機組組合混合整數(shù)線性規(guī)劃模型的研究與改進.pdf

1、由于用電負荷的不斷增加，需投入大量的發(fā)電機組來提供電能。其中，我國火力發(fā)電量占總發(fā)電量的比例高達80.8％，而水電僅占16.5％左右?；痣姍C組在提供電能時不僅需要消耗大量的一次性能源，還會造成嚴重的污染。因此，為了響應(yīng)國家“節(jié)能減排”的號召，本文通過研究機組組合(unit commitment，UC)問題，實現(xiàn)優(yōu)先調(diào)度可再生發(fā)電資源、最大限度減少能源消耗和污染物排放等目標，不僅有利于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，還可創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益和社會效

2、益。
　　UC問題是一個高維、離散、非凸的混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題，屬NP難問題，按現(xiàn)有的技術(shù)難以直接快速求解。由于數(shù)學(xué)理論和求解技術(shù)的限制，混合整數(shù)非線性規(guī)劃求解器發(fā)展緩慢，甚至于無法求出小規(guī)模系統(tǒng)的最優(yōu)解。但是，混合整數(shù)線性規(guī)劃(mixed-integer linear programming，MILP)求解器的性能卻大為改善，因此，建立UC問題的MILP模型進行求解已成為主流方向之一。但是，對于大規(guī)模系統(tǒng)，機組組合MILP模型

3、的求解仍需較長時間。此外，為了便于計算，UC問題的建模還進行了簡化處理。因此，為提高模型的求解效率、以及建立更符合實際的模型，本文將借助MILP理論、線性化理論、代數(shù)建模技術(shù)等多種理論和方法，深入研究與改進傳統(tǒng)UC問題、水火協(xié)調(diào)問題和水電優(yōu)化調(diào)度問題的MILP模型。
　　針對不計和計及爬坡約束對旋轉(zhuǎn)備用影響的UC問題，提出了含四類0-1變量更為簡潔-緊湊的MILP改進模型。通過引入輔助0-1變量表示冷啟動狀態(tài)，提出了一種啟動費用的

4、線性表達，同時增強了MILP模型的簡潔性和緊湊性;利用爬坡速度和最小運行時間限制，提出了新的機組出力約束表達，極大地壓縮了機組出力的可行域，進一步增強了緊湊性。更簡潔的模型，提高了線性規(guī)劃松弛的求解效率;更緊湊的模型，縮小了最優(yōu)解的尋優(yōu)空間，使線性規(guī)劃松弛解更接近MILP最優(yōu)解。計算結(jié)果表明，所提模型在獲得高質(zhì)量解的同時，可提高求解效率幾倍甚至于數(shù)百倍，尤其適合于大規(guī)模系統(tǒng)。
　　提出了一種計及啟停功率軌跡的火電機組運行狀態(tài)模型。

5、將機組出力曲線從傳統(tǒng)的階梯狀建模為分段線性模型，并對該曲線進行光滑處理，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)的機組電量計劃到出力計劃的轉(zhuǎn)換;考慮了燃煤機組運行過程中的加熱、升負荷、調(diào)度和降負荷四個階段，以及各階段生產(chǎn)的電能;可支持任意多種啟動類型，不同類型的啟動費用、加熱時間、升負荷時間和啟動功率軌跡則取決于機組連續(xù)停機時間。計算結(jié)果表明，所提模型是正確合理的，更符合實際的計算。
　　建立了一種計及火電機組啟停功率軌跡的水火備用聯(lián)合調(diào)度MILP模型。由于

6、水電機組爬坡速度極快，將其出力曲線建模為階梯狀;考慮了水電機組的啟停費用和啟停用水量;針對庫容較大的水庫，忽略水頭效應(yīng)，提出了一種考慮振動區(qū)的水電轉(zhuǎn)換函數(shù)的線性表達;結(jié)合電力市場，提出了輔助服務(wù)市場的向下調(diào)節(jié)備用、向上調(diào)節(jié)備用、10分鐘旋轉(zhuǎn)備用和10分鐘非旋轉(zhuǎn)備用更準確的模型。計算結(jié)果表明，所建模型是正確合理的，有利于電力市場環(huán)境下系統(tǒng)備用的頻繁調(diào)用。
　　首次將分段線性化的最新成果—對數(shù)凸組合方法用于電力系統(tǒng)問題。該方法使用格雷