CN106815661B - 一种热电联合系统的分解协调调度方法 - Google Patents

一种热电联合系统的分解协调调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热电联合系统的分解协调调度方法，属于电力系统运行技术领域。本方法综合考虑了电力系统的调度模型和供热系统的调度模型，建立了热电联合优化调度模型。针对所提出的热电联合优化调度模型，基于Benders分解算法，提出了一种热电联合系统的分解协调调度求解算法。在所提出的热电联合优化调度分解协调算法中，电力系统和供热系统的调度机构只需对其所管辖的内部系统进行优化，通过热电之间边界条件的交互迭代可获得热电联合优化调度的全局最优解。所提出的热电联合系统的分解协调调度方法具有良好的收敛速度，并可显著提高供热系统的运行灵活性。

Description

一种热电联合系统的分解协调调度方法
技术领域
本发明涉及一种热电联合系统的分解协调调度方法，属于电力系统的运行技术领域。
背景技术
我国北方风电汇集区域电力系统的弃风现象十分严重，一个主要原因是受到热电联产机组最小出力的限制，风电不得不在夜间大风期间弃掉来保证供热系统的最低热供应。通过热电联合优化调度可改善这种现状，具体来说，通过利用城区供热管网的储热效益，实现供热负荷在时间维度上的调整，达到削峰填谷的效果。因此，在夜间风电高发期，热电联产机组可以减小热供应，进而减小其最小电出力，为风电提供消纳空间。
电力系统和供热系统分别由电力公司与供热公司独立运行，由于调度独立性，难以实现对电力系统和供热系统完整模型进行统一调度。因此，提出热电联合系统的分解协调调度方法十分必要。具体来说，电力系统和供热系统可以分别对各自管辖的区域进行调度优化，通过边界条件的迭代获得热电联合优化调度的全局最优解。
Benders分解是一种数学优化算法，其能够将一个复杂的优化问题分解成若干相对简单的优化子问题，通过不同子问题之间边界条件的迭代可获得原始问题的最优解。
发明内容
本发明的目的是提出一种热电联合系统的分解协调调度方法，首先，针对电力系统与供热系统分别建模建立了电力系统经济调度模型和线性化的供热系统调度模型。其次，考虑电力系统和供热系统的耦合约束，建立热电联合优化调度模型。针对热电联合优化调度模型，基于Benders分解算法，提出热电联合优化调度模型的分解协调求解算法。
本发明提出的热电联合系统的分解协调调度方法，包括以下步骤：
(1)建立热电联合系统的调度模型，调度模型由目标函数和约束条件构成，具体包括：
(1-1)热电联合系统调度模型的目标函数：
热电联合系统调度模型的目标函数为电力系统与供热系统运行成本的最小化，表达式为：
Figure BDA0001230739190000021
上式中，T为调度时段集合，ICHP、ITU、IWD和IHB分别为热电联合系统中的热电联产机组、常规机组、风电机组和热锅炉的编号集合，
Figure BDA0001230739190000022
和
Figure BDA0001230739190000023
分别为热电联合系统中热电联产机组、常规机组、风电机组和热锅炉的生产成本函数，i为热电联产机组、常规机组、风电机组和热锅炉中机组或锅炉的编号，t为调度时段；
其中的热电联产机组的生产成本函数为：
Figure BDA0001230739190000024
上式中，
Figure BDA0001230739190000025
和
Figure BDA0001230739190000026
分别为生产成本系数，生产成本系数为热电联产机组固有参数，
Figure BDA0001230739190000027
和
Figure BDA0001230739190000028
分别为第i台热电联产机组在第t个调度时段的有功功率和产热量；
常规机组的生产成本函数为：
Figure BDA0001230739190000029
上式中，
Figure BDA00012307391900000210
和
Figure BDA00012307391900000211
为常规机组的发电成本系数，该系数为常规机组的固有参数，
Figure BDA00012307391900000212
为第i台常规机组在第t个调度时段的有功功率；
风电机组的生产成本函数为：
Figure BDA00012307391900000213
上式中，
Figure BDA00012307391900000214
为弃风惩罚因子，弃风惩罚因子的取值根据对风电的消纳需求确定，由电力系统调度中心根据调度结果反馈进行调节，
Figure BDA00012307391900000215
为第i台风电机组在第t个调度时段的可用有功功率，
Figure BDA00012307391900000216
为风电机组在第t个调度时段的实际有功功率；
热锅炉的生产成本函数为：
Figure BDA00012307391900000217
上式中，
Figure BDA00012307391900000218
为热锅炉的产热成本系数，为热锅炉固有参数，
Figure BDA00012307391900000219
为第i台热锅炉在第t个调度时段的产热量；
(1-2)热电联合系统调度模型的约束条件，包括：
(1-2-1)热电联合系统中电力系统的运行约束条件：
热电联产机组运行约束条件为：
Figure BDA0001230739190000031
Figure BDA0001230739190000032
上式中，NEi为第i台热电联产机组的运行极点编号集合，其中运行极点指热电联产机组的热出力和电出力极限所组成的点，
Figure BDA0001230739190000033
分别为第i台热电联产机组第γ个运行极点的有功功率和产热量，
Figure BDA0001230739190000034
为第i台热电联产机组在第t个调度时段的运行点对应第γ个运行极点的凸组合系数；
热电联产机组爬坡约束条件为：
Figure BDA0001230739190000035
上式中，
Figure BDA0001230739190000036
和
Figure BDA0001230739190000037
分别为第i台热电联产机组的向上爬坡能力和向下爬坡能力，ΔT为调度时段间隔；
常规机组运行约束条件为：
Figure BDA0001230739190000038
上式中，
Figure BDA0001230739190000039
和
Figure BDA00012307391900000310
分别为第i台常规机组的有功功率上限和有功功率下限；
常规机组爬坡约束条件为：
Figure BDA00012307391900000311
上式中，
Figure BDA00012307391900000312
和
Figure BDA00012307391900000313
分别为第i台常规机组的向上爬坡能力和向下爬坡能力；
常规机组的旋转备用约束条件为：
Figure BDA00012307391900000314
Figure BDA00012307391900000315
上式中，
Figure BDA00012307391900000316
和
Figure BDA00012307391900000317
分别为第i台常规机组在第t个调度时段的向上旋转备用和向下旋转备用；
风电机组运行约束条件为：
Figure BDA00012307391900000318
上式中，
Figure BDA00012307391900000319
为第i台风电机组在第t个调度时段的可用有功功率，
Figure BDA00012307391900000320
为风电机组在第t个调度时段的实际有功功率；
热电联合系统中电力系统的功率平衡约束条件为
Figure BDA00012307391900000321
上式中，ILD为电力系统负荷编号集合，Dm,t为第m个负荷在第t个调度时段的有功负荷大小；
热电联合系统中电力系统的线路传输容量约束条件为：
Figure BDA0001230739190000041
上式中，IEPS代表电力系统中节点编号集合，
Figure BDA0001230739190000042
和
Figure BDA0001230739190000043
分别代表与电力系统的第l个节点相连接的热电联产机组、常规机组、风电机组与负荷的索引编号集合，ILN代表电力系统线路编号集合，Lj代表电力系统第j个线路的有功传输容量；
电力系统的旋转备用约束条件为：
Figure BDA0001230739190000044
上式中，SRUt和SRDt分别代表电力系统在第t个调度时段的向上旋转备用和向下旋转备用；
(1-2-2)热电联合系统中供热系统运行约束条件，包括：
(1-2-2-1)包括有热电联产机组和热锅炉的热源的供热约束条件，包括：
供热量与节点的供、回水温差的约束条件为：
Figure BDA0001230739190000045
上式中，集合
Figure BDA0001230739190000046
表示连接在供热系统节点k的热电联产机组和热锅炉编号集合，C为水的比热容，
Figure BDA0001230739190000047
为节点k的水流量，
Figure BDA0001230739190000048
和
Figure BDA0001230739190000049
分别表示节点k的供水温度和回水温度，集合
Figure BDA00012307391900000410
表示供热系统中连接热源的节点集合；
热锅炉的供热量的约束条件：
Figure BDA00012307391900000411
上式中，
Figure BDA00012307391900000412
表示第i个热锅炉的产热量上限；
热源节点的供水温度的约束条件：
Figure BDA00012307391900000413
上式中，
Figure BDA00012307391900000414
和
Figure BDA00012307391900000415
为供热系统中节点k的供水温度上限和温度下限；
(1-2-2-2)换热站运行约束条件，包括：
换热量与节点的供回水温差的关系：
Figure BDA00012307391900000416
上式中，集合
Figure BDA0001230739190000051
表示供热系统中与节点k相连接的换热站集合，
Figure BDA0001230739190000052
表示第n个换热站在第t个调度时段的换热量，集合
Figure BDA0001230739190000053
表示供热系统中连接换热站的节点集合；
换热站节点的回水温度需要确保在安全范围内：
Figure BDA0001230739190000054
上式中，
Figure BDA0001230739190000055
和
Figure BDA0001230739190000056
分别为供热系统中节点k的回水温度上限和温度下限；
(1-2-2-3)供热网络运行约束条件，包括：
Figure BDA0001230739190000057
Figure BDA0001230739190000058
上式中，
Figure BDA0001230739190000059
和
Figure BDA00012307391900000510
分别表示供热系统中由节点k2流向节点k1的供水流量和回水流量，
Figure BDA00012307391900000511
和
Figure BDA00012307391900000512
分别表示供热系统中节点k1的供水管子节点和回水管子节点，
Figure BDA00012307391900000513
为第t个调度时段的环境温度，
Figure BDA00012307391900000514
和
Figure BDA00012307391900000515
分别表示供热系统中由节点k2流向节点k1的供水热传导系数和回水热传导系数，
Figure BDA00012307391900000516
和
Figure BDA00012307391900000517
的取值由下式测算：
Figure BDA00012307391900000518
Figure BDA00012307391900000519
其中，
Figure BDA00012307391900000520
和
Figure BDA00012307391900000521
分别代表供热系统中由节点k2流向节点k1的供水管和回水管的单位热传导系数，该系数可以从水管铭牌中获取，
Figure BDA00012307391900000522
和
Figure BDA00012307391900000523
分别代表供热系统中由节点k2流向节点k1的供水管和回水管的长度。
Figure BDA00012307391900000524
和
Figure BDA00012307391900000525
分别为供热系统的中间温度变量，表示未考虑温度损失情况下由节点k2流向节点k1的供水温度和回水温度，表达式为：
Figure BDA00012307391900000526
Figure BDA00012307391900000528
上式中，
Figure BDA00012307391900000530
分别表示供热系统中由节点k2流向节点k1在供水管和回水管所需的调度时段数，符号
Figure BDA0001230739190000061
表示向下取整；
(2)将步骤(1)建立的热电联合优化调度模型转化成矩阵形式，用xE表示电力系统变量，电力系统变量包括
Figure BDA0001230739190000062
和
Figure BDA0001230739190000063
用xH表示供热系统变量，供热系统变量包括
Figure BDA0001230739190000064
和
Figure BDA0001230739190000065
则热电联合优化调度模型可以转化为如下的矩阵形式：
Figure BDA0001230739190000066
s.t.AExE≤bE
AHxH≤bH
DxE+ExH≤f
上式中，CE和CH分别表示电力系统和供热系统的目标函数，其中，CE代表
Figure BDA0001230739190000067
CH代表
Figure BDA0001230739190000068
约束AExE≤bE表示电力系统的约束条件，即步骤(1-2-1)中的全部约束条件，AE、bE的每一行与电力系统每一个约束条件一一对应，每一列与电力系统中的每一个变量一一对应，其中AE的每一个元素为该元素所在行所对应的约束条件中该元素所在列所对应的变量的系数，bE的每一行的元素为该元素所对应的约束条件中的不等式常数项；约束AHxH≤bH表示供热系统约束条件，即步骤(1-2-2)中除供热量与节点的供回水温差的关系的以外的其他全部约束条件，AH、bH的每一行与供热系统每一个约束条件一一对应，每一列与供热系统中的每一个变量一一对应，其中AH的每一个元素为该元素所在行所对应的约束条件中其列所代表的变量的系数，bH的每一行的元素为该元素所对应的约束条件中的不等式常数项，约束DxE+ExH≤f表示电力系统和供热系统耦合约束条件，即步骤(1-2-2)中的供热量与节点的供回水温差的关系约束条件，D、E、f的每一行与每一个电力系统和供热系统耦合约束条件一一对应，D的每一列与电力系统中的每一个变量一一对应，E的每一列与供热系统中的每一个变量一一对应，其中D、E的每一个元素为该元素所在行所对应的约束条件中该元素所在列所代表的变量的系数，f的每一行的元素为该元素所对应的约束条件中的不等式常数项；
(3)采用分解协调求解算法，对上述步骤(2)得到的矩阵形式的热电联合优化调度模型进行求解，步骤如下：
(3-1)初始化：将迭代次数m初始化为0，最优割数目p初始化为0，可行割数目q初始化为0，求解下面电力系统优化调度问题并得到最优解
Figure BDA0001230739190000071
Figure BDA0001230739190000072
s.t.AExE≤bE
(3-2)根据电力系统的解
Figure BDA0001230739190000073
求解下面供热系统问题：
Figure BDA0001230739190000074
s.t.AHxH≤bH
DxE+ExH≤f
Figure BDA0001230739190000075
(3-2-1)若步骤(3-2)中的供热系统问题可行，将最优割的数目p增加1，生成最优割如下式所示：
Figure BDA0001230739190000076
其中，AOC＝λT,
Figure BDA0001230739190000077
λ为步骤(3-2)中
Figure BDA0001230739190000078
项的拉格朗日乘子，
Figure BDA0001230739190000079
为步骤(3-2)中供热系统问题的最优目标函数值；
(3-2-2)若步骤(3-2)中的供热系统问题不可行，将可行割的数目q增加1，生成可行割如下式所示：
Figure BDA00012307391900000710
其中，参数
Figure BDA00012307391900000711
和
Figure BDA00012307391900000712
的生成步骤如下：
(3-2-2-1)将供热问题的可行性问题表示成如下形式：
Figure BDA00012307391900000713
s.t.AHxH≤bH
Figure BDA00012307391900000714
(3-2-2-2)引入松弛项ε，对上述步骤(3-2-2-1)中的可行性问题进行松弛，得到如下问题：
Figure BDA00012307391900000715
s.t.AHxH≤bH
Figure BDA00012307391900000716
ε≤0
(3-2-2-3)将与上述步骤(3-2-2-2)中的松弛子问题中约束AHxH≤bH和约束
Figure BDA0001230739190000081
相对应的拉格朗日乘子分别记为
Figure BDA0001230739190000082
和
Figure BDA0001230739190000083
则
Figure BDA0001230739190000084
和
Figure BDA0001230739190000085
分别为：
Figure BDA0001230739190000086
(3-3)求解电力系统优化调度问题：
Figure BDA0001230739190000087
s.t.AExE≤bE
CH←E≥0
Figure BDA0001230739190000088
Figure BDA0001230739190000089
将迭代次数m增加1，将最优解记为
Figure BDA00012307391900000810
(3-4)判断迭代的收敛性，若
Figure BDA00012307391900000811
其中Δ是收敛阈值，取值为0.001，则终止迭代，执行步骤(3-5)；若
Figure BDA00012307391900000812
则返回步骤(3-2)继续计算；
(3-5)将得到的最优解作为热电联合优化调度的调度参数。
本发明提出的热电联合系统的分解协调调度方法，其优点是：
本方法综合考虑了电力系统的调度模型和供热系统的调度模型，建立了热电联合优化调度模型。针对所提出的热电联合优化调度模型，基于Benders分解算法，提出了一种热电联合系统的分解协调调度求解算法。在所提出的热电联合优化调度分解协调算法中，电力系统和供热系统的调度机构只需对其所管辖的内部系统进行优化，通过热电之间边界条件的交互迭代可获得热电联合优化调度的全局最优解。所提出的热电联合系统的分解协调调度方法具有良好的收敛速度，并可显著提高供热系统的运行灵活性。
附图说明
图1是典型热电联合系统的结构示意图。
图2是本发明方法中涉及的分解协调调度迭代流程图。
具体实施方式
本发明提出的热电联合系统的分解协调调度方法，其中涉及的热电联合系统的结构如图1所示，该方法包括以下步骤：
(1)建立热电联合系统的调度模型，调度模型由目标函数和约束条件构成，具体包括：
(1-1)热电联合系统调度模型的目标函数：
热电联合系统调度模型的目标函数为电力系统与供热系统运行成本的最小化，表达式为：
Figure BDA0001230739190000091
上式中，T为调度时段集合，ICHP、ITU、IWD和IHB分别为热电联合系统中的热电联产机组、常规机组、风电机组和热锅炉的编号集合，
Figure BDA0001230739190000092
和
Figure BDA0001230739190000093
分别为热电联合系统中热电联产机组、常规机组、风电机组和热锅炉的生产成本函数，i为热电联产机组、常规机组、风电机组和热锅炉中机组或锅炉的编号，t为调度时段；
其中的热电联产机组的生产成本函数为：
Figure BDA0001230739190000094
上式中，
Figure BDA0001230739190000095
和
Figure BDA0001230739190000096
分别为生产成本系数，生产成本系数为热电联产机组固有参数(从机组说明书上获取)，
Figure BDA0001230739190000097
和
Figure BDA0001230739190000098
分别为第i台热电联产机组在第t个调度时段的有功功率和产热量；
常规机组的生产成本函数为：
Figure BDA0001230739190000099
上式中，
Figure BDA00012307391900000910
和
Figure BDA00012307391900000911
为常规机组的发电成本系数，该系数为常规机组的固有参数(从机组说明书上获取)，
Figure BDA00012307391900000912
为第i台常规机组在第t个调度时段的有功功率；
风电机组的生产成本函数为：
Figure BDA00012307391900000913
上式中，
Figure BDA00012307391900000914
为弃风惩罚因子，弃风惩罚因子的取值根据对风电的消纳需求确定，由电力系统调度中心根据调度结果反馈进行调节，
Figure BDA00012307391900000915
为第i台风电机组在第t个调度时段的可用有功功率，
Figure BDA00012307391900000916
为风电机组在第t个调度时段的实际有功功率；
热锅炉的生产成本函数为：
Figure BDA00012307391900000917
上式中，
Figure BDA00012307391900000918
为热锅炉的产热成本系数，为热锅炉固有参数(可以从热锅炉说明书上获取)，
Figure BDA00012307391900000919
为第i台热锅炉在第t个调度时段的产热量；
(1-2)热电联合系统调度模型的约束条件，包括：
(1-2-1)热电联合系统中电力系统的运行约束条件：
热电联产机组运行约束条件为：
Figure BDA0001230739190000101
Figure BDA0001230739190000102
上式中，NEi为第i台热电联产机组的运行极点编号集合，其中运行极点指热电联产机组的热出力和电出力极限所组成的点，
Figure BDA0001230739190000103
分别为第i台热电联产机组第γ个运行极点的有功功率和产热量，
Figure BDA0001230739190000104
为第i台热电联产机组在第t个调度时段的运行点对应第γ个运行极点的凸组合系数；
热电联产机组爬坡约束条件为：
Figure BDA0001230739190000105
上式中，
Figure BDA0001230739190000106
和
Figure BDA0001230739190000107
分别为第i台热电联产机组的向上爬坡能力和向下爬坡能力，ΔT为调度时段间隔；
常规机组运行约束条件为：
Figure BDA0001230739190000108
上式中，
Figure BDA0001230739190000109
和
Figure BDA00012307391900001010
分别为第i台常规机组的有功功率上限和有功功率下限(从机组说明书上获取)；
常规机组爬坡约束条件为：
Figure BDA00012307391900001011
上式中，
Figure BDA00012307391900001012
和
Figure BDA00012307391900001013
分别为第i台常规机组的向上爬坡能力和向下爬坡能力；
常规机组的旋转备用约束条件为：
Figure BDA00012307391900001014
Figure BDA00012307391900001015
上式中，
Figure BDA00012307391900001016
和
Figure BDA00012307391900001017
分别为第i台常规机组在第t个调度时段的向上旋转备用和向下旋转备用，其中，向上旋转备用和向下旋转备用分别指发电机组所能够提供的向上与向下发电功率调节范围；
风电机组运行约束条件为：
Figure BDA00012307391900001018
上式中，
Figure BDA00012307391900001019
为第i台风电机组在第t个调度时段的可用有功功率，
Figure BDA00012307391900001020
为风电机组在第t个调度时段的实际有功功率；
热电联合系统中电力系统的功率平衡约束条件为
Figure BDA0001230739190000111
上式中，ILD为电力系统负荷编号集合，Dm,t为第m个负荷在第t个调度时段的有功负荷大小；
热电联合系统中电力系统的线路传输容量约束条件为：
Figure BDA0001230739190000112
上式中，IEPS代表电力系统中节点编号集合，
Figure BDA0001230739190000113
和
Figure BDA0001230739190000114
分别代表与电力系统的第l个节点相连接的热电联产机组、常规机组、风电机组与负荷的索引编号集合，ILN代表电力系统线路编号集合，Lj代表电力系统第j个线路的有功传输容量；
电力系统的旋转备用约束条件为：
Figure BDA0001230739190000115
上式中，SRUt和SRDt分别代表电力系统在第t个调度时段的向上旋转备用和向下旋转备用；
(1-2-2)热电联合系统中供热系统运行约束条件，包括：
(1-2-2-1)包括有热电联产机组和热锅炉的热源的供热约束条件，包括：
供热量与节点的供、回水温差的约束条件为：
Figure BDA0001230739190000116
上式中，集合
Figure BDA0001230739190000117
表示连接在供热系统节点k的热电联产机组和热锅炉编号集合，C为水的比热容，
Figure BDA0001230739190000118
为节点k的水流量，
Figure BDA0001230739190000119
和
Figure BDA00012307391900001110
分别表示节点k的供水温度和回水温度(供热系统的每个节点既有供水管又有回水管)，集合
Figure BDA00012307391900001111
表示供热系统中连接热源的节点集合；
热锅炉的供热量的约束条件，即热锅炉的供热量需在其供热量上限内：
Figure BDA00012307391900001112
上式中，
Figure BDA00012307391900001113
表示第i个热锅炉的产热量上限；
热源节点的供水温度的约束条件，即热源节点的供水温度需要保证在一定范围内：
Figure BDA00012307391900001114
上式中，
Figure BDA00012307391900001115
和
Figure BDA00012307391900001116
为供热系统中节点k的供水温度上限和温度下限；
(1-2-2-2)换热站运行约束条件，包括：
换热量与节点的供回水温差的关系：
Figure BDA0001230739190000121
上式中，集合
Figure BDA0001230739190000122
表示供热系统中与节点k相连接的换热站集合，
Figure BDA0001230739190000123
表示第n个换热站在第t个调度时段的换热量，集合
Figure BDA0001230739190000124
表示供热系统中连接换热站的节点集合；
换热站节点的回水温度需要确保在安全范围内：
Figure BDA0001230739190000125
上式中，
Figure BDA0001230739190000126
和
Figure BDA0001230739190000127
分别为供热系统中节点k的回水温度上限和温度下限；
(1-2-2-3)供热网络运行约束条件，包括：
Figure BDA0001230739190000128
Figure BDA0001230739190000129
上式中，
Figure BDA00012307391900001210
和
Figure BDA00012307391900001211
分别表示供热系统中由节点k2流向节点k1的供水流量和回水流量，
Figure BDA00012307391900001212
和
Figure BDA00012307391900001213
分别表示供热系统中节点k1的供水管子节点和回水管子节点，
Figure BDA00012307391900001214
为第t个调度时段的环境温度，
Figure BDA00012307391900001215
和
Figure BDA00012307391900001216
分别表示供热系统中由节点k2流向节点k1的供水热传导系数和回水热传导系数，
Figure BDA00012307391900001217
和
Figure BDA00012307391900001218
的取值由下式测算：
Figure BDA00012307391900001219
Figure BDA00012307391900001220
其中，
Figure BDA00012307391900001221
和
Figure BDA00012307391900001222
分别代表供热系统中由节点k2流向节点k1的供水管和回水管的单位热传导系数，该系数可以从水管铭牌中获取，
Figure BDA00012307391900001223
和
Figure BDA00012307391900001224
分别代表供热系统中由节点k2流向节点k1的供水管和回水管的长度。
Figure BDA00012307391900001225
和
Figure BDA00012307391900001226
分别为供热系统的中间温度变量，表示未考虑温度损失情况下由节点k2流向节点k1的供水温度和回水温度，表达式为：
Figure BDA00012307391900001227
Figure BDA0001230739190000131
上式中，
Figure BDA0001230739190000133
分别表示供热系统中由节点k2流向节点k1在供水管和回水管所需的调度时段数，符号
Figure BDA0001230739190000134
表示向下取整；
(2)将步骤(1)建立的热电联合优化调度模型转化成矩阵形式，用xE表示电力系统变量，电力系统变量包括
Figure BDA0001230739190000135
和
Figure BDA0001230739190000136
用xH表示供热系统变量，供热系统变量包括
Figure BDA0001230739190000137
和
Figure BDA0001230739190000138
则热电联合优化调度模型可以转化为如下的矩阵形式：
Figure BDA0001230739190000139
s.t.AExE≤bE
AHxH≤bH
DxE+ExH≤f
上式中，CE和CH分别表示电力系统和供热系统的目标函数，其中，CE代表
Figure BDA00012307391900001311
CH代表
Figure BDA00012307391900001312
约束AExE≤bE表示电力系统的约束条件，即步骤(1-2-1)中的全部约束条件，AE、bE的每一行与电力系统每一个约束条件一一对应，每一列与电力系统中的每一个变量一一对应，其中AE的每一个元素为该元素所在行所对应的约束条件中该元素所在列所对应的变量的系数，bE的每一行的元素为该元素所对应的约束条件中的不等式常数项；约束AHxH≤bH表示供热系统约束条件，即步骤(1-2-2)中除供热量与节点的供回水温差的关系的以外的其他全部约束条件，AH、bH的每一行与供热系统每一个约束条件一一对应，每一列与供热系统中的每一个变量一一对应，其中AH的每一个元素为该元素所在行所对应的约束条件中其列所代表的变量的系数，bH的每一行的元素为该元素所对应的约束条件中的不等式常数项，约束DxE+ExH≤f表示电力系统和供热系统耦合约束条件，即步骤(1-2-2)中的供热量与节点的供回水温差的关系约束条件，D、E、f的每一行与每一个电力系统和供热系统耦合约束条件一一对应，D的每一列与电力系统中的每一个变量一一对应，E的每一列与供热系统中的每一个变量一一对应，其中D、E的每一个元素为该元素所在行所对应的约束条件中该元素所在列所代表的变量的系数，f的每一行的元素为该元素所对应的约束条件中的不等式常数项；
(3)采用分解协调求解算法，对上述步骤(2)得到的矩阵形式的热电联合优化调度模型进行求解，求解流程如图2所示，步骤如下：
(3-1)初始化：将迭代次数m初始化为0，最优割数目p初始化为0，可行割数目q初始化为0，求解下面电力系统优化调度问题并得到最优解
Figure BDA0001230739190000141
Figure BDA0001230739190000142
s.t.AExE≤bE
(3-2)根据电力系统的解
Figure BDA0001230739190000143
求解下面供热系统问题：
Figure BDA0001230739190000144
s.t.AHxH≤bH
DxE+ExH≤f
Figure BDA0001230739190000146
(3-2-1)若步骤(3-2)中的供热系统问题可行，将最优割的数目p增加1，生成最优割如下式所示：
Figure BDA0001230739190000147
其中，AOC＝λT,
Figure BDA0001230739190000148
λ为步骤(3-2)中
Figure BDA0001230739190000149
项的拉格朗日乘子，
Figure BDA00012307391900001410
为步骤(3-2)中供热系统问题的最优目标函数值；
(3-2-2)若步骤(3-2)中的供热系统问题不可行，将可行割的数目q增加1，生成可行割如下式所示：
Figure BDA00012307391900001411
其中，参数
Figure BDA00012307391900001412
和
Figure BDA00012307391900001413
的生成步骤如下：
(3-2-2-1)将供热问题的可行性问题表示成如下形式：
Figure BDA00012307391900001414
s.t.AHxH≤bH
Figure BDA00012307391900001415
(3-2-2-2)引入松弛项ε，对上述步骤(3-2-2-1)中的可行性问题进行松弛，得到如下问题：
Figure BDA0001230739190000151
s.t.AHxH≤bH
Figure BDA0001230739190000152
ε≤0
(3-2-2-3)将与上述步骤(3-2-2-2)中的松弛子问题中约束AHxH≤bH和约束
Figure BDA0001230739190000153
相对应的拉格朗日乘子分别记为
Figure BDA0001230739190000154
和
Figure BDA0001230739190000155
则
Figure BDA0001230739190000156
和
Figure BDA0001230739190000157
分别为：
Figure BDA0001230739190000158
(3-3)求解电力系统优化调度问题：
Figure BDA0001230739190000159
s.t.AExE≤bE
CH←E≥0
Figure BDA00012307391900001510
Figure BDA00012307391900001511
将迭代次数m增加1，将最优解记为
Figure BDA00012307391900001512
(3-4)判断迭代的收敛性，若
Figure BDA00012307391900001513
其中Δ是收敛阈值，一般取0.001，则终止迭代，执行步骤(3-5)；若
Figure BDA00012307391900001514
则返回步骤(3-2)继续计算；
(3-5)将得到的最优解作为热电联合优化调度的调度参数。

Claims (1)

1.一种热电联合系统的分解协调调度方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)建立热电联合系统的调度模型，调度模型由目标函数和约束条件构成，具体包括：
(1-1)热电联合系统调度模型的目标函数：
热电联合系统调度模型的目标函数为电力系统与供热系统运行成本的最小化，表达式为：
Figure FDA0002557102860000011
上式中，T为调度时段集合，ICHP、ITU、IWD和IHB分别为热电联合系统中的热电联产机组、常规机组、风电机组和热锅炉的编号集合，
Figure FDA0002557102860000012
和
Figure FDA0002557102860000013
分别为热电联合系统中热电联产机组、常规机组、风电机组和热锅炉的生产成本函数，i为热电联产机组、常规机组、风电机组和热锅炉中机组或锅炉的编号，t为调度时段；
其中的热电联产机组的生产成本函数为：
Figure FDA0002557102860000014
上式中，
Figure FDA0002557102860000015
和
Figure FDA0002557102860000016
分别为生产成本系数，生产成本系数为热电联产机组固有参数，
Figure FDA0002557102860000017
和
Figure FDA0002557102860000018
分别为第i台热电联产机组在第t个调度时段的有功功率和产热量；
常规机组的生产成本函数为：
Figure FDA0002557102860000019
上式中，
Figure FDA00025571028600000110
和
Figure FDA00025571028600000111
为常规机组的发电成本系数，该系数为常规机组的固有参数，
Figure FDA00025571028600000112
为第i台常规机组在第t个调度时段的有功功率；
风电机组的生产成本函数为：
Figure FDA00025571028600000113
上式中，
Figure FDA00025571028600000114
为弃风惩罚因子，弃风惩罚因子的取值根据对风电的消纳需求确定，由电力系统调度中心根据调度结果反馈进行调节，
Figure FDA0002557102860000021
为第i台风电机组在第t个调度时段的可用有功功率，
Figure FDA0002557102860000022
为风电机组在第t个调度时段的实际有功功率；
热锅炉的生产成本函数为：
Figure FDA0002557102860000023
上式中，
Figure FDA0002557102860000024
为热锅炉的产热成本系数，为热锅炉固有参数，
Figure FDA0002557102860000025
为第i台热锅炉在第t个调度时段的产热量；
(1-2)热电联合系统调度模型的约束条件，包括：
(1-2-1)热电联合系统中电力系统的运行约束条件：
热电联产机组运行约束条件为：
Figure FDA0002557102860000026
Figure FDA0002557102860000027
上式中，NEi为第i台热电联产机组的运行极点编号集合，其中运行极点指热电联产机组的热出力和电出力极限所组成的点，
Figure FDA00025571028600000218
Figure FDA0002557102860000028
分别为第i台热电联产机组第γ个运行极点的有功功率和产热量，
Figure FDA0002557102860000029
为第i台热电联产机组在第t个调度时段的运行点对应第γ个运行极点的凸组合系数；
热电联产机组爬坡约束条件为：
Figure FDA00025571028600000210
上式中，
Figure FDA00025571028600000211
和
Figure FDA00025571028600000212
分别为第i台热电联产机组的向上爬坡能力和向下爬坡能力，ΔT为调度时段间隔；
常规机组运行约束条件为：
Figure FDA00025571028600000213
上式中，
Figure FDA00025571028600000214
和Pi TU 分别为第i台常规机组的有功功率上限和有功功率下限；
常规机组爬坡约束条件为：
Figure FDA00025571028600000215
上式中，
Figure FDA00025571028600000216
和
Figure FDA00025571028600000217
分别为第i台常规机组的向上爬坡能力和向下爬坡能力；
常规机组的旋转备用约束条件为：
Figure FDA0002557102860000031
Figure FDA0002557102860000032
上式中，
Figure FDA0002557102860000033
和
Figure FDA0002557102860000034
分别为第i台常规机组在第t个调度时段的向上旋转备用和向下旋转备用；
风电机组运行约束条件为：
Figure FDA0002557102860000035
上式中，
Figure FDA0002557102860000036
为第i台风电机组在第t个调度时段的可用有功功率，
Figure FDA0002557102860000037
为风电机组在第t个调度时段的实际有功功率；
热电联合系统中电力系统的功率平衡约束条件为
Figure FDA0002557102860000038
上式中，ILD为电力系统负荷编号集合，Dm,t为第m个负荷在第t个调度时段的有功负荷大小；
热电联合系统中电力系统的线路传输容量约束条件为：
Figure FDA0002557102860000039
上式中，IEPS代表电力系统中节点编号集合，
Figure FDA00025571028600000310
和
Figure FDA00025571028600000311
分别代表与电力系统的第l个节点相连接的热电联产机组、常规机组、风电机组与负荷的索引编号集合，ILN代表电力系统线路编号集合，Lj代表电力系统第j个线路的有功传输容量；
电力系统的旋转备用约束条件为：
Figure FDA00025571028600000312
上式中，SRUt和SRDt分别代表电力系统在第t个调度时段的向上旋转备用和向下旋转备用；
(1-2-2)热电联合系统中供热系统运行约束条件，包括：
(1-2-2-1)包括有热电联产机组和热锅炉的热源的供热约束条件，包括：
供热量与节点的供、回水温差的约束条件为：
Figure FDA0002557102860000041
上式中，集合
Figure FDA0002557102860000042
表示连接在供热系统节点k的热电联产机组和热锅炉编号集合，C为水的比热容，
Figure FDA0002557102860000043
为节点k的水流量，
Figure FDA0002557102860000044
和
Figure FDA0002557102860000045
分别表示节点k的供水温度和回水温度，集合
Figure FDA0002557102860000046
表示供热系统中连接热源的节点集合；
热锅炉的供热量的约束条件：
Figure FDA0002557102860000047
上式中，
Figure FDA0002557102860000048
表示第i个热锅炉的产热量上限；
热源节点的供水温度的约束条件：
Figure FDA0002557102860000049
上式中，
Figure FDA00025571028600000410
和
Figure FDA00025571028600000411
为供热系统中节点k的供水温度上限和温度下限；
(1-2-2-2)换热站运行约束条件，包括：
换热量与节点的供回水温差的关系：
Figure FDA00025571028600000412
上式中，集合
Figure FDA00025571028600000413
表示供热系统中与节点k相连接的换热站集合，
Figure FDA00025571028600000414
表示第n个换热站在第t个调度时段的换热量，集合
Figure FDA00025571028600000415
表示供热系统中连接换热站的节点集合；
换热站节点的回水温度需要确保在安全范围内：
Figure FDA00025571028600000416
上式中，
Figure FDA00025571028600000417
和
Figure FDA00025571028600000418
分别为供热系统中节点k的回水温度上限和温度下限；
(1-2-2-3)供热网络运行约束条件，包括：
Figure FDA00025571028600000419
Figure FDA0002557102860000051
上式中，
Figure FDA0002557102860000052
和
Figure FDA0002557102860000053
分别表示供热系统中由节点k2流向节点k1的供水流量和回水流量，
Figure FDA0002557102860000054
和
Figure FDA0002557102860000055
分别表示供热系统中节点k1的供水管子节点和回水管子节点，
Figure FDA0002557102860000056
为第t个调度时段的环境温度，
Figure FDA0002557102860000057
和
Figure FDA0002557102860000058
分别表示供热系统中由节点k2流向节点k1的供水热传导系数和回水热传导系数，
Figure FDA0002557102860000059
和
Figure FDA00025571028600000510
的取值由下式测算：
Figure FDA00025571028600000511
Figure FDA00025571028600000512
其中，
Figure FDA00025571028600000513
和
Figure FDA00025571028600000514
分别代表供热系统中由节点k2流向节点k1的供水管和回水管的单位热传导系数，该系数可以从水管铭牌中获取，
Figure FDA00025571028600000515
和
Figure FDA00025571028600000516
分别代表供热系统中由节点k2流向节点k1的供水管和回水管的长度；
Figure FDA00025571028600000517
和
Figure FDA00025571028600000518
分别为供热系统的中间温度变量，表示未考虑温度损失情况下由节点k2流向节点k1的供水温度和回水温度，表达式为：
Figure FDA00025571028600000519
Figure FDA00025571028600000520
Figure FDA00025571028600000521
上式中，
Figure FDA00025571028600000523
分别表示供热系统中由节点k2流向节点k1在供水管和回水管所需的调度时段数，符号
Figure FDA00025571028600000524
表示向下取整；
(2)将步骤(1)建立的热电联合优化调度模型转化成矩阵形式，用xE表示电力系统变量，电力系统变量包括
Figure FDA00025571028600000525
和
Figure FDA00025571028600000526
用xH表示供热系统变量，供热系统变量包括
Figure FDA00025571028600000527
和
Figure FDA00025571028600000528
则热电联合优化调度模型可以转化为如下的矩阵形式：
Figure FDA0002557102860000061
s.t.AExE≤bE
AHxH≤bH
DxE+ExH≤f
上式中，CE和CH分别表示电力系统和供热系统的目标函数，其中，CE代表
Figure FDA0002557102860000062
CH代表
Figure FDA0002557102860000063
约束AExE≤bE表示电力系统的约束条件，即步骤(1-2-1)中的全部约束条件，AE、bE的每一行与电力系统每一个约束条件一一对应，每一列与电力系统中的每一个变量一一对应，其中AE的每一个元素为该元素所在行所对应的约束条件中该元素所在列所对应的变量的系数，bE的每一行的元素为该元素所对应的约束条件中的不等式常数项；约束AHxH≤bH表示供热系统约束条件，即步骤(1-2-2)中除供热量与节点的供回水温差的关系的以外的其他全部约束条件，AH、bH的每一行与供热系统每一个约束条件一一对应，每一列与供热系统中的每一个变量一一对应，其中AH的每一个元素为该元素所在行所对应的约束条件中其列所代表的变量的系数，bH的每一行的元素为该元素所对应的约束条件中的不等式常数项，约束DxE+ExH≤f表示电力系统和供热系统耦合约束条件，即步骤(1-2-2)中的供热量与节点的供回水温差的关系约束条件，D、E、f的每一行与每一个电力系统和供热系统耦合约束条件一一对应，D的每一列与电力系统中的每一个变量一一对应，E的每一列与供热系统中的每一个变量一一对应，其中D、E的每一个元素为该元素所在行所对应的约束条件中该元素所在列所代表的变量的系数，f的每一行的元素为该元素所对应的约束条件中的不等式常数项；
(3)采用分解协调求解算法，对上述步骤(2)得到的矩阵形式的热电联合优化调度模型进行求解，步骤如下：
(3-1)初始化：将迭代次数m初始化为0，最优割数目p初始化为0，可行割数目q初始化为0，求解下面电力系统优化调度问题并得到最优解
Figure FDA0002557102860000064
Figure FDA0002557102860000071
s.t.AExE≤bE
(3-2)根据电力系统的解
Figure FDA0002557102860000072
求解下面供热系统问题：
Figure FDA0002557102860000073
s.t.AHxH≤bH
DxE+ExH≤f
Figure FDA0002557102860000074
(3-2-1)若步骤(3-2)中的供热系统问题可行，将最优割的数目p增加1，生成最优割如下式所示：
Figure FDA0002557102860000075
其中，
Figure FDA0002557102860000076
λ为步骤(3-2)中
Figure FDA0002557102860000077
项的拉格朗日乘子，
Figure FDA0002557102860000078
为步骤(3-2)中供热系统问题的最优目标函数值；
(3-2-2)若步骤(3-2)中的供热系统问题不可行，将可行割的数目q增加1，生成可行割如下式所示：
Figure FDA0002557102860000079
其中，参数
Figure FDA00025571028600000710
和
Figure FDA00025571028600000711
的生成步骤如下：
(3-2-2-1)将供热问题的可行性问题表示成如下形式：
Figure FDA00025571028600000712
s.t.AHxH≤bH
Figure FDA00025571028600000713
(3-2-2-2)引入松弛项ε，对上述步骤(3-2-2-1)中的可行性问题进行松弛，得到如下问题：
Figure FDA00025571028600000714
s.t.AHxH≤bH
Figure FDA00025571028600000715
ε≤0
(3-2-2-3)将与上述步骤(3-2-2-2)中的松弛子问题中约束AHxH≤bH和约束
Figure FDA0002557102860000081
相对应的拉格朗日乘子分别记为
Figure FDA0002557102860000082
和
Figure FDA0002557102860000083
则
Figure FDA0002557102860000084
和
Figure FDA0002557102860000085
分别为：
Figure FDA0002557102860000086
(3-3)求解电力系统优化调度问题：
Figure FDA0002557102860000087
s.t.AExE≤bE
CH←E≥0
Figure FDA0002557102860000088
Figure FDA0002557102860000089
将迭代次数m增加1，将最优解记为
Figure FDA00025571028600000810
(3-4)判断迭代的收敛性，若
Figure FDA00025571028600000811
其中Δ是收敛阈值，取值为0.001，则终止迭代，执行步骤(3-5)；若
Figure FDA00025571028600000812
则返回步骤(3-2)继续计算；
(3-5)将得到的最优解作为热电联合优化调度的调度参数。
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