一種基于NSGA-II和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于NSGA-和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，包括以下步驟：1）建立含風(fēng)電隨機(jī)出力的電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度模型；2）用Weibull模型刻畫(huà)風(fēng)電出力的概率分布；3）用Look-ahead方法對(duì)不同時(shí)間斷面之間調(diào)度的耦合進(jìn)行解耦，實(shí)現(xiàn)多時(shí)段多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化；4）用發(fā)明的算法對(duì)步驟1）中建立的模型進(jìn)行求解，得到兼顧能耗和排放的調(diào)度方案。本發(fā)明突破了NSGA-在電力系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化上局限于負(fù)荷分配的困境，將基于NSGA-的電力系統(tǒng)多目標(biāo)調(diào)度拓展到考慮風(fēng)出力不確定性的多時(shí)段動(dòng)態(tài)優(yōu)化。另外，在單時(shí)段最優(yōu)解折中解的決策上，算法預(yù)留了嵌套窗口，使用者可以根據(jù)需要采用不同的決策策略，使得算法具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。
【專利說(shuō)明】—種基于NSGA-1 I和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是關(guān)于一種基于NSGA-1I和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在能源緊缺問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻的背景下，電力系統(tǒng)調(diào)度的目標(biāo)急迫需要由原來(lái)的追求經(jīng)濟(jì)性的單一目標(biāo)轉(zhuǎn)變成兼顧環(huán)保和節(jié)能的多目標(biāo)；另一方面，應(yīng)該大力開(kāi)發(fā)風(fēng)電資源，減少煤電比例，這是緩解能源問(wèn)題和環(huán)保問(wèn)題最有效的方法之一。研究考慮風(fēng)電出力不確定性的電力系統(tǒng)節(jié)能減排多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法成為了電力系統(tǒng)亟待解決的問(wèn)題。文獻(xiàn)《基于偽并行NSGA-H算法的火電站多目標(biāo)負(fù)荷調(diào)度》用帶精英策略的快速非支配排序多目標(biāo)遺傳算法(NSGA-1I)進(jìn)行單時(shí)段的多目標(biāo)靜態(tài)優(yōu)化調(diào)度。文獻(xiàn)《采用改進(jìn)生物地理學(xué)算法的風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)發(fā)電調(diào)度》將生物地理學(xué)算法用到解決風(fēng)電并網(wǎng)的兼顧環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)性的多目標(biāo)發(fā)電調(diào)度。文獻(xiàn)《Study ofmult1-objective optimization and mult1-attributed decision-making for economic
and environmental power dispatch》則使用NSGA-1I算法求解多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題,使用多屬性決策方法求得決策者滿意的折中解。然而目前，采用NSGA-1I算法進(jìn)行考慮風(fēng)電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)節(jié)能減排多目標(biāo)多時(shí)段動(dòng)態(tài)優(yōu)化的方法尚未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度的復(fù)雜問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于NSGA-1I算法和Look-ahead的考慮風(fēng)電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，該方法建立了含風(fēng)電隨機(jī)出力的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型；通過(guò)風(fēng)電出力數(shù)據(jù)擬合Weibull分布模型的尺度參數(shù)c和形狀參數(shù)k，之后用Weibull分布模型隨機(jī)生成24時(shí)段(以一天為調(diào)度周期)的風(fēng)電出力值；首先用NSGA-1I算法對(duì)起始時(shí)段(即t=l)的多目標(biāo)靜態(tài)調(diào)度模型進(jìn)行求解；然后根據(jù)Look-ahead思想，通過(guò)爬坡速率約束和最小連續(xù)運(yùn)行\(zhòng)停運(yùn)時(shí)間約束將該時(shí)段與下一時(shí)段的優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行耦合，繼而進(jìn)行下一時(shí)段的優(yōu)化計(jì)算，以此類推，可以計(jì)算出調(diào)度周期內(nèi)所有時(shí)段的考慮風(fēng)電并網(wǎng)的節(jié)能減排多目標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)度優(yōu)化計(jì)算。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
1、建立含風(fēng)電出力的電力系統(tǒng)節(jié)能減排多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型。本發(fā)明建立如下動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型:以調(diào)度周期(24小時(shí))內(nèi)煤耗量最小和污染物排放量最小為目標(biāo)函數(shù)，約束條件包括:有功平衡(計(jì)及風(fēng)電隨機(jī)出力)約束、旋轉(zhuǎn)備用約束(計(jì)及風(fēng)電場(chǎng)對(duì)旋轉(zhuǎn)備用的需要)、機(jī)組出力上下限約束、風(fēng)電穿透功率極限約束、火電機(jī)組爬坡速率約束和火電機(jī)組最小連續(xù)運(yùn)行\(zhòng)停運(yùn)時(shí)間約束。[0005]2、采用Weibull模型刻畫(huà)風(fēng)速的隨機(jī)特征。本發(fā)明利用相應(yīng)地區(qū)的風(fēng)力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)擬合出Weibull模型的尺度參數(shù)c和形狀參數(shù)k ;然后用該Weibull模型隨機(jī)生成24時(shí)段的風(fēng)電出力。 [0006]3、進(jìn)行起始時(shí)段(t=l)多目標(biāo)靜態(tài)模型的求解。單時(shí)段多目標(biāo)靜態(tài)模型的約束只有有功平衡約束、旋轉(zhuǎn)備用約束、機(jī)組出力上下限約束和風(fēng)電穿透功率極限約束。用NSGA-1I算法對(duì)起始時(shí)段的多目標(biāo)調(diào)度模型進(jìn)行求解，生成Pareto前沿即非支配解集。
[0007]4、單時(shí)段最優(yōu)解的選擇。用NSGA-1I算法計(jì)算得到的單時(shí)段Pareto前沿是一組非支配解集，如何在此解集中選擇其中的一個(gè)最優(yōu)解，這是一個(gè)決策問(wèn)題，可以根據(jù)需要靈活選擇。在此預(yù)留決策方法的嵌套窗口，使算法具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。
[0008]5、相鄰時(shí)段的耦合及動(dòng)態(tài)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)。得到了起始時(shí)段的最優(yōu)解之后，計(jì)算爬坡速率約束和最小連續(xù)運(yùn)行\(zhòng)停運(yùn)時(shí)間約束對(duì)下一時(shí)段機(jī)組的啟停及其出力上下限的影響，繼而可以進(jìn)行下一時(shí)段的優(yōu)化。以此類推，根據(jù)Look-ahead思想通過(guò)相鄰時(shí)段的耦合，依次計(jì)算出調(diào)度周期內(nèi)所有時(shí)段的電力系統(tǒng)節(jié)能減排多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度的解，從而實(shí)現(xiàn)了含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)調(diào)度的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。
[0009]本發(fā)明可以廣泛用于各種類型電網(wǎng)，用于進(jìn)行含風(fēng)電隨機(jī)出力的電力系統(tǒng)節(jié)能減排多目標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)度優(yōu)化的復(fù)雜計(jì)算，既考慮了風(fēng)電的隨機(jī)出力，又進(jìn)行了煤耗最小和污染物排放量最小多目標(biāo)的協(xié)調(diào)，同時(shí)預(yù)留了進(jìn)行非支配解決策的嵌套窗口，使得算法的可擴(kuò)展性強(qiáng)，使得供決策者可以根據(jù)需要采用不同的決策方法。
[0010]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施流程圖(算法總體流程圖);
圖2是本發(fā)明中進(jìn)行多目標(biāo)靜態(tài)優(yōu)化NSGA- Π算法流程圖(多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度NSGA-1I算法流程圖)。
[0011]【具體實(shí)施方式】:
I)建立含風(fēng)電隨機(jī)出力的電力系統(tǒng)節(jié)能減排多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型:
為了使得調(diào)度周期內(nèi)煤耗量和污染物排放量都盡量達(dá)到最小，本發(fā)明建立以煤耗量最小為目標(biāo)和以污染物排放量最小為目標(biāo)的多目標(biāo)調(diào)度優(yōu)化模型:
目標(biāo)函數(shù):
【權(quán)利要求】
1.一種基于NSGA-1I和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，其包括以下步驟: I)建立含風(fēng)電隨機(jī)出力的電力系統(tǒng)節(jié)能減排多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型，即建立以煤耗量最小為目標(biāo)和以污染物排放量最小為目標(biāo)的24時(shí)段多目標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)度優(yōu)化模型，約束條件包括有功平衡約束(計(jì)及風(fēng)電隨機(jī)出力)、旋轉(zhuǎn)備用約束(計(jì)及風(fēng)電對(duì)火電旋轉(zhuǎn)備用的需求)、機(jī)組出力上下限約束、風(fēng)電穿透功率極限約束、機(jī)組爬坡速率約束和最小連續(xù)運(yùn)行\(zhòng)停運(yùn)時(shí)間約束；2)采用Weibull模型進(jìn)行風(fēng)電隨機(jī)出力預(yù)測(cè)，風(fēng)電的出力值是一個(gè)關(guān)于隨機(jī)變量風(fēng)速V (m/s)的函數(shù)，本發(fā)明用二參數(shù)Weibull分布模型刻畫(huà)隨機(jī)變量風(fēng)速v的分布特性；3)基于NSGA-1I算法的單時(shí)段多目標(biāo)靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化計(jì)算:3.1)建立單時(shí)段多目標(biāo)靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化模型；3.2)用NSGA-1I算法對(duì)起始時(shí)段機(jī)組組合和負(fù)荷分配進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算；3.3)在單時(shí)段Pareto前沿中優(yōu)選出一個(gè)非支配解；4)基于Look-ahead的多時(shí)段機(jī)組組合和負(fù)荷分配優(yōu)化，即在已知本時(shí)段優(yōu)化結(jié)果的情況下，根據(jù)約束條件的耦合計(jì)算下一時(shí)段的機(jī)組啟停和負(fù)荷分配。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于NSGA-1I和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于:所述步驟I)中，建立含風(fēng)電隨機(jī)出力的電力系統(tǒng)節(jié)能減排多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型:
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于NSGA-1I和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于:所述步驟2)中，進(jìn)行風(fēng)電出力隨機(jī)出力預(yù)測(cè)的模型時(shí)采用Weibull分布模型: 風(fēng)速V的分布函數(shù)及概率密度函數(shù)分別為:
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于NSGA-1I和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于:所述步驟2)中，進(jìn)行風(fēng)電隨機(jī)出力預(yù)測(cè)時(shí)，采用的風(fēng)機(jī)有功出力Fm與風(fēng)速V的近似函數(shù)為:
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于NSGA-1I和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于:所述步驟3.1)中，建立含風(fēng)電隨機(jī)出力的電力系統(tǒng)節(jié)能減排多目標(biāo)單時(shí)段靜態(tài)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型:
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于NSGA-1I和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于:所述步驟3.2)中，求解單時(shí)段多目標(biāo)最優(yōu)解時(shí)采用NSGA-1I算法。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于NSGA-1I和Look-ahead的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于:所述步驟4)中，采用Look-ahead思想，即在已知上一時(shí)段調(diào)度的情況下，計(jì)算上一時(shí)段的調(diào)度對(duì)下一時(shí)段調(diào)度的影響，通過(guò)爬坡速率約束和最小連續(xù)運(yùn)行/啟停時(shí)間約束將當(dāng)前時(shí)段與下一時(shí)段耦合起來(lái)，從而進(jìn)行下一時(shí)段的優(yōu)化計(jì)算。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103580020SQ201310072676
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月7日
【發(fā)明者】馬瑞, 羅斌 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)