一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法

摘要

本发明涉及一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法，其技术特点是包括以下步骤：步骤1、建立电力系统机组组合优化模型；步骤2、利用分支割平面算法求解电力系统机组组合优化模型。对电力系统机组组合进行优化，通过分支处理将求解机组组合的问题分为相互独立的两个子问题，在两个子域上做线性规划，在多次的分支过程中，产生子问题的树状结构，随着分支增多计算量较大；通过定界处理确定最优目标值的上下界以减少搜索次数,本发明思路简单、灵活，并且适合分布并行计算，可以大大地提升模型的优化性能，更快速、有效地求解机组组合问题。

权利要求

1.一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、建立电力系统机组组合优化模型；

所述步骤1的电力系统机组组合模型为：以电力系统运行成本为目标函数，建立电力系统机组组合优化模型为：其中：

Fi(Pit)＝ai(Pit)2+biPit+ci上述表达式中，Pit为机组i在时段t的出力； 为机组i在时段t的开停机状态，1表示开机，0表示停机；Fi(Pit)为机组i的能量成本； 为机组Ui在t时段的启动费用；ai、bi、ci为Pit的二次、一次、常数参数； 表示 机组组合方式的运行成本；

电力系统机组组合优化模型的约束条件为：①系统功率平衡约束表达式为：

②系统功率备用约束表达式为：

③机组输出功率约束表达式为：

④机组爬坡速率约束表达式为：

⑤机组最小开机时间约束表达式为：⑥机组最小停机时间约束表达式为：上述表达式中， 分别为时段t的系统负荷、备用要求；Pi、为机组i的出力上、下限；Rui和Rdi为机组i每个时段允许调整的处理上、下限；T1i、T2i为机组i的最小停、开机时间；

步骤2、利用分支割平面算法求解电力系统机组组合优化模型；

所述步骤2的具体步骤为：

①初始化：设定最小化的优化问题Q为根节点问题，存入问题集L，上界 最优解记为x*，转到②；

②终止条件：如果 则终止：如果 x*存在，则找到最优解，若 则无解；

如果 转到③；

③问题选择：在L中选一个节点子问题Q，并从L中删除，转到④；

④解线性松弛问题：若Q有解xq，此时目标值 传入节点Q转到⑤，否则令zq＝+∞，转到②；

⑤剪支：将传入的节点编号赋值给节点i，若节点i的 若i在L中则删除i，转到②；

否则转到⑥；

⑥定界Q：若xq满足MIP条件，则 转到⑦；否则转到⑧；

⑦定界L：如果 则 x*＝xq，否则什么都不做；然后传入L中所有的节点编号转到⑤；

⑧增加割平面：若还未到添加割平面轮数的限制，则添加割平面，转到④；否则转到⑨；

⑨启发定界：若可以构造满足MIP条件的可行解xqh，目标值zqh，令xq＝xqh， 转到⑦；否则转到⑩；

⑩分支：选择分支变量，将节点Q分支，zq1＝…＝zqk＝zq，编号存入L中，转到②。

说明书

一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电力系统机组组合的优化方法，特别涉及一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法。

背景技术

[0002] 当代大规模电力系统中，发电资源类型众多，不同类型的机组的成本特性及技术约束条件各不相同。对发电机组的启停和出力进行调度安排，研究机组组合问题，对充分保证电力供需的平衡、经济合理地利用发电资源有重要意义。

[0003] 优化和完善电力系统机组组合的目的在于：在满足负荷平衡、系统约束、机组特性约束等条件下，合理经济地安排机组未来一定时段内的发电计划，以系统运行成本最小化为目标，确定机组的启停方案。

[0004] 从数学的角度来看，电力系统机组组合问题是一个包含整型变量和连续变量的高维、离散、非凸的混合整数非线性优化问题。现有的传统方法有：优先级表法、动态规划法、拉格朗日松弛法、混合整数规划法。此外还有基于人工智能的各类方法，例如：模拟退火算法、蚁群算法、遗传算法、粒子群算法、免疫算法、禁忌算法等。但以上方法计算速度慢、计算结果精度低。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、计算速度快且计算精度高的基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法。

[0006] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

[0007] 一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法，包括以下步骤：

[0008] 步骤1、建立电力系统机组组合优化模型；

[0009] 所述步骤1的电力系统机组组合模型为：

[0010] 以电力系统运行成本为目标函数，确定机组组合的优化模型如下：

[0011]

[0012] 其中：

[0013]

[0014] 上述表达式中， 为机组i在时段t的出力； 为机组i在时段t的开停机状态，1表示开机，0表示停机； 为机组i的能量成本； 为机组Ui在t时段的启动费用；ai、bi、ci为 的二次、一次、常数参数； 表示 机组组合方式的运行成本。

[0015] 约束条件：

[0016] ①系统功率平衡约束表达式为：

[0017] ②系统功率备用约束表达式为：

[0018] ③机组输出功率约束表达式为：

[0019] ④机组爬坡速率约束表达式为：

[0020] ⑤机组最小开机时间约束表达式为：

[0021] ⑥机组最小停机时间约束表达式为：

[0022] 上述表达式中， 分别为时段t的系统负荷、备用要求； 为机组i的出力上、下限；Rui和Rdi为机组i每个时段允许调整的处理上、下限；T1i、T2i为机组i的最小停、开机时间；

[0023] 步骤2、利用分支割平面算法求解电力系统机组组合优化模型；

[0024] 所述步骤2的具体步骤为：

[0025] ①初始化：设定最小化的优化问题Q为根节点问题，存入问题集L，上界 最优解记为x*，转到②；

[0026] ②终止条件：如果 则终止：如果 x*存在，则找到最优解，若 则无解；如果 转到③；

[0027] ③问题选择：在L中选一个节点子问题Q，并从L中删除，转到④；

[0028] ④解线性松弛问题：即解Q的松弛问题；若Q有解xq，此时目标值 传入节点Q转到⑤，否则令zq＝+∞，转到②；

[0029] ⑤剪支：将传入的节点编号赋值给i，若节点i的 若i在L中则删除i，转到②；否则转到⑥；

[0030] ⑥定界Q：若xq满足MIP条件，则 转到⑦；否则转到⑧；

[0031] ⑦定界L：如果 则 x*＝xq，否则什么都不做；然后传入L中所有的节点编号转到⑤；

[0032] ⑧增加割平面：若还未到添加割平面轮数的限制，则添加割平面，转到④；否则转到⑨；

[0033] ⑨启发定界：若可以构造满足MIP条件的可行解xqh，目标值zqh，令xq＝xqh，转到⑦；否则转到⑩；

[0034] ⑩分支：选择分支变量，将节点Q分支，zq1＝…＝zqk＝zq，编号存入L中，转到②。

[0035] 本发明的优点和积极效果是：

[0036] 本发明采用分支割平面法对电力系统机组组合进行优化，通过分支处理将求解机组组合的问题分为相互独立的两个子问题，在两个子域上做线性规划，在多次的分支过程中，产生子问题的树状结构，随着分支增多计算量较大；通过定界处理确定最优目标值的上下界以减少搜索次数。本发明思路简单、灵活，并且适合分布并行计算，可以大大地提升模型的优化性能，更快速、有效地求解机组组合问题。

附图说明

[0037] 图1是本发明求解电力系统机组组合优化模型的步骤流程图。

具体实施方式

[0038] 以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

[0039] 一种基于分支割平面算法的电力系统机组组合的优化方法，包括以下步骤：

[0040] 步骤1、建立电力系统机组组合优化模型。

[0041] 在建立电力系统机组组合优化模型时，需要确定电力系统机组组合的目标函数以及约束条件。

[0042] 以电力系统运行成本为目标函数，确定机组组合的优化模型如下：

[0043]

[0044] 其中：

[0045]

[0046] 上述表达式中， 为机组i在时段t的出力； 为机组i在时段t的开停机状态，1表示开机，0表示停机； 为机组i的能量成本； 为机组Ui在t时段的启动费用；ai、bi、ci为 的二次、一次、常数参数； 表示 机组组合方式的运行成本。

[0047] 在本实施例中，机组组合问题的约束条件包括：系统功率平衡约束、系统功率备用约束、机组输出功率约束、机组爬坡速率约束、机组最小开机时间约束以及机组最小停机时间约束，其约束表达式如下：

[0048] ①系统功率平衡约束表达式为：

[0049] ②系统功率备用约束表达式为：

[0050] ③机组输出功率约束表达式为：

[0051] ④机组爬坡速率约束表达式为：

[0052] ⑤机组最小开机时间约束表达式为：

[0053] ⑥机组最小停机时间约束表达式为：

[0054] 上述表达式中， 分别为时段t的系统负荷、备用要求；Pi、 为机组i的出力上、下限；Rui和Rdi为机组i每个时段允许调整的处理上、下限；T1i、T2i为机组i的最小停、开机时间。

[0055] 步骤2、利用分支割平面算法求解电力系统机组优化组合；

[0056] 本步骤是求解步骤1建立的电力系统机组组合优化模型，使其得到满足约束条件的机组出力 和机组状态

[0057] 所述步骤2的具体步骤为：

[0058] ①初始化：设定最小化的优化问题Q为根节点问题，存入问题集L，上界 最优解记为x*，转到②；

[0059] ②终止条件：如果 则终止：如果 x*存在，则找到最优解，若 则无解；如果 转到③；

[0060] ③问题选择：在L中选一个节点子问题Q，并从L中删除，转到④；

[0061] ④解线性松弛问题：即解Q的松弛问题；若Q有解xq，此时目标值 传入节点Q转到⑤，否则令zq＝+∞，转到②；

[0062] ⑤剪支：将传入的节点编号赋值给i，若节点i的 若i在L中则删除i，转到②；否则转到⑥；

[0063] ⑥定界Q：若xq满足MIP条件，则 转到⑦；否则转到⑧；

[0064] ⑦定界L：如果 则 x*＝xq，否则什么都不做；然后传入L中所有的节点编号转到⑤；

[0065] ⑧增加割平面：若还未到添加割平面轮数的限制，则添加割平面，转到④；否则转到⑨；

[0066] ⑨启发定界：若可以构造满足MIP条件的可行解xqh，目标值zqh，令xq＝xqh，转到⑦；否则转到⑩；

[0067] ⑩分支：选择分支变量，将节点Q分支，zq1＝...＝zqk＝zq，编号存入L中，转到②。

[0068] 本发明的工作原理是：

[0069] 首先，获取机组组合问题中待优化机组的性能参数、电力系统的运行参数，建立机组组合问题的优化模型，然后，将所建立的混合整数规划模型看做一个根节点，作为分支割平面算法开端解决的原始问题，按照优化流程迭代求解，最终可得到各个机组的机组出力和机组状态。

[0070] 需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。