专利名称：一种高效求解含有交流潮流的机组组合方法
技术领域：
本发明属于电カ系统的运行、分析与调度技术领域，尤其涉及一种高效求解含有交流潮流的机组组合方法。
背景技术：
如何在确保电网安全的前提下提高系统的整体经济性一直是电网短期发电计划的核心内容。传统上，按照时间尺度的不同，将电カ系统的优化问题分解为电源规划、电网规划、发电计划、机组组合、最优潮流、暂态稳定预防控制、紧急控制等等多个子问题，分别加以独立求解。如机组组合问题，是指在一定的调度周期内(通常是一天或一周)，在假定负荷已知的情况下(如通过负荷预测)，如何以最小的成本安排发电计划，实现与给定负荷的平衡并满足必要的约束条件和备用要求；而最优潮流问题，是指在负荷和机组启停情况已 知的情况下，如何通过调整机组出力和其他可控设备来满足电力系统实时运行的各种物理和运行约束，以得到一个经济的潮流状态。机组组合与最优潮流之间的关系參见附图3.
传统上的机组组合模型不考虑交流潮流，因此问题相对简单，但是由于机组组合问题和最优潮流问题实际上是相互耦合，相互影响的，而分别独立求解的做法完全无视两者之间的紧密耦合关系，这导致分别求得的最优方案经济性差或所求的最优运行方式无法确保系统的安全运行。因此急需ー种能同时考虑，同时优化机组组合和最优潮流这两个问题的方法。
发明内容
本发明的目的是为了在机组组合过程中能同时考虑最优潮流，从而能对这两个问题进行整体的优化，提高结果的最优性和可行性。为此，本发明提供了一种高效求解含有交流潮流的机组组合方法。该方法通过运用变量复制、扩展拉格朝日松弛法和辅助问题原理等技术手段，将含有交流潮流的机组组合问题解耦开，利用并行计算技术，大幅度提高求解速度。本发明包括如下步骤
第一歩接收电网机组调度中心得出的系统在接下来24小时的负荷需求数据；根据各个发电厂上报的机组特性数据得出各个机组的特性约束；
第二步对电カ系统的机组组合问题进行建模，根据运行要求选择目标函数和约束条件，包括等式约束条件和不等式约束条件，构成混合整数非线性规划问题；
目标函数为系统整体费用最小；等式约束为系统节点功率平衡约束；不等式约束包括系统备用约束，机组最大最小出力约束，机组爬坡约束，最小启停机时间约束，线路潮流约束和节点电压约束；
第三歩运用变量复制技术、扩展拉格朗日松弛法以及辅助问题原理对原问题进行解耦，将其分解为两个子问题；
包括如下步骤(1)运用变量复制技术，将原问题的机组出力变量复制成两组独立变量，规定两组变量的自身约束以及相互约束关系；
(2)运用扩展拉格朝日松弛法将两组独立变量的约束关系和系统备用约束松弛到目标函数中；
(3)对松弛后的新目标函数运用辅助问题原理，从而将目标函数解耦为两个子问题，两个子问题分别为包含个单机规划问题和Λ；个最优潮流(Ad/7, optimal power flow)问题，其中乂为系统中可调度机组的数量，Ari为此次机组组合的时段数；
第四步根据两个子问题的特点，分别使用动态规划以及最优潮流方法进行求解，其中最优潮流部分以时间段进行并行化求解；
第五步对第三步的结果进行并行化检验；
第六步计算收敛判据，若迭代已收敛，则得到最終結果；否则更新相关乘子，并且跳转至第三步；收敛判据是指两组复制变量之差的绝对值；
第七步所得最終結果可以作为电网机组调度的方案，用以调度发电机组启停机，以提高系统整体经济性和安全性。本发明的有益效果是，本发明的方法采用扩展拉格朗日松弛方法，并且配以变量复制与辅助问题原理，将含有交流潮流机组组合这个大規模混合整数非线性规划问题解耦成两个子问题，然后分别求解两个子问题。同时根据子问题的特点，设计了按时间段并行的算法，大幅度提高方法的求解速度，为其在实际电力系统中的应用打下坚实基础。
图I是动态规划子问题求解和最优潮流以时间段进行并行化求解过程；
图2是并行化检验过程；
图3是机组组合和最优潮流时间尺度关系不意 图4是高效求解含有交流潮流的机组组合方法流程图，其中虚线框内为并行求解部
分；
图5是动态规划求解的详细示意图。
具体实施例方式高效求解含有交流潮流的机组组合方法包括如下步骤
第一歩接收电网机组调度中心得出的系统在接下来24小时的负荷需求数据；根据各个发电厂上报的机组特性数据得出各个机组的特性約束。第二歩对电カ系统的机组组合问题进行建模，根据运行要求选择目标函数和约束条件，包括等式约束条件和不等式约束条件，构成混合整数非线性规划问题；
目标函数为系统整体费用最小；等式约束为系统节点功率平衡约束；不等式约束包括系统备用约束，机组最大最小出力约束，机组爬坡约束，最小启停机时间约束，线路潮流约束和节点电压约束。
第三歩运用变量复制技术、扩展拉格朗日松弛法以及辅助问题原理对原问题进行解耦，将其分解为两个子问题；
包括如下步骤(1)运用变量复制技术，将原问题的机组出力变量复制成两组独立变量，规定两组变量的自身约束以及相互约束关系；
(2)运用扩展拉格朝日松弛法将两组独立变量的约束关系和系统备用约束松弛到目标函数中；
(3)对松弛后的新目标函数运用辅助问题原理，从而将目标函数解耦为两个子问题，两个子问题分别为包含个单机规划问题和Λ；个最优潮流(Ad/7, optimal power flow)问题，其中％为系统中可调度机组的数量，％为此次机组组合的时段数；动态规划子问题求解和最优潮流以时间段进行并行化求解过程见图I。
第四步根据两个子问题的特点，分别使用动态规划以及最优潮流方法进行求解，其中最优潮流部分以时间段进行并行化求解。第五步对第三步的结果进行并行化检验，过程见图2。第六步计算收敛判据，若迭代已收敛，则得到最終結果；否则更新相关乘子，并且跳转至第三歩。收敛判据是指两组复制变量之差的绝对值。第七步所得最終結果可以作为电网机组调度的方案，用以调度发电机组启停机，以提高系统整体经济性和安全性。以下结合附图，对本发明的实施例作详细说明，本发明的流程图如图4所示。实施例
设定目标函数为系统总发电成本最小(1)，其中 为机组I在时刻 的启停状态，Fi(Pirt)为机组发电成本，STf(LJ)为机组开机成本。
卜，Mn 4 V Y Uht Fi (pM) + ST1(U)^(I) b'p ,
约束条件分为旋转备用约束(2)，机组出力约束(3)，机组爬坡约束(4)，机组最大启停机时间约束(5)，节点功率平衡约束(6)，节点电压约束(7)，线路潮流约束(8)。
巧Et-YlfasxUht <0(2)
Z=I
< P^t <
2 . .t ., !(3)
CTtmU^
p1,! -Ai <p1^ <phi +Ai(4)
I < ' 跸
= <0 (5)
Oor I others
权利要求
1.一种高效求解含有交流潮流约束的机组组合方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)接收电网机组调度中心得出的系统在接下来24小时的负荷需求数据；根据各个发电厂上报的机组特性数据得出各个机组的特性约束； (2)对电力系统的机组组合问题进行建模，根据运行要求选择目标函数和约束条件，包括等式约束条件和不等式约束条件，构成混合整数非线性规划问题； (3)运用变量复制技术、扩展拉格朗日松弛法以及辅助问题原理对原问题进行解耦，将其分解为两个子问题； (4)根据两个子问题的特点，分别使用动态规划以及最优潮流方法进行求解，其中最优潮流部分以时间段进行并行化求解； (5)对第三步的结果进行并行化检验； (6)计算收敛判据，若迭代已收敛，则得到最终结果；否则更新相关乘子，并且跳转至第三步，收敛判据是指两组复制变量之差的绝对值； (7)将步骤6所得最终结果作为电网机组调度的方案，用以调度发电机组启停机，以提高系统整体经济性和安全性。
2.根据权利要求I所述高效求解含有交流潮流约束的机组组合方法，其特征在于，所述步骤2中，所述目标函数为系统整体费用最小；等式约束为系统节点功率平衡约束；不等式约束包括系统备用约束，机组最大最小出力约束，机组爬坡约束，最小启停机时间约束，线路潮流约束和节点电压约束。
3.根据权利要求I所述高效求解含有交流潮流约束的机组组合方法，其特征在于，所述步骤3包括如下子步骤 (3. I)运用变量复制技术，将原问题的机组出力变量复制成两组独立变量，规定两组变量的自身约束以及相互约束关系； (3.2)运用扩展拉格朗日松弛法将两组独立变量的约束关系和系统备用约束松弛到目标函数中； (3. 3)对松弛后的新目标函数运用辅助问题原理，从而将目标函数解耦为两个子问题，两个子问题分别为包含个单机规划问题和A；个最优潮流(6P/7, optimal power flow)问题，其中乂为系统中可调度机组的数量，M为此次机组组合的时段数。
全文摘要
本发明公开了一种高效求解含有交流潮流的约束的机组组合方法。与已有的机组组合方法相比，该方法采用扩展拉格朗日松弛方法，并且配以变量复制与辅助问题原理，将含有交流潮流机组组合这个大规模混合整数非线性规划问题进行解耦，在将原问题解耦成两个子问题后分别求解。同时根据子问题的特点，设计了按时间段并行的算法，用并行计算技术大幅度提高方法的求解速度，为其在实际电力系统中的应用打下坚实基础。
文档编号H02J3/00GK102684190SQ20121016574
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者周博然, 徐凯, 江全元 申请人:浙江大学