CN109670734B - 基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法 - Google Patents

基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109670734B
CN109670734B CN201910092279.3A CN201910092279A CN109670734B CN 109670734 B CN109670734 B CN 109670734B CN 201910092279 A CN201910092279 A CN 201910092279A CN 109670734 B CN109670734 B CN 109670734B
Authority
CN
China
Prior art keywords
normalization
cooperative
emission
fuel cost
power system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910092279.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109670734A (zh
Inventor
邹德旋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Normal University
Original Assignee
Jiangsu Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Normal University filed Critical Jiangsu Normal University
Priority to CN201910092279.3A priority Critical patent/CN109670734B/zh
Publication of CN109670734A publication Critical patent/CN109670734A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109670734B publication Critical patent/CN109670734B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
    • G06Q10/06313—Resource planning in a project environment
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，包括步骤A：产生M个候选解，计算其燃油成本、废气排放量和约束违背量。步骤B：对候选解进行协同归一化处理；步骤C：选择罚函数值最小的候选解为最优解；步骤D：若最优解的约束违背量为0，则它即为满足所有约束条件的最优电力系统经济排放调度方案，否则，重复步骤A～C；本发明通过协同归一化法消除燃油成本和废气排放量之间的物理量纲、数量级和改进潜力差别，有效解决了发电过程中难以兼顾节约成本与减少污染的问题，提高了电能利用率，保障了电力供需平衡。

Description

基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统经济排放调度方法，具体为一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法。
背景技术
目前，电力系统仍主要采用火力发电，其技术成熟、运行稳定。然而，在发电过程中需要燃烧大量化石燃料，一方面，发电厂需要支付高昂的生产费用，另一方面，所产生的废气容易造成环境污染，不利于绿色可持续发展；兼顾减少废气排放量和节省燃油成本一直是电力系统经济调度的一项重要研究内容。
电力系统经济排放调度是一种基于火力发电的电网调度技术：该技术为不同的发电单元规划发电出力，目的是在满足所有实际约束条件的基础上实现燃油成本和废气排放量最小化。
因为每个发电机组的装机容量不尽相同，所以在规划电力出力时要保证每个发电机组的计划出力不能超出自身的容量范围以外。另外，发电机组总的发电出力经过传输线输送到用户端，考虑到电能在传输线上有损耗，因此要求总发电出力等于用户端电力需求与传输线损耗之和。在满足这些实际约束条件的同时，电力系统经济排放调度具有同时最小化生产成本和废气排放量的特点，有利于保障电力供需平衡、降低生产成本、减小污染。
电力系统经济排放调度中两个目标函数(燃油成本和废气排放量)的物理量纲不同，二者存在数量级差别，且改进潜力不同。难点在于如何权衡这两个目标函数，以最大程度缓解二者彼此之间的冲突。所使用的多目标优化技术要充分兼顾二者的利益，避免为了提高其中一个指标而过度抑制另一个指标。
因此，所找到的最优解通常是一种折中解，即它的燃油成本和废气排放量都不是所有待比较解中最低的，但对应的综合指标是最优的。
电力系统经济排放调度主要使用权重和法(Weighted sum method,WSM)来最小化燃油成本和废气排放量。WSM通过引入价格惩罚因子来消除两个目标函数之间的物理量纲，并将二者融合为一个单目标函数。然而，两个目标函数不成线性关系，当发电出力变化时，它们的变化率不同，使WSM难以兼顾二者的数量级和改进潜力差别。若任意发电出力变量偏离其上限较大，则WSM会偏重其中一个目标函数，不利于缓解两个目标函数之间的矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，通过将待比较候选解的两个目标进行分类归一化以消除燃油成本和废气排放量在物理量纲、数量级和改进潜力方面的差别，从而均衡两个目标的利益。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，包括以下步骤：
步骤A：首先产生M个候选解，计算其燃油成本、废气排放量和约束违背量；
步骤B：对候选解进行协同归一化处理，包括如下步骤：
步骤B-1：构造一个M×3阶矩阵P，其中每行都存储着1个候选解的燃油成本、废气排放量和约束违背量；
步骤B-2：从第1列中选取前1/2低的燃油成本值，并求出其Contraharmonic均值
Figure BDA0001963604030000021
用相同方法求出与第2列对应的废气排放量的Contraharmonic均值Em；
步骤B-3：将矩阵P中第1列所有燃油成本都除以Cm，将矩阵P中第2列所有废气排放量都除以Em，对矩阵P中第3列所有约束违背量不作处理，最终得到协同归一化矩阵Q；
步骤B-4：将矩阵Q中归一化燃油成本和废气排放量进行线性加权，形成单目标函数值，再将其与约束违背量融合为罚函数值；
步骤C：选择罚函数值最小的候选解为最优解；
步骤D：若最优解的约束违背量为0，则它即为满足所有约束条件的最优电力系统经济排放调度方案，否则，重复步骤A～C。
在所述步骤A中，所述燃油成本包含二次函数和基于阀点效应的正弦函数的绝对值，废气排放量包含二次函数和指数函数；
Figure BDA0001963604030000031
Figure BDA0001963604030000032
C为总的燃油成本，E为总的废气排放量，ai、bi、ci、ei和fi为第i个发电单元的燃油成本系数，αi、βi、γi、ηi和δi为第i个发电单元的排放系数，Pi为第i个发电单元的发电出力，Pi,min为其最小值。
在步骤B中，协同归一化属于多目标优化方法，由所有候选解的目标函数值与约束违背量构成。
在所述步骤C中，所述罚函数值含有罚函数系数，将其设置为1010以惩罚约束违背量；当约束违背量为0时，对应的候选解为可行解。
若同等重视燃油成本和废气排放量，则可将二者的加权系数都设置为0.5；否则，根据重视程度调整加权系数。
与现有技术相比，本发明相较于现有多目标优化技术，本发明的基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法在保持原有低复杂度的前提下，充分利用候选解的有效信息，改进了传统的罚函数构成，设计了基于Contraharmonic均值的多目标优化算法，解决了多目标优化过程中无法同时兼顾燃油成本和废气排放量的物理量纲、数量级和改进潜力差别的问题，有效地均衡了两个目标的利益。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为本发明分别基于协同归一化法(Cooperation normalization approach,CNA)和WSM法的电力系统经济排放调度的Pareto前沿示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，包括以下步骤：
步骤A：首先产生M个候选解，计算其燃油成本、废气排放量和约束违背量，所述燃油成本包含二次函数和基于阀点效应的正弦函数的绝对值，废气排放量包含二次函数和指数函数：
Figure BDA0001963604030000051
Figure BDA0001963604030000052
C为总的燃油成本，E为总的废气排放量，ai、bi、ci、ei和fi为第i个发电单元的燃油成本系数，αi、βi、γi、ηi和δi为第i个发电单元的排放系数，Pi为第i个发电单元的发电出力，Pi,min为其最小值；
步骤B：对候选解进行协同归一化处理，协同归一化属于多目标优化方法，由所有候选解的目标函数值与约束违背量构成，其包括如下步骤：
步骤B-1：构造一个M×3阶矩阵P，其中每行都存储着1个候选解的燃油成本、废气排放量和约束违背量；
步骤B-2：从第1列中选取前1/2低的燃油成本值，并求出其Contraharmonic均值
Figure BDA0001963604030000053
用相同方法求出与第2列对应的废气排放量的Contraharmonic均值Em；
步骤B-3：将矩阵P中第1列所有燃油成本都除以Cm，将矩阵P中第2列所有废气排放量都除以Em，对矩阵P中第3列所有约束违背量不作处理，最终得到协同归一化矩阵Q；
步骤B-4：将矩阵Q中归一化燃油成本和废气排放量进行线性加权，形成单目标函数值，再将其与约束违背量融合为罚函数值；
步骤C：选择罚函数值最小的候选解为最优解，所述罚函数值含有罚函数系数，将其设置为1010以惩罚约束违背量；当约束违背量为0时，对应的候选解为可行解，如果约束违背量不为0，那么即使获得的目标函数值再小也无法完全满足所有约束条件；为了兼顾目标函数和约束条件，本申请将归一化的两个目标与约束违背量构成罚函数，为评估候选解的质量提供了客观标准；
步骤D：若最优解的约束违背量为0，则它即为满足所有约束条件的最优电力系统经济排放调度方案，否则，重复步骤A～C，步骤D中，最优电力系统经济排放调度方案通过电力调度中心实现。
其中，若同等重视燃油成本和废气排放量，则可将二者的加权系数都设置为0.5；否则，根据重视程度调整加权系数。
如图2所示，是本发明分别基于协同归一化法(Cooperation normalizationapproach,CNA)和WSM法的电力系统经济排放调度的Pareto前沿示意图，图中CNA的Pareto前沿更靠近横轴和纵轴，说明本发明在处理多目标优化时具有比WSM法更好的均衡性。
本发明基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法应用于电力系统发电机组的燃油成本和废气排放量最小化；本发明对候选解的两个目标取Contraharmonic平均以使归一化所需的参考值更优；该算法在没有增加多目标优化复杂度的情况下，仅设计包含所有候选解信息的罚函数，就很好地缓解了燃油成本和废气排放量之间的矛盾。
相较于现有多目标优化技术，本发明的基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法在保持原有低复杂度的前提下，充分利用候选解的有效信息，改进了传统的罚函数构成，设计了基于Contraharmonic均值的多目标优化算法，解决了多目标优化过程中无法同时兼顾燃油成本和废气排放量的物理量纲、数量级和改进潜力差别的问题，有效地均衡了两个目标的利益；
在电力市场环境下，该方法建立了一种对发电调度计划的优化安排，是电力系统安全运行，缓解供需矛盾，提高电能质量的有力保障，具有很重要的现实意义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：首先产生M个候选解，计算其燃油成本、废气排放量和约束违背量；
步骤B：对候选解进行协同归一化处理，包括如下步骤：
步骤B-1：构造一个M×3阶矩阵P，其中每行都存储着1个候选解的燃油成本、废气排放量和约束违背量；
步骤B-2：从第1列中选取前1/2低的燃油成本值，并求出其Contraharmonic均值
Figure FDA0003936217790000011
用相同方法求出与第2列对应的废气排放量的Contraharmonic均值Em；
步骤B-3：将矩阵P中第1列所有燃油成本都除以Cm，将矩阵P中第2列所有废气排放量都除以Em，对矩阵P中第3列所有约束违背量不作处理，最终得到协同归一化矩阵Q；
步骤B-4：将矩阵Q中归一化燃油成本和废气排放量进行线性加权，形成单目标函数值，再将其与约束违背量融合为罚函数值；
步骤C：选择罚函数值最小的候选解为最优解；
步骤D：若最优解的约束违背量为0，则它即为满足所有约束条件的最优电力系统经济排放调度方案，否则，重复步骤A～C。
2.根据权利要求1所述的一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，其特征在于：在所述步骤A中，所述燃油成本包含二次函数和基于阀点效应的正弦函数的绝对值，废气排放量包含二次函数和指数函数:
Figure FDA0003936217790000021
Figure FDA0003936217790000022
C为总的燃油成本，E为总的废气排放量，ai、bi、ci、ei和fi为第i个发电单元的燃油成本系数，αi、βi、γi、ηi和δi为第i个发电单元的排放系数，Pi为第i个发电单元的发电出力，Pi,min为其最小值。
3.根据权利要求1所述的一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，其特征在于：在步骤B中，协同归一化属于多目标优化方法，由所有候选解的目标函数值与约束违背量构成。
4.根据权利要求1所述的一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，其特征在于：在所述步骤C中，所述罚函数值含有罚函数系数，将其设置为1010以惩罚约束违背量；当约束违背量为0时，对应的候选解为可行解。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法，其特征在于：若同等重视燃油成本和废气排放量，则将二者的加权系数都设置为0.5；否则，根据重视程度调整加权系数。
CN201910092279.3A 2019-01-30 2019-01-30 基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法 Active CN109670734B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910092279.3A CN109670734B (zh) 2019-01-30 2019-01-30 基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910092279.3A CN109670734B (zh) 2019-01-30 2019-01-30 基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109670734A CN109670734A (zh) 2019-04-23
CN109670734B true CN109670734B (zh) 2023-02-07

Family

ID=66149941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910092279.3A Active CN109670734B (zh) 2019-01-30 2019-01-30 基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109670734B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114066280B (zh) * 2021-11-23 2024-08-13 吉林化工学院 一种基于改进蜜獾优化的电力经济排放调度方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103326353A (zh) * 2013-05-21 2013-09-25 武汉大学 基于改进多目标粒子群算法的环境经济发电调度求解方法
CN109066812A (zh) * 2018-10-29 2018-12-21 东北大学 一种基于双层一致性算法的电力系统多目标优化调度方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103326353A (zh) * 2013-05-21 2013-09-25 武汉大学 基于改进多目标粒子群算法的环境经济发电调度求解方法
CN109066812A (zh) * 2018-10-29 2018-12-21 东北大学 一种基于双层一致性算法的电力系统多目标优化调度方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于Pareto最优的电力系统环境经济调度;刘隽楷等;《电力科学与工程》;20180828(第08期);全文 *
电力系统动态环境经济调度问题的建模与求解;李晨等;《电力系统及其自动化学报》;20170715(第07期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109670734A (zh) 2019-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Regional allocation of CO2 emissions allowance over provinces in China by 2020
Wu et al. Source-network-storage joint planning considering energy storage systems and wind power integration
Han et al. Optimal quota in China's energy capping policy in 2030 with renewable targets and sectoral heterogeneity
Shi et al. Sustainable development of China's smart energy industry based on artificial intelligence and low‐carbon economy
CN110994606A (zh) 一种基于复杂适应系统理论的多能源电源容量配置方法
Wang et al. Pathways of carbon emissions reduction under the water-energy constraint: A case study of Beijing in China
Liu et al. A review of wind energy output simulation for new power system planning
CN109670734B (zh) 基于协同归一化的电力系统经济排放调度方法
CN105976046B (zh) 一种考虑需求侧管理的低碳电网规划方法
Cao et al. Coupling coordination of the water‒energy‒carbon system in three provinces of Northeastern China
Xiang et al. Multi-objective investment evaluation for low-carbon power system evolution based on system dynamics
Ren et al. Low-carbon power dispatch model under the carbon peak target
Tang et al. Economic Analysis of Emerging Integrated Energy Service Market in China: A Theoretical View
CN115293645A (zh) 一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法
CN110428088B (zh) 一种考虑增量负荷分配的联合分阶段供暖改造规划方法
CN113888030A (zh) 一种适用于多能源互补供能系统综合评价方法及系统
Borysiak Determination of the factors for positioning “green” energy as a climate neutral product in the energy market
Chen et al. A multi-objective joint planning of transmission channel and energy storage system considering economy and flexibility
Liu et al. Generation and transmission investment decision framework under the global energy internet
Yang et al. Economic benefit analysis of household distributed photovoltaic under different financing modes
CN115660208B (zh) 一种考虑消纳责任权重的电网企业月度购电优化方法
CN116014745B (zh) 一种基于综合需求响应的尖峰负荷平抑方法及装置
Lin et al. Spatially differentiated features of coal resource utilisation efficiency in china
Wang et al. Analysis and Forecast of Energy Electrification Level in Jilin Province of China
Huang et al. Research on optimal scheduling strategy of virtual power plant based on potential mining of industrial load demand response and user portrait

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant