基于引力搜索的水火电系统多目标调峰方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水火电系统多目标调峰的引力搜索优化方法，涉及电力系统调度技术领域。该方法首先建立水火电系统多目标调峰模型，模型为具有多个约束条件的目标函数，然后采用以Pareto优化理论为基础的多目标引力搜索算法优化求解多目标调峰模型，获得水火电系统对目标调峰的非劣方案集，得到同时满足系统运行费用最小与水电调量最大两个目标的最优解集，供调度决策部门选择。

【技术实现步骤摘要】
基于引力搜索的水火电系统多目标调峰方法
本专利技术涉及电力系统调度
，尤其涉及一种在调度过程中智能优化算法。
技术介绍
社会生产生活中每天各时段对电力的需求是有差异的，存在峰谷差。水火电力系统调峰就是依据水电站与火电厂的不同特点通过安排各电厂各时段的输出功率的在使电网各时段的输出功率与社会需求负荷相等。现有电力系统调度技术一般按照电量平衡原则通过切负荷的方式确定水电站和火电厂出力，调峰目标单一。在处理多目标调峰问题时通过目标加权，也将多目标转化为单目标，一次求解只能得到一个调度方案，缺乏优化机制。下列方法为现有的方法：(1)火电厂运行费用计算方法：其中：为为阀点效应造成的叠加值；参考文献：覃晖，周建中.基于多目标文化差分进化算法的水火电力系统优化调度.电力系统保护与控制，2011,39-22(2)引力搜索算法(GSA)中关于引力常数G的计算方法，同时借鉴了算法中关于位置矢量X、引力引起的加速度a，和速度向量V的概念；参考文献：徐遥，王士同.引力搜索算法的改进.计算机工程与应用，2011,47(35)(3)水电站输出功率计算方法；(4)水火电系统联合运行过程中的约束处理方法；(5)Pareto非劣解集理论；(6)非劣解集拥挤距离截断方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供基于引力搜索的水火电系统多目标调峰方法，该方法首先建立水火电系统多目标调峰模型，模型为具有多个约束条件的目标函数，然后采用多目标引力搜索算法优化求解多目标调峰模型，获得水火电系统对目标调峰的非劣方案集，供调度决策部门选择。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于引力搜索的水火电系统多目标调峰方法，该方法包含下列步骤：a、水火电系统多目标调峰模型的建立a1、目标函数一其中：minF1为水火电系统运行费用最小的目标函数，T为调度期的时段数，Ns为火电厂的个数，为第t时段第i个火电厂的输出功率，为火电运行费用函数，Ei,t为阀点效应函数；a2、目标函数二其中：minF2为水火电系统水电调峰量最大的目标函数，Nh为水电站的个数，PD,t为第t时段的水火电系统的负荷需求，为第i个水电站在第t时段的输出功率；a3、约束条件a31、系统电力负荷平衡约束其中：PD,t为各时段的预测负荷，Ns为火电厂的个数，为第t时段第i个火电厂的输出功率，t＝1,2，…，T，i＝1,2，…，Ns；Nh为水电站的个数，为第t时段第i个水电站的输出功率，t＝1,2,…,T，i＝1,2,…,Nh；a32、火电厂与水电站的输出功率限制其中：和分别第为第i个火电厂最小与最大输出功率，和分别为第i个水电站最小与最大输出功率；a33、水电站的发电流量约束Qi,min≤Qi,t≤Qi,max(6)其中：Qi,t为第i个水电站第t时段的发电流量，Qi,min与Qi,max分别为第i个水电站最小与最大发电流量；a34、水电站的库容限制VOLi,min≤VOLi,t≤VOLi,max(7)其中：VOLi,min与VOLi,max分别为第i个水电站最小与最大库容，VOLi,t为第i个水电站第t时段的库容；a35、水电站调度期的始末库容约束其中：VOLi,B与VOLi,E分别为第i个水电站调度期始末库容限制，VOLi,0为第i个水电站调度期计算开始时的库容，VOLi,T为第i个水电站调度期计算结束时的库容；a36、火电输出功率的爬坡速度约束其中：为第i个火电厂第t时段的输出功率，为第i个火电厂第t-1时段的输出功率μi，为第i个火电厂的爬坡速度；b、用多目标引力搜索算法优化求解步骤a中的多目标调峰模型，步骤如下：b1、的初始值为满足约束条件的随机数，i＝1,2,…,Ns，t＝1,2,…,T；Qi,t的初始值为满足Qi,min≤Qi,t≤Qi,max约束条件的随机数，i＝1,2,…,Nh，t＝1,2,…,T，初始化设定阈值ε和最大迭代次数Max_it；b2、按照步骤b1的要求初始化第i个水电站第t时段的发电流量Qi,t，i＝1,2,…,Nh，t＝1,2,…,T和第i个火电厂第t时段的输出功率i＝1,2,…,Ns，t＝1,2,…,T，将初始值按如下方式排列：组成的行向量称为个体；b3、重复步骤b2操作产生N个个体组成的集合称为一个群体X，其中第i个个体用Xi表示,初始化个体Xi的速度向量Vi为零向量；b4、将个体Xi中第i个水电站第t时段的发电流量代入公式其中为上游第h个水电站的发电流量，τh为上游第h个水电站的流达时间，nh为上游水电站水电个数；Ii,t为第i个水电站第t时段的自然入库流量。求出第i个水电站第t时段的水库库容VOLi,t，i＝1,2,…,Nh，t＝1,2,…,T，对发电流量Qi,t和水电站库容VOLi,t进行约束处理；进而通过查询水库库容与水头关系曲线得出第i个水电站第t时段的水头Hi,t，i＝1,2,…,Nh，t＝1,2,…,T；将Qi,t与Hi,t代入公式其中：Ki为第i个水电站的出力系数，求出第i个水电站第t时段的输出功率i＝1,2,…,Nh，t＝1,2,…,T；将代入目标函数2中计算其函数值fit2；b5、对个体Xi中第i个火电厂第t时段的输出功率进行系统电力负荷平衡约束处理，i＝1,2,…,Ns，t＝1,2,…,T；代入目标函数1中计算其函数值fit1；b6、重复按照步骤b4与步骤b5求出群体X中所有个体的两个目标函数值；b7、根据群体X中个体的两个目标函数值筛选出非劣个体，当非劣个体数量超过NP时采用拥挤距离方法进行截断，直至非劣个体数到达NP，将这NP个非劣个体的集合称为外部档案集Y，其中第j个个体用Yj表示；b8、计算群体中个体Xi受外部档案集Y吸引产生的加速度，更新个体速度和位置，计算方法如下：b8.1、求出外部档案集Y中第j个个体Yj，j＝1,2,…,NP，到群体中个体Xi的欧式距离Disti,j，j＝1,2,…,NP，其中设最大欧式距离为worsti，最小欧式距离为besti；b8.2、根据公式与求出外部档案集Y中个体Yj相对于群体中个体Xi的惯性质量Mi,j，j＝1,2,…,NP；b8.3、根据公式求出群体中个体Xi受外部档案集Y的吸引产生的加速度ai，rand为(0,1)之间的一个随机数，G为引力常数；b8.4、根据公式Vi＝rand·Vi+ai更新个体Xi速度向量，由公式Xi＝Xi+Vi更新个体Xi；b8.5、重复步骤b8.1—步骤b8.5直到群体X中所有个体在外部档案集Y的吸引下全部更新；b9、重复步骤b6，求出更新后群体X全部个体的两个目标函数值，筛选出外部档案集Y与更新后群体共同的非劣个体，如果非劣个体数量超过NP，采用拥挤距离方法进行截断，直至非劣个体数到达NP，这个非劣个体集合组成新的外部档案集Y；b10、在按照设定的最大迭代次数内，重复步骤b8和步骤b9进行迭代操作；b11、每迭代10次计算出第n次迭代产生外部档案集与第n-10次迭代产生的外部档案集对应个体的两个目标函数值的差值Δfit1j和Δfit2j，j＝1,2,..,NP，根据公式计算出相对差值Δfitj；求出相对差值的平均值，如果该平均值小于设定的阈值ε停止迭代，否则重复步骤10直到达到最大迭代次数Max_it；b12、计算结束，输出外部档案集作为优化结果，外部本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于引力搜索的水火电系统多目标调峰方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：a、水火电系统多目标调峰模型的建立a1、目标函数一minF1=Σt=1TΣi=1Ns(fi(Pi,ts)+Ei,t)---(1)]]>其中：minF1为水火电系统运行费用最小的目标函数，T为调度期的时段数，Ns为火电厂的个数，为第t时段第i个火电厂的输出功率，为火电运行费用函数，Ei,t为阀点效应函数；a2、目标函数二minF2=max1≤t≤T(PD,t-Σi=1NhPi,th)---(2)]]>其中：minF2为水火电系统水电调峰量最大的目标函数，Nh为水电站的个数，PD,t为第t时段的水火电系统的负荷需求，为第i个水电站在第t时段的输出功率；a3、约束条件a31、系统电力负荷平衡约束Σi=1NsPi,ts+Σi=1NhPi,th=PD,t---(3)]]>其中：PD,t为各时段的预测负荷，Ns为火电厂的个数，为第t时段第i个火电厂的输出功率，t＝1,2，…，T，i＝1,2，…，Ns；Nh为水电站的个数，为第t时段第i个水电站的输出功率，t＝1,2，…,T，i＝1,2，…，Nh；a32、火电厂与水电站的输出功率限制Pi,mins≤Pi,ts≤Pi,maxsPi,minh≤Pi,th≤Pi,maxh---(4)]]>其中：和分别第为第i个火电厂最小与最大输出功率，和分别为第i个水电站最小与最大输出功率；a33、水电站的发电流量约束Qi,min≤Qi,t≤Qi,max   (5)其中：Qi,t为第i个水电站第t时段的发电流量，Qi,min与Qi,max分别为第i个水电站最小与最大发电流量；a34、水电站的库容限制VOLi,min≤VOLi,t≤VOLi,max   (6)其中：VOLi,min与VOLi,max分别为第i个水电站最小与最大库容，VOLi,t为第i个水电站第t时段的库容；a35、水电站调度期的始末库容约束VOLi,0=VOLi,BVOLi,T=VOLi,E---(7)]]>其中：VOLi,B与VOLi,E分别为第i个水电站调度期始末库容限制，VOLi,0为第i个水电站调度期计算开始时的库容，VOLi,T为第i个水电站调度期计算结束时的库容；a36、火电输出功率的爬坡速度约束|Pi,ts-Pi,t-1s|≤μi---(8)]]>其中：为第i个火电厂第t时段的输出功率，为第i个火电厂第t‑1时段的输出功率μi，为第i个火电厂的爬坡速度；b、用多目标引力搜索算法优化求解步骤a中的多目标调峰模型，步骤如下：b1、的初始值为满足约束条件的随机数，i＝1,2,…,Ns，t＝1,2,…,T；Qi,t的初始值为满足Qi,min≤Qi,t≤Qi,max约束条件的随机数，i＝1,2,…,Nh，t＝1,2,…,T，初始化设定阈值ε和最大迭代次数Max_it；b2、按照步骤b1的要求初始化第i个水电站第t时段的发电流量Qi,t，i＝1,2,…,Nh，t＝1,2,…,T和第i个火电厂第t时段的输出功率i＝1,2,…,Ns，t＝1,2,…,T，将初始值按如下方式排列：组成的行向量称为个体；b3、重复步骤b2操作产生N个个体组成的集合称为一个群体X，其中第i个个体用Xi表示,初始化个体Xi的速度向量Vi为零向量；b4、将个体Xi中第i个水电站第t时段的发电流量代入公式VOLi,t=VOLi,t-1+Ii,t-Qi,t+Σh=1nhQh,t-τh,]]>其中为上游第h个水电站的发电流量，τh为上游第h个水电站的流达时间，nh为上游水电站水电个数；Ii,t为第i个水电站第t时段的自然入库流量。求出第i个水电站第t时段的水库库容VOLi,t，i＝1,2,…,Nh，t＝1,2,…,T，对发电流量Qi,t和水电站库容VOLi,t进行约束处理；进而通过查询水库库容与水头关系曲线得出第i个水电站第t时段的水头Hi,t，i＝1,2,…,Nh，t＝1,2,…,T；将Qi,t与Hi,t代入公式其中：Ki为第i个水电站的出力系数，求出第i个水电站第t时段的输出功率i＝1,2,…,Nh，t＝1,2,…,T；将代入目标函数2中计算其函数值fit2；b5、对个体Xi中第i个火电厂第t时段的输出功率进行系统电力负荷平衡约束处理，i＝1,2,…,Ns，t＝1,2,…,T；代入目标函数1中计算其函数值fit1；b6、重复按照步骤b4与步骤b5求出群体X中所有个体的两个目标函数值；b7、根据群体X中个体的两个目标函数值筛选出非劣个体，当非劣个体数量超过NP时采用拥挤距离方法进行截断，直至非劣个体数到达NP，将这NP个非劣个体的集合称为外部档案集Y，其中第j个个体用Yj表示；b8、计...

【技术特征摘要】
1.一种水火电系统多目标调峰的引力搜索优化方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：a、水火电系统多目标调峰模型的建立a1、目标函数一其中：minF1为水火电系统运行费用最小的目标函数，T为调度期的时段数，Ns为火电厂的个数，为第t时段第i个火电厂的输出功率，为火电运行费用函数，Ei，t为阀点效应函数；a2、目标函数二其中：minF2为水火电系统水电调峰量最大的目标函数，Nh为水电站的个数，PD,t为第t时段的水火电系统的负荷需求，为第i个水电站在第t时段的输出功率；a3、约束条件a31、系统电力负荷平衡约束其中：Ns为火电厂的个数，为第t时段第i个火电厂的输出功率，t＝1,2，…，T，i＝1,2，…，Ns；Nh为水电站的个数，为第t时段第i个水电站的输出功率，t＝1,2，…,T，i＝1,2，…，Nh；a32、火电厂与水电站的输出功率限制其中：和分别第为第i个火电厂最小与最大输出功率，和分别为第i个水电站最小与最大输出功率；a33、水电站的发电流量约束Qi,min≤Qi,t≤Qi,max(5)其中：Qi,t为第i个水电站第t时段的发电流量，Qi,min与Qi,max分别为第i个水电站最小与最大发电流量；a34、水电站的库容限制VOLi,min≤VOLi,t≤VOLi,max(6)其中：VOLi,min与VOLi,max分别为第i个水电站最小与最大库容，VOLi,t为第i个水电站第t时段的库容；a35、水电站调度期的始末库容约束其中：VOLi,B与VOLi,E分别为第i个水电站调度期始末库容限制，VOLi,0为第i个水电站调度期计算开始时的库容，VOLi,T为第i个水电站调度期计算结束时的库容；a36、火电输出功率的爬坡速度约束其中：为第i个火电厂第t时段的输出功率，为第i个火电厂第t-1时段的输出功率，μi为第i个火电厂的爬坡速度；b、用多目标引力搜索算法优化求解步骤a中的多目标调峰模型，步骤如下：b1、的初始值为满足约束条件的随机数，i＝1、2、…、Ns，t＝1、2、…、T；Qi,t的初始值为满足Qi,min≤Qi,t≤Qi,max约束条件的随机数，i＝1、2、…、Nh，t＝1、2、…、T，初始化设定阈值ε和最大迭代次数Max_it；b2、按照步骤b1的要求初始化第i个水电站第t时段的发电流量Qi,t，i＝1、2、…、Nh，t＝1、2、…、T和第i个火电厂第t时段的输出功率i＝1、2、…、Ns，t＝1、2、…、T，将初始值按如下方式排列：组成的行向量称为个体；b3、重复步骤b2操作产生N个个体组成的集合称为一个群体X，其中第i个个体用Xi表示,初始化个体Xi的速度向量Vi为零向量；b4、将个体Xi中第i个水电站第t时段的发电流量代入公式其中为上游第h个水电站的发电流量，τh为上游第h个水电站的流达时间，nh为上游水电站水电个数；Ii,t为第i个水电站第t时段的自然入库流量，求出...

【专利技术属性】
技术研发人员：方仍存，李超顺，李如海，杜治，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖北省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11