一种考虑限制区跨越影响的水电站日前竞价鲁棒优化模型制造技术

本发明专利技术涉及水电站参与日前市场竞价领域，特别涉及一种考虑限制区跨越影响的水电站日前竞价鲁棒优化模型。其技术方案为：考虑考虑限制区影响与水头影响，采用线性化技术将原始确定性竞价模型转化为确定性MILP模型；然后利用确定电价区间来描述不确定电价，应用对偶理论与线性化技术将原始模型转化为易于求解的RMILP；最后采用迭代算法获取竞价曲线。该方法对水电站参与日前竞价具有重要意义。对水电站参与日前竞价具有重要意义。对水电站参与日前竞价具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑限制区跨越影响的水电站日前竞价鲁棒优化模型

技术介绍

[0001]本专利技术涉及水电站参与日前市场竞价领域，是一种新的解决具有复杂不规则限制区的水电站日前市场竞价优化模型。
[0002]技术背景
[0003]随着市场化改革的不断推进，传统的集中式调度逐渐被发电商主体自调度代替。在运营机制改变后，水调系统信息化程度的提高对水电短期调度精细化要求越来越严格，同时水电发电商需要制定市场化调度策略来实现高收益。不同于以往粗放式调度，将一日内水头设为定值或采用平均水头进行日调度，对具有灵敏水力联系且含有复杂限制区的水电站，水库运行状况(如出力、限制区、发电流量、水头损失等)对水头极为敏感，在市场环境下，响应频繁波动的市场化出力加剧了水头影响，给水电系统安全稳定运行带来巨大的挑战，因此需要充分考虑日内水头变化与限制区影响。其中限制区影响是水电机组为了规避限制区而产生的跨越限制区现象，其因机组空蚀与气蚀等物理因素对机组造成磨损伤害，影响机组运行的稳定性与可持续性。因此，在水电商制定日前自发电计划时，如何将限制区影响考虑到模型中，并实现模型的高效求解，是水电发电商日前精细化自调度的重点及难点之一。同时，日前市场电价预测存在偏差，是发电商在日前决策时不可忽略的因素。鲁棒优化模型因具有在缺少足够的数据信息依旧可以考虑不确定性的特性，在电力系统中得到广泛使用。同时混合整数线性规划(MILP)因其良好的模型扩展性、全局收敛性以及有大量先进的开源及商业求解器可以直接调用，是水库发电调度最为常用的数学规划算法之一。因此，本专利技术提出一种考虑限制区跨越影响的水电站日前竞价鲁棒优化模型，利用鲁棒MILP(RMILP)方法对该问题进行求解，并提出一个新的算法。
[0004]水电短期调度问题是典型的高维度、非凸、非线性、强耦合的数学规划问题。在限制区影响与水头影响综合影响下，该问题在不确定电价下的高维度，耦合性，非凸，非线性等特征进一步凸显。

技术实现思路

[0005]针对含有复杂限制区的水电站日前竞价问题，本专利技术提出一种利用确定电价区间来描述不确定电价的鲁棒竞价模型，即在不确定电价下考虑水头影响与限制区影响的鲁棒MILP迭代求解模型。本专利技术以确定的价格区间来描述日前电价，采用线性化方法对非线性非凸问题进行MILP建模。并采用对偶理论将原始问题转化为易求解的对偶问题，逐步迭代日前电价区间求解以获得日前竞价曲线。为简化表达，定义为不大于N的正整数集合，其中N为任意正整数；u，t，k分别表示机组u，时段t与安全区索引，其对应集合为U，T，K。本专利技术主要包括以下内容(1)
‑
(3)。
[0006](1)线性化建模
[0007](1.1)对不规则限制区与发电函数线性聚合建模：
[0008]Step1.1.1：定义限制区约束为其中分别为机组u限制区对应的净水头与出力，A
u
是机组u的安全运行区，可以得到：
[0009][0010][0011]其中O
u
是由构成的平面矩形；H
u
和分别是净水头的下限与上限；
×
为笛卡尔积；P
u
和分别为出力的下限与上限；为机组u第m个限制区第个顶点，其构成一个平面Poly(
·
)，即机组u的第m个限制区R
u，m
。
[0012]Step1.1.2：将限制区划分为若干子区域，即然后采用德劳内约束三角形(the constrained Delaunay triangulation,CDT)对每个子区域三角剖分剖分结果可以表示为：
[0013][0014]式中是机组u第k个限制区中第n个三角形中由净水头与发电流量构成的第个点，表示的三角剖分的个数。
[0015]Step1.1.3：基于式(3)，采用凸组合(Disaggregated Convex Combination，DCC)方法线性化安全区(安全区划分示如图2和图3所示)，具体如下：
[0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022]在上述DCC建模中，每个三角形关联一个二进制变量对于每个顶点设置相应的权重变量q
u，t
表示机组u在时段t的发电流量。
[0023]上述方法将限制区约束与发电函数聚合为单个约束。
[0024](2)基于(1.1)中限制区线性化建模方式，构建限制区跨越模型：
[0025][0026][0027][0028]式中：为二进制变量，若机组u在时段t在安全区运行则为1，否则为0；z
u，t
为二进制变量，若机组u在时段t发生跨越限制区现象则为1，否则为0；为二进制变量，当机组u在时段t在安全区的第n个三角形内运行则为1，否则为0；等式(11)
‑
(12)可以确定跨越限制区现象是否在t时段发生在安全区注意等式(11)为非线性约束，可以通过等式(13)
‑
(15)线性化，其中为辅助变量。
[0029][0030][0031][0032](2)构建鲁棒竞价模型：
[0033]具体方法如下：
[0034]Step2.1：原始效益最大化模型可以表述如下：
[0035][0036]其中Θ
t
为与的可行区间，分别为日前竞价电量与日前合同电量；λ
t
与λ
BC
分别为日前市场电价与合同电价；c
t
为发电成本。
[0037]Step2.2：应用对偶理论与线性化技术，等式(16)可以等价转换为鲁棒混合整数线性规划模型(RMILP)，具体如下：
[0038][0039]其中Γ0为控制鲁棒度参数；s
t
为日前电价偏差；z0与q
0t
分别是由对偶理论得到的
对偶变量；θ
t
是辅助变量。
[0040]通过上述转换将鲁棒模型转换为易求解的RMILP模型。
[0041](3)构建竞价曲线
[0042]构建竞价曲线机制是逐步迭代电价子区间求解直至覆盖给定电价区间，具体步骤如下：
[0043]Step3.1：设置日前电价区间为为日前电价区间下限，为日前电价区间上限。
[0044]Step3.2：初始化迭代索引ρ＝1；设置Γ0＝24。
[0045]Step3.3：设置其中G
ρ
是一个取值在[0，1]的系数，同时设置子区间为
[0046]Step3.4：优化计算RMILP问题即等式(17)，并更新其中λ
t，ρ
为每次迭代的日前电价，第一次为λ
t
；并设置以满足申报曲线非递减要求。
[0047]Step3.5：更新G
ρ
，G
ρ+1
＝G
ρ
+δ，其中δ，δ＞0为迭代增量步长。
[0048]Step3.6：若G
ρ
＜1，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑限制区跨越影响的水电站日前竞价鲁棒优化模型，其特征在于，包括如下步骤：(1)线性化建模(1.1)对不规则限制区与发电函数线性聚合建模：Step1.1.1：定义限制区约束为其中p
u，t
分别为机组u限制区对应的净水头与出力，A
u
是机组u的安全运行区，得到：是机组u的安全运行区，得到：其中O
u
是由构成的平面矩形；H
u
和分别是净水头的下限与上限；
×
为笛卡尔积；P
u
和分别为出力的下限与上限；为机组u第m个限制区第个顶点，构成一个平面Poly(
·
)，即机组u的第m个限制区R
u，m
；Step1.1.2：将限制区划分为若干子区域，即然后采用德劳内约束三角形对每个子区域三角剖分剖分结果表示为：式中是机组u第k个限制区中第n个三角形中由净水头与发电流量构成的第个点，表示的三角剖分的个数；Step1.1.3：基于式(3)，采用凸组合方法线性化安全区具体如下：具体如下：具体如下：具体如下：具体如下：
其中给，每个三角形关联一个二进制变量对于每个顶点设置相应的权重变量q
u，t
表示机组u在时段t的发电流量；(1.2)基于(1.1)中限制区线性化建模方式，构建限制区跨越模型：化建模方式，构建限制区跨越模型：化建模方式，构建限制区跨越模型：式中：为二进制变量，若机组u在时段t在安全区运行则为1，否则为0；z
u，t
为二进制变量，若机组u在时段t发生跨越限制区现象则为1，否则为0；为二进制变量，当机组u在时段t在安全区的第n个三角形内运行则为1，否则为0；等式(11)
‑
(12)确定跨越...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘本希，靳晓雨，廖胜利，程春田，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：