一种电站群联合经济调度方法及系统与流程

本发明涉及工程寻优技术领域，特别涉及一种电站群联合经济调度方法及系统。

背景技术：

随着社会的发展，梯级电站群短期水火联合经济调度是日常电力系统运行中一类重要的优化问题，尤其在当今能源短缺与物价飞涨的大背景下，快速、精确地求解梯级电站群短期水火联合经济调度问题具有可观的经济和节能效益。然而，计及各种复杂的水力和火力系统运行约束以及考虑阀点效应的梯级电站群短期水火联合经济调度问题呈现出一系列高维、多约束、非凸、非线性、不连续以及具有多个局部最优点的特性，增加了问题的解决难度。随着系统工程理论研究的日趋成熟和现代计算机技术在梯级水电站优化调度领域的不断发展与应用，各种新方法和新技术也层出不穷。

现有技术中，常见的方法分为两大类：一类是传统优化方法，主要有线性规划法、非线性网络流法、动态规划法、拉格朗日松弛法等；另一类为启发式智能优化算法，如粒子群算法、改进差分算法、混合遗传鱼群算法、改进量子进化算法、快速进化规划技术、化学反应算法、基于优化的教学学习算法、改进类电磁机制等，但这些算法在对水电站和火电厂进行违约处理时，仍采用传统的违约处理公式，将超出范围数值，约束到相应的范围内，而水电站库容与发电流量之间存在直接耦合关系，因此采用传统的越限处理方式，难以计算出准确地计算结果。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电站群联合经济调度方法及系统，能够更加合理的进行违约处理，保证适应度计算的准确性，使目标函数的解更加精确。其具体方案如下：

一种电站群联合经济调度方法，包括：

预先构建水火发电系统最小系统燃料费用的目标函数；其中，所述目标函数对应的解为d维的解，d为正整数；

在满足所述目标函数的约束条件的前提下，利用预设的算法和越限计数法对所述目标函数求解；

其中，所述越限计数法，包括：

分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数；

利用所述库容违限总数、所述水电出力违限总数和预设的惩罚系数，对利用预设的算法对所述目标函数求解出的计算结果进行适应度计算。

优选的，所述分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数的过程，包括：

利用库容违限公式和水电出力违限公式，分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数；其中，

所述库容违限公式为：

所述水电出力违限公式为：

式中，vout为各水电站在各调度时段内库容的违限总次数，为t时段内j水电站的库容，为j水电站的最大库容，为j水电站的最小库容，ph,out为各水电站在各调度时段内水电出力的违限总次数，为t时段内j水电站的水电出力，为j水电站的最大水电出力，为j水电站的最小水电出力。

优选的，所述约束条件包括：系统功率平衡约束、水量平衡约束、水电站出力约束、火电厂的出力约束、水电站的出力约束、水库库容约束、水电站的发电流量约束、调度周期初始库容和末端库容约束。

优选的，所述预设的算法为新型灰狼算法。

优选的，所述利用所述库容违限总数、所述水电出力违限总数和预设的惩罚系数，对利用预设的算法对所述目标函数求解出的计算结果进行适应度计算的过程，包括：

利用所述库容违限总数、所述水电出力违限总数和预设的惩罚系数，通过适应度计算公式对利用预设的算法对所述目标函数求解出的计算结果进行适应度计算；其中，所述适应度计算公式为：

式中，λ、w、v、η为惩罚系数，f为总成本，为水电站j在第t个调度时段的出力，pd,t系统在第t个调度时段的负荷需求，为火电厂i在第t个度时段的出力，nh为水电站数目，t为整个调度期间的调度时段数，ns为火电厂数目，vj,b为初始库容，vj,e为末端库容容量。

本发明还公开了一种电站群联合经济调度系统，包括：

目标函数构建模块，用于预先构建水火发电系统最小系统燃料费用的目标函数；其中，所述目标函数对应的解为d维的解，d为正整数；

目标函数计算模块，用于在满足所述目标函数的约束条件的前提下，利用预设的算法和越限计数法对所述目标函数求解；

其中，所述目标函数计算模块，包括：

计数单元，用于分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数；

适应度计算单元，用于利用所述库容违限总数、所述水电出力违限总数和预设的惩罚系数，对利用预设的算法对所述目标函数求解出的计算结果进行适应度计算。

优选的，所述计数单元，具体用于利用库容违限公式和水电出力违限公式，分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数；其中，

所述库容违限公式为：

所述水电出力违限公式为：

式中，vout为各水电站在各调度时段内库容的违限总次数，为t时段内j水电站的库容，为j水电站的最大库容，为j水电站的最小库容，ph,out为各水电站在各调度时段内水电出力的违限总次数，为t时段内j水电站的水电出力，为j水电站的最大水电出力，为j水电站的最小水电出力。

优选的，所述约束条件包括：系统功率平衡约束、水量平衡约束、水电站出力约束、火电厂的出力约束、水电站的出力约束、水库库容约束、水电站的发电流量约束、调度周期初始库容和末端库容约束。

优选的，所述预设的算法为新型灰狼算法。

优选的，所述适应度计算单元，具体用于利用所述库容违限总数、所述水电出力违限总数和预设的惩罚系数，通过适应度计算公式对利用预设的算法对所述目标函数求解出的计算结果进行适应度计算；其中，所述适应度计算公式为：

式中，λ、w、v、η为惩罚系数，f为总成本，为水电站j在第t个调度时段的出力，pd,t系统在第t个调度时段的负荷需求，为火电厂i在第t个度时段的出力，nh为水电站数目，t为整个调度期间的调度时段数，ns为火电厂数目，vj,b为初始库容，vj,e为末端库容容量。

本发明中，电站群联合经济调度方法，包括：预先构建水火发电系统最小系统燃料费用的目标函数；其中，目标函数对应的解为d维的解，d为正整数；在满足目标函数的约束条件的前提下，利用预设的算法和越限计数法对目标函数求解；其中，越限计数法，包括：对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数；利用库容违限总数、水电出力违限总数和预设的惩罚系数，对利用预设的算法对目标函数求解出的计算结果进行适应度计算。可见，本发明利用越限计数法分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，利用库容违限总数、水电出力违限总数和预设的惩罚系数，进行适应度计算，能够更加合理的进行违约处理，保证了适应度计算的准确性，使目标函数的解更加精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种电站群联合经济调度方法流程示意图；

图2为本发明实施例公开的一种越限计数法流程示意图；

图3为本发明实施例公开的一种电站群联合经济调度系统结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种电站群联合经济调度系统中目标函数计算模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种电站群联合经济调度方法，参见图1和图2所示，该方法包括：

步骤s11：预先构建水火发电系统最小系统燃料费用的目标函数；其中，目标函数对应的解为d维的解，d为正整数；

步骤s12：在满足目标函数的约束条件的前提下，利用预设的算法和越限计数法对目标函数求解；

其中，越限计数法，包括步骤s121和步骤s122：

步骤s121：分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数。

具体的，在满足水库约束库容约束条件下，可以通过水量平衡约束公式，得知水电站库容与发电流量之间存在直接耦合关系，在满足水电站的出力和发电流量满足约束条件下，通过水电站出力公式，可以得知水电站发电流量和库容的关系，所以，仅使用传统的违约处理公式得到的违约结果进行计算将会有较大的误差，为此，在对违约数据进行违约处理的同时，对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数，即，每当库容或水电出力的数据超过约束条件范围，则相应的对库容违限次数或水电出力违限次数进行计数，例如，当前共有100个水电出力数据和100个库容数据，分别对200个数据进行违约判断，每判断出1个水电出力数据超过约束范围，则进行计数，在水电出力违限总数中加1，如，判断出15个水电出力数据超过约束范围，则水电出力违限总数为15，100个库容数据的判断如上，如，判断出20个库容数据超过约束范围，则库容违限总数为20。

步骤s122：利用库容违限总数、水电出力违限总数和预设的惩罚系数，对利用预设的算法对目标函数求解出的计算结果进行适应度计算。

具体的，得到库容违限总数和水电出力违限总数后，利用库容违限总数、水电出力违限总数和预设的惩罚系数，对利用预设的算法对目标函数求解出的计算结果进行适应度计算

可见，本发明利用越限计数法分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，利用库容违限总数、水电出力违限总数和预设的惩罚系数，能够更加合理的进行违约处理，保证了适应度计算的准确性，使目标函数的解更加精确。

本发明实施例公开了一种具体的电站群联合经济调度方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

步骤s21：预先构建水火发电系统最小系统燃料费用的目标函数；其中，目标函数对应的解为d维的解，d为正整数；

具体的，在水火发电系统中，包含多个发电机组的火电厂可以等效为一个能表征整体发电厂特性的虚拟电厂，可以以火电厂燃料费用最小为目标，设定初始目标函数；其中，

初始目标函数为：

式中，f为系统总油耗费用；t为整个调度期间的调度时段数，ns为火电厂数目；ai，bi，ci为火电厂i的费用系数；为火电厂i在第t个调度时段的出力；表征火电厂i的燃料费用函数。

在实际的水火经济调度问题中，通常需要考虑到汽轮机进气阀突然开启时所出现的拔丝现象——阀点效应，该现象使得原来的二次耗量特性曲线上叠加一个正弦脉动，通过在初始目标函数基础上增加正弦脉动函数可以得到目标函数；其中，

目标函数为：

式中：ei、fi为火电厂i的阀点效应系数；为火电厂i的最小技术出力。

步骤s22：在满足目标函数的约束条件的前提下，利用预设的算法和越限计数法对目标函数求解；

具体的，约束条件包括系统功率平衡约束、水量平衡约束、水电站出力约束、火电厂的出力约束、水电站的出力约束、水库库容约束、水电站的发电流量约束、调度周期初始库容和末端库容约束；其中，

电力不易大规模储存要求电力生产与消费应具备同时性，因此要保证发电厂出力与系统负荷需求实时平衡，即在整个调度期间，系统中所有发电厂的输出功率必须与系统负荷需求平衡，因此，需要系统功率平衡约束；其中，

系统功率平衡约束为：

式中，nh为水电站数目；为水电站j在第t个调度时段的出力；pd,t系统在第t个调度时段的负荷需求；

梯级水电站的显著特点为：上一级水电站发电用水及水库弃水经过一点的时滞仍可供下一级水电站使用，即上下级水电站间存在水力耦合关系。显然，水电站的当前库容不仅取决于上一调度时段的库容、天然来水量、发电流量以及弃水量，而且还取决于上一级水电站的弃、用水量，因此，需要水量平衡约束公式进行约束；其中，

水量平衡约束为：

式中：j∈(1,nh)，t∈(1,t)，vj,t-1为第t-1个时段水电站j的库容；ij,t为第t个时段水电站j的天然来水量；qj,t为第t个时段水电站j的发电流量；sj,t为第t个时段水电站j的弃水量；nj为水电站j的上游水电站数目；τhj为水电站j与其上游水电站h的时滞时间。

针对平水期及枯水期在整个水电站发电优化调度阶段一般不会产生弃水，因此，水量平衡约束可简化为简化水量平衡约束；其中，

简化水量平衡约束为：

水电站出力约束可被包含发电流量和库容的二次函数所表示；其中，

水电站出力约束为：

式中，c1j、c2j、c3j、c4j、c5j和c6j为水电站j的出力系数。

火电厂的出力约束为：

式中：分别为火电厂i出力的上下限。

水电站的出力约束为：

式中：和分别为水电站j出力的上下限。

水库库容约束为：

式中：和分别为水电站j在系统安全运行下所允许水库蓄水量的上下限。

水电站的发电流量约束为：

式中：分别为水电站j所应保证发电流量的上下限。

在短期水火经济调度中，日调节水电站的调度周期较短，为合理的安排调度计划，水电站的初始库容和末端库容应严格的满足预设的库容蓄水量，因此，需要调度周期初始库容约束和末端库容约束；其中，

调度周期初始库容约束为：vj,0＝vj,b；

末端库容约束为：vj,t＝vj,e；

式中：vj,b、vj,e分别表示初始库容和末端库容容量。

其中，越限计数法，包括步骤s221和步骤s222：

步骤s221：分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数。

具体的，利用库容违限公式和水电出力违限公式，对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数；其中，

库容违限公式为：

水电出力违限公式为：

式中，vout为各水电站在各调度时段内库容的违限总次数，为t时段内j水电站的库容，为j水电站的最大库容，为j水电站的最小库容，ph,out为各水电站在各调度时段内水电出力的违限总次数，为t时段内j水电站的水电出力，为j水电站的最大水电出力，为j水电站的最小水电出力。

步骤s222：利用库容违限总数、水电出力违限总数和预设的惩罚系数，对利用预设的算法对目标函数求解出的计算结果进行适应度计算。

具体的，利用目标函数、系统功率平衡约束、库容违限总数、水电出力违限总数、末端库容约束和预设的惩罚系数，通过适应度计算公式对利用预设的算法对目标函数求解出的计算结果进行适应度计算；其中，适应度计算公式为：

式中，λ、w、v、η为惩罚系数，f为总成本，为水电站j在第t个调度时段的出力，pd,t系统在第t个调度时段的负荷需求，为火电厂i在第t个度时段的出力，nh为水电站数目，t为整个调度期间的调度时段数，ns为火电厂数目，vj,b为初始库容，vj,e为末端库容容量。

进一步的，预设的算法可以为新型灰狼算法，利用新型灰狼算法，计算出多个狼个体，利用越限计数法对每个个体进行计数，再进行适应度计算，利用适应度计算的结果，筛选出满足预设条件的狼个体，再通过计算得到目标函数的解。当然，预设的算法也可以是其他能够求解目标函数的算法，在此不做限定。

相应的，本发明实施例还公开了一种电站群联合经济调度系统，参见图3和图4所示，该系统包括：

目标函数构建模块11，用于预先构建水火发电系统最小系统燃料费用的目标函数；其中，目标函数对应的解为d维的解，d为正整数；

目标函数计算模块12，用于在满足目标函数的约束条件的前提下，利用预设的算法和越限计数法对目标函数求解；

其中，目标函数计算模块12，包括：

计数单元121，用于分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数；

适应度计算单元122，用于利用库容违限总数、水电出力违限总数和预设的惩罚系数，对利用预设的算法对目标函数求解出的计算结果进行适应度计算。

可见，本发明利用越限计数法分别对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，利用库容违限总数、水电出力违限总数和预设的惩罚系数，能够更加合理的进行违约处理，保证了适应度计算的准确性，使目标函数的解更加精确。

本发明实施例中，上述计数单元121，具体用于利用库容违限公式和水电出力违限公式，对水电站在各调度时段内库容和水电出力的违限次数进行计数，得到库容违限总数和水电出力违限总数；其中，

库容违限公式为：

水电出力违限公式为：

式中，vout为各水电站在各调度时段内库容的违限总次数，为t时段内j水电站的库容，为j水电站的最大库容，为j水电站的最小库容，ph,out为各水电站在各调度时段内水电出力的违限总次数，为t时段内j水电站的水电出力，为j水电站的最大水电出力，为j水电站的最小水电出力。

上述适应度计算单元122，具体用于利用库容违限总数、水电出力违限总数和预设的惩罚系数，通过适应度计算公式对利用预设的算法对目标函数求解出的计算结果进行适应度计算；其中，适应度计算公式为：

式中，λ、w、v、η为惩罚系数，f为总成本，为水电站j在第t个调度时段的出力，pd,t系统在第t个调度时段的负荷需求，为火电厂i在第t个度时段的出力，nh为水电站数目，t为整个调度期间的调度时段数，ns为火电厂数目，vj,b为初始库容，vj,e为末端库容容量。

进一步的，约束条件包括：系统功率平衡约束、水量平衡约束、水电站出力约束、火电厂的出力约束、水电站的出力约束、水库库容约束、水电站的发电流量约束、调度周期初始库容和末端库容约束。

需要说明的是，预设的算法可以为新型灰狼算法。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种电站群联合经济调度方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。