机组组合算法中起作用整数变量的辨识方法

应用成熟的数学规划方法求解机组组合问题是当前的发展趋势,但是整数变量太多使得该问题的求解效率太低。在深入研究机组组合的模型特点以及电力系统的物理本质的基础上,提出了混合整数规划问题中起作用整数变量的新概念,据此提出了能够综合考虑系统时段耦合约束、网络安全约束以及机组启停费用的规范化起作用整数变量辨识方法。通过对起作用整数变量进行组合优化计算,将不起作用整数变量直接转化为连续变量求解,有效缩小了机组组合的寻优空间,在不影响机组组合最优解的前提下,提高了求解效率,对大幅度提高机组组合的计算效率和应用水平具有重要的价值。理论分析和算例测试验证了该方法的有效性。     

一种求解机组组合问题的内点半定规划方法

提出一种基于内点半定规划(semidefinite programming,SDP)直接求解机组组合(unit commitment,UC)问题的新方法.通过引入辅助变量,该方法将原整数变量约束转化为凸二次约束,进而将UC问题转化为半定规划问题,并用现代内点法进行求解.针对计算结果中整数变量存在微小偏差的问题,采用启发式技术进行修正.100机24时段等6个系统的仿真结果表明,所提方法能有效处理机组爬坡约束,具有较快的计算时间,适合于求解大规模的UC问题,是一种有应用前景的方法.     

基于内点半定规划的机组组合问题

提出一种基于内点半定规划(semidefinite program- ming, SDP)直接求解机组组合(unit commitment, UC)问题的新方法。通过引入辅助变量,该方法将原整数变量约束转化为凸二次约束,进而将UC问题转化为半定规划问题,并用现代内点法进行求解。针对计算结果中整数变量存在微小偏差的问题,采用启发式技术进行修正。100机24时段等6个系统的仿真结果表明,所提方法能有效处理机组爬坡约束,具有较快的计算时间,适合于求解大规模的UC问题,是一种有应用前景的方法。     

改进的混合整数算法求解机组组合问题

为解决复杂的机组组合问题,在对比拉格朗日松弛法和混合整数算法的基础上,提出基于改进的混合整数算法求解机组组合问题。模型对混合整数非线性规划进行线性化处理,以机组的运行成本最小化为目标函数,考虑了包括爬坡约束在内的机组性能约束、机组初始状态约束等相关约束。该模型分别用于10机至100机测试系统进行计算分析,结果表明:相对于其他算法,该方法收敛速度更快,计算结果更优;而且,机组规模越大,越能体现该方法的优越性。     

机组组合的改进自学习粒子群算法

安全约束机组组合是混合整数规划问题,找到高效稳定求解此问题的算法很重要。文中提出了一种新型的离散粒子群求解机组组合问题,通过松弛模型辨识出机组中必开必停的情况,减少离散变量数目,并结合机组组合问题的特性提出了对应的改进自学习策略,能较好地解决含安全约束的机组组合问题。此外,给出了一种初始粒子群生成策略,提高粒子质量。以IEEE30和IEEE118两个标准节点系统为测试算例,通过与传统算法和商业软件包CPLEX的数据对比发现此算法能较快找到最优解或次优解,效率高计算结果稳定,证明该方法可行高效。     

从NP-Hard到多项式时间算法的大规模机组组合近似线性规划:双重凸包模型

机组组合优化是电力系统经济运行的核心模型之一,通常以成本最小为目标函数,满足电力系统运行的物理约束和安全约束。从数学模型上讲,机组组合为混合整数规划问题,其本质是一个NP-hard问题。随着系统规模的增加,整数变量随之增加,其计算复杂度也会急剧增加。为了克服“维数灾”的挑战,该文基于单机组凸包理论将单机组凸包扩展到多机系统,建立考虑安全约束的大规模机组组合问题的凸包模型,即双重凸包模型。进而,设计双重凸包嵌入多机组机组组合的策略和多项式时间内的可行解构造方法,解决了机组对不同凸包的适应性问题和多机组凸包松弛性引起的最优解非0-1解问题。双重凸包模型将混合整数规划近似转化为线性规划,无需任何整数变量,实现机组组合求解复杂度从NP-hard到多项式时间的重要突破,适用于大规模电力系统机组组合模型。多个省级实际电力系统的仿真证明所提方法计算效率比纯混合整数规划提高1～2个数量级。     

机组耗量特性的混合整数模型建立与分析

对机组耗量特性的建模是机组组合问题的一个重要组成部分.文中建立并分析了机组耗量特性的5种模型,并在IEEE RTS 96系统上,分别针对具有凸连续、非凸连续和非连续耗量特性曲线的机组,通过优化其在某日24时段的出力,比较各模型的求解效率,并根据各模型所引入变量数目对测试结果进行分析,从而为根据机组特性选择合适的模型以提高求解效率提供参考.结果表明:影响算法求解性能的主要因素是模型中整数变量的数目.对于凸连续耗量特性机组,尽量采用各区间出力叠加的建模方法,以避免引入整数变量;对于非凸和非连续耗量特性机组,引入辅助整数变量不可避免,此时则应采用连续变量较少的模型.     

含储能系统和大型风电场并网电力系统机组组合研究

为提高系统运行的灵活性和稳定性,在含风电场的机组组合问题中引入储能系统,将含风电场和储能系统的机组组合问题描述为含0-1变量的混合整数优化模型,在模型中体现了储能系统对系统旋转备用容量的影响。采用分支定界的思想,将整数变量松弛为实数变量,利用改进粒子群算法来迭代求解。以6机和某10机39节点系统为算例,对传统的机组组合模型和含ESS的机组组合模型进行了比较,计算结果验证了该模型和解法的有效性。     

具有安全约束的发电机组组合可行的充分必要条件

在拉格朗日松弛框架下,具有安全约束的发电机组组合问题的求解可以分为 2 个步骤:一是通过求解问题的对偶,以获得原问题近似可行、甚至近优的机组状态,再通过启发式方法或者通过求解一个整数规划问题,调整某些机组的状态,从而获得一个可行的、近优的机组组合状态;二是求解各个调度时段上处于开机状态机组的发电功率,使发电成本最小化.因此,判断某时段机组组合状态是否可行显得尤为重要.为此,利用Benders分解可行性定理,给出并证明了安全约束机组组合可行的充分必要条件以及数值计算方法.结合某电力系统测试算例,验证了相关理论和算法的有效性.     

考虑梯级耦合的水火电检修计划与机组组合协同优化

为避免传统的非协同优化模式下水火电系统检修计划和机组组合方案之间可能存在的冲突,本文以最小化系统总成本和检修计划调整成本为目标,考虑梯级水电耦合特性,建立水火电检修计划与机组组合协同的优化模型,并将其转换为混合整数线性规划模型。提出采用目标标度集合方法加速求解,分两个阶段对该模型进行求解。第一阶段：标度目标函数中整数变量的系数,探测可能为0的整数变量;第二阶段,确定取0值的整数变量并将其固定,求解简化的混合整数线性规划模型。最后,以6机水火电系统和某实际省级86机水火电系统为测试系统,验证了本文所提模型与非协同优化相比能够得到更经济合理的检修计划和机组组合方案,所采用的目标标度集合方法能够有效提高求解速度。     

计及需求响应及抽水蓄能的含风电系统鲁棒机组组合

针对大规模风电接入电力系统带来的消纳问题,提出一种考虑需求响应及抽水蓄能的鲁棒机组组合优化方法。计及需求响应、抽水蓄能机组的运行约束及鲁棒可行性约束,采用考虑不确定预算的风电功率不确定集合,基于仿射补偿策略,构建鲁棒机组组合模型。同时根据对偶原理将鲁棒优化模型转化为确定性的数学规划问题,并在改进的IEEE39节点系统进行算例仿真,验证了所提方法的正确性和有效性。     

含抽水蓄能机组的风电消纳鲁棒机组组合

针对风电在实际电网渗透率不断提高带来的风电消纳问题,提出了一种含抽水蓄能机组的鲁棒机组组合优化方法。所构建的鲁棒机组组合模型以系统运行成本和风电出力边界偏差惩罚成本最小为优化目标,约束条件计及了输电线路安全约束,并考虑了风电出力时间和空间不确定性预算的调节策略,避免鲁棒最优解过于保守。基于可调机组(包括自动发电控制机组和抽水蓄能机组)应对风电波动的仿射补偿机制,优化了风电出力的波动区间。所构建的模型最终转化为单层混合整数线性规划问题求解。经修改的IEEE 30节点系统的算例测试,定量评估了抽水蓄能机组对系统经济运行和风电消纳的影响,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于SCUC的可入网混合电动汽车优化调度方法

在可入网混合电动汽车(PHEV)有望规模化应用的背景下,以传统的计及安全约束的机组最优组合(SCUC)问题为基础,发展了能够容纳PHEV的电力系统优化调度数学模型。所发展的模型以保证系统安全运行为前提,兼顾了PHEV车主的经济效益与发电的碳排放成本。利用PHEV作为可移动电量储存单元的特性,将模型解耦为机组最优组合与计及交流潮流约束的充/放电计划优化2个子模型。应用混合整数规划方法和牛顿—拉夫逊潮流算法迭代求解优化问题,可以同时获取日前机组调度计划和各时段的PHEV最优接纳容量及充/放电计划等结果。最后,以6节点和IEEE 118节点2个系统为例,验证了所构建模型的正确性和有效性。     

基于网损因子迭代的安全约束机组组合算法

针对考虑安全约束的机组组合(security constrained unit commitment,SCUC)问题,在传统SCUC模型的基础上,建立考虑有功网损及其在电网中分布的SCUC模型,提出一种基于网损因子迭代的SCUC算法。此算法每次迭代先解固定网损因子的SCUC问题,求得机组的运行状态,然后进行交流潮流计算,更新网损因子,进入下一次迭代。针对可能出现的网损因子振荡问题,提出SCUC和经济调度相结合的方法,选择对应发电成本较小的机组启停状态,进行经济调度优化和网损因子迭代计算,直至算法收敛。对IEEE 30和IEEE 118节点系统进行的仿真计算验证了所提算法的正确性和有效性。     

基于内点法和改进遗传算法的无功优化组合策略

提出了一种求解无功优化问题的组合策略,该策略将无功优化问题分解为连续优化和离散优化2个子问题,分别用预测–校正内点法和改进遗传算法进行求解。考虑到实际电网在进行无功优化控制时,发电机是主要的调节手段,先不考虑离散变量的约束,采用预测–校正内点法优化连续变量;然后保持连续变量不变,用改进遗传算法优化离散变量;再返回到连续优化阶段,如此交替求解。当出现相邻的连续优化阶段和离散优化阶段网损变化的差值小于设定值时,停止优化。IEEE14、30、57、118节点系统的仿真结果表明,该策略比其它组合算法在收敛性和计算效率上更具优越性。     

基于混合整数二阶锥规划的动态无功优化方法

动态无功优化对提升电力系统的安全经济运行水平有着重要意义。然而,它是一个多时段紧密耦合的非凸非线性混合整数规划问题。为高效、高精度地求解该问题,文中提出了基于混合整数二阶锥规划(MISOCP)的动态无功优化方法。该方法通过将非凸的交流潮流方程近似转化为凸的二阶锥约束及采用一般不等式约束等效替代绝对值约束,在高精度地反映交流潮流物理规律的同时,将原非凸的混合整数规划问题转化为凸的MISOCP问题,从而大大降低了求解的复杂度。通过求解MISOCP模型,能够高效地得到动态无功优化的高精度解。基于IEEE-30节点系统和IEEE-118节点系统的算例分析验证了所提出方法的有效性和鲁棒性。     

考虑风电机组无功特性的安全约束机组组合方法

随着风能的广泛使用,安排发电计划时更多的风电机组将会被引入,这对传统的机组组合提出了新要求。风电出力具有很强的波动性,将风电出力按一个区间放入原模型中更显合理。另外,异步风电机组的结构与普通火电机组不同,异步电机发电的同时要吸收一定的无功功率,因此模型用交流潮流约束更合理。由此建立的是一个非线性混合整数问题模型,为了提高计算效率,将问题分解为2层优化子问题,第1层为无网络约束的机组组合问题,第2层为以网损最小为目标函数的交流网络约束最优潮流问题,对于最优潮流算完后仍有电压或线路潮流越限的,将形成一些新的约束返回原问题。考虑到普通异步风电机组的大量使用,在处理约束问题时对风电机组采用无功功率—电压模型,避免出现无功不足而导致电压越限。以添加了风电机组的IEEE 57节点测试系统为算例,验证了该方法的可行性。     

计及需求响应的含风电场电力系统发电与碳排放权联合优化调度

提出了一种节能减排形势下的优化调度模型和解法。研究对象上,文中研究了风电、火电、需求响应3种发电(虚拟发电)形式,需求响应可为系统提供零碳发电资源和旋转备用。模型建立上,基于多目标安全约束机组组合模型,采用发电和碳排放联合调度的方式,寻求经济目标与排放目标的折中协调解;约束条件综合考虑了需求响应、安全约束和碳排放等多种约束。解法上,采用分段线性化的方式,利用混合整数线性规划进行求解,解法适用于大规模系统,使模型更具实用价值。算例分析表明,决策结果能够兼顾排放与成本,并且在调度中引入需求响应可提高系统的风电消纳能力,具有显著的节能减排效益。     

改进的机电振荡模式相对局域性指标及其适应性

为了发展大规模互联电网态势感知的理论与方法,从依据系统规模灵活调整参数取值的角度出发,提出了一种改进的机电振荡模式相对局域性量化指标及其求解方法。首先,基于小信号模型分析系统状态矩阵的特征值,借助二分法在参与因子阈值闭区间内优化幂指数参数;然后,由归一化的参与因子获得机电振荡模式的局域性指标;相较于传统指标,所提指标计算效率高、实用性好;最后,借助MATLAB环境下的PST V3仿真工具进行IEEE 50机145母线系统和Kundur 4机11母线系统的仿真分析,结果证明了所提指标的有效性和适应性。