基于分支定界搜索信息的电气互联系统调度加速方法技术方案

本发明专利技术公开基于分支定界搜索信息的电气互联系统调度加速方法，包括以下步骤：1)构建电

【技术实现步骤摘要】
基于分支定界搜索信息的电气互联系统调度加速方法


[0001]本专利技术涉及电力系统及其自动化领域，具体是基于分支定界搜索信息的电气互联系统调度加速方法。

技术介绍

[0002]电
‑
气互联系统可实现电力能源和天然气能源之间的灵活互补支撑，是一种提高能源利用效率、助力能源结构转型的重要手段。电
‑
气互联系统调度问题的数学本质是考虑天然气系统和电力系统物理约束的运筹优化，在确保电
‑
气互联系统可有效应对负荷需求及清洁能源出力等运行工况变化的前提下，实现可调节资源的最佳配置，其精准性与高效性直接影响电
‑
气互联系统的安全性与经济性。
[0003]由于模型中的离散变量和计算中的收敛性、鲁棒性要求，电
‑
气互联系统调度决策问题通常被构建为混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)形式，并普遍采用CPLEX、GUROBI等商用MILP求解器进行求解。然而，对天然气系统非线性物理运行规律的分段线性(Piecewise Linear Formulation)处理引入了大量辅助离散变量及其相应约束，使得调度决策模型规模更大、复杂度更高，面临“组合爆炸”的求解瓶颈，对当前运筹优化技术提出了更严峻的挑战。
[0004]现有针对电
‑
气互联系统调度决策问题求解的加速研究往往集中于外围模型处理，即在调用MILP求解器之前利用电力系统专家经验或领域知识对MILP模型的变量、约束和建模方式进行削减和重构，旨在尽可能降低后续求解器处理的复杂度。部分处理方式不影响MILP模型的最优性，但是，为了大幅提高计算效率，很多外围模型处理方式采用启发式的方法削减运筹优化寻优空间，无法保证最优性甚至可行性。同时，也无法实现工程应用中对误差边界的准确评估。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供基于分支定界搜索信息的电气互联系统调度加速方法，包括以下步骤：
[0006]1)构建电
‑
气互联系统调度模型；
[0007]2)对电
‑
气互联系统调度模型进行初步解算，得到N个松弛解，从而构建搜索信息数据集；
[0008]3)对搜索信息数据集进行评估，得到电
‑
气互联系统调度模型最优解的上界；
[0009]4)基于电
‑
气互联系统调度模型最优解的上界，对电
‑
气互联系统调度模型进行后续解算，得到电
‑
气互联系统调度模型最优解。
[0010]进一步，所述电
‑
气互联系统调度模型包括电力系统调度模型和天然气系统调度模型。
[0011]进一步，所述电力系统调度模型的目标函数如下所示：
[0012][0013]式中，分别表示调度时段集合和调度机组集合；常数分别表示各个机组的出力成本系数和启动成本系数；连续决策变量p
g,t
表示各个机组在各个时段的出力；离散决策变量x
g,t
表示机组g在t时段是否启动的标志；t表示任意调度时段；g表示任意调度机组；
[0014]电力系统调度模型的约束条件包括负荷平衡约束、线路潮流约束、机组离散决策变量之间的逻辑约束、机组容量约束、机组爬坡约束；
[0015]其中，负荷平衡约束如下所示：
[0016][0017]式中，表示系统负荷集合；d表示任意系统负荷；常数D
d,t
表示各个负荷节点在各个时段的负荷；
[0018]线路潮流约束如下所示：
[0019][0020]式中，表示网络线路集合；b表示任意网络线路；常数F
b
表示各条线路的最大容量；常数PTDF
g,b
、常数PTDF
d,b
表示功率转移分布因子；
[0021]机组离散决策变量之间的逻辑约束如下所示：
[0022][0023][0024][0025]式中，离散决策变量y
g,t
,z
g,t
分别表示机组g在t时段的运行状态和是否关停的标志；常数分别表示各个机组最小启停时间；y
g,t
‑1表示机组g在t
‑
1时段的运行状态；x
g,j
离散决策变量x
g,t
表示机组g在j时段是否启动的标志；z
g,j
表示机组g在j时段是否关停的标志；
[0026]机组容量约束如下所示：
[0027][0028]式中，常数分别表示各个机组的最小出力和最大出力；
[0029]爬坡约束如下所示：
[0030][0031][0032]式中，常数分别表示各个机组的上/下爬坡速率和启动/关停速率。
[0033]进一步，天然气系统调度模型的目标函数如下所示：
[0034][0035]式中，分别表示气源和管道集合；s表示任意气源；m,n分别表示管道的始端和末端；常数分别表示气源成本系数和管存成本系数；连续决策变量f
s,t
,L
m,n,t
分别表示各个时段下各个气源的流出流量和各个管道的管存；
[0036]天然气系统调度模型的约束条件包括气源出气约束、压缩机约束、气节点约束、管道约束；
[0037]所述气源出气约束如下所示：
[0038][0039]式中，常数F
s
、常数分别表示气源的最小出气和最大出气；
[0040]所述压缩机约束包括压缩机流量上限约束、压缩机始末端压强约束；
[0041]其中，压缩机流量上限约束如下所示：
[0042][0043]式中，集合表示压缩机；下标v代表方向是流入压缩机，下标w代表方向是流出压缩机；常数表示压缩机容量上限；连续决策变量f
v,w,t
表示各个时段下流经压缩机的气流量；
[0044]压缩机始末端压强约束如下所示：
[0045][0046]式中，常数分别表示各个压缩机的压缩系数下限和上限；连续决策变量π
v,t
,π
w,t
分别表示各个时段下压缩机始末端压强；
[0047]所述气节点约束包括节点压强约束和节点气流平衡约束；
[0048]节点压强约束如下所示：
[0049][0050]式中，表示气网节点集合；n'表示气网节点集合；常数分别表示各个节点的压强上下限；连续决策变量π
n,t
表示各个时段下各个节点的压强；
[0051]节点气流平衡约束如下所示：
[0052][0053]式中，分别表示燃气机组集合和气负荷集合；常数D
d,t
,η
v,w
分别表示节点气负荷和压缩机耗气系数；连续决策变量f
m,t
,f
n,t
分别表示管道始端和末端流入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于分支定界搜索信息的电气互联系统调度加速方法，其特征在于，包括：构建所述电
‑
气互联系统调度模型。对所述电
‑
气互联系统调度模型进行初步解算，得到N个松弛解，构建搜索信息数据集；对所述搜索信息数据集进行评估，得到电
‑
气互联系统调度模型最优解的上界；基于电
‑
气互联系统调度模型最优解的上界，对电
‑
气互联系统调度模型进行后续解算，得到电
‑
气互联系统调度模型最优解。2.根据权利要求1所述的基于分支定界搜索信息的电气互联系统调度加速方法，其特征在于，所述电
‑
气互联系统调度模型包括电力系统调度模型和天然气系统调度模型。3.根据权利要求2所述的基于分支定界搜索信息的电气互联系统调度加速方法，其特征在于，所述电力系统调度模型的目标函数如下所示：式中，分别表示调度时段集合和调度机组集合；常数分别表示各个机组的出力成本系数和启动成本系数；连续决策变量p
g,t
表示各个机组在各个时段的出力；离散决策变量x
g,t
表示机组g在t时段是否启动的标志；t表示任意调度时段；g表示任意调度机组；电力系统调度模型的约束条件包括负荷平衡约束、线路潮流约束、机组离散决策变量之间的逻辑约束、机组容量约束、机组爬坡约束；其中，负荷平衡约束如下所示：式中，表示系统负荷集合；d表示任意系统负荷；常数D
d,t
表示各个负荷节点在各个时段的负荷；线路潮流约束如下所示：式中，表示网络线路集合；b表示任意网络线路；常数F
b
表示各条线路的最大容量；常数PTDF
g,b
、常数PTDF
d,b
表示功率转移分布因子；机组离散决策变量之间的逻辑约束如下所示：机组离散决策变量之间的逻辑约束如下所示：机组离散决策变量之间的逻辑约束如下所示：式中，离散决策变量y
g,t
,z
g,t
分别表示机组g在t时段的运行状态和是否关停的标志；常数分别表示各个机组最小启停时间；y
g,t
‑1表示机组g在t
‑
1时段的运行状态；x
g,j
离散决策变量x
g,t
表示机组g在j时段是否启动的标志；z
g,j
表示机组g在j时段是否关停的标志；
机组容量约束如下所示：式中，常数P
g
,分别表示各个机组的最小出力和最大出力；爬坡约束如下所示：爬坡约束如下所示：式中，常数分别表示各个机组的上/下爬坡速率和启动/关停速率。4.根据权利要求2所述的基于分支定界搜索信息的电气互联系统调度加速方法，其特征在于，天然气系统调度模型的目标函数如下所示：式中，分别表示气源和管道集合；s表示任意气源；m,n分别表示管道的始端和末端；常数分别表示气源成本系数和管存成本系数；连续决策变量f
s,t
,L
m,n,t
分别表示各个时段下各个气源的流出流量和各个管道的管存；天然气系统调度模型的约束条件包括气源出气约束、压缩机约束、气节点约束、管道约束；所述气源出气约束如下所示：式中，常数F
s
、常数分别表示气源的最小出气和最大出气；所述压缩机约束包括压缩机流量上限约束、压缩机始末端压强约束；其中，压缩机流量上限约束如下所示：式中，集合表示压缩机；下标v代表方向是流入压缩机，下标w代表方向是流出压缩机；常数表示压缩机容量上限；连续决策变量f
v,w,t
表示各个时段下流经压缩机的气流量；压缩机始末端压强约束如下所示：式中，常数π
v,w
,分别表示各个压缩机的压缩系数下限和上限；连续决策变量π
v,t
,π
w,t
分别表示各个时段下压缩机始末端压强；所述气节点约束包括节点压强约束和节点气流平衡约束；节点压强约束如下所示：式中，表示气网节点集合；n'表示气网节点集合；常数π
n
分别表示各个节点的压
强上下限；连续决策变量π
n,t
表示各个时段下各个节点的压强；节点气流平衡约束如下所示：式中，分别表示燃气机组集合和气负荷集合；常数D
d,t
,η
v,w
分别表示节点气负荷和压缩机耗气系数；连续决策变量f
m,t

【专利技术属性】
技术研发人员：卢毓东，高倩，杨知方，余娟，方云辉，王新迎，
申请(专利权)人：重庆大学中国电力科学研究院有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：