初始解中每台机组的出力值，其中参数I0+1设为最终迭代次数的值；
2)第二步是调整第一步中得到的初始解，记录下所有调整后的结果，从而再作进一步调整：选I0次迭代及其前三个上升动作的状态和后四个上升动作的状态为可变状态，对于每种情况做进一步调整，就是选其中一台机组做为松弛机组来满足功率平衡约束，对于t时段的所有满足机组出力上下限约束的情况计算总成本，选取能使总成本最小的可行解。
本发明的有益效果是，
本发明在考虑阀点效应的静态经济调度最优解特性的基础上，通过将动态经济调度时段之间的爬坡约束解耦，并引入类奇异点的概念，最终利用改进的维数速降法与混合整数线性规划方法对该问题进行求解，具有获得全局最优解方面的可行性与有效性，较好地解决了非线性和非凸特性动态经济调度问题。
附图说明
图1是本发明流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种计及阀点效应的电力系统动态经济调度方法，包括以下步骤：
(1)、建立计及阀点效应的动态经济调度模型，给出考虑阀点效应的动态经济调度目标函数，考虑阀点效应的动态经济调度目标函数为：
式中：TC是发电总成本；Ci是发电机第i组第t时段的成本函数；NG是发电机组个数；NT是一个调度周期的时段总数；ai，bi，ci是燃料费用系数；Pi，t是发电机第i组第t时段输出的有功功率；Pimin是发电机组i的最小出力；ei，fi是阀点效应系数。
(2)、建立计及阀点效应的电力系统动态经济调度约束条件，系统的电力平衡约束为：
式中：Ptloss是第t时段的系统网损，通过B系数法求得；Dt是第t时段的系统负荷，Bij是B矩阵的系数，
发电机的输出功率约束：
式中，Pimax是发电机第i组的最大出力；
发电机爬坡约束：
式中，URi,DRi是火电机组的上、下爬坡率；
系统旋转备用约束：
式中，SRi,t是发电机组i第t时段提供的旋转备用；SSRtreq是第t时段系统的旋转备用需求。
(3)、将动态经济调度目标函数通过分段线性化的方法简化，转化为混合整数线性规划的问题，再用CPLEX中的MILP求解器进行求解，从而得到初始近似解。
发电机组i第t时段的动态经济调度目标函数被分段线性化为：
即将发电机组动态经济调度目标函数Ci(Ri，t)表示成分段线段的总和：参数Ki表示发电机组i从最小机组出力到最大机组出力的分段数，如果将每一个正弦周期平均等分为M段，则Ki为：
式中，bm，i和cm，i分别表示每一个分段线段的斜率和截距：
其中，每一分段的上下限和横坐标上的点对应的函数表示：
设参数Um，i，t为0，1变量，表示在t时段，发电机组i的出力是否在线性分段的第m段上；Pm，i，t表示发电机组i在第t时刻在线性分段的第m段上的出力，在某个时刻，对某台发电机，在所有的线性分段上，仅有一个分段上的发电机出力值是大于0的，其余所有分段上的发电机出力都是0，但是哪个分段上的发电机的出力值大于0是由优化决定的。则机组的输出功率Pi，t和发电机组i第t时刻在线性分段的第m段上的出力Pm，i，t应满足以下约束条件：
每一个正弦周期被平均等分为两段(M＝2)，最后得到的优化模型直接通过MILP进行求解，得到一个初始近似解，求解时的收敛标准可以设为MILP的收敛间隙小于一个给定的值。
(4)、在步骤(3)中得到的初始近似解基础上，通过重新设定各个时段机组的出力上下限来实现相邻时刻间的解耦，将动态经济调度问题转换为静态经济调度问题；步骤(4)中机组的出力上下限方程如下：
式中，和分别为发电机组i第t时段的新的出力约束；
在确定时段t某一台机组的出力新的上下限时，需要用到时段t-1和时段t+1这台机组的出力，t-1时段的机组出力需要用维数速降法得到的新的出力值，而t+1时段的机组出力则用第一步中得到的初始出力值。
(5)、对于步骤(4)中解耦后的静态经济调度问题，利用改进的维数速降法对每个时段的机组出力进行快速求解，得到最终的优化解。利用改进的维数速降法来解决静态经济调度问题可分为两步：
1)第一步需要得到机组出力初始解；
改进的维数速降法需要用到机组的奇异点，以P_SP 0i，j来表示第i台机组运行在它的第j个奇异点上：
此处用P_SPi，t，j表示发电机组i在时段t的出力是在其第j个奇异点上，P_SPi，t，j包括以及处于两者间的P_SP 0i，j，Nsp，t表示t时段奇异点的总数；以Di，t，j来表示改进的维数速降法的下降率，其为第t时段，发电机组i由第j+1个奇异点处出力下降到第j个奇异点处出力时的每兆瓦成本；用Lengthi，t，j表示第t时段、发电机组i的第j+1个奇异点处出力与第j个奇异点处出力的差值；
Lengthi，t，j＝P_SPi，t，j+1-P_SPi，t，j (20)
初始解不需要严格遵守功率平衡约束，可应用冒泡法对Di，t，j由小到大进行排序，表示排序后的Di，t，j顺序为order，如同进行相应的排序，在第一次迭代中，每台机组运行在其出力下限上，每迭代一次，按照order的顺序在各台机组的出力下限和的基础上加一段功率平衡的差值EERt由下式计算：
迭代过程中，在EERt大于零的情况下，当其最接近零时，迭代停止；然后将在迭代过程中用到的按照机组编号i分别累加到每台机组的出力下限上，得到初始解中每台机组的出力值，其中参数I0+1设为最终迭代次数的值，求出参数I0的值；
2)第二步是调整第一步中得到的初始解，记录下所有调整后的结果，从而再作进一步调整，使其严格遵守功率平衡约束。最终，选取能使总成本最小的可行解。将第一小步中的迭代过程称为初始上升过程，出现了上升过程，则上升动作就是打开的状态，如果I≤I0，上升动作在初始上升过程中的第I次迭代中是打开的状态，相反，如果I＞I0，则是关闭的状态。在保证每台机组都运行在奇异点上的基础上，调整在初始上升过程中的第I0次迭代之前的几个上升过程到第I0次迭代之后的几个上升过程的状态。一般来说，改变状态的上升动作的数量越多，总成本增加也就越多。因此，将上升过程中状态改变的数量设定为同时改变状态的不超过4个。选I0次迭代及其前三个上升动作的状态和后四个上升动作的状态为可变状态，将会有163种情况。对于每种情况做进一步调整，就是选其中一台机组被为松弛机组来满足功率平衡约束。对于t时段的所有满足机组出力上下限约束的情况计算总成本，选取能使总成本最小的可行解。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。