專利名稱：基于直流潮流的節(jié)能發(fā)電調(diào)度優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及節(jié)能發(fā)電調(diào)度方法，特別涉及一種基于直流潮流的電力系統(tǒng)節(jié)能發(fā)電 調(diào)度優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前全球能源緊缺、環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的大背景下，電力發(fā)電企業(yè)作為能源 消耗及污染排放大戶，如何在保證電力生產(chǎn)供應(yīng)及安全調(diào)度的同時(shí)，節(jié)約現(xiàn)有能源及減少 排放是大勢(shì)所趨。而電力調(diào)度機(jī)構(gòu)在編制電網(wǎng)企業(yè)發(fā)電計(jì)劃時(shí)，一般采取計(jì)劃發(fā)電的方式， 由年度或月度制定的各電廠的計(jì)劃發(fā)電量來安排機(jī)組的日發(fā)電計(jì)劃。這種以計(jì)劃分配機(jī)組 發(fā)電量的調(diào)度方式，在安排機(jī)組的發(fā)電量時(shí)如何體現(xiàn)節(jié)能發(fā)電調(diào)度，則缺乏有效的依據(jù)。例 如60萬機(jī)組與20萬機(jī)組的發(fā)電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)，已脫硫改造機(jī)組與未進(jìn)行脫硫改造的機(jī) 組的發(fā)電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)，它們之間幾乎沒有區(qū)別。如何改變現(xiàn)有的發(fā)電調(diào)度方式已成為 迫切需要解決的問題。為此，國務(wù)院于2007年發(fā)布了《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法》，實(shí)施節(jié)能發(fā)電調(diào)度，在保障 電力可靠供應(yīng)的前提下，優(yōu)先調(diào)度可再生發(fā)電資源，按機(jī)組能耗和污染物排放水平由低到 高排序，調(diào)度機(jī)組發(fā)電運(yùn)行。經(jīng)濟(jì)調(diào)度由來已久，即在保證電網(wǎng)安全的前提下，合理確定機(jī) 組開停方式及出力水平，達(dá)到全系統(tǒng)燃料消耗量或發(fā)電費(fèi)用最小。專利公開號(hào)CN101291063公開了一種節(jié)能發(fā)電調(diào)度的方法，包括以下步驟(1)確 定機(jī)組發(fā)電序位表；(2)確定全網(wǎng)及分區(qū)機(jī)組開機(jī)組合；(3)進(jìn)行機(jī)組日發(fā)電量及日發(fā)電曲 線分配；(4)進(jìn)行機(jī)組日發(fā)電曲線修正。專利公開號(hào)CN1758500公開了一種電網(wǎng)潮流優(yōu)化調(diào)度方法，將復(fù)雜的輸電網(wǎng)絡(luò)分 割成若干個(gè)子網(wǎng)，使所劃分形成的每個(gè)子網(wǎng)都包括一個(gè)以上的電源點(diǎn)，此電源點(diǎn)可以是發(fā) 電廠或其他子網(wǎng)的有功功率分點(diǎn)的功率輸出設(shè)備(線路或聯(lián)變)；另外，每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的有功 功率的潮流都呈現(xiàn)由不同電源點(diǎn)流出，經(jīng)過若干節(jié)點(diǎn)的分流后，最終流向一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域 可以是有功功率分點(diǎn)，或者是一個(gè)可使用電路原理經(jīng)等效計(jì)算能夠產(chǎn)生名義功率分點(diǎn)的網(wǎng) 絡(luò)割集。將各子網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線根據(jù)其有功功率的傳遞方向，劃分到相應(yīng)的子網(wǎng)中。調(diào)整目標(biāo) 電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電廠有功出力，使各發(fā)電廠與主網(wǎng)連接的接入系統(tǒng)線路的上網(wǎng)功率之比，以及發(fā) 電廠的與主網(wǎng)連接的接入系統(tǒng)線路的上網(wǎng)功率與由子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線注入目標(biāo)子網(wǎng)的有功功 率之比，趨近于一個(gè)常數(shù)，該常數(shù)可用對(duì)應(yīng)電源點(diǎn)至有功功率分點(diǎn)的電阻的反比近似代替， 直至各發(fā)電廠出力增加至正常運(yùn)行時(shí)的最大出力或減少至正常運(yùn)行時(shí)的最小出力。當(dāng)子網(wǎng) 內(nèi)部分發(fā)電廠出力達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)的有功出力的上限或下限時(shí)，繼續(xù)調(diào)整其它發(fā)電廠的有 功出力，使得這些電源點(diǎn)注入目標(biāo)子網(wǎng)的有功功率之比進(jìn)一步趨近于與各電源點(diǎn)至有功功 率分點(diǎn)的等效電阻的反比值相近似的確定常數(shù)，直到各發(fā)電廠的發(fā)電出力依次達(dá)到機(jī)組正 常運(yùn)行時(shí)的上限和下限值。專利公開號(hào)CN101022220公開了一種配電網(wǎng)無功潮流優(yōu)化調(diào)度方法，在配電網(wǎng) 主干線負(fù)荷中心[η]設(shè)置一個(gè)容量可多級(jí)調(diào)節(jié)的無功補(bǔ)償裝置[C]，在各節(jié)點(diǎn)[1，2，...，η-1, η]設(shè)置帶無線數(shù)據(jù)通信功能的電氣數(shù)據(jù)采集器，采集所在節(jié)點(diǎn)[1，2，. . .，η-1, η]的 電壓Ui、有功負(fù)荷Pi、無功負(fù)荷Qi、流向下一節(jié)點(diǎn)的有功功率P丨[i，i+Ι]與無功功率 Q I [i，i+1]；計(jì)算得出總有功功率損耗值ΔΡ丨[Σ ]，試算將無功分界點(diǎn)由初始無功分 界點(diǎn)[j]挪至其鄰近的節(jié)點(diǎn)[j+ι]；計(jì)算得到在新的無功分界點(diǎn)[j+ι]下總有功功率損耗 值ΔΡ丨[Σ ]’，根據(jù)ΔΡ丨[Σ ]，與ΔΡ丨[Σ ]的差值，調(diào)整無功補(bǔ)償裝置[C]的出 力。應(yīng)用該技術(shù)，可以使配電網(wǎng)主干線的線損大幅度降低，并接近于最優(yōu)，同時(shí)可以提高供 電質(zhì)量。但是上述方法的計(jì)算速度不高，不能滿足大型電網(wǎng)計(jì)算的精度和速度要求，不適 用于大型的電力網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于直流潮流的節(jié)能發(fā)電調(diào)度優(yōu)化方法，它解決了上述 現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，能夠達(dá)到模擬節(jié)能調(diào)度后電網(wǎng)的運(yùn)行情況，計(jì)算系統(tǒng)的能耗及網(wǎng) 損水平，滿足大型電網(wǎng)計(jì)算的精度和速度要求的目的。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種基于直流潮流的節(jié)能發(fā)電調(diào)度優(yōu)化方法，包括以下步驟(1)按照節(jié)能調(diào)度的要求安排非燃煤機(jī)組的開停機(jī)方式和出力水平；(2)針對(duì)所有燃煤機(jī)組，隨機(jī)安排機(jī)組開停方式和出力水平，形成可行的初始種 群；(3)進(jìn)行機(jī)組組合迭代優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組開停方式和出力水平；(4)從機(jī)組組合優(yōu)化結(jié)果中選取數(shù)個(gè)較優(yōu)解，并隨機(jī)生成若干數(shù)量可行解，作為下 一步迭代的初始種群；(5)采用直流潮流方法求解功率平衡方程，進(jìn)行直流潮流迭代優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組開停 方式和出力水平；(6)從直流潮流優(yōu)化結(jié)果中選取數(shù)個(gè)較優(yōu)解，并隨機(jī)生成若干數(shù)量可行解，作為下 一步迭代的初始種群；(7)采用牛拉潮流方法求解功率平衡方程，進(jìn)行潮流迭代優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組開停方式 和出力水平；(8)從牛拉潮流優(yōu)化結(jié)果中，選取最優(yōu)解。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極的 效果本發(fā)明采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，通過先機(jī)組組合優(yōu)化、再直流潮流優(yōu)化、最后牛拉 潮流優(yōu)化的方式進(jìn)行循環(huán)迭代，進(jìn)而得到節(jié)能調(diào)度的最優(yōu)解；能夠模擬節(jié)能調(diào)度后電網(wǎng)的 運(yùn)行情況，計(jì)算系統(tǒng)的能耗及網(wǎng)損水平，滿足大型電網(wǎng)計(jì)算的精度和速度要求。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的節(jié)能調(diào)度方法的流程圖。圖2是本發(fā)明的一種基于直流潮流的節(jié)能發(fā)電調(diào)度優(yōu)化方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖2來具體介紹本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例。圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的節(jié)能調(diào)度方法的流程。參看圖2，本發(fā)明采用遺傳算法進(jìn)行 優(yōu)化，通過先機(jī)組組合優(yōu)化、再直流潮流優(yōu)化、最后牛拉潮流優(yōu)化的方式進(jìn)行循環(huán)迭代，進(jìn) 而得到節(jié)能調(diào)度的最優(yōu)解。按本發(fā)明的一種基于直流潮流的節(jié)能發(fā)電調(diào)度優(yōu)化方法，包括以下步驟1、按照節(jié)能調(diào)度的要求安排非燃煤機(jī)組的開停機(jī)方式和出力水平。2、針對(duì)所有燃煤機(jī)組，隨機(jī)安排機(jī)組開停方式和出力水平，形成可行的初始種群。3、進(jìn)行機(jī)組組合迭代優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組開停方式和出力水平。4、從機(jī)組組合優(yōu)化結(jié)果中選取一定比例的較優(yōu)解，并隨機(jī)生成一定數(shù)量可行解， 作為下一步迭代的初始種群。5、采用直流潮流方法求解功率平衡方程，進(jìn)行直流潮流迭代優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組開停 方式和出力水平。6、從直流潮流優(yōu)化結(jié)果中選取一定比例的較優(yōu)解，并隨機(jī)生成一定數(shù)量可行解， 作為下一步迭代的初始種群。7、采用牛拉潮流方法求解功率平衡方程，進(jìn)行牛拉潮流迭代優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組開停 方式和出力水平。8、從牛拉潮流優(yōu)化結(jié)果中，選取最優(yōu)解。本發(fā)明的流程中所涉及到的直流潮流法、遺傳算法、牛拉潮流法描述如下A、潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種基本電氣計(jì)算，常規(guī)潮流計(jì)算的 任務(wù)是根據(jù)給定的運(yùn)行條件和網(wǎng)路結(jié)構(gòu)確定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線上的電壓(幅 值及相角)、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布以及功率損耗等。潮流計(jì)算的結(jié)果是電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算和故 障分析的基礎(chǔ)。具體表現(xiàn)在以下若干方面(1)在電網(wǎng)規(guī)劃階段，通過潮流計(jì)算，合理規(guī)劃電源容量及接入點(diǎn)，合理規(guī)劃網(wǎng)架， 選擇無功補(bǔ)償方案，滿足規(guī)劃水平的大、小方式下潮流交換控制、調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)壓的要求。(2)在編制年運(yùn)行方式時(shí)，在預(yù)計(jì)負(fù)荷增長及新設(shè)備投運(yùn)基礎(chǔ)上，選擇典型方式進(jìn) 行潮流計(jì)算，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中薄弱環(huán)節(jié)，供調(diào)度員日常調(diào)度控制參考，并對(duì)規(guī)劃、基建部門提出 改進(jìn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，加快基建進(jìn)度的建議。(3)正常檢修及特殊運(yùn)行方式下的潮流計(jì)算，用于日運(yùn)行方式的編制，指導(dǎo)發(fā)電廠 開機(jī)方式，有功、無功調(diào)整方案及負(fù)荷調(diào)整方案，滿足線路、變壓器熱穩(wěn)定要求及電壓質(zhì)量 要求。(4)預(yù)想事故、設(shè)備退出運(yùn)行對(duì)靜態(tài)安全的影響分析及作出預(yù)想的運(yùn)行方式調(diào)整 方案。在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和規(guī)劃方案的研究中，都需要進(jìn)行潮流計(jì)算以比較運(yùn)行方式 或規(guī)劃供電方案的可行性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，為了實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也 需要進(jìn)行大量而快速的潮流計(jì)算。因此，潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛、最基本和最重 要的一種電氣運(yùn)算。在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和安排系統(tǒng)的運(yùn)行方式時(shí)，采用離線潮流計(jì)算；在電力 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控中，則采用在線潮流計(jì)算。潮流計(jì)算是求解經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題的重要環(huán)節(jié)，需要求解非線性方程式組，勢(shì)必消耗大量的時(shí)間，傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法不適用于 大規(guī)模電網(wǎng)的工程計(jì)算。直流潮流法的特點(diǎn)是將電力系統(tǒng)的交流潮流用等值的直流潮流代替，用求解滯留 網(wǎng)絡(luò)的方法計(jì)算電力系統(tǒng)的有功潮流，而完全忽略無功分布對(duì)有功潮流的影響。直流潮流 法的突出優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快，這一點(diǎn)對(duì)于在線安全分析是十分重要的。B、遺傳算法(Genetic Algorithm)是模擬達(dá)爾文生物進(jìn)化論的自然選擇和遺傳 學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過程的計(jì)算模型，是一種通過模擬自然進(jìn)化過程搜索最優(yōu)解的方法，它 最初由美國Michigan大學(xué)J. Holland教授于1975年首先提出，并出版了頗有影響的專著 《Adaptation in Natural and Artificial Systems》，由此GA這個(gè)名稱才逐漸為人所知， J. Holland教授所提出的GA通常為簡單遺傳算法(SGA)。遺傳算法是從代表問題可能潛在的解集的一個(gè)種群(population)開始的，而一 個(gè)種群則由經(jīng)過基因(gene)編碼的一定數(shù)目的個(gè)體(individual)組成。每個(gè)個(gè)體實(shí)際上 是染色體(chromosome)帶有特征的實(shí)體。染色體作為遺傳物質(zhì)的主要載體，即多個(gè)基因的 集合，其內(nèi)部表現(xiàn)(即基因型)是某種基因組合，它決定了個(gè)體的形狀的外部表現(xiàn)，如黑頭 發(fā)的特征是由染色體中控制這一特征的某種基因組合決定的。因此，在一開始需要實(shí)現(xiàn)從 表現(xiàn)型到基因型的映射即編碼工作。由于仿照基因編碼的工作很復(fù)雜，我們往往進(jìn)行簡化， 如二進(jìn)制編碼，初代種群產(chǎn)生之后，按照適者生存和優(yōu)勝劣汰的原理，逐代(generation) 演化產(chǎn)生出越來越好的近似解，在每一代，根據(jù)問題域中個(gè)體的適應(yīng)度(fitness)大小選 擇(selection)個(gè)體，并借助于自然遺傳學(xué)的遺傳算子(genetic operators)進(jìn)行組合交 叉(crossover)和變異(mutation)，產(chǎn)生出代表新的解集的種群。這個(gè)過程將導(dǎo)致種群 像自然進(jìn)化一樣的后生代種群比前代更加適應(yīng)于環(huán)境，末代種群中的最優(yōu)個(gè)體經(jīng)過解碼 (decoding)，可以作為問題近似最優(yōu)解。C、牛拉潮流即為牛頓——拉夫遜法潮流，其基本步驟為(1)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。(2)將各節(jié)點(diǎn)電壓設(shè)初值U。(3)將節(jié)點(diǎn)初值代入相關(guān)求式，求出修正方程式的常數(shù)項(xiàng)向量。(4)將節(jié)點(diǎn)電壓初值代入求式，求出雅可比矩陣元素。(5)求解修正方程，求修正向量。(6)求取節(jié)點(diǎn)電壓的新值。(7)檢查是否收斂，如不收斂，則以各節(jié)點(diǎn)電壓的新值作為初值自第(3)步驟重新 開始進(jìn)行狹義次迭代，否則轉(zhuǎn)入下一步驟。(8)計(jì)算支路功率分布，PV節(jié)點(diǎn)無功功率和平衡節(jié)點(diǎn)柱入功率。與傳統(tǒng)求解經(jīng)濟(jì)調(diào)度的方法相比，本發(fā)明在進(jìn)行牛拉潮流迭代優(yōu)化之前，增加了 機(jī)組組合迭代優(yōu)化和直流潮流迭代優(yōu)化過程，加快了算法的收斂速度，在保證計(jì)算精度的 前提下，大幅度提高了計(jì)算速度。以2669節(jié)點(diǎn)、581臺(tái)機(jī)、負(fù)荷水平1. 86億千瓦的某網(wǎng)絡(luò)為例，采用本發(fā)明的基于直 流潮流的方法和傳統(tǒng)方法進(jìn)行節(jié)能調(diào)度優(yōu)化，其結(jié)果如下表所示兩種方法的煤耗情況對(duì)比表
權(quán)利要求
一種基于直流潮流的節(jié)能發(fā)電調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟(1)按照節(jié)能調(diào)度的要求安排非燃煤機(jī)組的開停機(jī)方式和出力水平；(2)針對(duì)所有燃煤機(jī)組，隨機(jī)安排機(jī)組開停方式和出力水平，形成可行的初始種群；(3)進(jìn)行機(jī)組組合迭代優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組開停方式和出力水平；(4)從機(jī)組組合優(yōu)化結(jié)果中選取數(shù)個(gè)較優(yōu)解，并隨機(jī)生成若干數(shù)量可行解，作為下一步迭代的初始種群；(5)采用直流潮流方法求解功率平衡方程，進(jìn)行直流潮流迭代優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組開停方式和出力水平；(6)從直流潮流優(yōu)化結(jié)果中選取數(shù)個(gè)較優(yōu)解，并隨機(jī)生成若干數(shù)量可行解，作為下一步迭代的初始種群；(7)采用牛拉潮流方法求解功率平衡方程，進(jìn)行潮流迭代優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組開停方式和出力水平；(8)從牛拉潮流優(yōu)化結(jié)果中，選取最優(yōu)解。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于直流潮流的節(jié)能發(fā)電調(diào)度優(yōu)化方法，包括以下步驟按照節(jié)能調(diào)度的要求安排非燃煤機(jī)組、所有燃煤機(jī)組的開停方式和出力水平，形成可行的初始種群；進(jìn)行機(jī)組組合迭代優(yōu)化；選取數(shù)個(gè)較優(yōu)解，并隨機(jī)生成若干數(shù)量可行解；采用直流潮流方法求解功率平衡方程，進(jìn)行直流潮流迭代優(yōu)化；選取數(shù)個(gè)較優(yōu)解，并隨機(jī)生成若干數(shù)量可行解；采用牛拉潮流方法求解功率平衡方程，進(jìn)行潮流迭代優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)組開停方式和出力水平；最后選取最優(yōu)解。本發(fā)明采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，通過先機(jī)組組合優(yōu)化、再直流潮流優(yōu)化、最后牛拉潮流優(yōu)化的方式進(jìn)行循環(huán)迭代，進(jìn)而得到節(jié)能調(diào)度的最優(yōu)解；能夠滿足大型電網(wǎng)計(jì)算的精度和速度要求。
文檔編號(hào)H02J3/00GK101989743SQ20091005568
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者楊增輝, 楊宗麟, 王崢, 王建軍 申請(qǐng)人:華東電力試驗(yàn)研究院有限公司;華東電網(wǎng)有限公司