CN115173489B - 一种基于二分法的火电集群调度方法及系统 - Google Patents

一种基于二分法的火电集群调度方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二分法的火电集群调度方法及系统，获取煤耗微增率上限和下限，经二分处理得到煤耗微增率目标；初始化火电出力变量之和和负荷改变量，利用得到的煤耗微增率目标确定火电出力变量之和；将火电机组出力变化量之和与负荷改变量的大小进行判断，安排火电机组出力，对获得的火电机组出力情况进行传递并返回初始化，进行火电机组下一时刻的出力安排，实现火电集群调度。本发明结合煤耗微增率建立基于二分法的火电经济调度方法，能够快速计算出火电经济调度的出力安排，找出一种较为经济的电力系统运行方式。

Description

一种基于二分法的火电集群调度方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于二分法的火电集群调度方法及系统。
背景技术
随着社会的快速发展，人们对能源的需求不断上涨。而电力作为主要的终端能源形式，承担着能源供给的重要工作。为了使能源被高效地利用，研究者们也投入了大量的精力在解决如何找到一种较为经济的电力系统运行方式。
实际上对于电力系统的经济调度，已经有了大量的研究。简单来说，电力系统的经济调度就是通过调整火电机组的出力，找到一种在满足电力电量平衡的情况下系统运行成本最低的出力大小，这就是我们常说的以社会福利最大化的经济调度。工业或学界通常是将电力系统运行调度建立成为一个线性优化问题，利用单纯型法或内点法进行求解。
但对于线性规划，随着问题规模的增大，其求解的难度也会变得更大，而这将产生没有必要的算力负担和时间成本。此外，当一种规划方案需要利用经济调度的办法进行评估的时候，规划者同样不希望花费大量的时间和算力在结果评估的工作上。从算力消耗上和计算时间的角度上来看，求解线性优化问题就会存在一定的不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于二分法的火电集群调度方法及系统，能够快速计算出火电经济调度的出力安排，克服由于所求解的问题规模过大而造成不必要的算力负担和时间成本的提高。
本发明采用以下技术方案：
一种基于二分法的火电集群调度方法，获取煤耗微增率上限IRupper和下限IRlower，经二分处理得到煤耗微增率目标IRtarget；初始化火电出力变量之和ΔPt g,sum和负荷改变量ΔPd,sum，利用得到的煤耗微增率目标IRtarget得到火电出力变量之和ΔPt g,sum；将火电机组出力变化量之和ΔPt g,sum与负荷改变量ΔPt d,sum的大小进行判断，当|ΔPt g,sum-ΔPt d,sum|<limit时，limit为设定阈值，安排火电机组出力，对获得的火电机组出力情况进行传递并返回初始化，进行火电机组下一时刻的出力安排，实现火电集群调度。
具体的，煤耗微增率目标IRtarget为：
其中，IRtarget为煤耗微增率目标。
具体的，火电出力变量之和ΔPt g,sum为：
其中，Ωg为火电集合，为时刻t火电机组i按照煤耗微增率目标IRtarget进行调整的出力变化量。
进一步的，时刻t火电机组i按照煤耗微增率目标IRtarget进行调整的出力变化量为：
其中，为时刻t-1火电机组i的煤耗微增率；为火电机组i的出力上限；为时刻t-1火电机组i的出力；RUi为火电机组i的上爬坡上限；Pi g为火电机组i的出力下限；RDi为火电机组i的下爬坡上限。
具体的，负荷改变量ΔPd,sum为：
其中，Ωd为负荷集合；为时刻t负荷i的负荷需求；为时刻t-1负荷i的负荷需求。
具体的，当|ΔPt g,sum-ΔPt d,sum|≥limit时，对煤耗微增率目标IRtarget进行修正，根据修正后的煤耗微增率目标IRtarget重新计算火电出力变量之和ΔPt g,sum，返回重新进行调整。
进一步的，对煤耗微增率目标进行修正IRtarget具体为：
其中，IRupper为设定的煤耗微增率上限，IRlower为设定的煤耗微增率下限。
进一步的，修正后的煤耗微增率目标IRtarget为：
具体的，t时刻火电机组i的出力安排为：
其中，为时刻t-1火电机组i的出力；为时刻t-1火电机组i的煤耗微增率；为火电机组i的出力上限；RUi为火电机组i的上爬坡上限；Pi g为火电机组i的出力下限；RDi为火电机组i的下爬坡上限。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于二分法的火电集群调度计算系统，包括：
二分模块，获取煤耗微增率上限IRupper和下限IRlower，经二分处理得到煤耗微增率目标IRtarget；
初始模块，初始化火电出力变量之和ΔPt g,sum和负荷改变量ΔPd,sum，利用二分模块得到的煤耗微增率目标IRtarget得到火电出力变量之和ΔPt g,sum；
调度模块，将初始模块得到的火电机组出力变化量之和ΔPt g,sum与负荷改变量ΔPt d,sum的大小进行判断，当|ΔPt g,sum-ΔPt d,sum|<limit时，安排火电机组出力，对获得的火电机组出力情况进行传递，返回初始模块，进行火电机组下一时刻的出力安排，实现火电集群调度。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种基于二分法的火电集群调度方法，基于等煤耗微增率点为火电机组最优运行点的基本思路，设计一种搜寻最优煤耗微增率点的方法以实现对火电最优运行点的寻找；利用二分法，结合后校验的思路，通过迭代收敛找出最优的煤耗微增率点；根据得到的煤耗微增率反解出火电机组的具体出力，达到实现最优调度的目的。
进一步的，煤耗微增率目标IRtarget是诱导实现最优火电机组出力的手段；煤耗微增率目标可以反推出机组出力的调整量，从而确定出机组的出力；另外，所以机组的出力调整后的煤耗微增率最终是需要对煤耗微增率目标进行“趋同”，而等煤耗微增率是机组出力最优运行点，因此设置煤耗微增率目标IRtarget可以通过寻找该目标，从而寻找到最优运行点。
进一步的，火电出力变量之和ΔPt g,sum是煤耗微增率目标搜寻方向的盘踞，煤耗微增率目标过大造成系统出力大于负荷；反之过小造成系统出力小于负荷，无法实现功率的平衡。
进一步的，煤耗微增率是煤耗曲线的一阶导数；对于二次函数形式的煤耗曲线，通过计算出的煤耗微增率目标，可以知道火电机组在向煤耗微增率目标IRtarget调整需要的出力变化量根据能够计算出此时此刻火电的机组出力。
进一步的，负荷改变量ΔPd,sum是负荷的变化量，火电机组出力需要根据负荷的变化量对其机组的进行调整。
进一步的，判断此时的出力调整量和负荷该变量是否满足精度要求，不满足则需要重新进行煤耗微增率目标的调整，以实现机组出力调整量等于负荷改变量的结果。
进一步的，修正煤耗微增率目标，是迭代过程中的行为。能够逐渐修正找到满足出力调整量等于负荷变化量的最优火电机组运行的煤耗微增率目标
进一步的，修正后煤耗微增率目标，用于校验修正后煤耗微增率目标是否满足调整精度；满足条件，修正后的煤耗微增率目标作为最终的煤耗微增率目标知道火电机组出力调整，不满足条件则作为新的迭代边界
进一步的，时刻t火电机组i的出力是最终计算得到的火电机组出力的结果，是目标结果。
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
综上所述，本发明结合煤耗微增率建立基于二分法的火电经济调度方法，能够快速计算出火电经济调度的出力安排，找出一种较为经济的电力系统运行方式。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为二分法收敛速度图；
图2为周电力电量平衡图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
输入数据涵盖如下内容：
①净负荷曲线(特指：已经完成新能源带负荷曲线和库容式水电带负荷曲线的净负荷)；
②火电机组基本参数(包括：火电机组最大(最小)技术出力、火电机组最大上(下)爬坡速率；火电机组煤耗曲线)；
输出数据涵盖如下内容：
①火电机组出力；
②火电机组机组组合状态；
火电典型煤耗曲线：
其中，Fi g为火电机组i的煤耗曲线；为时刻t火电机组i的出力；为火电机组i煤耗曲线的二次项/一次项/常数项。
对火电典型煤耗曲线求微分即得对应火电机组的煤耗微增率：
此时，获得了针对本发明最重要的对象为火电典型煤耗曲线/火电典型煤耗微增率。
本发明一种基于二分法的火电集群调度方法，包括以下步骤：
S1、对煤耗微增率的上限和下限进行初始化，得到煤耗微增率上限IRupper和下限IRlower，对煤耗微增率上限IRupper和下限IRlower进行二分，得到煤耗微增率目标IRtarget；
煤耗微增率上限IRupper和下限IRlower具体为：
IRupper＝1×107 (3)
IRlower＝0×107 (4)
其中，IRupper为煤耗微增率上限；IRlower为煤耗微增率下限。
煤耗微增率目标IRtarget具体为：
其中，IRtarget为煤耗微增率目标。
S2、对火电机组出力变化量之和ΔPt g,sum和负荷改变量ΔPt d,sum初始化，得到火电出力对应变量之和ΔPt g,sum和负荷改变量ΔPd,sum，将步骤S1得到的煤耗微增率目标IRtarget进行计算，得到火电出力之和ΔPt g,sum；
火电出力对应变量之和ΔPt g,sum为：
ΔPt g,sum＝0.0 (6)
负荷改变量ΔPd,sum为：
其中，ΔPt g,sum为时刻t火电出力之和；ΔPt d,sum为火电出力之和；Ωd为负荷集合；为时刻t负荷i的负荷需求；为时刻t-1负荷i的负荷需求。
火电出力之和ΔPt g,sum为：
按如下公式计算得到：
其中，Ωg为火电集合；为时刻t火电机组i按照煤耗微增率目标IRtarget进行调整的出力变化量；为时刻t-1火电机组i的煤耗微增率；为火电机组i的出力上限；为时刻t-1火电机组i的出力；RUi为火电机组i的上爬坡上限；Pi g为火电机组i的出力下限；RDi为火电机组i的下爬坡上限。
S3、对步骤S2得到的火电机组出力变化量之和ΔPt g,sum和负荷改变量ΔPt d,sum的大小进行判断，对煤耗微增率目标进行修正IRtarget；
对煤耗微增率目标进行修正IRtarget如下：
S4、利用步骤S3得到的火电出力变化量之和ΔPt g,sum对计算精度进行判断，当|ΔPt g,sum-ΔPt d,sum|<limit不成立，返回步骤S2变化量重新进行调整；若成立，则安排机组出力；
火电机组出力具体为：
其中，为时刻t火电机组i的出力。
S6、对步骤S5获得的火电机组新的出力情况进行传递并返回步骤S3，进行下一时刻的出力安排。
本发明再一个实施例中，提供一种基于二分法的火电集群调度计算系统，该系统能够用于实现上述基于二分法的火电集群调度方法，具体的，该基于二分法的火电集群调度计算系统包括二分模块、初始模块以及调度模块。
其中，二分模块，获取煤耗微增率上限IRupper和下限IRlower，经二分处理得到煤耗微增率目标IRtarget；
初始模块，初始化火电出力变量之和ΔPt g,sum和负荷改变量ΔPd,sum，利用二分模块得到的煤耗微增率目标IRtarget得到火电出力变量之和ΔPt g,sum；
调度模块，将初始模块得到的火电机组出力变化量之和ΔPt g,sum与负荷改变量ΔPt d,sum的大小进行判断，当|ΔPt g,sum-ΔPt d,sum|<limit时，安排火电机组出力，对获得的火电机组出力情况进行传递，返回初始模块，进行火电机组下一时刻的出力安排，实现火电集群调度。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
首先理论上证明二分法能够保证收敛，收敛速度可以稳定保持为线性收敛效果，收敛效果如图1所示。
为验证计算方法的有效性，选取ROTS测试系统对所提方案进行测试。测试系统、计算平台和计算环境基本情况如下：
ROTS测试系统包含：
1)32处火电场站；
2)4处光伏场站；
3)5处风电场站；
4)3处库容式水电；
5)全年8736小时负荷曲线和资源曲线；
测试平台：
1)CPU:AMD Ryzen 7 5700G with Radeon Graphics 3.8GHz；
2)RAM：16.0GB(13.9GB可用)；
计算环境：
1)操作系统：Windows 11专业版22H2；
2)集成开发环境：Visual studio 2019；
3)CPLEX 12.80(用于进行对比)。
对比传统求解线性规划和所提方法求解效率进行对比，对比结果如表1所示。
表1 算法效率对照
请参阅图2，将本发明方法应用到ROTS测试系统汇总(以8736计算时间尺度为准，截取部分运行结果)，获得如下结果(注：如无特殊说明，本发明中涉及电力功率的单位统一为100MW)。
火电机组前24小时出力情况(电力功率单位：100MW)
上述表格是ROTS测试系统全部火电机组24h的出力结果。
综上所述，本发明一种基于二分法的火电集群调度方法及系统，在基本不影响计算精度的情况下，能够实现对火电集群调度结果的快速计算，迅速获得调度方案。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于二分法的火电集群调度方法，其特征在于，获取煤耗微增率上限IRupper和下限IRlower，经二分处理得到煤耗微增率目标IRtarget；初始化火电出力变量之和ΔPt g,sum和负荷改变量ΔPd,sum，利用得到的煤耗微增率目标IRtarget得到火电出力变量之和ΔPt g,sum；将火电机组出力变化量之和ΔPt g,sum与负荷改变量ΔPt d,sum的大小进行判断，当|ΔPt g,sum-ΔPt d ,sum|＜limit时，limit为设定阈值，安排火电机组出力，对获得的火电机组出力情况进行传递并返回初始化，进行火电机组下一时刻的出力安排，实现火电集群调度。
2.根据权利要求1所述的基于二分法的火电集群调度方法，其特征在于，煤耗微增率目标IRtarget为：
其中，IRtarget为煤耗微增率目标。
3.根据权利要求1所述的基于二分法的火电集群调度方法，其特征在于，火电出力变量之和ΔPt g,sum为：
其中，Ωg为火电集合，为时刻t火电机组i按照煤耗微增率目标IRtarget进行调整的出力变化量。
4.根据权利要求3所述的基于二分法的火电集群调度方法，其特征在于，时刻t火电机组i按照煤耗微增率目标IRtarget进行调整的出力变化量为：
其中，为时刻t-1火电机组i的煤耗微增率；为火电机组i的出力上限；为时刻t-1火电机组i的出力；RUi为火电机组i的上爬坡上限；P i g为火电机组i的出力下限；RDi为火电机组i的下爬坡上限。
5.根据权利要求1所述的基于二分法的火电集群调度方法，其特征在于，负荷改变量ΔPd,sum为：
其中，Ωd为负荷集合；为时刻t负荷i的负荷需求；为时刻t-1负荷i的负荷需求。
6.根据权利要求1所述的基于二分法的火电集群调度方法，其特征在于，当|ΔPt g,sum-ΔPt d,sum|≥limit时，对煤耗微增率目标IRtarget进行修正，根据修正后的煤耗微增率目标IRtarget重新计算火电出力变量之和ΔPt g,sum，返回初始化火电出力变量之和ΔPt g,sum和负荷改变量ΔPd,sum重新进行调整。
7.根据权利要求6所述的基于二分法的火电集群调度方法，其特征在于，对煤耗微增率目标进行修正IRtarget具体为：
其中，IRupper为设定的煤耗微增率上限，IRlower为设定的煤耗微增率下限。
8.根据权利要求6所述的基于二分法的火电集群调度方法，其特征在于，修正后的煤耗微增率目标IRtarget为：
9.根据权利要求1所述的基于二分法的火电集群调度方法，其特征在于，t时刻火电机组i的出力安排为：
其中，为时刻t-1火电机组i的出力；为时刻t-1火电机组i的煤耗微增率；为火电机组i的出力上限；RUi为火电机组i的上爬坡上限；P i g为火电机组i的出力下限；RDi为火电机组i的下爬坡上限。
10.一种基于二分法的火电集群调度计算系统，其特征在于，包括：
二分模块，获取煤耗微增率上限IRupper和下限IRlower，经二分处理得到煤耗微增率目标IRtarget；
初始模块，初始化火电出力变量之和ΔPt g,sum和负荷改变量ΔPd,sum，利用二分模块得到的煤耗微增率目标IRtarget得到火电出力变量之和ΔPt g,sum；
调度模块，将初始模块得到的火电机组出力变化量之和ΔPt g,sum与负荷改变量ΔPt d,sum的大小进行判断，当|ΔPt g,sum-ΔPt d,sum|＜limit时，安排火电机组出力，对获得的火电机组出力情况进行传递，返回初始模块，进行火电机组下一时刻的出力安排，实现火电集群调度。
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