安全约束经济调度优化引擎方法、系统、设备及存储介质与流程

1.本发明属于电力自动化领域，涉及一种安全约束经济调度优化引擎方法、系统、设备及存储介质。


背景技术：

2.安全约束经济调度是电力系统经济运行以及电力现货市场运营的核心功能。经过多年的技术积累，目前在安全约束约束经济调度算法方面，已经进行广泛而深入地研究，相关的成果在电力系统经济调度以及电力市场运营中得到了应用。安全约束经济调度本质是线性规划优化问题，优化计算求解器是求解线性规划问题的核心。当前国内主流安全约束经济调度软件都是基于国外商用求解器如cplex(ibm)、gurobi提供的接口进行建模与求解，陷入严重依赖国外商用软件、缺乏具有自主知识产权的被动局面；此外，国外商用软件缺少针对我国电力系统自身需求进行定制化设计和开发的功能。
3.近几年，国产商用线性规划求解软件逐渐发展起来。杉数科技(cardinal solver)公司的copt以及阿里云计算公司的mindopt求解器的线性规划优化引擎，在商业领域得到了应用。同时，相较于“黑盒”式的国外商业求解器，国产化线性规划优化引擎具备全面支持基于应用场景的定制化开发与调优的优势，不仅能为安全约束经济调度软件的求解发挥最大能力，也将有助于全国产化安全约束经济调度算法的实现。
4.安全约束经济调度(sced)是电力系统经济调度以及电力现货市场完整业务链的重要组成部分，我国首批8个电力现货试点省份的实时电力市场优化出清算法均已完成实用化研发，并已进入模拟试运行阶段。然而，目前核心的线性规划求解器(数学优化软件包)均采用国外的商业优化引擎，在当前的国际关系下，电网经济调度运行及电力现货市场的运营面临着较大的技术安全风险，国外商用软件的“黑盒”特点也不利于我国现货市场业务的适应性改进和性能提升，不能满足多种数学优化软件包的引擎需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种安全约束经济调度优化引擎方法、系统、设备及存储介质，该方法、系统、设备及存储介质能够满足多种数学优化软件包的引擎要求。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明一方面，本发明提供了一种安全约束经济调度优化引擎方法，包括：
8.选择数学优化软件包；
9.获取安全约束经济调度优化的引擎变量；
10.将所述引擎变量映射为所选择数学优化软件包的变量，将该变量输入所述数学优化软件包进行优化，得到数学优化软件包的输出结果；
11.将所述输出结果映射为安全约束经济调度优化的引擎输出结果，基于所述引擎输出结果完成安全约束经济调度优化引擎。
12.本发明所述安全约束经济调度优化引擎方法进一步的改进在于：
13.所述将所述安全约束经济调度优化的引擎变量映射为所选择数学优化软件包的变量之前还包括：
14.确定安全约束经济调度优化的引擎变量定义，将安全约束经济调度优化的引擎变量定义映射为数学优化软件包的变量定义；
15.确认安全约束经济调度优化的引擎约束定义，将安全约束经济调度优化的引擎约束定义映射为数学优化软件包的约束定义。
16.安全约束经济调度优化的引擎约束包括约束电力平衡约束、旋转备用约束、发电机组输出功率上限约束、发电机组输出功率下限约束、机组爬坡约束、机组滑坡约束、电网安全约束及机组固定出力约束。
17.通过函数接口将所述安全约束经济调度优化的引擎变量映射为所选择数学优化软件包的变量。
18.通过函数接口将所选择数学优化软件包输出结果映射为安全约束经济调度优化的引擎输出结果。
19.还包括：将安全约束经济调度优化的引擎灵敏度分析结果映射为数学优化软件包的灵敏度分析结果。
20.本发明二方面，本发明提供了一种安全约束经济调度优化引擎系统，其特征在于，包括：
21.求解器代理模块，用于选择数学优化软件包；
22.数据获取模块，获取安全约束经济调度优化的引擎变量；
23.适配模块，用于将所述引擎变量映射为所选择数学优化软件包的变量，将该变量输入所述数学优化软件包进行优化，得到数学优化软件包的输出结果；将所述输出结果映射为安全约束经济调度优化的引擎输出结果，基于所述引擎输出结果完成安全约束经济调度优化引擎。
24.还包括：
25.第一定义模块，用于确定安全约束经济调度优化的引擎变量定义，将安全约束经济调度优化的引擎变量定义映射为数学优化软件包的变量定义；
26.第二定义模块，用于确认安全约束经济调度优化的引擎约束定义，将安全约束经济调度优化的引擎约束定义映射为数学优化软件包的约束定义。
27.本发明三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述安全约束经济调度优化引擎方法的步骤。
28.本发明四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述安全约束经济调度优化引擎方法的步骤。
29.本发明具有以下有益效果：
30.本发明所述的安全约束经济调度优化引擎方法、系统、设备及存储介质在具体操作时，采用映射的方式，将所述安全约束经济调度优化的引擎变量映射为所选择数学优化软件包的变量，将所选择数学优化软件包的输出结果映射为安全约束经济调度优化的引擎
输出结果，完成安全约束经济调度优化引擎，满足多种数学优化软件包的引擎要求，可以适配多种国产数学软件包。
附图说明
31.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
32.图1为本发明的技术框架图；
33.图2为本发明的方法流程图；
34.图3为本发明的系统结构图；
35.图4为安全约束经济调度优化引擎适配杉数copt数学软件包的某台机组全天96点出力以及节点价格示意图；
36.图5为安全约束经济调度优化引擎适配阿里mindopt数学软件包的某台机组全天96点出力以及节点价格示意图。
具体实施方式
37.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
38.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
39.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
40.实施例一
41.参考图1及图2，本发明所述的安全约束经济调度优化方法包括以下步骤：
42.1)设计规范化的安全约束经济调度优化的引擎输入数据；
43.具体的，根据安全约束经济调度业务，对机组经济参数、联络线经济参数、稳定断面限额、负荷预测数据、外来电数据、机组初始状态、机组微增报价/煤耗数据、机组启停报价及机组检修数据设计规范化的数据格式。
44.2)构建安全约束经济调度优化引擎的算法模型；
45.根据安全约束经济调度算法的优化目标及约束条件，构建安全约束经济调度算法引擎的优化模型。
46.其中，所述目标函数为：
[0047][0048]
其中，ci(pi(t))为机组i在t时的运行成本，t为系统调度期间的时段数，i为系统机组数，pi(t)为机组i在t时的有功功率；
[0049]
所述约束条件包括电力平衡约束、旋转备用约束、发电机组输出功率上下限约束、机组爬坡、滑坡约束、电网安全约束以及机组固定出力约束。
[0050]
其中，所述电力平衡约束为：
[0051][0052]
其中，pd(t)为t时的系统发电口径净负荷。
[0053]
所述旋转备用约束为：
[0054][0055][0056]
其中，为机组i在t时提供的上旋转备用，为系统t时的上旋转备用需求，ri(t)为机组i在t时提供的下旋转备用，pr(t)为系统t时的下旋转备用需求。
[0057]
所述发电机组输出功率上下限约束为：
[0058][0059]
其中，及pi分别表示发电机组i输出功率的上下限。
[0060]
机组爬坡、滑坡约束为：
[0061]-δi≤pi(t)-pi(t-1)≤δiꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0062]
其中，δi为机组i每时段可加减负荷的最大值。
[0063]
电网安全约束为：
[0064][0065]
其中，p
l
及分别表示支路l的潮流功率及上限。
[0066]
机组固定出力约束：
[0067]
机组在预设时段内按照给定的发电计划运行，在该预设时段内该机组不参与经济调度计算。
[0068]
pi(t)＝pi(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0069]
其中，pi(t)表示机组i在t时刻的出力设定值。
[0070]
3)设置约束电力平衡约束、旋转备用约束、发电机组输出功率上限约束、发电机组输出功率下限约束、机组爬坡约束、机组滑坡约束、电网安全约束、机组固定出力约束在安全约束经济调度优化引擎中是否生效，是否可以松弛。
[0071]
4)通过函数接口将安全约束经济调度优化的引擎变量定义映射为数学优化软件包的变量定义，将安全约束经济调度优化的引擎约束定义映射为数学优化软件包的约束定
义；
[0072]
5)将安全约束经济调度优化的引擎变量映射为数学优化软件包的变量，将数学优化软件包的输出结果映射为安全约束经济调度优化的引擎输出结果，将安全约束经济调度优化的引擎灵敏度分析结果映射为数学优化软件包的灵敏度分析结果。
[0073]
实施例二
[0074]
本实施例中设计的安全约束经济调度算法引擎输入数据格式包括机组经济参数、联络线经济参数、稳定断面限额、负荷预测数据、外来电数据、机组初始状态、机组微增报价/煤耗数据、机组启停报价、机组检修数据，分别如表1、表2、表3、表4、表5、表6、表7、表8及9所示
[0075]
设定电力平衡约束、旋转备用约束、发电机组输出功率上限约束、发电机组输出功率下限约束、机组爬坡约束、机组滑坡约束、电网安全约束、机组固定出力约束在安全约束经济调度优化引擎中是否生效、是否可以松弛，如表10所示。
[0076]
安全约束经济调度算法引擎适配国产的杉数、阿里数学软件包。本实施例的安全约束经济调度算法引擎适配调用杉数、阿里数学软件包求得#1机组的某日96点的电力以及节点价格分别如图4及图5所示，电力与节点价格跟随变化。
[0077]
表1
[0078][0079]
[0080]
表2
[0081]
序号域名称域类型域中文名称1tieidstring联络线编号2pmaxnumber功率上限3pminnumber功率下限4tiefromstring联络线始端5tietostring联络线终端
[0082]
表3
[0083]
域英文名称域名称域类型域中文名称1nfgidstring断面编号2captionstring常规断面英文名称3punishcoeffnumber越限惩罚系数4p_limitnumber正向限额5n_limitnumber反向限额
[0084]
表4
[0085][0086][0087]
表5
[0088]
域英文名称域名称域类型域中文名称1tieidstring联络线编号2datatimedate时间3powernumber外来电功率
[0089]
表6
[0090]
域英文名称域名称域类型域中文名称1unidstring机组编号2initpowernumber初始出力3initstatenumber初始状态4initofftimenumber最近连续停机时段数5initontimenumber最近连续启机时段数
[0091]
表7
[0092]
域英文名称域名称域类型域中文名称1unidstring机组名称
2datatimedate日期3costidnumber报价段编号4blockstartnumber报价段起始功率5blockendnumber报价段终止功率6pricenumber电能价格7netpricenumber空载价格
[0093]
表8
[0094][0095][0096]
表9
[0097]
域英文名称域名称域类型域中文名称1unidstring机组名称2oprstarttimedate检修开始时间3oprendtimenumber检修结束时间
[0098]
表10
[0099]
序号域名称域类型域中文名称1ispbbool是否考虑平衡约束2isresbool是否考虑备用约束3isunpmaxbool是否考虑机组最大出力约束4isunpminbool是否考虑机组最小出力约束5isrampupbool是否考虑爬坡约束6isrampdownbool是否考虑滑坡约束7isnfgbool是否考虑电网安全约束8isunfixpbool是否考虑机组固定出力约束9ispbrlxbool是否松弛平衡约束10isresrlxbool是否松弛备用约束11isunpmaxrlxbool是否考松弛机组最大出力约束12isunpminrlxbool是否松弛机组最小出力约束13isrampuprlxbool是否松弛爬坡约束14isrampdownrlxbool是否松弛滑坡约束15isnfgrlxbool是否松弛电网安全约束16isunfixprlxbool是否松弛机组固定出力约束
[0100]
实施例三
[0101]
参考图3，本发明所述的安全约束经济调度优化引擎系统包括：
[0102]
求解器代理模块1，用于选择数学优化软件包；
[0103]
数据获取模块2，获取安全约束经济调度优化的引擎变量；
[0104]
适配模块3，用于将所述安全约束经济调度优化的引擎变量映射为所选择数学优化软件包的变量，将所选择数学优化软件包的输出结果映射为安全约束经济调度优化的引擎输出结果，完成安全约束经济调度优化引擎。
[0105]
本实施例还包括：
[0106]
第一定义模块4，用于确定安全约束经济调度优化的引擎变量定义，将安全约束经济调度优化的引擎变量定义映射为数学优化软件包的变量定义；
[0107]
第二定义模块5，用于确认安全约束经济调度优化的引擎约束定义，将安全约束经济调度优化的引擎约束定义映射为数学优化软件包的约束定义。
[0108]
实施例四
[0109]
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述安全约束经济调度优化引擎方法的步骤，其中，所述存储器可能包含内存，例如高速随机存储器，也可能还包括非易失性存储器，例如，至少一个磁盘存储器等；处理器、网络接口、存储器通过内部总线互相连接，该内部总线可以是工业标准体系结构总线、外设部件互连标准总线、扩展工业标准结构总线等，总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。存储器用于存放程序，具体地，程序可以包括程序代码、所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。
[0110]
实施例五
[0111]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述安全约束经济调度优化引擎方法的步骤，具体地，所述计算机可读存储介质包括但不限于例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器可以包括随机存储存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存、光盘、磁盘等。
[0112]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0113]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0114]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0115]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0116]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。