一種基于改進離散粒子群算法的含風(fēng)電電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一種基于改進離散粒子群算法的含風(fēng)電電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度方法，屬于含風(fēng) 電的電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能是一種清潔的可再生資源，具有分布廣泛、能量密度高、利用效率高等優(yōu)點。 同時轉(zhuǎn)化為電能的過程中，不會產(chǎn)生污染環(huán)境的有害氣體。目前風(fēng)能利用技術(shù)比較成熟，但 是由于風(fēng)速具有隨機性和波動性，進而風(fēng)電出力也就具有不確定性和隨機波動的特點。
[0003] 目前經(jīng)濟調(diào)度分為短期經(jīng)濟調(diào)度和長期經(jīng)濟調(diào)度。動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度問題在數(shù)學(xué)上是 一個高維、非凸、非線性的混合整數(shù)優(yōu)化問題，理論上精確求解比較困難。目前來說，主要 有三類算法：（1)啟發(fā)式方法：局部尋優(yōu)法、優(yōu)先順序法；（2)數(shù)學(xué)優(yōu)化算法：動態(tài)規(guī)劃法、 拉格朗日松弛算法、混合整數(shù)規(guī)劃；（3)智能優(yōu)化算法：遺傳算法、蟻群算法、模擬退火算法 以及粒子群算法。啟發(fā)式算法沒有嚴(yán)格的理論依據(jù)，往往依靠實際的經(jīng)驗或直觀的判斷， 很難找到最優(yōu)解或次優(yōu)解，但是也能滿足一般要求；傳統(tǒng)的算法例如動態(tài)規(guī)劃法（Dynamic Programming，DP)雖然DP算法對目標(biāo)函數(shù)并沒有什么特殊要求，可以得到最優(yōu)方案，但是 實際中由于機組數(shù)臺數(shù)過多時，調(diào)度周期較長時，導(dǎo)致維數(shù)過大，計算量猛增，會產(chǎn)生"維數(shù) 災(zāi)"問題。此外，動態(tài)規(guī)劃算法還難以解決與時間有關(guān)的約束條件如機組爬坡等約束條件。 人工智能算法中的遺傳算法應(yīng)用在電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化問題，雖然具有全局尋優(yōu)能 力，但是其局部搜索能力不強，會出現(xiàn)"早熟"的現(xiàn)象，往往需要與其他算法結(jié)合使用才能進 行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于改進離散粒子群算法的含風(fēng)電電力系 統(tǒng)動態(tài)調(diào)度方法，在解決含有風(fēng)電場的小規(guī)模系統(tǒng)時，具有穩(wěn)定性好、尋優(yōu)速度快的優(yōu)點。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種基于改進離散粒子群算法的含風(fēng)電電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :含有風(fēng)電場的電力系統(tǒng)的模型建立：
[0008] 步驟1. 1 :根據(jù)實際情況，確定包含了常規(guī)機組的燃料成本和機組啟停費用的目 標(biāo)函數(shù)：
[0010] 步驟1. 2 :確立該算法中含有的約束條件，如：
[0011] (1)不計網(wǎng)損下，系統(tǒng)功率平衡約束：
[0013] 式中：Pj表示第t時段風(fēng)電場輸出的有功功率預(yù)測值；&表示第t時段的負(fù)荷預(yù) 測值；
[0014] (2)常規(guī)機組出力約束：
[0024] 式中：表示機組n在t時段的正旋轉(zhuǎn)和負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量；A/1表示t時 段為應(yīng)對負(fù)荷預(yù)測誤差和機組停運所需的備用容量，旋轉(zhuǎn)備用容量通常與負(fù)荷大小有關(guān)， 包括負(fù)荷備用、事故備用和檢修備用，us%，ds%分別表示高估和低估風(fēng)電出力時對備用容 量的需求系數(shù)；
[0025] (4)機組爬坡速率約束：
[0026] 上升爬坡速度約束：
[0030] 式中：UKn，Dsn分別表示機組n的上升、下降爬坡速率，單位MW/h ; A T表示單位調(diào) 度時段，通常取Ih ;
[0031] (5)常規(guī)機組啟停時間約束：
[0034] 式中：I：表示機組n在h時段已經(jīng)運行時段數(shù)（7： >0 )或者停運的時段數(shù) (7T <0); Tu，n，Tin分別表示機組n的最小連續(xù)運行時段數(shù)和最小連續(xù)停運時段數(shù)；
[0035] 步驟2 :對基本粒子群算法進行改進：
[0036] 步驟2. 1 :基本粒子群算法：
[0037] 粒子的速度和位置更新公式如下：
[0038] vid= w*v id+cfrand* (pid-xid)+c2*rand* (pgd-xid) (12)
[0041] 式中： < 為粒子i在第k次迭代的速度；w為慣性系數(shù)，通常取0. 4~0. 9 ;Ci, c2 為加速度常數(shù)，一般均取2, rand為在0~1之間均勻分布的隨機數(shù)；pid為第i個粒子的歷 史最優(yōu)值；Pgd為種群的歷史最優(yōu)值；Xid為第i個粒子的位置；S(V)是Sigmoid函數(shù)，其表 達式為：
[0042] S(V)= I/(l+e-v) (15)
[0043] 步驟3 :改進策略：引入的優(yōu)先啟停策略通過比較機組的最小比耗量來決定機組 的啟停順序，比耗量小的機組產(chǎn)生單位功率的燃料成本小，因此其啟動順序會高些，而比耗 量大的機組單位功率產(chǎn)生單位功率消耗的燃料成本大，自然啟動順序會低些，停機順序相 反。
[0046] y是指產(chǎn)生單位電量的平均燃料消耗量，即耗量特性曲線上的點與坐標(biāo)原點連線 的斜率；機組的耗量微增率X是指每增加單位電量所需的燃料增加量，即耗量特性曲線上 的切線的斜率。
[0047] 步驟4:循環(huán)處理策略：種群初始化的時，先根據(jù)啟停時間約束隨機生成了 ps個粒 子，但是其并不一定滿足功率平衡和旋轉(zhuǎn)備用約束，為此使用了循環(huán)處理策略，結(jié)合優(yōu)先啟 停策略，調(diào)整機組啟停及狀態(tài)，并且逐個時段的更新機組的啟停狀態(tài)；
[0048] 通過上述步驟，完成含風(fēng)電電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度過程。
[0049] 本發(fā)明一種基于改進離散粒子群算法的含風(fēng)電電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度方法，技術(shù)效果 如下：
[0050]1)、同時加入了優(yōu)先啟停策略和循環(huán)處理策略，優(yōu)先啟停策略對傳統(tǒng)的優(yōu)先啟停 順序做了改進，在生成優(yōu)先啟停順序時加入了啟動成本的因素，有效地提高了算法的優(yōu)化 質(zhì)量。通過在標(biāo)準(zhǔn)的IEEE-10機系統(tǒng)的進行算例仿真，結(jié)果很好的說明了本算法在解決動 態(tài)經(jīng)濟調(diào)度問題上有效性和魯棒性。
[0051] 2)、本發(fā)明提出了一種改進的粒子群優(yōu)化算法，用來求解含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)動 態(tài)經(jīng)濟調(diào)度問題。針對機組組合優(yōu)化問題采用了離散粒子群算法，同時加入了改進策略：優(yōu) 先啟停機策略和循環(huán)處理策略；針對負(fù)荷分配問題采用了拉格朗日迭代的算法來求解。后 在IEEE-10機組的標(biāo)準(zhǔn)算例進行了仿真并采用Matlab編程，從數(shù)據(jù)結(jié)果來看，本發(fā)明提出 的改進離散粒子群算法，在解決含有風(fēng)電場的小規(guī)模系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好和尋優(yōu)速度快的優(yōu) 點。
【附圖說明】
[0052] 圖1本發(fā)明的改進粒子群算法流程圖。
[0053] 圖2本發(fā)明實施例迭代收斂曲線圖。
【具體實施方式】
[0054] -種基于改進離散粒子群算法的含風(fēng)電電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度方法，包括以下步驟：
[0055] 步驟1 :含有風(fēng)電場的電力系統(tǒng)的模型建立：
[0056] 步驟I. 1 :根據(jù)實際情況，確定包含了常規(guī)機組的燃料成本和機組啟停費用的目 標(biāo)函數(shù)：
[0061] 式中表示第t時段風(fēng)電場輸出的有功功率預(yù)測值；/Td表示第t時段的負(fù)荷預(yù) 測值；
[0062] (2)常規(guī)機組出力約束：
[0072]式中：，巧"表示機組n在t時段的正旋轉(zhuǎn)和負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量；A/L表示t時 段為應(yīng)對負(fù)荷預(yù)測誤差和機組停運所需的備用容量，旋轉(zhuǎn)備用容量通常與負(fù)荷大小有關(guān)， 包括負(fù)荷備用、事故備用和檢修備用，us%，ds%分別表示高估和低估風(fēng)電出力時對備用容 量的需求系數(shù)；
[0073] (4)機組爬坡速率約束：
[0074] 上升爬坡速度約束：
[0075]