基于混合整数规划的水火电机组组合优化调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合整数规划的水火电机组组合优化调度方法，包括：获取单水电站的基础数据，基础数据包括水库水量、水库水量的极限值、发电流量的极限值；对单水电站优化调度模型的约束条件中的非线性约束条件进行分段线性化；根据分段线性化后的约束条件、单水电站优化调度模型的线形约束条件和单水电站的基础数据求解使目标函数F最小的单水电站优化调度模型；根据使目标函数F最小的单水电站优化调度模型确定水火电机组组合优化调度模型。本发明专利技术避免了直接对变量在时间和空间上非线性耦合的非凸非线性问题进行求解，提高了电力系统的运行效率。

Combination scheduling method for hydro thermal power unit based on mixed integer programming

The invention discloses a mixed integer programming Hydrothermal Scheduling Method Based on combinatorial optimization, including: basic data obtained from the single hydropower, basic data including limits of reservoir water, reservoir water value, the value of single power flow; nonlinear constraint constraint conditions of hydropower station optimal operation model of piecewise linear; piecewise according to the constraint conditions, the linearized single hydropower station optimal operation model of linear constraints and single Hydropower Station Based on data for the objective function of F optimization scheduling model of single hydropower station is the smallest; according to the objective function to F the smallest single hydropower station optimal operation model to determine the Hydrothermal Scheduling Optimization model. The invention avoids solving the non convex nonlinear problem of nonlinear coupling of variables in time and space directly, and improves the operation efficiency of the power system.

【技术实现步骤摘要】
基于混合整数规划的水火电机组组合优化调度方法
本专利技术涉及电力系统优化调度
，特别是涉及一种基于混合整数规划的水火电机组组合优化调度方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，能源短缺和环境污染的双重问题日益凸显，不容忽视。在节能减排的同时，我国大力开发新能源，其中包括水电、风电、太阳能等。大规模清洁能源的接入，对减少二氧化碳排放、保护环境，实现我国可持续发展有着重要的意义。其中，水电作为各类新能源发电装机容量中所占比例最高的，具有现实的研究意义。随着长江三峡特大水利枢纽工程、云贵等地的梯级水电站的蓬勃发展，水电的总平均装机容量已经高达百万千瓦，庞大的水电系统，在时间和空间上都有很大的优化余地，如果加以合理利用，能获得强大的社会效益、环境效益和经济效益。在我国目前的水电计划体制调度模式下，对水电的灵活性利用仍存在不足。通过对水火电优化调度的精细化建模，能够充分挖掘水电调度中的灵活性，具有良好的应用前景。水火电优化调度方法的难点在于，一是多变量在时间和空间上的多重耦合关系，这导致整个问题变为一个大规模非凸非线性的问题。二是若考虑到自然条件的限制、来水的不确定性等问题，整个水电优化调度的难度将进一步增加。三是现有的方法精确性不够，或者在大规模系统下太费时间。因此，如何克服上述困难而提供一种水火电优化调度方法成为本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于混合整数规划的水火电机组组合优化调度方法，以避免直接对变量在时间和空间上非线性耦合的非凸非线性问题进行求解，提高电力系统的运行效率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于混合整数规划的水火电机组组合优化调度方法，包括：获取单水电站的基础数据，所述基础数据包括水库水量、水库水量的极限值、发电流量的极限值；对单水电站优化调度模型的约束条件中的非线性约束条件和pkt＝9.8hktqkt进行分段线性化；其中，k为第k个水库，t为时间，式表示下游水位hdkt和发电流量qkt之间的关系，Bk0、Bk1、Bk2和Bk3为常数；式pkt＝9.8hktqkt表示水电站的发电功率pkt与发电流量qkt、水头hkt之间的关系；根据分段线性化后的约束条件、所述单水电站优化调度模型的线形约束条件和所述单水电站的基础数据求解使目标函数F最小的单水电站优化调度模型；所述目标函数F为火电机组和水电机组的运行成本最小或耗能最小；其中，所述单水电站优化调度模型的线形约束条件为：其中，k为第k个水库，t为时间，式Vk(t-1)-Vkt＝-Ikt+qkt表示水库水量实时平衡，即t-1时刻的水库水量Vk(t-1)与t时刻的水库水量Vkt之差等于入流量Ikt与发电流量qkt之差，表示水库水量的最小值，表示水库水量的最大值，表示出流量最小值，表示出流量最大值；式表示上游水位hukt和水库水量Vk(t-1)、Vkt的关系，Ak0和Ak1为常数；式hkt＝hukt-hdkt表示水头hkt等于上游水位hukt与下游水位hdkt之差；根据所述使目标函数F最小的单水电站优化调度模型确定水火电机组组合优化调度的模型；根据所述水火电机组组合优化调度的模型对水火电机组组合进行调度。可选的，所述目标函数F为F＝mincTx+∑t∑idi(pit)+bTy其中，目标函数F为火电机组和水电机组的运行成本最小，x是火电机组启停状态的决策变量，y是水电机组启停状态的决策变量，c是火电机组的启停机价格系数，b是水电机组的启停机价格系数，T表示矩阵转置，di是第i台火电机组的运行价格系数，pit是第i台火电机组的输出功率，pjt是第j台水电机组的输出功率，pqt是第q个需求侧负荷功率，所述水火电机组组合优化调度模型的约束条件为：其中，NT是火电机组数目，NH是水电机组数目，χ是火电机组组合调度问题的可行集，γ是水电机组组合调度问题的可行集，Ω(x)是火电机组经济调度的可行集，受发电机容量约束和爬坡出力约束；Ψ(y)是水电机组经济调度的可行集，π是注入功率的比例因子，Fl是线路l的最大允许传输功率，式∑ipit+∑jpjt＝∑qpqt为发用电平衡关系，式-Fl≤∑iπilpit+∑jπjlpjt+∑qπqlpqt≤Fl为传输功率容量上下限限制。可选的，所述方法还包括：将上级所述单水电站优化调度模型的出流量作为本级所述单水电站优化调度模型的入流量，构建梯级水电站优化调度模型；确定所述梯级水电站优化调度模型的约束条件为每一级的所述单水电站优化调度模型的约束条件；对非线性的约束条件进行分段线性化；根据上述约束条件和分段线性化后的约束条件求解使目标函数F最小的水火电机组组合优化调度模型。可选的，所述对上述非线性的约束条件式进行分段线性化，具体包括：在曲线上取n个点，将所述曲线划分成n-1个子段；计算n个点对应的函数值；确定自变量所在的子段，确定所述自变量所在的子段的两个端点的函数值；通过所述两个端点的函数值确定所述自变量的函数值，所述自变量的函数值为所述两个端点的函数值的加权平均值。可选的，所述对上述非线性的约束条件式pkt＝9.8hktqkt进行分段线性化，具体包括：将变量水头hkt的计算公式代入，获得具有两个多项式的关系式，即，分别对两个多项式和分别进行分段线性化；在上述两个多项式的曲线上取n个点，将每一所述曲线划分成n-1个子段；计算n个点对应的函数值；确定自变量所在的子段，确定所述自变量所在的子段的两个端点的函数值；通过所述两个端点的函数值确定所述自变量的函数值，所述自变量的函数值为所述两个端点的函数值的加权平均值。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的基于混合整数规划的水火电机组组合优化调度方法，通过对水电相关非线性约束条件进行解耦和分段线性化，避免了直接对变量在时间和空间上非线性耦合的非凸非线性问题进行求解，可以在保证较高效率的前提下，提高计算精度。此外，在水电非线性约束的处理上，相较于传统的方法如定水头假设后再分段线性化的方法，该方法中定水头的假设会引入较大的误差，若将水电机组出力曲线分为一系列与水库容量大小相关的曲线族，每一条曲线采用分段线性化的方法进行处理，并通过引入0-1变量来确定当前情况适用哪条曲线；这一方法会引入大量的离散变量，降低计算效率，而本专利技术通过对水电相关非线性约束条件进行解耦和分段线性化的方法相比定水头假设的方法在优化总成本、计算时间和计算精度上都有优势。本专利技术给出的水电优化调度模型是普适性的模型，可以应用于电力系统中一系列与水电相关的调度问题，将改进后的水电优化调度模型与火电机组组合联合调度，可以有效提高电力系统运行效率，减少运行成本，具有现实意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的基于混合整数规划的水火电机组组合优化调度方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合整数规划的水火电机组组合优化调度方法，其特征在于，包括：获取单水电站的基础数据，所述基础数据包括水库水量、水库水量的极限值、发电流量的极限值；对单水电站优化调度模型的约束条件中的非线性约束条件

【技术特征摘要】
2017.02.20 CN 20171008946521.一种基于混合整数规划的水火电机组组合优化调度方法，其特征在于，包括：获取单水电站的基础数据，所述基础数据包括水库水量、水库水量的极限值、发电流量的极限值；对单水电站优化调度模型的约束条件中的非线性约束条件和pkt＝9.8hktqkt进行分段线性化；其中，k为第k个水库，t为时间，式表示下游水位hdkt和发电流量qkt之间的关系，Bk0、Bk1、Bk2和Bk3为常数；式pkt＝9.8hktqkt表示水电站的发电功率pkt与发电流量qkt、水头hkt之间的关系；根据分段线性化后的约束条件、所述单水电站优化调度模型的线形约束条件和所述单水电站的基础数据求解使目标函数F最小的单水电站优化调度模型；所述目标函数F为火电机组和水电机组的运行成本最小或耗能最小；其中，所述单水电站优化调度模型的线形约束条件为：其中，k为第k个水库，t为时间，式Vk(t-1)-Vkt＝-Ikt+qkt表示水库水量实时平衡，即t-1时刻的水库水量Vk(t-1)与t时刻的水库水量Vkt之差等于入流量Ikt与发电流量qkt之差，表示水库水量的最小值，表示水库水量的最大值，表示出流量最小值，表示出流量最大值；式表示上游水位hukt和水库水量Vk(t-1)、Vkt的关系，Ak0和Ak1为常数；式hkt＝hukt-hdkt表示水头hkt等于上游水位hukt与下游水位hdkt之差；根据所述使目标函数F最小的单水电站优化调度模型确定水火电机组组合优化调度模型；根据所述水火电机组组合优化调度的模型对水火电机组组合进行调度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标函数F为F＝mincTx+∑t∑idi(pit)+bTy其中，目标函数F为火电机组和水电机组的运行成本最小，x是火电机组启停状态的决策变量，y是水电机组启停状态的决策变量，c是火电机组的启停机价格系数，b是水电机组的启停机价格系数，T表示矩阵转置，di是第i台火电机组的运行价格系数，pit是第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑天文，陈来军，李春来，梅生伟，杨立滨，魏韡，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司电力科学研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：青海,63