本發明涉及電力系統有功調度
技術領域：
，更具體地說，涉及一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法。
背景技術：
：電力系統的動態調度是由許多發電廠提供電能，通過輸電、變電、配電、供電網絡向廣大用戶供電。在實際應用中，電力系統的動態調度會受到一些約束，以保證最終確定的電力系統調度方案的可行性及有效性。以發電機組的出力爬坡約束為例進行說明，由于電力系統中每臺發電機組的出力爬坡能力有限，因此在安排多時段的電力系統有功調度計劃時，需要考慮相鄰調度時段之間的機組爬坡約束。隨著機組爬坡約束的引入，前一個調度時段的機組有功出力計劃必然影響后續調度時段的出力安排，此時，若簡單地將整個調度周期的動態調度問題分解為多個相對獨立的單時段調度問題，往往容易造成在某些調度時段之間發電機組的爬坡速率滿足不了發電計劃的要求。此外，從數學角度來看，不同調度時段的發電機組出力計劃之間的耦合作用，使電力系統動態調度問題成為一個大規模的優化問題，這將較大程度增加了問題的求解難度。綜上所述，如何提供一種有效的實現電力系統動態調度的技術方案，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。技術實現要素：本發明的目的是提供一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，以有效的實現電力系統的動態調度。為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，包括：建立電力系統的動態調度數學模型，該模型包括目標函數及條件約束，所述條件約束包括功率平衡約束、機組出力約束、機組爬坡約束、機組禁運區約束及正負旋轉備用約束；采用混合整數編碼技術將所述條件約束轉化為對應的線性約束，以將所述動態調度數學模型轉化為混合整數二次規劃模型；利用預設工程優化軟件包對所述混合整數二次規劃模型進行求解，得到對應的電力系統調度方案。優選的，所述目標函數包括：minFT=Σt=1TΣi=1NFi(Pi,t)Fi(Pi,t)=aiPi,t2+biPi,t+ci]]>其中，FT為總費用，Fi(Pi,t)為機組i的費用，Pi,t為在第t個調度時段機組i的有功出力，ai、bi和ci為機組i的費用系數，N為機組數量，T為調度時段的數量。優選的，所述功率平衡約束包括：Σi=1NPi,t=PD,t,t=1,2,...,T]]>其中，PD,t表示第t個調度時段電力系統的負荷。優選的，所述機組出力約束包括：Pi,min≤Pi,t≤Pi,maxi＝1,2,…,N；t＝1,2,…,T其中，Pi,min和Pi,max分別表示機組i的出力下界和出力上界。優選的，所述機組爬坡約束包括：-DRi≤Pi,t-Pi,t-1≤URii＝1,2,…,N；t＝1,2,…,T其中，DRi和URi分別表示機組i的下爬坡速率和上爬坡速率。優選的，所述機組禁運區約束包括：Pi,min=Pi,1lb≤Pi,t≤Pi,1ub,or]]>Pi,jlb≤Pi,t≤Pi,jub,or,j=1,2,...,mi,i∈Φ]]>Pi,milb≤Pi,t≤Pi,miub=Pi,max]]>其中，和分別表示機組i的第j個可操作區的出力下界和出力上界，mi為機組i的可操作區的數量，Φ表示帶有禁運區約束的指定機組的機組集合。優選的，所述正負旋轉備用約束包括正旋轉備用約束及負旋轉備用約束，所述正旋轉備用約束包括：SRi,tup≤Pi,max-Pi,tSRi,tup≤URiΣi=1NSRi,tup≥TSRtup,t=1,2,...,T]]>其中，表示在第t個調度時段機組i的正旋轉備用，表示在第t個調度時段的正旋轉備用要求，該公式中的機組i為不帶有禁運區約束的機組；所述負旋轉備用約束包括：SRi,tdown≤Pi,t-Pi,minSRi,tdown≤DRiΣi=1NSRi,tdown≥TSRtdown,t=1,2,...,T]]>其中，表示在第t個調度時段機組i的負旋轉備用，表示第t個調度時段的負旋轉備用要求，該公式中的機組i為不帶有禁運區約束的機組。優選的，采用混合整數編碼技術將所述約束函數轉化為線性約束包括：將所述機組禁運區約束轉化為如下線性約束：Pi,t=Σj=1miPi,t,jBi,t,j×Pi,jlb≤Pi,t,j≤Bi,t,j×Pi,jubΣj=1miBi,t,j=1]]>其中，Pi,t,j和Bi,t,j分別對應在第t個調度時段中機組i的第j個可操作區間的連續變量和二進制變量，當機組i運行在第k個可操作區間時，Bi,t,k為1，其他的二進制變量Bi,t,l(l≠k)及與之對應的連續變量Pi,t,l均為0。優選的，采用混合整數編碼技術將所述約束函數轉化為線性約束包括：將所述正旋轉備用約束轉化為如下線性約束：SRi,tup≤Pi,max-Pi,tΣi=1NSRi,tup≥TSRtup,t=1,2,...,T]]>將所述負旋轉備用約束轉化為如下線性約束：SRi,tdown≤Pi,t-Pi,minΣi=1NSRi,tdown≥TSRtdown,t=1,2,...,T]]>其中，和分別對應如下條件約束：0≤SRi,tdown≤DRi0≤SRi,tup≤URi]]>優選的，將所述動態調度數學模型轉化為混合整數二次規劃模型，包括：將所述動態調度數學模型轉化為如下混合整數二次規劃模型：minx12xTHx+fTx]]>s.t.Ax≤bAeqx＝beqlb≤x≤ubxj∈{0,1}其中，H和f分別為目標函數的系數矩陣和系數向量，A和b分別為所述線性約束中線性不等式約束的系數矩陣和系數向量，Aeq和beq分別為所述線性約束中線性等式約束的系數矩陣和系數向量，lb和ub分別為決策變量的上界向量及下界向量，xj為二進制變量。本發明提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，包括：建立電力系統的動態調度數學模型，該模型包括目標函數及條件約束，所述條件約束包括功率平衡約束、機組出力約束、機組爬坡約束、機組禁運區約束及正負旋轉備用約束；采用混合整數編碼技術將所述條件約束轉化為對應的線性約束，以將所述動態調度數學模型轉化為混合整數二次規劃模型；利用預設工程優化軟件包對所述混合整數二次規劃模型進行求解，得到對應的電力系統調度方案。本申請公開的上述技術方案，首先，考慮到并且有效處理了動態調度數學模型中包括的功率平衡約束、機組出力約束、機組爬坡約束、機組禁運區約束及正負旋轉備用約束，保證了最終得到的電力系統調度方案的可行性及本發明的電力系統的動態調度的有效性；其次，基于混合整數編碼技術將動態調度數學模型轉化為混合整數二次規劃模型，即將非凸的電力系統動態調度問題轉化為一個混合整數凸規劃問題，從而能夠得到全局的最優解，即最優的電力系統調度方案，且適用于大規模的機組有功調度計劃的計算。另外，本發明公開的上述技術方案充分利用了現有混合整數優化求解器，即工程優化軟件包的計算效率和穩定性，從而在保證算法效率和最終求得的電力系統調度方案的質量的同時，能夠有效提高電力系統動態調度的經濟性。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為本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法的流程圖。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。請參閱圖1，其示出了本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法的流程圖，可以包括以下步驟：S11：建立電力系統的動態調度數學模型，該模型包括目標函數及條件約束，條件約束包括功率平衡約束、機組出力約束、機組爬坡約束、機組禁運區約束及正負旋轉備用約束。需要說明的是，在建立電力系統的動態調度數學模之前，可以先獲取電力系統中發電機組的相關數據，本發明實施例中涉及的機組即指發電機組，而該發電機組的相關數據可以包括發電機組出力-燃料費用曲線的系數，發電機組出力的上下界數據、機組的禁運區參數、機組爬坡約束的數據、不同調度時段的負荷數據以及系統的正負旋轉備用要求，以根據這些數據建立電力系統的動態調度數學模型。另外，本發明實施例中涉及到的出力均可以指有功出力。S12：采用混合整數編碼技術將條件約束轉化為對應的線性約束，以將動態調度數學模型轉化為混合整數二次規劃模型。本發明實施例中的混合整數編碼技術與現有技術中對應概念的實現原理，通過將條件約束轉化為對應的線性約束，使得動態調度數學模型轉化為混合整數二次規劃模型，進而實現對該混合整數二次規劃模型的求解。S13：利用預設工程優化軟件包對混合整數二次規劃模型進行求解，得到對應的電力系統調度方案。其中，預設工程優化軟件的選取可以根據實際需要進行確定，如可以為CPLEX的MIP求解器等，只要能夠實現上述求解問題的工程優化軟件均在本發明的保護范圍之內。通過對上述混合整數二次規劃模型的求解，可以得到對應的電力系統調度方案，即確定每個調度時段中每臺發電機組的有功出力狀況，從而實現電力系統的動態調度。本申請公開的上述技術方案，首先，考慮到并且有效處理了動態調度數學模型中包括的功率平衡約束、機組出力約束、機組爬坡約束、機組禁運區約束及正負旋轉備用約束，保證了最終得到的電力系統調度方案的可行性及本發明的電力系統的動態調度的有效性；其次，基于混合整數編碼技術將動態調度數學模型轉化為混合整數二次規劃模型，即將非凸的電力系統動態調度問題轉化為一個混合整數凸規劃問題，從而能夠得到全局的最優解，即最優的電力系統調度方案，且適用于大規模的機組有功調度計劃的計算。另外，本發明公開的上述技術方案充分利用了現有混合整數優化求解器，即工程優化軟件包的計算效率和穩定性，從而在保證算法效率和最終求得的電力系統調度方案的質量的同時，能夠有效提高電力系統動態調度的經濟性。本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，目標函數可以包括：minFT=Σt=1TΣi=1NFi(Pi,t)Fi(Pi,t)=aiPi,t2+biPi,t+ci]]>其中，FT為總費用，Fi(Pi,t)為機組i的費用，Pi,t為在第t個調度時段機組i的有功出力，ai、bi和ci為機組i的費用系數(即機組i的出力-燃料費用曲線的系數)，N為機組數量，T為調度時段的數量。本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，功率平衡約束可以包括：Σi=1NPi,t=PD,t,t=1,2,...,T]]>其中，PD,t表示第t個調度時段電力系統的負荷。另外，當考慮到網絡損耗時，可以將網絡損耗以一定比例折算到負荷中，如可以將網絡損耗折合成預設比例的負荷加到上述負荷中，預設比例可以根據實際需要進行確定，當然，還可以根據實際需要進行其他設定，均在本發明的保護范圍之內。如預設比例為百分之二，則有：Σi=1NPi,t=PD,t×1.02,t=1,2,...,T]]>本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，機組出力約束可以包括：Pi,min≤Pi,t≤Pi,maxi＝1,2,…,N；t＝1,2,…,T其中，Pi,min和Pi,max分別表示機組i的出力下界和出力上界。本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，機組爬坡約束可以包括：-DRi≤Pi,t-Pi,t-1≤URii＝1,2,…,N；t＝1,2,…,T其中，DRi和URi分別表示機組i的下爬坡速率和上爬坡速率。本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，機組禁運區約束可以包括：Pi,min=Pi,1lb≤Pi,t≤Pi,1ub,or]]>Pi,jlb≤Pi,t≤Pi,jub,or,j=1,2,...,mi,i∈Φ]]>Pi,milb≤Pi,t≤Pi,miub=Pi,max]]>其中，和分別表示機組i的第j個可操作區的出力下界和出力上界，mi為機組i的可操作區的數量，Φ表示帶有禁運區約束的指定機組的機組集合。需要說明的是，指定機組可以根據機組實際情況進行確定，如火電機組等，在此不做具體限定。以火電機組為例進行說明，針對火電機組，出于實際運行的安全考慮，一般使火電機組避開運行在閥門打開時對應的出力范圍附近，此種運行方式利于火電機組的穩定運行，從而增加了機組禁運區約束，即不允許火電機組運行在某些出力區間。本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，正負旋轉備用約束包括正旋轉備用約束及負旋轉備用約束，正旋轉備用約束可以包括：SRi,tup≤Pi,max-Pi,tSRi,tup≤URiΣi=1NSRi,tup≥TSRtup,t=1,2,...,T]]>其中，表示在第t個調度時段機組i的正旋轉備用，表示在第t個調度時段的正旋轉備用要求，該公式中的機組i為不帶有禁運區約束的機組。在考慮風電等新能源并網的電力系統調度中，為了應對風電等新能源并網的實際有功功率小于預測功率，并考慮快速變化的負荷和某些發電機組因故障或檢修引起的功率缺失，此時一般采取的措施為增加常規機組的有功出力，此種措施的實現前提是系統具有一定的正旋轉備用，即上述正旋轉備用約束。需要注意的是，本發明方法中帶有機組禁運區約束的指定機組不需要提供正負旋轉備用。負旋轉備用約束可以包括：SRi,tdown≤Pi,t-Pi,minSRi,tdown≤DRiΣi=1NSRi,tdown≥TSRtdown,t=1,2,...,T]]>其中，表示在第t個調度時段機組i的負旋轉備用，表示第t個調度時段的負旋轉備用要求，該公式中的機組i為不帶有禁運區約束的機組。在考慮風電等新能源并網時，當新能源并網的實際有功功率大于預測功率時，一般采取的措施為減少常規機組的有功出力，此種措施的實現前提是系統具有一定的負旋轉備用，即上述負旋轉備用約束。另外需要說明的是，上述實施例中的正旋轉備用要求及負旋轉備用要求均為根據實際需要進行設定的，在此不作具體限定；其具體可以設置為電力系統負荷的指定比例，如電力系統負荷的百分之二等。本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，采用混合整數編碼技術將約束函數轉化為線性約束可以包括：將機組禁運區約束轉化為如下線性約束：Pi,t=Σj=1miPi,t,jBi,t,j×Pi,jlb≤Pi,t,j≤Bi,t,j×Pi,jubΣj=1miBi,t,j=1]]>其中，Pi,t,j和Bi,t,j分別對應在第t個調度時段中機組i的第j個可操作區間的連續變量和二進制變量，當機組i運行在第k個可操作區間時，在上式的約束下，Bi,t,k為1，其他的二進制變量Bi,t,l(l≠k)及與之對應的連續變量Pi,t,l均為0。本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，采用混合整數編碼技術將約束函數轉化為線性約束包括：將正旋轉備用約束轉化為如下線性約束：SRi,tup≤Pi,max-Pi,tΣi=1NSRi,tup≥TSRtup,t=1,2,...,T]]>將負旋轉備用約束轉化為如下線性約束：SRi,tdown≤Pi,t-Pi,minΣi=1NSRi,tdown≥TSRtdown,t=1,2,...,T]]>其中，和分別對應如下條件約束：0≤SRi,tdown≤DRi0≤SRi,tup≤URi]]>其中，可以將和看作獨立的決策變量，如上式所示為其上下界約束。本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法，將動態調度數學模型轉化為混合整數二次規劃模型，可以包括：將動態調度數學模型轉化為如下混合整數二次規劃模型：minx12xTHx+fTx]]>s.t.Ax≤bAeqx＝beqlb≤x≤ubxj∈{0,1}其中，H和f分別為目標函數的二次項的系數矩陣和一次項的系數向量，A和b分別為線性約束中線性不等式約束(包括機組爬坡約束、正旋轉備用約束、負旋轉備用約束和由機組禁運區約束轉化后所得的線性不等式約束)的系數矩陣和系數向量，Aeq和beq分別為線性約束中線性等式約束(包括功率平衡約束和由機組禁運區約束轉化后所得的線性等式約束)的系數矩陣和系數向量，lb和ub分別為決策變量(包括每個調度時段中每臺機組的有功出力變量、對應可操作區間的連續變量和二進制變量、正旋轉備用變量和負旋轉備用變量)的上界向量及下界向量，xj為二進制變量(對應考慮機組禁運區約束的機組的可操作區間的離散變量，取值為0或1，具體與上文中由機組禁運區約束轉換得到的對應線性約束中的二進制變量取值一致)。值得注意的是，在確定決策變量的順序的前提下(比如按照以下順序：1)每個調度時段中每臺機組的有功出力變量；2)對應可操作區間的連續變量；3)對應可操作區間的二進制變量；4)正旋轉備用變量；5)負旋轉備用變量)，本發明所得的混合整數二次規劃模型(包括目標函數和條件約束)的所有系數矩陣和系數向量都能夠根據上述決策變量的位置和順序唯一確定，并可以通過計算機程序在現有混合整數優化求解器上快速實現，因此在此不再贅述。另外，由于本發明采用通用數學方式描述所得的混合整數二次規劃模型，對上述決策變量進行其他任何順序調整以及相應的系數矩陣和系數向量，均在本發明的保護范圍之內。本申請公開的上述技術方案中，可以將每臺機組的目標函數轉化為二次函數、線性函數或分段線性函數，如上式所示。而線性約束中的線性不等式約束可以包括正負旋轉備用約束、機組爬坡約束及機組禁運區約束中的線性等式約束包括功率平衡約束及機組禁運區約束中除之外的其他公式約束，決策變量的上下界約束對應決策變量取值范圍，而決策變量的上下界約束包括和Pi,t,j的邊界約束和機組出力約束。另外，本發明實施例通過40機測試系統驗證本發明實施例提供的上述技術方案在單時段電力系統調度問題上的有效性，對于多時段的電力系統動態調度問題，只需在單時段調度問題的基礎上增加線性形式的機組爬坡約束即可。該測試系統共包含40臺機組，其中的25臺機組考慮機組禁運區約束，單時段的總負荷為7000MW。在該測試中所使用的工程優化軟件包為CPLEX的MIP求解器。表1列出了不考慮正負旋轉備用約束情況下的調度對比結果。從表1中可以得知，與非線性規劃方法相比，本發明方法能夠求解更優的總發電費用；在計算效率方面，本發明方法的求解速度也遠遠優于非線性規劃方法。為了進一步測試不同旋轉備用要求對機組總發電費用的影響，本發明設置了不同的正負旋轉備用要求，具體的測試結果如表2所示。根據表2的結果，隨著正負旋轉備用要求的增加，機組的總發電費用也逐漸增加，當正負旋轉備用要求達到一定閾值時，在機組的可操作區間中找不到可行的電力系統調度方案，此時本發明方法將通過報錯的形式顯示出來，以提示調度員設置合理有效的旋轉備用容量。也即，本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法還可以包括：當無法求解出可行的電力系統調度方案時，通過報錯的形式將求解失敗信息進行顯示，以供調度員獲取。表1不考慮正負旋轉備用約束情況下不同方法在40機測試系統的結果表2不同旋轉備用要求對40機測試系統的機組總發電費用的影響正旋轉備用要求(負荷占比)負旋轉備用要求(負荷占比)機組總發電費用($/h)0％0％99,322.84802.5％2.5％99,349.95455.0％5.0％101,272.66237.5％7.5％不可行解以上對本發明實施例提供的一種混合整數二次規劃電力系統動態調度方法進行了詳細描述，本文中應用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；且本說明書內容不應理解為對本發明方法的限制，任何根據本發明專利的技術方案及其發明專利構思加以等同替換或改變，都屬于本發明專利的保護范圍。對所公開的實施例的上述說明，使本領域技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。當前第1頁1 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