一種電站群聯合經濟調度方法及系統與流程
本發明涉及工程尋優技術領域，特別涉及一種電站群聯合經濟調度方法及系統。
背景技術：
隨著社會的發展，梯級電站群短期水火聯合經濟調度是日常電力系統運行中一類重要的優化問題，尤其在當今能源短缺與物價飛漲的大背景下，快速、精確地求解梯級電站群短期水火聯合經濟調度問題具有可觀的經濟和節能效益。然而，計及各種復雜的水力和火力系統運行約束以及考慮閥點效應的梯級電站群短期水火聯合經濟調度問題呈現出一系列高維、多約束、非凸、非線性、不連續以及具有多個局部最優點的特性，增加了問題的解決難度。隨著系統工程理論研究的日趨成熟和現代計算機技術在梯級水電站優化調度領域的不斷發展與應用，各種新方法和新技術也層出不窮。
現有技術中，常見的方法分為兩大類：一類是傳統優化方法，主要有線性規劃法、非線性網絡流法、動態規劃法、拉格朗日松弛法等；另一類為啟發式智能優化算法，如粒子群算法、改進差分算法、混合遺傳魚群算法、改進量子進化算法、快速進化規劃技術、化學反應算法、基于優化的教學學習算法、改進類電磁機制等，但這些算法在對水電站和火電廠進行違約處理時，仍采用傳統的違約處理公式，將超出范圍數值，約束到相應的范圍內，而水電站庫容與發電流量之間存在直接耦合關系，因此采用傳統的越限處理方式，難以計算出準確地計算結果。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種電站群聯合經濟調度方法及系統，能夠更加合理的進行違約處理，保證適應度計算的準確性，使目標函數的解更加精確。其具體方案如下：
一種電站群聯合經濟調度方法，包括：
預先構建水火發電系統最小系統燃料費用的目標函數；其中，所述目標函數對應的解為d維的解，d為正整數；
在滿足所述目標函數的約束條件的前提下，利用預設的算法和越限計數法對所述目標函數求解；
其中，所述越限計數法，包括：
分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數；
利用所述庫容違限總數、所述水電出力違限總數和預設的懲罰系數，對利用預設的算法對所述目標函數求解出的計算結果進行適應度計算。
優選的，所述分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數的過程，包括：
利用庫容違限公式和水電出力違限公式，分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數；其中，
所述庫容違限公式為：
所述水電出力違限公式為：
式中，vout為各水電站在各調度時段內庫容的違限總次數，
優選的，所述約束條件包括：系統功率平衡約束、水量平衡約束、水電站出力約束、火電廠的出力約束、水電站的出力約束、水庫庫容約束、水電站的發電流量約束、調度周期初始庫容和末端庫容約束。
優選的，所述預設的算法為新型灰狼算法。
優選的，所述利用所述庫容違限總數、所述水電出力違限總數和預設的懲罰系數，對利用預設的算法對所述目標函數求解出的計算結果進行適應度計算的過程，包括：
利用所述庫容違限總數、所述水電出力違限總數和預設的懲罰系數，通過適應度計算公式對利用預設的算法對所述目標函數求解出的計算結果進行適應度計算；其中，所述適應度計算公式為：
式中，λ、w、v、η為懲罰系數，f為總成本，
本發明還公開了一種電站群聯合經濟調度系統，包括：
目標函數構建模塊，用于預先構建水火發電系統最小系統燃料費用的目標函數；其中，所述目標函數對應的解為d維的解，d為正整數；
目標函數計算模塊，用于在滿足所述目標函數的約束條件的前提下，利用預設的算法和越限計數法對所述目標函數求解；
其中，所述目標函數計算模塊，包括：
計數單元，用于分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數；
適應度計算單元，用于利用所述庫容違限總數、所述水電出力違限總數和預設的懲罰系數，對利用預設的算法對所述目標函數求解出的計算結果進行適應度計算。
優選的，所述計數單元，具體用于利用庫容違限公式和水電出力違限公式，分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數；其中，
所述庫容違限公式為：
所述水電出力違限公式為：
式中，vout為各水電站在各調度時段內庫容的違限總次數，
優選的，所述約束條件包括：系統功率平衡約束、水量平衡約束、水電站出力約束、火電廠的出力約束、水電站的出力約束、水庫庫容約束、水電站的發電流量約束、調度周期初始庫容和末端庫容約束。
優選的，所述預設的算法為新型灰狼算法。
優選的，所述適應度計算單元，具體用于利用所述庫容違限總數、所述水電出力違限總數和預設的懲罰系數，通過適應度計算公式對利用預設的算法對所述目標函數求解出的計算結果進行適應度計算；其中，所述適應度計算公式為：
式中，λ、w、v、η為懲罰系數，f為總成本，
本發明中，電站群聯合經濟調度方法，包括：預先構建水火發電系統最小系統燃料費用的目標函數；其中，目標函數對應的解為d維的解，d為正整數；在滿足目標函數的約束條件的前提下，利用預設的算法和越限計數法對目標函數求解；其中，越限計數法，包括：對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數；利用庫容違限總數、水電出力違限總數和預設的懲罰系數，對利用預設的算法對目標函數求解出的計算結果進行適應度計算。可見，本發明利用越限計數法分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，利用庫容違限總數、水電出力違限總數和預設的懲罰系數，進行適應度計算，能夠更加合理的進行違約處理，保證了適應度計算的準確性，使目標函數的解更加精確。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例公開的一種電站群聯合經濟調度方法流程示意圖；
圖2為本發明實施例公開的一種越限計數法流程示意圖；
圖3為本發明實施例公開的一種電站群聯合經濟調度系統結構示意圖；
圖4為本發明實施例公開的一種電站群聯合經濟調度系統中目標函數計算模塊的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
本發明實施例公開了一種電站群聯合經濟調度方法，參見圖1和圖2所示，該方法包括：
步驟s11：預先構建水火發電系統最小系統燃料費用的目標函數；其中，目標函數對應的解為d維的解，d為正整數；
步驟s12：在滿足目標函數的約束條件的前提下，利用預設的算法和越限計數法對目標函數求解；
其中，越限計數法，包括步驟s121和步驟s122：
步驟s121：分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數。
具體的，在滿足水庫約束庫容約束條件下，可以通過水量平衡約束公式，得知水電站庫容與發電流量之間存在直接耦合關系，在滿足水電站的出力和發電流量滿足約束條件下，通過水電站出力公式，可以得知水電站發電流量和庫容的關系，所以，僅使用傳統的違約處理公式得到的違約結果進行計算將會有較大的誤差，為此，在對違約數據進行違約處理的同時，對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數，即，每當庫容或水電出力的數據超過約束條件范圍，則相應的對庫容違限次數或水電出力違限次數進行計數，例如，當前共有100個水電出力數據和100個庫容數據，分別對200個數據進行違約判斷，每判斷出1個水電出力數據超過約束范圍，則進行計數，在水電出力違限總數中加1，如，判斷出15個水電出力數據超過約束范圍，則水電出力違限總數為15，100個庫容數據的判斷如上，如，判斷出20個庫容數據超過約束范圍，則庫容違限總數為20。
步驟s122：利用庫容違限總數、水電出力違限總數和預設的懲罰系數，對利用預設的算法對目標函數求解出的計算結果進行適應度計算。
具體的，得到庫容違限總數和水電出力違限總數后，利用庫容違限總數、水電出力違限總數和預設的懲罰系數，對利用預設的算法對目標函數求解出的計算結果進行適應度計算
可見，本發明利用越限計數法分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，利用庫容違限總數、水電出力違限總數和預設的懲罰系數，能夠更加合理的進行違約處理，保證了適應度計算的準確性，使目標函數的解更加精確。
本發明實施例公開了一種具體的電站群聯合經濟調度方法，相對于上一實施例，本實施例對技術方案作了進一步的說明和優化。具體的：
步驟s21：預先構建水火發電系統最小系統燃料費用的目標函數；其中，目標函數對應的解為d維的解，d為正整數；
具體的，在水火發電系統中，包含多個發電機組的火電廠可以等效為一個能表征整體發電廠特性的虛擬電廠，可以以火電廠燃料費用最小為目標，設定初始目標函數；其中，
初始目標函數為：
式中，f為系統總油耗費用；t為整個調度期間的調度時段數，ns為火電廠數目；ai，bi，ci為火電廠i的費用系數；
在實際的水火經濟調度問題中，通常需要考慮到汽輪機進氣閥突然開啟時所出現的拔絲現象——閥點效應，該現象使得原來的二次耗量特性曲線上疊加一個正弦脈動，通過在初始目標函數基礎上增加正弦脈動函數可以得到目標函數；其中，
目標函數為：
式中：ei、fi為火電廠i的閥點效應系數；
步驟s22：在滿足目標函數的約束條件的前提下，利用預設的算法和越限計數法對目標函數求解；
具體的，約束條件包括系統功率平衡約束、水量平衡約束、水電站出力約束、火電廠的出力約束、水電站的出力約束、水庫庫容約束、水電站的發電流量約束、調度周期初始庫容和末端庫容約束；其中，
電力不易大規模儲存要求電力生產與消費應具備同時性，因此要保證發電廠出力與系統負荷需求實時平衡，即在整個調度期間，系統中所有發電廠的輸出功率必須與系統負荷需求平衡，因此，需要系統功率平衡約束；其中，
系統功率平衡約束為：
式中，nh為水電站數目；
梯級水電站的顯著特點為：上一級水電站發電用水及水庫棄水經過一點的時滯仍可供下一級水電站使用，即上下級水電站間存在水力耦合關系。顯然，水電站的當前庫容不僅取決于上一調度時段的庫容、天然來水量、發電流量以及棄水量，而且還取決于上一級水電站的棄、用水量，因此，需要水量平衡約束公式進行約束；其中，
水量平衡約束為：
式中：j∈(1,nh)，t∈(1,t)，vj,t-1為第t-1個時段水電站j的庫容；ij,t為第t個時段水電站j的天然來水量；qj,t為第t個時段水電站j的發電流量；sj,t為第t個時段水電站j的棄水量；nj為水電站j的上游水電站數目；τhj為水電站j與其上游水電站h的時滯時間。
針對平水期及枯水期在整個水電站發電優化調度階段一般不會產生棄水，因此，水量平衡約束可簡化為簡化水量平衡約束；其中，
簡化水量平衡約束為：
水電站出力約束可被包含發電流量和庫容的二次函數所表示；其中，
水電站出力約束為：
式中，c1j、c2j、c3j、c4j、c5j和c6j為水電站j的出力系數。
火電廠的出力約束為：
式中：
水電站的出力約束為：
式中：
水庫庫容約束為：
式中：
水電站的發電流量約束為：
式中：
在短期水火經濟調度中，日調節水電站的調度周期較短，為合理的安排調度計劃，水電站的初始庫容和末端庫容應嚴格的滿足預設的庫容蓄水量，因此，需要調度周期初始庫容約束和末端庫容約束；其中，
調度周期初始庫容約束為：vj,0＝vj,b；
末端庫容約束為：vj,t＝vj,e；
式中：vj,b、vj,e分別表示初始庫容和末端庫容容量。
其中，越限計數法，包括步驟s221和步驟s222：
步驟s221：分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數。
具體的，利用庫容違限公式和水電出力違限公式，對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數；其中，
庫容違限公式為：
水電出力違限公式為：
式中，vout為各水電站在各調度時段內庫容的違限總次數，
步驟s222：利用庫容違限總數、水電出力違限總數和預設的懲罰系數，對利用預設的算法對目標函數求解出的計算結果進行適應度計算。
具體的，利用目標函數、系統功率平衡約束、庫容違限總數、水電出力違限總數、末端庫容約束和預設的懲罰系數，通過適應度計算公式對利用預設的算法對目標函數求解出的計算結果進行適應度計算；其中，適應度計算公式為：
式中，λ、w、v、η為懲罰系數，f為總成本，
進一步的，預設的算法可以為新型灰狼算法，利用新型灰狼算法，計算出多個狼個體，利用越限計數法對每個個體進行計數，再進行適應度計算，利用適應度計算的結果，篩選出滿足預設條件的狼個體，再通過計算得到目標函數的解。當然，預設的算法也可以是其他能夠求解目標函數的算法，在此不做限定。
相應的，本發明實施例還公開了一種電站群聯合經濟調度系統，參見圖3和圖4所示，該系統包括：
目標函數構建模塊11，用于預先構建水火發電系統最小系統燃料費用的目標函數；其中，目標函數對應的解為d維的解，d為正整數；
目標函數計算模塊12，用于在滿足目標函數的約束條件的前提下，利用預設的算法和越限計數法對目標函數求解；
其中，目標函數計算模塊12，包括：
計數單元121，用于分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數；
適應度計算單元122，用于利用庫容違限總數、水電出力違限總數和預設的懲罰系數，對利用預設的算法對目標函數求解出的計算結果進行適應度計算。
可見，本發明利用越限計數法分別對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，利用庫容違限總數、水電出力違限總數和預設的懲罰系數，能夠更加合理的進行違約處理，保證了適應度計算的準確性，使目標函數的解更加精確。
本發明實施例中，上述計數單元121，具體用于利用庫容違限公式和水電出力違限公式，對水電站在各調度時段內庫容和水電出力的違限次數進行計數，得到庫容違限總數和水電出力違限總數；其中，
庫容違限公式為：
水電出力違限公式為：
式中，vout為各水電站在各調度時段內庫容的違限總次數，
上述適應度計算單元122，具體用于利用庫容違限總數、水電出力違限總數和預設的懲罰系數，通過適應度計算公式對利用預設的算法對目標函數求解出的計算結果進行適應度計算；其中，適應度計算公式為：
式中，λ、w、v、η為懲罰系數，f為總成本，
進一步的，約束條件包括：系統功率平衡約束、水量平衡約束、水電站出力約束、火電廠的出力約束、水電站的出力約束、水庫庫容約束、水電站的發電流量約束、調度周期初始庫容和末端庫容約束。
需要說明的是，預設的算法可以為新型灰狼算法。
最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
以上對本發明所提供的一種電站群聯合經濟調度方法及系統進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
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