一種混合新能源電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于混合新能源電力系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種混合新能源 電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在國(guó)民生產(chǎn)生活中扮演著重要的角色，但隨著人們對(duì)環(huán)境要求的提 高和國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，節(jié)能減排將會(huì)成為中國(guó)能源戰(zhàn)略的風(fēng)向標(biāo)，因此新能源 電力系統(tǒng)逐漸的步入我們的視野。
[0003] 風(fēng)能和光伏發(fā)電在新能源電力系統(tǒng)中占有很大的比重，由于風(fēng)能和光伏發(fā)電具有 顯著的隨機(jī)性，這類電源接入電力系統(tǒng)后必定對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。將抽水 蓄能電站引入新能源電力系統(tǒng)，利用抽水蓄能機(jī)組的"削峰填谷"和快速響應(yīng)能力，可有效 平抑新能源和負(fù)荷的隨機(jī)性，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。抽水蓄能電站可以在特定時(shí)段利用電 網(wǎng)中多余的電量?jī)?chǔ)能，并在用電高峰期將其釋放，這樣可以大大降低了風(fēng)電和光伏發(fā)電并 入電網(wǎng)后所造成的波動(dòng)，保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004] 機(jī)組組合問題是一個(gè)高維、非凸、離散的混合整數(shù)非線性數(shù)學(xué)優(yōu)化問題，是一個(gè)典 型的NP難問題。由于增加了新能源與抽水蓄能，新能源電力系統(tǒng)中的機(jī)組組合問題較傳統(tǒng) 電力調(diào)度中的機(jī)組組合問題更為復(fù)雜，需要尋找更加優(yōu)秀的方法來求解。在理論研究方面， 有研究通過優(yōu)化技術(shù)來求解機(jī)組組合問題，常用的優(yōu)化算法大多數(shù)為啟發(fā)式優(yōu)化算法。
[0005]啟發(fā)式優(yōu)化算法是現(xiàn)代優(yōu)化方法的重要分支，其思想大多來源于自然規(guī)律，包括 生物現(xiàn)象以及物理定律。例如遺傳算法（GeneticAlgorithm，GA)模擬生物基因的進(jìn)化過 程；粒子群優(yōu)化算法（ParticleSwarmOptimization，PS0)模擬鳥類飛行的活動(dòng)。算法的 模式都需要以相當(dāng)多數(shù)目的智能體（agent)來實(shí)現(xiàn)對(duì)某類問題的求解功能。此外還有機(jī)組 組合優(yōu)選方法包括動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、優(yōu)先順序法等。它們各有優(yōu)點(diǎn)，但也存在明顯缺陷。動(dòng)態(tài)規(guī) 劃法容易出現(xiàn)"維數(shù)災(zāi)";優(yōu)先順序法的求解精度差；遺傳算法需要進(jìn)行復(fù)制、交叉與變異操 作，進(jìn)化速度慢，易產(chǎn)生早熟收斂，并且其性能對(duì)參數(shù)有較大的依賴性；PS0算法在復(fù)雜優(yōu) 化問題求解中存在早熟、陷入局部極小等不足。這些缺陷均可能導(dǎo)致算法無法獲得最優(yōu)的 混合新能源電力系統(tǒng)的發(fā)電耗量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)當(dāng)前方法的不足，本發(fā)明提供了一種基于新型啟發(fā)式優(yōu)化算法的混合新能源 電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化調(diào)度方法，該方法首先建立混合新能源電力系統(tǒng)機(jī)組組合調(diào)度的數(shù) 學(xué)模型，模型為具有多個(gè)約束條件的目標(biāo)函數(shù)，然后采用新型啟發(fā)式優(yōu)化算法求解模型，從 而獲得新能源系統(tǒng)的機(jī)組調(diào)度方案。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] 步驟（1):新能源電力系統(tǒng)機(jī)組組合調(diào)度數(shù)學(xué)模型的建立 [0009]1.1、目標(biāo)函數(shù)
[0011] 其中：minF為系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用最小的目標(biāo)函數(shù)，T為調(diào)度時(shí)期的時(shí)段數(shù)，N為機(jī)組臺(tái) 數(shù)，Ilit為t時(shí)刻機(jī)組i的運(yùn)行狀態(tài)（開機(jī)時(shí)Ilit= 1，關(guān)機(jī)時(shí)Ilit= 0)，Plit為t時(shí)刻火電 機(jī)組i的發(fā)電功率，f(Plit)為t時(shí)刻火電機(jī)組i的發(fā)電成本，Si為機(jī)組i的啟動(dòng)成本。
[0012] 1.2、約束條件
[0013] 1.2.1、負(fù)荷平衡約束
[0015] 其中：PWit為t時(shí)刻的風(fēng)電發(fā)電功率，pVit為t時(shí)刻的光伏發(fā)電功率，t時(shí)刻 的抽水蓄能機(jī)組發(fā)電功率，PditSt時(shí)刻的抽水蓄能機(jī)組抽水功率，Lt時(shí)刻負(fù)荷。
[0016] 1. 2. 2、系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束
[0018]其中：^為火電機(jī)組i的功率上限，Rt通常為0. 1倍的Lt。
[0019] 1. 2. 3、最小啟停時(shí)間約束
[0020] (工…-工"）彡0
[0021] (zziti-Tidown) (Iiit-Iijti) ^ 〇
[0022] 其中：rriitt-1時(shí)刻火電機(jī)組i持續(xù)開機(jī)時(shí)間；zziitt-1時(shí)刻火電機(jī)組i 持續(xù)關(guān)機(jī)時(shí)間，TliCin為火電機(jī)組i最小持續(xù)開機(jī)時(shí)間；Tlid_為火電機(jī)組i最小持續(xù)關(guān)機(jī)時(shí) 間。
[0023] 1. 2. 4、火電機(jī)組輸出功率限制約束
[0025] 其中也為火電機(jī)組i的功率下限。
[0026]1.2. 5、火電機(jī)組的爬坡速率約束
[0027]
[0028] 其中：Ρ1ιΜ11ιρ為火電機(jī)組i的爬坡速率。
[0029]1.2. 6、抽水蓄能的出力上下限約束
[0032] 其中：￡d為抽水蓄能機(jī)組抽水功率下限；為抽水蓄能機(jī)組抽水功率上限。L為 抽水蓄能機(jī)組發(fā)電功率下限為抽水蓄能機(jī)組發(fā)電功率上限。
[0033] 步驟（2):用新型啟發(fā)式優(yōu)化算法對(duì)步驟（1)中的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，具體步 驟如下：
[0034] 2. 1、算法初始化：設(shè)置算法參數(shù)，最大迭代次數(shù)％，初始Np組調(diào)度方案
,.i= 1，...，ΝΡ，Κ=Ν·Τ，并且m<K，X廣e|〇，l}， &用來表示N機(jī)組T小時(shí)內(nèi)的機(jī)組開關(guān)狀況。令初始迭代次數(shù)L= 1，進(jìn)入迭代選優(yōu)。
[0035] 2.2、通過步驟（1)中所設(shè)置的約束條件對(duì)調(diào)度方案&，1 = 1，一，％，進(jìn)行約束處 理，令X/變?yōu)榭尚薪狻?br>[0036] 2.3、將Np組調(diào)度方案代入步驟（1)中的目標(biāo)函數(shù)并求得目標(biāo)函數(shù)值FAi= 1，"·，ΝΡ，將全局最優(yōu)調(diào)度方案記為X。，將全局排名第二及第三的調(diào)度方案記為Xe和Xδ， 對(duì)應(yīng)的調(diào)度方案目標(biāo)函數(shù)值為Fa、Fe、F5。
[0037] 2. 4、根據(jù)Xa、Xe、Χδ與X間的相對(duì)差距Da、De、Ds，綜合判斷Xi向目標(biāo)移動(dòng)的 方向，更新當(dāng)前調(diào)度方案Xi。具體步驟如下：
[0038] 2. 4. 1、計(jì)算參數(shù)a，a隨著迭代次數(shù)增加從2線性遞減到0。
[0040] 2. 4. 2、計(jì)算X。的更新收斂因子Ai和擺動(dòng)因子C1<3
[0042] 其中：6、巧為[0, 1]之間的隨機(jī)數(shù)。
[0043] 2. 4. 3、計(jì)算X。與X之間的相對(duì)差距Dα _4]Da=|〇!
[0045] 2. 4. 4、&以Xa為依據(jù)進(jìn)行更新，并得到臨時(shí)調(diào)度方案Xa:
[0046] Xa=Xa-Ai·Da
[0047] 2. 4. 5、&分別以Xe、Χδ為依據(jù)進(jìn)行2. 4. 2到2. 4. 4同樣的更新過程得到臨時(shí)調(diào) 度方案Xb，X。。
[0048] 2.4.6、對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行更新，形成下一代父1，1 = 1，"*，％。具體步驟如下：
[0049] 2.4.6.1、令111=1
[0050] 2. 4. 6. 2、通過轉(zhuǎn)換函數(shù)對(duì)父1進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換：
[0053] 其中：rand為[0, 1]之間的隨機(jī)數(shù)。
[0054] 2乂 6. 3、m=m+1，如果m彡K，則轉(zhuǎn)到步驟2乂 6. 2,否則轉(zhuǎn)到步驟2. 5
[0055] 2. 5、L=L+1 ;如果IXM:，則轉(zhuǎn)到2. 2。否則結(jié)束算法，輸出最優(yōu)調(diào)度方案目標(biāo)函 數(shù)值F。和對(duì)應(yīng)的調(diào)度方案Xα。
[0056] 發(fā)明的效果
[0057] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：
[0058] 1、沒有局限于單純的火電機(jī)組調(diào)度，而是結(jié)合當(dāng)今實(shí)際，將風(fēng)電、抽水蓄能和光伏 發(fā)電同時(shí)加入到電力系統(tǒng)當(dāng)中，通過機(jī)組調(diào)度解決了新能源并網(wǎng)時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的波 動(dòng)，并且大大削減了發(fā)電的耗量，提升了發(fā)電效益。
[0059] 2、采用新型啟發(fā)式優(yōu)化算法對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明方法有如下特點(diǎn)：算法 具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，目標(biāo)函數(shù)尋優(yōu)能力強(qiáng)，迭代收斂速度快，算法具有較好穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0060] 圖1混合新能源電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化調(diào)度流程框圖；
[0061] 圖2混合新能源電力系統(tǒng)出力情況；
[0062] 圖3本發(fā)明方法與BPS0優(yōu)化算法目標(biāo)函數(shù)搜索過程對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0064] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0065] 具體數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：
[0066] 調(diào)度范圍時(shí)段T= 24,各個(gè)時(shí)段的預(yù)測(cè)負(fù)荷Lt、風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)Pw,t、光伏發(fā)電預(yù)測(cè) PVit、抽水蓄能電站預(yù)測(cè)抽水功率Pdit、抽水蓄能電站預(yù)測(cè)發(fā)電功率I\t如圖2中所示?；?電機(jī)組個(gè)數(shù)N= 10,火電機(jī)組最大功率f、最小功率已，爬坡速率限制Ρ1ιΜηιρ，最小開機(jī)時(shí)間 TliCin、最小關(guān)機(jī)時(shí)間Tlid_等數(shù)據(jù)如表1所示。
[0067] 表1火電機(jī)組參數(shù)
[0068]
[0069]
[0070] 如圖1所示，本發(fā)明混合新能源電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)化調(diào)度方法，包括如下步驟：
[0071] 步驟1:建立模型
[0072] 1. 1、建立新能源機(jī)組優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)函數(shù)：以機(jī)組開關(guān)狀態(tài)和各機(jī)組功率為輸入 量，機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用為輸出量，目標(biāo)函數(shù)為：
[0074] 其中：minF為系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用最小的目標(biāo)函數(shù)，T為調(diào)度時(shí)期的時(shí)段數(shù)，N為機(jī)組臺(tái) 數(shù)，Ilit為t時(shí)刻機(jī)組i的運(yùn)行狀態(tài)（開機(jī)時(shí)Ilit= 1，關(guān)機(jī)時(shí)Ilit= 0)，Plit為t時(shí)刻火電 機(jī)組i的發(fā)電功率，f(Plit)為t時(shí)刻火電機(jī)組i的發(fā)電成本，Si為火電機(jī)組i的啟動(dòng)成本。
[0075] 1.2、約束條件
[0076] 1.2.1、負(fù)荷平衡約束
[0078] 其中：PWit為t時(shí)刻的風(fēng)電發(fā)電功率，PVit為t時(shí)刻的光伏發(fā)電功率，P。^為t時(shí)刻 的抽水蓄能機(jī)組發(fā)電功率，PditSt時(shí)刻的抽水蓄能機(jī)組抽水功率，Lt時(shí)刻負(fù)荷。
[0079] 1. 2. 2、系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束
[0081] 其中：巧為火電機(jī)組i的功率上限，Rt通常為0. 1倍的Lt。
[0082] 1· 2. 3、最小啟停時(shí)間約束
[0083] (工…-工"）彡0
[0084] (zziti-Tidown) (Iiit-Iijti) ^ 〇
[0085] 其中：rri