大规模电力系统发电机组快速调度方法及系统

本发明属于发电、配电，具体涉及一种大规模电力系统发电机组快速调度方法及系统。

背景技术：

1、随着新型电力系统和电力市场改革的推进，各区域/省级电网间的电能互济及电能交易愈加频繁，促进了区域电网间电力传输线路的建设，从而使得各区域电网逐渐互联为一个大电网。安全、可靠以及经济地制定大电网的发电机组调度计划对于电网的正常运行至关重要，通常通过求解大规模机组组合问题实现。大规模机组组合问题是一个包含大量离散变量和连续变量的优化问题，其优化目标是制定成本最低的发电机组调度计划，同时，该调度计划必须满足电网的诸多安全约束和运行约束。由于该问题规模巨大，因此其求解算法通常需要具备极高的求解效率。机组组合问题是一个混合整数规划问题，可以用通用的混合整数规划算法求解。这类算法包括：分支定界法、割平面法、动态规划法和一些启发式算法。这些算法在问题规模较小时具备较高的效率和精度，但是，当该问题包含超过数千个整数变量的时候，这些算法便会出现严重的效率问题，不能及时地给出可行的机组调度计划。因此，针对该问题的一些通用加速算法被提出来，包括：拉格朗日松弛法和benders’分解法等。这些加速算法具有较高的求解效率，但是通常会收敛缓慢或不能提供满足安全约束的可行调度计划。例如，拉格朗日松弛法是针对连续优化问题设计的高效迭代算法，当被用来求解具有离散变量的机组组合问题时，该算法在其迭代过程中给出的试验解会出现震荡现象，从而不能快速收敛；benders’分解法也具有类似的缺陷。已有算法基本不能有效求解包含数万个整数变量的大规模机组组合问题，这对于大规模新型电力系统的安全经济运行是不能接受的。

技术实现思路

1、本发明提供一种大规模电力系统发电机组快速调度方法及系统，以解决现有技术不能快速制定大电网的发电机组调度计划的效率问题，且本发明求解机组组合问题的速度远远超过现有的求解算法，能够满足实际需求。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种大规模电力系统发电机组快速调度方法，包括以下步骤：

4、s1：采集大规模电力系统的发电机组参数数据；s2：根据所述发电机组参数数据，构建机组组合问题模型，所述机组组合问题模型包括：机组组合问题目标函数、系统级约束和单机组约束；s3：将所述机组组合问题模型中的系统级约束，通过拉格朗日松弛法进行松弛，并结合拉格朗日乘子在所述机组组合问题目标函数中惩罚所述系统级约束和单机组约束的违反量，得到机组松弛问题模型；最后将所述机组松弛问题模型分解为单机组子问题模型；s4：在所述单机组子问题模型中，忽略所述单机组约束的跨时段约束，得到单机组-单时段子问题模型；s5：根据单机组-单时段子问题模型，并结合所述单机组-单时段子问题模型对应的拉格朗日对偶问题，给定拉格朗日乘子的值，得到所述机组组合问题模型的近似解；s6：通过动态规划算法，调整所述机组组合问题模型的近似解，得到试验解；s7：根据所述机组组合问题模型构建可行性检验问题模型，通过所述可行性检验问题模型对所述试验解进行可行性校验；若所述试验解不具有可行性，则采用次梯度法更新s5中所述拉格朗日乘子的值并重复s5～s7；若所述试验解具有可行性，则输出所述试验解。

5、进一步地，s2中，所述机组组合问题模型包括式(1)：

6、

7、其中，si(zi)为第i台火电机组因执行开关机操作而产生的机组启停费用，zi,t为第i台火电机组在第t时段的启停状态，pi,t为第i台火电机组在第t时段的发电功率决策变量，ci(zi,t,pi,t)为第i台火电机组在第t时段的发电成本，dm,t为第m个负荷节点在第t时段的净负荷，表示第i台火电机组的功率传输分布因子，第m个负荷节点的功率传输分布因子，fl为输电线l的热稳定极限，zi,tpi为第i台火电机组在第t时段的发电功率下限，为第i台火电机组在第t时段的发电功率上限，t为调度时段编号，l为输电线编号，i为火电机组编号，mi为最小开关机约束的系数矩阵，zi为与第i台火电机组有关的启停变量，ji为最小开关机时间约束的右端项，i为火电机组数目，t为调度时段数目；

8、其中，所述机组组合问题目标函数包括式(1)中的式(a)：所述系统级约束包括电能供需平衡约束和基于直流潮流模型的线路传输安全约束；所述电能供需平衡约束包括式(1)中的式(b)：所述基于直流潮流模型的线路传输安全约束包括式(1)中的式(c)和式(d)；所述式(1)中的式(c)为：所述式(1)中的式(d)为：所述单机组约束包括爬坡约束、机组的发电功率界约束和最小开关机时间约束；所述爬坡约束包括式(1)中的式(e)：所述机组的发电功率界约束包括式(1)中的式(f)：所述最小开关机时间约束包括式(1)中的式(g)：mizi≤ji,z∈{0,1}i×t。

9、进一步地，s3中，所述机组松弛问题模型包括式(2)：

10、

11、其中，

12、其中，λ,μ为拉格朗日乘子，l(z,p,λ,μ)为拉格朗日函数，为第i台火电机组的向下爬坡能力和为第i台火电机组的向上爬坡能力，zi,t为第i台火电机组在第t时段的启停状态，pi,t为第i台火电机组在第t时段的发电功率决策变量，pi为第i台火电机组的发电功率下限，为第i台火电机组的发电功率上限，t为调度时段编号，l为输电线编号，i为火电机组编号，mi为最小开关机约束的系数矩阵，zi为与第i台火电机组有关的启停变量，ji为最小开关机时间约束的右端项，i为火电机组数目，t为调度时段数目，si(zi)为第i台火电机组因执行开关机操作而产生的机组启停费用，ci(zi,t,pi,t)为第i台火电机组在第t时段的发电成本，dm,t为第m个负荷节点在第t时段的净负荷，表示第i台火电机组的功率传输分布因子，第m个负荷节点的功率传输分布因子，fl为输电线l的热稳定极限，为线路的正传输安全约束的拉格朗日乘子，为线路的负传输安全约束的拉格朗日乘子。

13、进一步地，s3中，所述单机组子问题模型包括式(3)：

14、

15、其中，

16、其中，λ,μ为拉格朗日乘子，li(z,p,λ,μ)为第i台火电机组的拉格朗日函数，和为第i台火电机组的综合爬坡能力，zi,t为第i台火电机组在第t时段的启停状态，pi,t为第i台火电机组在第t时段的发电功率决策变量，pi为第i台火电机组的发电功率下限，为第i台火电机组的发电功率上限，t为调度时段编号，l为输电线编号，i为火电机组编号，mi为最小开关机约束的系数矩阵，zi为与第i台火电机组有关的启停变量，ji为最小开关机时间约束的右端项，t为调度时段数目，si(zi)为第i台火电机组因执行开关机操作而产生的机组启停费用，ci(zi,t,pi,t)为第i台火电机组在第t时段的发电成本，dm,t为第m个负荷节点在第t时段的净负荷，表示第i台火电机组的功率传输分布因子，第m个负荷节点的功率传输分布因子，fl为输电线l的热稳定极限。

17、进一步地，s4中，所述跨时段约束包括式(3)中的式(b)和式(d)；所述式(3)中的式(b)为：所述式(3)中的式(d)为：mizi≤ji,zi∈{0,1}t。

18、进一步地，s4中，所述单机组-单时段子问题模型包括式(4)：

19、

20、其中，

21、其中，λ,μ为拉格朗日乘子，li,t(zi,t,pi,t,λt,μt)为第i台火电机组在第t时段的拉格朗日函数，zi,t为第i台火电机组在第t时段的启停状态，pi,t为第i台火电机组在第t时段的发电功率决策变量，pi为第i台火电机组的发电功率下限，为第i台火电机组的发电功率上限，t为调度时段编号，l为输电线编号，i为火电机组编号，ci(zi,t,pi,t)为第i台火电机组在第t时段的发电成本，表示第i台火电机组的功率传输分布因子。

22、进一步地，s7中，所述可行性检验问题模型包括式(12)：

23、

24、其中，v为系统级约束的违反量，zi,t为第i台火电机组在第t时段的启停状态，pi,t为第i台火电机组在第t时段的发电功率决策变量，pi为第i台火电机组的发电功率下限，为第i台火电机组的发电功率上限，t为调度时段编号，l为输电线编号，i为火电机组编号，dm,t为第m个负荷节点在第t时段的净负荷，表示第i台火电机组的功率传输分布因子，第m个负荷节点的功率传输分布因子，fl为输电线l的热稳定极限，为所述试验解，和是正负线路安全约束的违反量，和是功率平衡等式约束的违反量。

25、一种大规模电力系统发电机组快速调度系统，基于所述的快速调度方法，包括：数据采集模块，用于采集大规模电力系统的发电机组参数数据；机组组合问题构建模块，用于根据所述发电机组参数数据，构建机组组合问题模型，所述机组组合问题模型包括：机组组合问题目标函数、系统级约束和单机组约束；机组组合问题松弛模块，用于将所述机组组合问题模型中的系统级约束，通过拉格朗日松弛法进行松弛，并结合拉格朗日乘子在所述机组组合问题目标函数中惩罚所述系统级约束和单机组约束的违反量，得到机组松弛问题模型；最后将所述机组松弛问题模型分解为单机组子问题模型；单机组-单时段子问题构建模块，用于在所述单机组子问题模型中，忽略所述单机组约束的跨时段约束，得到单机组-单时段子问题模型；对偶求解模块，用于根据单机组-单时段子问题模型，并结合所述单机组-单时段子问题模型对应的拉格朗日对偶问题，给定拉格朗日乘子的值得到所述机组组合问题模型的近似解；动态规划模块，用于通过动态规划算法，调整所述机组组合问题模型的近似解，得到试验解；可行性检验模块，用于根据所述机组组合问题模型构建可行性检验问题模型，通过所述可行性检验问题模型对所述试验解进行可行性校验；若所述试验解不具有可行性，则采用次梯度法更新s5中所述拉格朗日乘子的值并重复s5～s7；若所述试验解具有可行性，则输出所述试验解。

26、一种电子设备，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中运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种大规模电力系统发电机组快速调度方法的步骤。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一种大规模电力系统发电机组快速调度方法的步骤。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明提供一种大规模电力系统发电机组快速调度方法，通过构建机组组合问题，利用拉格朗日松弛法进行处理，并忽略跨时段约束，之后基于拉格朗日乘子和离散动态规划获得试验解，采用可行性检验问题验证试验解可行性，最终输出可靠的试验解。其求解机组组合问题的速度远远超过现有的求解算法，能够满足实际需求，本发明所提供的快速调度方法所需的时间少于其他算法求解时间的十分之一，通常只需要2～4次迭代就能给出机组组合问题的可行次优解；该方法不仅求解效率高，而且给出的调度决策的经济性也很高。