機(jī)組組合理論與算法研究.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和企業(yè)的變革，電力系統(tǒng)規(guī)模和經(jīng)營(yíng)機(jī)制日益迅猛發(fā)展和變化，發(fā)電與用電的地域和時(shí)域差異、負(fù)荷峰谷差、不確定性及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的程度等都在加大，電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度決策越來越復(fù)雜。在這一背景下，電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度理論面臨挑戰(zhàn)、完善和適應(yīng)，有針對(duì)性的對(duì)其深入研究具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。本文以數(shù)學(xué)優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以實(shí)際電力工業(yè)發(fā)展為背景，以機(jī)組啟停、優(yōu)化調(diào)度等電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度理論的核心問題為線索，開展了細(xì)致而深入的研究與實(shí)踐工作，該工作

2、也是國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度中剛性優(yōu)化與柔性決策理論研究”中的重要內(nèi)容，本論文是這一研究、實(shí)踐工作的總結(jié)。論文分為8章，第1章是緒論，第2章至第7章是在前人研究、實(shí)踐基礎(chǔ)上的主要工作，第8章是結(jié)論與展望。本論文的研究工作和創(chuàng)新性成果主要體現(xiàn)在如下方面： 1.對(duì)機(jī)組組合與經(jīng)濟(jì)調(diào)度中拉格朗日乘子的差異及作用機(jī)理進(jìn)行了研究與分析，在逆序排序的機(jī)組組合(Unit Decommitment)方法中提出一種新的拉格朗日乘子的修

3、正方法，免去了繁復(fù)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度計(jì)算，并對(duì)機(jī)組的搜索范圍及機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，在保證原有算法解的經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，使計(jì)算速度得到顯著提高。 2.機(jī)組投運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)水平與機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)容量呈離散型的分布關(guān)系，因而難以與機(jī)組組合的拉格朗日松弛法等有機(jī)結(jié)合。就這一問題，對(duì)系統(tǒng)投運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)曲線的兩種擬合形式，即高斯函數(shù)和指數(shù)函數(shù)，進(jìn)行了分析和研究，發(fā)現(xiàn)前者精度較后者明顯提高。在此基礎(chǔ)上，將投運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)度約束以解析表達(dá)的方式引入拉格朗日松弛法中，

4、有機(jī)一體的完成了機(jī)組組合概率備用約束的優(yōu)化處理，對(duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)有良好的實(shí)用前景。 3.將計(jì)及安全約束機(jī)組組合問題分解為兩個(gè)子優(yōu)化問題，建立了兩個(gè)子優(yōu)化問題間銜接與協(xié)調(diào)的約束表達(dá)，由此提出了兩個(gè)子優(yōu)化問題間交替求解的算法。兩個(gè)子優(yōu)化問題分別為無安全約束的機(jī)組組合問題和計(jì)及安全約束的優(yōu)化潮流問題，通過在后者中引入虛擬變量來反映機(jī)組組合對(duì)電網(wǎng)輸電元件安全的牽制及影響，并借用虛擬變量和發(fā)電轉(zhuǎn)移因子，構(gòu)建前者與后者間關(guān)聯(lián)的補(bǔ)充約束條件，

5、從而形成前者隨后者變化的影響機(jī)制及優(yōu)化方向的修正手段。算法充分兼容現(xiàn)有成型方法，符合電力系統(tǒng)實(shí)際，對(duì)解決安全約束對(duì)機(jī)組組合的制約，以及對(duì)機(jī)組組合方案評(píng)價(jià)，有良好的適應(yīng)性。 4.在對(duì)傳統(tǒng)計(jì)及有功安全約束機(jī)組組合問題研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入了電壓無功約束，構(gòu)建了較全面的機(jī)組組合優(yōu)化模型，對(duì)該模型依據(jù)Benders分解原理，將其分解為主從兩層及層間聯(lián)系的表達(dá)，由此提出相應(yīng)的主從決策迭代算法。其中，主決策是以直流潮流模型為基礎(chǔ)的安全約束

6、機(jī)組組合，從決策為給定有功模式下的系列無功優(yōu)化，通過從決策引導(dǎo)的Benders割形成了主從關(guān)聯(lián)的附加約束。在本文算法機(jī)制下，可充分兼容各種優(yōu)秀的成型方法，形成了從無網(wǎng)絡(luò)制約的機(jī)組組合，到僅考慮有功安全約束的機(jī)組組合，再到考慮電壓無功制約的機(jī)組組合的靈活決策機(jī)制，符合大規(guī)模電網(wǎng)實(shí)際。 5.針對(duì)考慮機(jī)組輸出功率速率約束的安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，建立了Dantzig-Wolfe分解的主從優(yōu)化問題及其迭代機(jī)制來求解。主問題是僅計(jì)及時(shí)間關(guān)聯(lián)約束

7、的優(yōu)化問題，從問題是按研究期間所劃分時(shí)段數(shù)構(gòu)成的若干靜態(tài)子優(yōu)化問題。主問題在由從問題確定的解空間內(nèi)尋優(yōu)；從問題依據(jù)主問題解所對(duì)應(yīng)的拉格朗日乘子來修正其目標(biāo)，以間接松弛時(shí)間關(guān)聯(lián)約束。在給出主從問題交替求解的收斂條件及其論證的基礎(chǔ)上，提出了詳細(xì)的計(jì)算方法和特殊問題的處理手段。此方法能有效解決帶有時(shí)間關(guān)聯(lián)約束的一類安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，具有對(duì)大規(guī)模系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的前景。 6.在電力系統(tǒng)一定運(yùn)行模式(有功、無功給定)下，通過潮流方程雅可比矩陣