一種基于改進粒子群算法的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于改進粒子群算法的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，包括：設(shè)置粒子群算法的各個參數(shù)；生成初始粒子群；設(shè)置粒子的速度上下限約束；根據(jù)目標函數(shù)，計算各粒子的適應(yīng)值；比較各粒子的適應(yīng)值，找出每個粒子的歷史最優(yōu)值及其位置，以及達到全局最優(yōu)值的粒子及其位置；更新每個粒子的位置和速度；判斷粒子的位置和速度是否越限，若越限，將粒子的位置和速度調(diào)整至約束范圍內(nèi)；對粒子速度進行提速處理；若達到迭代次數(shù)，停止迭代，得到最終的結(jié)果；本發(fā)明在采用粒子群算法求解電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度問題時，對其進行了改進，采用自適應(yīng)算法對粒子速度進行調(diào)整，在搜索陷入局部搜索的時候，更有針對性地去搜索，獲得了很好的結(jié)果。
【專利說明】一種基于改進粒子群算法的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)優(yōu)化運行的經(jīng)濟調(diào)度方法，具體講涉及一種基于改進粒子群算法的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機組運行需要成本，電力系統(tǒng)運行過程需要考慮運行的經(jīng)濟性，不同的機組成本函數(shù)不同，不同的出力方案的經(jīng)濟成本也有所不同。經(jīng)濟調(diào)度的目的在于一定周期內(nèi)，優(yōu)化各機組的出力，以獲得最優(yōu)的出力水平，從而使成本最小。機組前后時段的出力還涉及到機組的爬坡能力約束，機組前后時段的出力密切相關(guān)，這就需要進行電力系統(tǒng)的動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度。電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的一部分，其目的是在滿足各種安全性約束以及電能質(zhì)量要求的條件下安排機組的運行方式，使系統(tǒng)總的運行費用最小。
[0003]動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度所涉及的變量較多，需要同時考慮等式和不等式的約束條件，現(xiàn)有優(yōu)化算法難以滿足計算要求。問題維數(shù)較高、約束條件嚴格，造成各個可行解對應(yīng)目標函數(shù)值較為接近，使用標準的粒子群算法時，容易造成搜索陷入局部最優(yōu)，從而過早收斂，對全局最優(yōu)解搜索的停滯。
[0004]解決過早收斂的現(xiàn)有方法主要是保證粒子的多樣性，避免迭代后期，粒子群個體相似，陷入局部搜索。如結(jié)合遺傳算法對粒子的位置進行交叉、變異等操作，以保證粒子的多樣性。但由于動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度的約束條件較為嚴格，解空間被限制在很小的范圍，這種對粒子位置的操作容易越限，同時針對性也不夠強，動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度問題存在一定的局限性。
[0005]在進行電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度中，為了避免陷入局部搜索，現(xiàn)的有粒子群算法普遍采用對粒子位置進行調(diào)整的方法，如結(jié)合遺傳算法，對粒子進行交叉、變異等操作。但這些方法容易千萬粒子越限，并在迭代后期對搜索區(qū)域的針對性不強，容易千萬迭代過程的浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于改進粒子群算法的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，本發(fā)明對粒子群算法的迭代公式進行了改進，加入自適應(yīng)方法，以對粒子速度進行調(diào)整，并根據(jù)約束條件對粒子進行調(diào)整，以保證粒子不越限。采用改進后的粒子群算法對電力系統(tǒng)的動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度進行求解，以在滿足相關(guān)約束條件的情況下，獲得優(yōu)化后的各機組各時段的出力水平。
[0007]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明提供一種基于改進粒子群算法的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟:
[0009]A、設(shè)置粒子群算法的參數(shù)；
[0010]B、生成初始粒子群；
[0011]C、設(shè)置粒子在電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度中的速度上下限約束；[0012]D、確定粒子的適應(yīng)值；
[0013]E、比較粒子的適應(yīng)值，找出每個粒子的歷史最優(yōu)值及其位置，以及達到全局最優(yōu)值的粒子及其位置；
[0014]F、根據(jù)局部最優(yōu)值以及全部最優(yōu)值更新每個粒子的位置和速度；
[0015]G、根據(jù)約束條件，以及粒子速度的上下限約束判斷粒子的位置和速度是否越限，若越限，將粒子的位置和速度調(diào)整至約束范圍內(nèi)；
[0016]H、采用自適應(yīng)方法，對粒子位置進行調(diào)整；
[0017]1、若達到迭代次數(shù)，停止迭代，得到最終的結(jié)果。
[0018]進一步地，所述步驟A中，設(shè)置粒子群算法所需的各個參數(shù)，所述參數(shù)包括權(quán)重因子、學(xué)習(xí)因子、粒子群規(guī)模數(shù)和迭代次數(shù)，權(quán)重因子取ω_ = 0.9，《min = 0.4，學(xué)習(xí)因子取C1 = C2 = 3.05，粒子群規(guī)模和迭代次數(shù)根據(jù)實際情況設(shè)置，包括設(shè)置為粒子群規(guī)模數(shù)N =40，迭代次數(shù)C = 500。
[0019]進一步地，所述步驟B中，根據(jù)計算期間內(nèi)各時段的負荷水平隨機分攤到各個機組的出力水平，按照粒子群規(guī)模數(shù)重復(fù)該步驟，獲得初始粒子群；包括:
[0020]隨機生成行數(shù)為機組數(shù)、列數(shù)為時段數(shù)的隨機數(shù)組，該數(shù)組的元素均為正數(shù)，且每一列元素相加之和均為一；將時段負荷乘以相應(yīng)的列即可得到初始粒子，重復(fù)該操作，即得到整個初始粒子群，即對于第m個粒子生成如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于改進粒子群算法的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: A、設(shè)置粒子群算法的參數(shù)； B、生成初始粒子群； C、設(shè)置粒子在電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度中的速度上下限約束； D、確定粒子的適應(yīng)值； E、比較粒子的適應(yīng)值，找出每個粒子的歷史最優(yōu)值及其位置，以及達到全局最優(yōu)值的粒子及其位置； F、根據(jù)局部最優(yōu)值以及全部最優(yōu)值更新每個粒子的位置和速度； G、根據(jù)約束條件和粒子速度的上下限約束判斷粒子的位置和速度是否越限，若越限，將粒子的位置和速度調(diào)整至約束范圍內(nèi)； H、采用自適應(yīng)方法，對粒子位置進行調(diào)整； 1、若達到迭代次數(shù)，停止迭代，得到最終的結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟A中，所述參數(shù)包括= 0.9或comin = 0.4的權(quán)重因子、C1 = C2 = 3.05的學(xué)習(xí)因子、粒子群規(guī)模數(shù)和迭代次數(shù)；粒子群規(guī)模和迭代次數(shù)根據(jù)實際情況設(shè)置，包括設(shè)置為粒子群規(guī)模數(shù)N =40，迭代次數(shù)C = 500。
3.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟B中，根據(jù)計算期間內(nèi)各時段的負荷水平隨機分攤到各個機組的出力水平，按照粒子群規(guī)模數(shù)重復(fù)該步驟，獲得初始粒子群；包括: 隨機生成行數(shù)為機組數(shù)、列數(shù)為時段數(shù)的隨機數(shù)組，該數(shù)組的元素均為正數(shù)，且每一列元素相加之和均為一；初始粒子為時段負荷乘以相應(yīng)的列，重復(fù)該操作，即得到整個初始粒子群，對于第m個粒子生成如下:
4.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟C中，根據(jù)各機組的上下限約束確定各個粒子的速度上下限，根據(jù)機組上下限出力之差縮減粒子速度的上下限，縮減范圍為I粒子速度上限為機組出力上限減去出力下限之差的I%，粒子速度下限為機組出力下限減去出力上限之差的I%。
5.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟D中，根據(jù)步驟B中所獲得的初始粒子群，根據(jù)下述(4)式表示的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度目標函數(shù)確定粒子的適應(yīng)值:
6.如權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度的上下限約束包括下述式(6)表示的功率平衡約束、下述式(8)表示的機組出力上下限約束和下述式(9)表示的機組爬坡約束；
7.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟E中，比較各粒子的適應(yīng)值，確定粒子適應(yīng)度最高的粒子，找到各個粒子的歷史最優(yōu)值，即局部最優(yōu)值，和粒子位置，以及全局最優(yōu)值及粒子位置；若第一次迭代，則找到全局最優(yōu)值及對應(yīng)粒子位置； 在粒子群算法中，粒子群的種群數(shù)為所包含的粒子數(shù)量，種群里面每個個體均稱為一個粒子；每一個可行解均是種群中的一個粒子，每個粒子都有兩個屬性，位移和速度，均表示為一個矩陣向量，如下式所示:
8.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟F中，根據(jù)步驟E所得到的局部最優(yōu)值和粒子位置，以及全部最優(yōu)值及粒子位置，根據(jù)下述表達式更新粒子的速度與位置:
9.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，對于粒子速度，將其限定在速度約束范圍內(nèi)，速度約束公式如下:

10.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟H中，根據(jù)步驟E中得到全局最優(yōu)值，比較前后兩次的全局最優(yōu)值，采用自適應(yīng)方法，根據(jù)兩次全局最優(yōu)值之差的絕對值大小，對粒子速度進行調(diào)整，絕對值越大，調(diào)整程度越大；執(zhí)行如下: 對粒子速度進行調(diào)整，即: V1 = V0+Δ V(18)； (18)式中:V(l、Vl分別為調(diào)整前后的粒子速度，Av為調(diào)整的速度量，調(diào)整時采用自適應(yīng)算法，自適應(yīng)算法公式如下:
11.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟I中，根據(jù)步驟A已設(shè)定的迭代算法，判定迭代次數(shù)是否達到:若達到迭代次數(shù)C = 500，則停止計算，得到粒子全局最優(yōu)值即為最終粒子位置，該粒子位置即為各機組在各時段的出力，從而計算出最終結(jié)果，最終結(jié)果包括各機組各時段的出力水平以及計算經(jīng)濟周期內(nèi)的機組運行總費用；若沒有達到迭代次數(shù)，則返回到步驟C，繼續(xù)計算。
【文檔編號】G06Q50/06GK104036331SQ201410240515
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李相俊, 寧陽天, 麻秀范, 楊水麗, 惠東, 陳金詳 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 華北電力大學(xué), 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院