基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法与流程

本发明涉及一种电力系统经济排放调度方法，具体为一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法。

背景技术：

目前，电力系统仍主要采用火力发电，其技术成熟、运行稳定。然而，在发电过程中需要燃烧大量化石燃料，一方面，发电厂需要支付高昂的生产费用，另一方面，所产生的废气容易造成环境污染，不利于绿色可持续发展；兼顾减少废气排放量和节省燃油成本一直是电力系统经济调度的一项重要研究内容。

电力系统经济排放调度是一种基于火力发电的电网调度技术：该技术为不同的发电单元规划发电出力，目的是在满足所有实际约束条件的基础上实现燃油成本和废气排放量最小化。

因为每个发电机组的装机容量不尽相同，所以在规划电力出力时要保证每个发电机组的计划出力不能超出自身的容量范围以外。另外，发电机组总的发电出力经过传输线输送到用户端，考虑到电能在传输线上有损耗，因此要求总发电出力等于用户端电力需求与传输线损耗之和。在满足这些实际约束条件的同时，电力系统经济排放调度具有同时最小化生产成本和废气排放量的特点，有利于保障电力供需平衡、降低生产成本、减小污染。

电力系统经济排放调度中两个目标函数(燃油成本和废气排放量)的物理量纲不同，二者存在数量级差别，且改进潜力不同。难点在于如何权衡这两个目标函数，以最大程度缓解二者彼此之间的冲突。所使用的多目标优化技术要充分兼顾二者的利益，避免为了提高其中一个指标而过度抑制另一个指标。

因此，所找到的最优解通常是一种折中解，即它的燃油成本和废气排放量都不是所有待比较解中最低的，但对应的综合指标是最优的。

电力系统经济排放调度主要使用权重和法(weightedsummethod,wsm)来最小化燃油成本和废气排放量。wsm通过引入价格惩罚因子来消除两个目标函数之间的物理量纲，并将二者融合为一个单目标函数。然而，两个目标函数不成线性关系，当发电出力变化时，它们的变化率不同，使wsm难以兼顾二者的数量级和改进潜力差别。若任意发电出力变量偏离其上限较大，则wsm会偏重其中一个目标函数，不利于缓解两个目标函数之间的矛盾。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，通过将待比较候选解的两个目标进行分类归一化以消除燃油成本和废气排放量在物理量纲、数量级和改进潜力方面的差别，从而均衡两个目标的利益。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，包括以下步骤：

步骤a：首先产生m个候选解，计算其燃油成本、废气排放量和约束违背量；

步骤b：对候选解进行协同归一化处理，包括如下步骤：

步骤b-1：构造一个m×3阶矩阵p，其中每行都存储着1个候选解的燃油成本、废气排放量和约束违背量；

步骤b-2：从第1列中选取前1/2低的燃油成本值，并求出其contraharmonic均值用相同方法求出与第2列对应的废气排放量的contraharmonic均值em；

步骤b-3：将矩阵p中第1列所有燃油成本都除以cm，将矩阵p中第2列所有废气排放量都除以em，对矩阵p中第3列所有约束违背量不作处理，最终得到协同归一化矩阵q；

步骤b-4：将矩阵q中归一化燃油成本和废气排放量进行线性加权，形成单目标函数值，再将其与约束违背量融合为罚函数值；

步骤c：选择罚函数值最小的候选解为最优解；

步骤d：若最优解的约束违背量为0，则它即为满足所有约束条件的最优电力系统经济排放调度方案，否则，重复步骤a～c。

在所述步骤a中，所述燃油成本包含二次函数和基于阀点效应的正弦函数的绝对值，废气排放量包含二次函数和指数函数；

c为总的燃油成本，e为总的废气排放量，ai、bi、ci、ei和fi为第i个发电单元的燃油成本系数，αi、βi、γi、ηi和δi为第i个发电单元的排放系数，pi为第i个发电单元的发电出力，pi,min为其最小值。

在步骤b中，协同归一化属于多目标优化方法，由所有候选解的目标函数值与约束违背量构成。

在所述步骤c中，所述罚函数值含有罚函数系数，将其设置为10¹⁰以惩罚约束违背量；当约束违背量为0时，对应的候选解为可行解。

若同等重视燃油成本和废气排放量，则可将二者的加权系数都设置为0.5；否则，根据重视程度调整加权系数。

与现有技术相比，本发明相较于现有多目标优化技术，本发明的基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法在保持原有低复杂度的前提下，充分利用候选解的有效信息，改进了传统的罚函数构成，设计了基于contraharmonic均值的多目标优化算法，解决了多目标优化过程中无法同时兼顾燃油成本和废气排放量的物理量纲、数量级和改进潜力差别的问题，有效地均衡了两个目标的利益。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为本发明分别基于协同归一化法(cooperationnormalizationapproach,cna)和wsm法的电力系统经济排放调度的pareto前沿示意图。

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。

请参阅图1，一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，包括以下步骤：

步骤a：首先产生m个候选解，计算其燃油成本、废气排放量和约束违背量，所述燃油成本包含二次函数和基于阀点效应的正弦函数的绝对值，废气排放量包含二次函数和指数函数：

c为总的燃油成本，e为总的废气排放量，ai、bi、ci、ei和fi为第i个发电单元的燃油成本系数，αi、βi、γi、ηi和δi为第i个发电单元的排放系数，pi为第i个发电单元的发电出力，pi,min为其最小值；

步骤b：对候选解进行协同归一化处理，协同归一化属于多目标优化方法，由所有候选解的目标函数值与约束违背量构成，其包括如下步骤：

步骤b-1：构造一个m×3阶矩阵p，其中每行都存储着1个候选解的燃油成本、废气排放量和约束违背量；

步骤b-2：从第1列中选取前1/2低的燃油成本值，并求出其contraharmonic均值用相同方法求出与第2列对应的废气排放量的contraharmonic均值em；

步骤b-3：将矩阵p中第1列所有燃油成本都除以cm，将矩阵p中第2列所有废气排放量都除以em，对矩阵p中第3列所有约束违背量不作处理，最终得到协同归一化矩阵q；

步骤b-4：将矩阵q中归一化燃油成本和废气排放量进行线性加权，形成单目标函数值，再将其与约束违背量融合为罚函数值；

步骤c：选择罚函数值最小的候选解为最优解，所述罚函数值含有罚函数系数，将其设置为10¹⁰以惩罚约束违背量；当约束违背量为0时，对应的候选解为可行解，如果约束违背量不为0，那么即使获得的目标函数值再小也无法完全满足所有约束条件；为了兼顾目标函数和约束条件，本申请将归一化的两个目标与约束违背量构成罚函数，为评估候选解的质量提供了客观标准；

步骤d：若最优解的约束违背量为0，则它即为满足所有约束条件的最优电力系统经济排放调度方案，否则，重复步骤a～c，步骤d中，最优电力系统经济排放调度方案通过电力调度中心实现。

其中，若同等重视燃油成本和废气排放量，则可将二者的加权系数都设置为0.5；否则，根据重视程度调整加权系数。

如图2所示，是本发明分别基于协同归一化法(cooperationnormalizationapproach,cna)和wsm法的电力系统经济排放调度的pareto前沿示意图，图中cna的pareto前沿更靠近横轴和纵轴，说明本发明在处理多目标优化时具有比wsm法更好的均衡性。

本发明基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法应用于电力系统发电机组的燃油成本和废气排放量最小化；本发明对候选解的两个目标取contraharmonic平均以使归一化所需的参考值更优；该算法在没有增加多目标优化复杂度的情况下，仅设计包含所有候选解信息的罚函数，就很好地缓解了燃油成本和废气排放量之间的矛盾。

相较于现有多目标优化技术，本发明的基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法在保持原有低复杂度的前提下，充分利用候选解的有效信息，改进了传统的罚函数构成，设计了基于contraharmonic均值的多目标优化算法，解决了多目标优化过程中无法同时兼顾燃油成本和废气排放量的物理量纲、数量级和改进潜力差别的问题，有效地均衡了两个目标的利益；

在电力市场环境下，该方法建立了一种对发电调度计划的优化安排，是电力系统安全运行，缓解供需矛盾，提高电能质量的有力保障，具有很重要的现实意义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。