本發(fā)明涉及電氣工程領(lǐng)域，尤其涉及用于電力系統(tǒng)短期運(yùn)行調(diào)度的一種計(jì)及閥點(diǎn)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是在滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行約束條件下，通過(guò)優(yōu)化調(diào)度各發(fā)電機(jī)組出力，使系統(tǒng)在所有運(yùn)行時(shí)段的總運(yùn)行費(fèi)用最小，是電力系統(tǒng)運(yùn)行中面對(duì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在實(shí)際系統(tǒng)中，由于汽輪機(jī)進(jìn)氣閥突然開(kāi)啟時(shí)出現(xiàn)的拔絲現(xiàn)象會(huì)使機(jī)組耗量特性產(chǎn)生閥點(diǎn)效應(yīng)，會(huì)在機(jī)組的耗量特性曲線(xiàn)上疊加一個(gè)脈動(dòng)效果，即產(chǎn)生閥點(diǎn)效應(yīng)。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已表明，忽略閥點(diǎn)效應(yīng)會(huì)使經(jīng)濟(jì)調(diào)度的運(yùn)行結(jié)果受到明顯影響。

從數(shù)學(xué)上講，考慮閥點(diǎn)效應(yīng)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是一個(gè)典型的高維、動(dòng)態(tài)非凸、非線(xiàn)性?xún)?yōu)化問(wèn)題，求解較為困難。分析當(dāng)前研究，主要有兩類(lèi)方法可用于解決這一問(wèn)題。第一類(lèi)是元啟發(fā)式優(yōu)化算法，元啟發(fā)式算法及其混合算法都需要設(shè)置與算法相關(guān)的參數(shù)，這些參數(shù)的設(shè)置會(huì)對(duì)算法的性能產(chǎn)生影響。第二類(lèi)是數(shù)學(xué)優(yōu)化算法，由于考慮閥點(diǎn)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題的非線(xiàn)性和非凸特性，經(jīng)典的數(shù)學(xué)優(yōu)化算法并不適合解決這個(gè)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種計(jì)及閥點(diǎn)效應(yīng)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，在考慮閥點(diǎn)效應(yīng)的靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度最優(yōu)解特性的基礎(chǔ)上，通過(guò)將動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度時(shí)段之間的耦聯(lián)約束(爬坡約束)解耦，并引入類(lèi)奇異點(diǎn)的概念，最終利用改進(jìn)的維數(shù)速降法(Modified Dimensional Steepest Decline Method，MDSD)與混合整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃(Mixed Integer Linear Programming，MILP)方法對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行求解。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種計(jì)及閥點(diǎn)效應(yīng)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，包括以下步驟：

(1)、建立計(jì)及閥點(diǎn)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，給出考慮閥點(diǎn)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)；

(2)、建立計(jì)及閥點(diǎn)效應(yīng)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度約束條件，包括系統(tǒng)的電力平衡約束及系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束；

(3)、將動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)通過(guò)分段線(xiàn)性化的方法簡(jiǎn)化，轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題，再用CPLEX中的MILP求解器進(jìn)行求解，從而得到初始近似解；

(4)、在步驟(3)中得到的初始近似解基礎(chǔ)上，通過(guò)重新設(shè)定各個(gè)時(shí)段機(jī)組的出力上下限來(lái)實(shí)現(xiàn)相鄰時(shí)刻間的解耦，將動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題轉(zhuǎn)換為靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題；

(5)、對(duì)于步驟(4)中解耦后的靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題，利用改進(jìn)的維數(shù)速降法對(duì)每個(gè)時(shí)段的機(jī)組出力進(jìn)行快速求解，得到最終的優(yōu)化解。

進(jìn)一步地，步驟(1)中的建立計(jì)及閥點(diǎn)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，考慮閥點(diǎn)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)為：

式中：TC是發(fā)電總成本；C_i是發(fā)電機(jī)第i組第t時(shí)段的成本函數(shù)；N_G是發(fā)電機(jī)組個(gè)數(shù)；N_T是一個(gè)調(diào)度周期的時(shí)段總數(shù)；a_i，b_i，c_i是燃料費(fèi)用系數(shù)；P_i，t是發(fā)電機(jī)第i組第t時(shí)段輸出的有功功率；P_i^min是發(fā)電機(jī)組i的最小出力；e_i，f_i是閥點(diǎn)效應(yīng)系數(shù)。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，系統(tǒng)的電力平衡約束為：

式中：P_t^loss是第t時(shí)段的系統(tǒng)網(wǎng)損，通過(guò)B系數(shù)法求得；D_t是第t時(shí)段的系統(tǒng)負(fù)荷，B_ij是B矩陣的系數(shù)，

發(fā)電機(jī)的輸出功率約束：

式中，P_i^max是發(fā)電機(jī)第i組的最大出力；

發(fā)電機(jī)爬坡約束：

式中，UR_i,DR_i是火電機(jī)組的上、下爬坡率；

2)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束：

式中，SR_i,t是發(fā)電機(jī)組i第t時(shí)段提供的旋轉(zhuǎn)備用；SSR_t^req是第t時(shí)段系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用需求。

進(jìn)一步地，步驟(3)中，發(fā)電機(jī)組i第t時(shí)段的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)被分段線(xiàn)性化為：

即將發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)C_i(P_i，t)表示成分段線(xiàn)段的總和：參數(shù)K_i表示發(fā)電機(jī)組i從最小機(jī)組出力到最大機(jī)組出力的分段數(shù)，如果將每一個(gè)正弦周期平均等分為M段，則K_i為：

式中，b_m，i和c_m，i分別表示每一個(gè)分段線(xiàn)段的斜率和截距：

其中，每一分段的上下限和橫坐標(biāo)上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的函數(shù)表示：

設(shè)參數(shù)U_{m，i，t}為0，1變量，表示在t時(shí)段，發(fā)電機(jī)組i的出力是否在線(xiàn)性分段的第m段上；則機(jī)組的輸出功率P_i，t和發(fā)電機(jī)組i第t時(shí)刻在線(xiàn)性分段的第m段上的出力P_{m，i，t}應(yīng)滿(mǎn)足以下約束條件：

3)每一個(gè)正弦周期被平均等分為兩段(M＝2)，最后得到的優(yōu)化模型直接通過(guò)MILP進(jìn)行求解，得到一個(gè)初始近似解，求解時(shí)的收斂標(biāo)準(zhǔn)可以設(shè)為MILP的收斂間隙小于一個(gè)給定的值。

進(jìn)一步地，步驟(4)中機(jī)組的出力上下限方程如下：

式中，和分別為發(fā)電機(jī)組i第t時(shí)段的新的出力約束；

在確定時(shí)段t某一臺(tái)機(jī)組的出力新的上下限時(shí)，需要用到時(shí)段t-1和時(shí)段t+1這臺(tái)機(jī)組的出力，t-1時(shí)段的機(jī)組出力需要用維數(shù)速降法得到的新的出力值，而t+1時(shí)段的機(jī)組出力則用第一步中得到的初始出力值。

進(jìn)一步地，利用改進(jìn)的維數(shù)速降法來(lái)解決靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題可分為兩步：

1)第一步需要得到機(jī)組出力初始解；

改進(jìn)的維數(shù)速降法需要用到機(jī)組的奇異點(diǎn)，以P_SP 0_i，j來(lái)表示第i臺(tái)機(jī)組運(yùn)行在它的第j個(gè)奇異點(diǎn)上：

此處用P_SP_{i，t，j}表示發(fā)電機(jī)組i在時(shí)段t的出力是在其第j個(gè)奇異點(diǎn)上，P_SP_i，t，j包括以及處于兩者間的P_SP 0_i，j，N_sp，t表示t時(shí)段奇異點(diǎn)的總數(shù)；以D_{i，t，j}來(lái)表示改進(jìn)的維數(shù)速降法的下降率，其為第t時(shí)段，發(fā)電機(jī)組i由第j+1個(gè)奇異點(diǎn)處出力下降到第j個(gè)奇異點(diǎn)處出力時(shí)的每兆瓦成本；用Lenght_i，t，j表示第t時(shí)段、發(fā)電機(jī)組i的第j+1個(gè)奇異點(diǎn)處出力與第j個(gè)奇異點(diǎn)處出力的差值；

Length_{i，t，j}＝P_SP_{i，t，j+1}-P_SP_{i，t，j} (20)

初始解不需要嚴(yán)格遵守功率平衡約束，可應(yīng)用冒泡法對(duì)D_{i，t，j}由小到大進(jìn)行排序，表示排序后的D_{i，t，j}順序?yàn)閛rder，如同進(jìn)行相應(yīng)的排序，在第一次迭代中，每臺(tái)機(jī)組運(yùn)行在其出力下限上，每迭代一次，按照order的順序在各臺(tái)機(jī)組的出力下限和的基礎(chǔ)上加一段功率平衡的差值EER_t由下式計(jì)算：

迭代過(guò)程中，在EER_t大于零的情況下，當(dāng)其最接近零時(shí)，迭代停止；然后將在迭代過(guò)程中用到的按照機(jī)組編號(hào)i分別累加到每臺(tái)機(jī)組的出力下限上，得到初始解中每臺(tái)機(jī)組的出力值，其中參數(shù)I0+1設(shè)為最終迭代次數(shù)的值；

2)第二步是調(diào)整第一步中得到的初始解，記錄下所有調(diào)整后的結(jié)果，從而再作進(jìn)一步調(diào)整：選I0次迭代及其前三個(gè)上升動(dòng)作的狀態(tài)和后四個(gè)上升動(dòng)作的狀態(tài)為可變狀態(tài)，對(duì)于每種情況做進(jìn)一步調(diào)整，就是選其中一臺(tái)機(jī)組做為松弛機(jī)組來(lái)滿(mǎn)足功率平衡約束，對(duì)于t時(shí)段的所有滿(mǎn)足機(jī)組出力上下限約束的情況計(jì)算總成本，選取能使總成本最小的可行解。

本發(fā)明的有益效果是，

本發(fā)明在考慮閥點(diǎn)效應(yīng)的靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度最優(yōu)解特性的基礎(chǔ)上，通過(guò)將動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度時(shí)段之間的爬坡約束解耦，并引入類(lèi)奇異點(diǎn)的概念，最終利用改進(jìn)的維數(shù)速降法與混合整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃方法對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行求解，具有獲得全局最優(yōu)解方面的可行性與有效性，較好地解決了非線(xiàn)性和非凸特性動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種計(jì)及閥點(diǎn)效應(yīng)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，包括以下步驟：

(1)、建立計(jì)及閥點(diǎn)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，給出考慮閥點(diǎn)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)，考慮閥點(diǎn)效應(yīng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)為：

式中：TC是發(fā)電總成本；C_i是發(fā)電機(jī)第i組第t時(shí)段的成本函數(shù)；N_G是發(fā)電機(jī)組個(gè)數(shù)；N_T是一個(gè)調(diào)度周期的時(shí)段總數(shù)；a_i，b_i，c_i是燃料費(fèi)用系數(shù)；P_i，t是發(fā)電機(jī)第i組第t時(shí)段輸出的有功功率；P_i^min是發(fā)電機(jī)組i的最小出力；e_i，f_i是閥點(diǎn)效應(yīng)系數(shù)。

(2)、建立計(jì)及閥點(diǎn)效應(yīng)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度約束條件，系統(tǒng)的電力平衡約束為：

式中：P_t^loss是第t時(shí)段的系統(tǒng)網(wǎng)損，通過(guò)B系數(shù)法求得；D_t是第t時(shí)段的系統(tǒng)負(fù)荷，B_ij是B矩陣的系數(shù)，

發(fā)電機(jī)的輸出功率約束：

式中，P_i^max是發(fā)電機(jī)第i組的最大出力；

發(fā)電機(jī)爬坡約束：

式中，UR_i,DR_i是火電機(jī)組的上、下爬坡率；

系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束：

式中，SR_i,t是發(fā)電機(jī)組i第t時(shí)段提供的旋轉(zhuǎn)備用；SSR_t^req是第t時(shí)段系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用需求。

(3)、將動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)通過(guò)分段線(xiàn)性化的方法簡(jiǎn)化，轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題，再用CPLEX中的MILP求解器進(jìn)行求解，從而得到初始近似解。

發(fā)電機(jī)組i第t時(shí)段的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)被分段線(xiàn)性化為：

即將發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)C_i(R_i，t)表示成分段線(xiàn)段的總和：參數(shù)K_i表示發(fā)電機(jī)組i從最小機(jī)組出力到最大機(jī)組出力的分段數(shù)，如果將每一個(gè)正弦周期平均等分為M段，則K_i為：

式中，b_m，i和c_m，i分別表示每一個(gè)分段線(xiàn)段的斜率和截距：

其中，每一分段的上下限和橫坐標(biāo)上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的函數(shù)表示：

設(shè)參數(shù)U_{m，i，t}為0，1變量，表示在t時(shí)段，發(fā)電機(jī)組i的出力是否在線(xiàn)性分段的第m段上；P_{m，i，t}表示發(fā)電機(jī)組i在第t時(shí)刻在線(xiàn)性分段的第m段上的出力，在某個(gè)時(shí)刻，對(duì)某臺(tái)發(fā)電機(jī)，在所有的線(xiàn)性分段上，僅有一個(gè)分段上的發(fā)電機(jī)出力值是大于0的，其余所有分段上的發(fā)電機(jī)出力都是0，但是哪個(gè)分段上的發(fā)電機(jī)的出力值大于0是由優(yōu)化決定的。則機(jī)組的輸出功率P_i，t和發(fā)電機(jī)組i第t時(shí)刻在線(xiàn)性分段的第m段上的出力P_m，i，t應(yīng)滿(mǎn)足以下約束條件：

每一個(gè)正弦周期被平均等分為兩段(M＝2)，最后得到的優(yōu)化模型直接通過(guò)MILP進(jìn)行求解，得到一個(gè)初始近似解，求解時(shí)的收斂標(biāo)準(zhǔn)可以設(shè)為MILP的收斂間隙小于一個(gè)給定的值。

(4)、在步驟(3)中得到的初始近似解基礎(chǔ)上，通過(guò)重新設(shè)定各個(gè)時(shí)段機(jī)組的出力上下限來(lái)實(shí)現(xiàn)相鄰時(shí)刻間的解耦，將動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題轉(zhuǎn)換為靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題；步驟(4)中機(jī)組的出力上下限方程如下：

式中，和分別為發(fā)電機(jī)組i第t時(shí)段的新的出力約束；

在確定時(shí)段t某一臺(tái)機(jī)組的出力新的上下限時(shí)，需要用到時(shí)段t-1和時(shí)段t+1這臺(tái)機(jī)組的出力，t-1時(shí)段的機(jī)組出力需要用維數(shù)速降法得到的新的出力值，而t+1時(shí)段的機(jī)組出力則用第一步中得到的初始出力值。

(5)、對(duì)于步驟(4)中解耦后的靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題，利用改進(jìn)的維數(shù)速降法對(duì)每個(gè)時(shí)段的機(jī)組出力進(jìn)行快速求解，得到最終的優(yōu)化解。利用改進(jìn)的維數(shù)速降法來(lái)解決靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題可分為兩步：

1)第一步需要得到機(jī)組出力初始解；

改進(jìn)的維數(shù)速降法需要用到機(jī)組的奇異點(diǎn)，以P_SP 0_i，j來(lái)表示第i臺(tái)機(jī)組運(yùn)行在它的第j個(gè)奇異點(diǎn)上：

此處用P_SP_{i，t，j}表示發(fā)電機(jī)組i在時(shí)段t的出力是在其第j個(gè)奇異點(diǎn)上，P_SP_i，t，j包括以及處于兩者間的P_SP 0_i，j，N_sp，t表示t時(shí)段奇異點(diǎn)的總數(shù)；以D_{i，t，j}來(lái)表示改進(jìn)的維數(shù)速降法的下降率，其為第t時(shí)段，發(fā)電機(jī)組i由第j+1個(gè)奇異點(diǎn)處出力下降到第j個(gè)奇異點(diǎn)處出力時(shí)的每兆瓦成本；用Length_i，t，j表示第t時(shí)段、發(fā)電機(jī)組i的第j+1個(gè)奇異點(diǎn)處出力與第j個(gè)奇異點(diǎn)處出力的差值；

Length_{i，t，j}＝P_SP_{i，t，j+1}-P_SP_i，t，j (20)

初始解不需要嚴(yán)格遵守功率平衡約束，可應(yīng)用冒泡法對(duì)D_{i，t，j}由小到大進(jìn)行排序，表示排序后的D_{i，t，j}順序?yàn)閛rder，如同進(jìn)行相應(yīng)的排序，在第一次迭代中，每臺(tái)機(jī)組運(yùn)行在其出力下限上，每迭代一次，按照order的順序在各臺(tái)機(jī)組的出力下限和的基礎(chǔ)上加一段功率平衡的差值EER_t由下式計(jì)算：

迭代過(guò)程中，在EER_t大于零的情況下，當(dāng)其最接近零時(shí)，迭代停止；然后將在迭代過(guò)程中用到的按照機(jī)組編號(hào)i分別累加到每臺(tái)機(jī)組的出力下限上，得到初始解中每臺(tái)機(jī)組的出力值，其中參數(shù)I0+1設(shè)為最終迭代次數(shù)的值，求出參數(shù)I0的值；

2)第二步是調(diào)整第一步中得到的初始解，記錄下所有調(diào)整后的結(jié)果，從而再作進(jìn)一步調(diào)整，使其嚴(yán)格遵守功率平衡約束。最終，選取能使總成本最小的可行解。將第一小步中的迭代過(guò)程稱(chēng)為初始上升過(guò)程，出現(xiàn)了上升過(guò)程，則上升動(dòng)作就是打開(kāi)的狀態(tài)，如果I≤I0，上升動(dòng)作在初始上升過(guò)程中的第I次迭代中是打開(kāi)的狀態(tài)，相反，如果I＞I0，則是關(guān)閉的狀態(tài)。在保證每臺(tái)機(jī)組都運(yùn)行在奇異點(diǎn)上的基礎(chǔ)上，調(diào)整在初始上升過(guò)程中的第I0次迭代之前的幾個(gè)上升過(guò)程到第I0次迭代之后的幾個(gè)上升過(guò)程的狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，改變狀態(tài)的上升動(dòng)作的數(shù)量越多，總成本增加也就越多。因此，將上升過(guò)程中狀態(tài)改變的數(shù)量設(shè)定為同時(shí)改變狀態(tài)的不超過(guò)4個(gè)。選I0次迭代及其前三個(gè)上升動(dòng)作的狀態(tài)和后四個(gè)上升動(dòng)作的狀態(tài)為可變狀態(tài)，將會(huì)有163種情況。對(duì)于每種情況做進(jìn)一步調(diào)整，就是選其中一臺(tái)機(jī)組被為松弛機(jī)組來(lái)滿(mǎn)足功率平衡約束。對(duì)于t時(shí)段的所有滿(mǎn)足機(jī)組出力上下限約束的情況計(jì)算總成本，選取能使總成本最小的可行解。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。