CN115511386B - 基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法 - Google Patents

基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电力技术领域，公开了基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，包括建立风‑光‑水‑火联合的多能互补系统调度模型，多能互补系统调度模型的决策矩阵包括连续型决策变量和离散型决策变量，多能互补系统调度模型包括目标函数和约束条件；结合目标函数和约束条件，采用多目标混合非洲秃鹫优化算法对多能互补系统调度模型进行求解，得到调度方案。本发明能够有效解决多能互补系统的复杂协同优化调度问题，能够为电力系统多目标调度运行提供技术支撑。

Description

基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法
技术领域
本发明属于电力技术领域，更具体地，涉及一种基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法。
背景技术
实现碳中和是应对气候变化的全球共识，作为清洁能源之一的可再生能源（风能、太阳能）的快速发展将有助于实现这一目标。然而，可再生能源的间歇性和波动会给电力系统带来不利影响。应对这种影响的一种方法是利用多能互补特性建立一个联合能源系统。尽管可再生能源在过去几十年中发展迅速，但火电和水电在世界上仍分别占60%和16%左右。因此，基于全球能源发展现状和趋势，构建可再生能源（风电和光伏）-水电-火电联合系统（VRE -Hydro-Thermal hybrid energy system, VHTHES）是利用可再生能源和减少碳排放的必要措施之一。对于VHTHES，运行管理的关键手段之一是协同优化调度。
元启发式算法已被证明是协同优化调度问题的有效求解工具。然而，由于电力系统越发庞大的规模和复杂性而使得优化调度更具挑战，导致求解过程中容易出现由于维数灾难、陷入局部最优并迅速下降等情况。同时，随着风、光大规模并网，电力系统优化时存在连续的风、光出力变量和离散的机组组合变量共存的情况，而现有多目标算法大多仅能处理单一的连续型/离散型问题，且所取得的最优解集不充分逼近帕累托最优前沿，这难以满足电力系统中连续型变量和离散型变量同时存在时的调度问题，进而无法解决多能互补系统的复杂协同优化调度的问题。
发明内容
针对现有技术无法解决多能互补系统的复杂协同优化调度的问题，本发明通过提供一种基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，以满足多能互补系统中多目标调度的需求，为电力系统多目标调度运行提供技术支撑。
本发明提供一种基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，包括：
建立风-光-水-火联合的多能互补系统调度模型，所述多能互补系统调度模型的决策矩阵包括连续型决策变量和离散型决策变量，所述多能互补系统调度模型包括目标函数和约束条件；
结合所述目标函数和所述约束条件，采用多目标混合非洲秃鹫优化算法对所述多能互补系统调度模型进行求解，得到调度方案。
优选的，所述目标函数包括第一目标函数和第二目标函数，所述第一目标函数为所述多能互补系统的运行成本最小，所述第二目标函数为所述多能互补系统的碳排放量最低。
优选的，所述约束条件包括：多能互补系统的约束条件、风电约束条件、光伏约束条件、水电约束条件和火电约束条件；
所述多能互补系统的约束条件包括系统功率平衡约束和系统旋转备用约束；所述风电约束条件包括风电出力约束；所述光伏约束条件包括光伏出力约束；所述水电约束条件包括水电站出力约束和水量平衡约束；所述火电约束条件包括火电厂出力约束、爬坡速率约束和最小启停时间约束。
优选的，采用多目标混合非洲秃鹫优化算法对所述多能互补系统调度模型进行求解包括以下步骤：
步骤1：设置算法参数；
步骤2：种群初始化；
所述种群初始化包括随机生成决策矩阵的初始个体，表示如下：
其中，为i时段风电场的实际调度出力，、分别为风电场的最大、最小预测出力；为i时段光伏电站的实际调度出力，、分别为光伏电站的最大、最小预测出力；为i时段第l个水电站的下泄流量，、分别为第l个水电站的最大、最小下泄流量；为i时段第j台火电机组的启停状态，表示机组开启，表示机组关闭；rand为0到1的随机数，为0或1的随机数；
步骤3：结合所述约束条件进行约束处理；
步骤4：计算超约束值并构建惩罚函数；
步骤5：种群更新；
所述种群更新包括：针对所述多能互补系统调度模型的决策矩阵中的各决策变量，根据决策变量的类型选择连续型决策变量位置更新方式或离散型决策变量位置的更新方式，并进行秃鹫位置的更新；秃鹫位置更新后，计算各个种群的适应度值，基于适应度值选择非支配解，更新帕累托前沿解集；
其中，所述决策矩阵中的所述连续型决策变量包括风电场的调度出力、光伏电站的调度出力和水电站的下泻流量，所述决策变量矩阵中的所述离散型决策变量包括火电机组的启停状态；
步骤6：判断当前迭代次数是否达到预设的最大迭代次数；若达到，则输出帕累托最优解集并选择最佳折衷解；否则，跳转至步骤3。
优选的，所述步骤1中，所述算法参数包括种群的个数、最大迭代次数、第一参数、第二参数、第三参数。
优选的，所述步骤3中，所述约束处理包括：
基于风电出力约束、光伏出力约束分别对每个时间段的风电功率输出、光伏功率输出进行约束限制；
基于水电站出力约束和水量平衡约束对水电站的流量和库容进行约束限制；
基于爬坡速率约束和最小启停时间约束确定火电机组的启停状态，基于火电厂出力约束和爬坡速率约束进行负荷分配。
优选的，所述步骤5中，所述连续型决策变量位置更新方式包括：
在探索阶段，当|F|≥1时，秃鹫位置更新的模型为：
在开发阶段，当0.5≤|F|<1时，秃鹫位置更新的模型为：
在开发阶段，当|F|<0.5时，秃鹫位置更新的模型为：
式中，为第i只秃鹫的饱腹率，为代表连续变量的秃鹫的下一阶段位置，为代表连续变量的秃鹫的当前位置，为种群中确定的最佳秃鹫之一，为秃鹫搜寻的区域，为第一参数，和分别表示决策变量的上限和下限，X为增加随机运动的系数，为秃鹫种群的维度，为第二参数，为第三参数，为当前第一最佳秃鹫所在的位置，为当前第二最佳秃鹫所在的位置，rand、、、、、、、和均为0到1的随机数，u和v为d维的随机数。
优选的，通过轮盘赌的方式选择种群内的所述第一最佳秃鹫所在的位置和所述第二最佳秃鹫所在的位置。
优选的，所述步骤5中，所述离散型决策变量位置的更新方式采用的秃鹫位置更新的模型为：
式中，为代表离散变量的秃鹫的下一阶段位置，为代表离散变量的秃鹫的当前位置，s为结合了log-log阈值判断函数的0/1离散变量判断函数，rand为0到1的随机数。
优选的，所述步骤5中，更新帕累托前沿解集时，结合存档更新策略进行存档；所述存档更新策略包括以下情况：
拒绝：当新求解方案由至少一个存档库数据主导时，不允许该解决方案进入存档；
接受：当新求解方案支配至少一个存档库数据，或者新求解方案和存档人员都不相互支配时，允许该求解方案进入存档；
删除：运行网格机制以重新安排目标空间的分割，找到最拥挤的部分，并在存档已满时删除其中一个数据，然后将新求解方案插入到最不拥挤的段中。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
现有算法如MOPSO、NSGA-Ⅲ、MOGWO等普遍存在仅能处理单一连续型/离散型变量以及所取得的最优解集不充分逼近帕累托最优前沿的问题，导致这些算法不能满足多能互补系统中多目标调度的需求。现有的非洲秃鹫优化算法只能处理连续变量，无法处理、更新离散变量，仅能求解单目标最优，使得现有的非洲秃鹫优化算法不能满足多能互补系统中多目标调度的需求。相对于上述算法无法有效解决多能互补系统的复杂协同优化调度的情况，本发明中的多能互补系统调度模型的决策矩阵包括连续型决策变量和离散型决策变量，对应的本发明采用的基于多目标混合非洲秃鹫优化算法能够同时提供连续型决策变量位置更新方式和离散型决策变量位置更新方式，在执行算法的过程中根据决策变量类型选择连续型/离散型位置更新方式进行变量位置更新，可以同时优化连续和离散变量，进而能够有效解决多能互补系统的复杂协同优化调度问题，能够为电力系统多目标调度运行提供技术支撑。此外，本发明结合帕累托理论和存档机制进行多目标优化耦合，所取得的最优解集充分逼近帕累托最优前沿，能够得到进一步优化的调度结果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法得到的各能源优化调度功率输出图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
参见图1，本实施例提供一种基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，主要包括：建立风-光-水-火联合的多能互补系统调度模型，所述多能互补系统调度模型的决策矩阵包括连续型决策变量和离散型决策变量，所述多能互补系统调度模型包括目标函数和约束条件；结合所述目标函数和所述约束条件，采用多目标混合非洲秃鹫优化算法对所述多能互补系统调度模型进行求解，得到调度方案。
其中，所述目标函数包括第一目标函数和第二目标函数，所述第一目标函数为所述多能互补系统的运行成本最小，所述第二目标函数为所述多能互补系统的碳排放量最低。
所述约束条件包括：多能互补系统的约束条件、风电约束条件、光伏约束条件、水电约束条件和火电约束条件；所述多能互补系统的约束条件包括系统功率平衡约束和系统旋转备用约束；所述风电约束条件包括风电出力约束；所述光伏约束条件包括光伏出力约束；所述水电约束条件包括水电站出力约束和水量平衡约束；所述火电约束条件包括火电厂出力约束、爬坡速率约束和最小启停时间约束。
具体的，采用多目标混合非洲秃鹫优化算法对所述多能互补系统调度模型进行求解包括以下步骤：
步骤1：设置算法参数。
步骤2：种群初始化。
所述种群初始化包括随机生成决策矩阵的初始个体，表示如下：
其中，为i时段风电场的实际调度出力，、分别为风电场的最大、最小预测出力；为i时段光伏电站的实际调度出力，、分别为光伏电站的最大、最小预测出力；为i时段第l个水电站的下泄流量，、分别为第l个水电站的最大、最小下泄流量；为i时段第j台火电机组的启停状态，表示机组开启，表示机组关闭；rand为0到1的随机数，为0或1的随机数。
步骤3：结合所述约束条件进行约束处理。
步骤4：计算超约束值并构建惩罚函数。
步骤5：种群更新。
所述种群更新包括：针对所述多能互补系统调度模型的决策矩阵中的各决策变量，根据决策变量的类型选择连续型决策变量位置更新方式或离散型决策变量位置的更新方式，并进行秃鹫位置的更新；秃鹫位置更新后，计算各个种群的适应度值，基于适应度值选择非支配解，更新帕累托前沿解集。
其中，所述决策矩阵中的所述连续型决策变量包括风电场的调度出力、光伏电站的调度出力和水电站的下泻流量，所述决策变量矩阵中的所述离散型决策变量包括火电机组的启停状态。
步骤6：判断当前迭代次数是否达到预设的最大迭代次数；若达到，则输出帕累托最优解集并选择最佳折衷解；否则，跳转至步骤3。
下面从算法出发，对本发明做进一步的说明。
首先对多目标混合非洲秃鹫优化算法的主要步骤进行说明，所述多目标混合非洲秃鹫优化算法包括以下步骤：
步骤1：输入算法参数（种群的个数Nv、最大迭代次数NI、第一参数、第二参数、第三参数等）；
步骤2：初始化非洲秃鹫种群；
步骤3：计算并输出各个初始种群的适应度值；
步骤4：得到非支配解并初始化帕累托解；
步骤5：更新秃鹫种群饥饿率等参数；
步骤6：选择种群第一最佳秃鹫和第二最佳秃鹫；
步骤7：根据变量类型选择连续型/离散型位置更新方式；
步骤8：计算各个种群的适应度值；
步骤9：得到非支配解集，并更新帕累托前沿解；
步骤10：若算法迭代次数n达到预定的NI，输出帕累托最优解集；否则跳转至步骤4。
下面对上述算法做进一步的说明。
为了有效解决VHTHES的复杂协同优化调度问题，本发明设计了一种多目标混合非洲秃鹫优化算法，其可以同时优化连续和离散变量。此外，还将帕累托理论、归档和选择方法集成到优化机制中。
具体的，所述多目标混合非洲秃鹫优化算法主要包括以下几大方面：
一、根据变量类型进行种群初始化（即设置秃鹫位置）及目标问题。
假设秃鹰种群中有N只秃鹰。由于涉及连续变量和离散变量，第i个秃鹫在t处的位置定义为：
其中，为第i个秃鹫在维度D中的位置（连续变量）；为第i个秃鹫在维度D中的位置（离散变量）；D为维数。即上标B和上标C的参数共同组成1个D维的空间，D为Dimension（维度）、B表示binary（二进制）对应离散变量，C表示continuous（连续的）对应连续变量。
多目标优化问题采用最小化问题表示，其目标函数描述为：
二、选择第一个最佳秃鹫和第二个最佳秃鹫。
秃鹫种群中的第一最佳秃鹫（FV）和第二最佳秃鹫（SV）对秃鹫种群影响很大。当秃鹫吃饱了，它们可以跨越更长的距离去寻找食物。然而，如果它们饿了，它们会跟随这些强壮的秃鹰通过调整位置来狩猎，同时它们会变得竞争力很强。在迭代中可表示为：
式中，和表示0和1之间的参数，其和为1；表示使用轮盘赌选择FV和SV的概率；F为秃鹰的饥饿率；z和h分别是-1~1和-2~2之间的随机数。w决定了攻击猎物时探索和开发阶段的中断。为迭代次数。max iterations为最大迭代次数。
三、连续变量位置更新。
为了确定攻击猎物阶段（探索和开发）的概率，本算法引入了三个参数（、和），在迭代之前必须对其进行赋值。
Step 1：探索阶段。
当|F|≥1时，秃鹫非常饥饿，它们会在不同地区寻找食物，并进入探索阶段。在这个阶段，秃鹫可以长途飞行，仔细检查不同的随机区域寻找食物。对于本算法，探索阶段是全局优化的手段，为了对其进行模拟，秃鹫位置更新的模型为：
其中，为第i只秃鹫的饱腹率，为代表连续变量的秃鹫的下一阶段位置，为代表连续变量的秃鹫的当前位置，为种群中确定的最佳秃鹫之一，为秃鹫搜寻的区域，为第一参数，和分别表示决策变量的上限和下限，X为增加随机运动的系数，为秃鹫种群的维度，为第二参数，为第三参数，rand、、、均为0到1的随机数。
Step 2：开发阶段。
当|F|<1时，与|F|≥1相比，秃鹫相对饱足，它们将在栖息地附近寻找食物。对于本算法，开发阶段是局部优化，这意味着秃鹰在解的邻域中搜索食物。根据和的参数，开发阶段分为两个阶段。
（1）阶段1(0.5≤|F|<1)。
此时，秃鹫位置更新的模型为：
（2）阶段2(0.5>|F|)。
此时，秃鹫位置更新的模型为：
式中，为秃鹫种群的维度，为第二参数，为第三参数，为当前第一最佳秃鹫所在的位置，为当前第二最佳秃鹫所在的位置，u和v为d维的随机数，、、、和均为0到1的随机数。
四、离散变量位置更新。
本算法运用互补log-log模型函数来判断阈值（0/1），方程定义为：
对于离散变量，尤其是二进制变量，位置由0和1组成。基于的阈值，的更新位置（即离散型决策变量位置的更新方式采用的秃鹫位置更新的模型）为：
其中，为log-log阈值判断原函数；为代表离散变量的秃鹫的当前位置；为代表离散变量的秃鹫的下一阶段位置；rand为0~1的随机数；s为结合了log-log阈值判断函数的0/1离散变量判断函数。
五、与多目标优化耦合。
Step 1：与帕累托理论耦合。
与单目标优化不同，多目标优化的解不能达到各自目标函数的最优值。仅可以针对不同的对象获得可能的解集，也称为帕累托前沿解集。帕累托前沿的概念为：
（1）帕累托优势：如果A的两个目标函数值小于B的值，则A决定支配B。相反，B决定支配A。
（2）帕累托解集：在搜索空间中，根据（1）确定的支配关系，群中所有非支配个体形成一个外部存档集。
（3）帕累托最优前沿：搜索空间根据不同目标的最大值和最小值进行网格划分，同时一个包含目标函数值的集合为帕累托解集。
Step 2：与存档机制耦合。
为了获得帕累托前沿并执行多目标优化，将存档机制耦合到优化过程中。存档是存储非支配帕累托最优解的容器。当存档已满或最优解决方案希望进入存档时，将根据以下更新策略更新存档：
（1）拒绝：当新求解方案由至少一个存档库数据主导时，不允许该解决方案进入存档。
（2）接受：当新求解方案支配至少一个存档库数据，或者新求解方案和存档人员都不相互支配时，允许该求解方案进入存档。
（3）删除：将运行网格机制来重新安排目标空间的分割，以找到最拥挤的部分，并在存档已满时删除其中一个数据。然后，将新解插入到最不拥挤的段中，以增强最终近似帕累托前沿的多样性。
六、秃鹫领导者选择策略。
应选择FV和SV来引导其他秃鹫走向搜索空间中有希望的区域，以搜索接近全局最优的解。多目标优化的选择机制不同于单目标非洲秃鹫优化算法，因为多目标优化中的FV和SV应由帕累托前沿估计。领导者选择策略选择搜索空间中最不拥挤的部分，并提供其非支配解之一，如FV或SV。选择由轮盘赌执行，每个超立方体的概率如下：
其中，C和分别为大于1的常数和i段中帕累托解的数量。
下面将上述算法应用于多能互补系统。
一、建立多能互补系统对应的风-光-水-火联合系统调度模型。
（1）构建目标函数。
第一目标函数：联合系统运行成本最小。
由于多能互补系统中可再生能源和水电不消耗燃料，且水电站的成本主要为建设成本，简化起见，在短期调度时其运行成本常被忽略，故联合系统运行成本主要为火电机组的燃煤成本和启停成本：
式中，为第一目标函数，对应多能互补系统的运行成本；N为火电厂的火电机组的数量；T为时段数目；为第j台火电机组在i时段的启停状态，表示机组开启，表示机组关闭；为火电机组的启动成本；为第j台火电机组在i时段的出力；、、分别为第j台火电机组的运行成本系数；表示第j台火电机组的火电热启动成本；表示第j台火电机组的火电冷启动成本；为火电最小停机时长，为火电累计停机时长，为冷启动时长。
第二目标函数：联合系统碳排放量最低。可再生能源和水电均为清洁能源，联合系统的碳排放主要源于火电厂燃烧燃料。为减缓温室效应和实现碳中和目标，本发明考虑联合系统的碳排放量最低，即火电厂碳排放量最低：
式中，为第二目标函数，对应多能互补系统的碳排放量；、、分别为第j台火电机组的碳排放系数。
（2）设置约束条件。
（2.1）设置系统功率平衡约束。由于电能不具有大量储存的特性，故多能互补联合运行系统应实现供电与负荷需求之间的平衡。不考虑系统网损，系统功率平衡方程为：
其中，i为时间尺度（h）；为i时段风电场实际调度出力（MW）；为i时段光伏电站实际调度出力（MW）；为i时段水电站出力（MW）；为i时段负荷值（MW）。
（2.2）设置系统旋转备用约束。旋转备用可分为上旋转和下旋转，分别表示发电输出和最大/最小可调功率输出之间的差异。
其中，为旋转备用容量（MW）。
（2.3）设置新能源（风电和光伏）出力限制约束：
其中，、分别为风电场、光伏电站最大预测出力（MW）。
（2.4）设置水电站出力限制和水量平衡约束。水电站出力与水轮机流量和水库库容呈非线性关系，可将其表示为二元二次多项式：
式中，为i时段水电站l的出力（MW）；为i时段水电站l的库容（104m3）；为i时段水电站l的下泄流量（104m3）；为水力发电系数，n取1~6。
其中：(a)水电站出力限制约束。
(b)水电站水量平衡约束。
(b1)水库库容约束，如下：
式中，l为水电站的数量，、分别为i时段水电站l的最大、最小库容（104m3），为i+1时段水电站l的入流量（104m3）；为i+1时段水电站l的溢流量（104m3），为i时段水电站l的溢流量（104m3），为上游水库r在i时刻的流量，为上游水库r在i时刻的溢流量，为水电站l的末库容（104m3），为水电站l的初始库容（104m3），为水电站l的始末库容比例系数。
(b2)水库流量约束，如下：
（2.5）设置火电厂出力限制、爬坡速率限制和最小启停时间约束。
(a)火电机组出力限制约束。
(b)爬坡速率约束。
(c)最小启停时间约束。
其中，、分别为第j台火电机组出力最小、最大值（MW）；为时间间隔；、分别为第j台火电机组最大增、减出力速率（MW/h）。
二、将上述算法应用于多能互补系统。
如图1所示，多目标混合非洲秃鹫优化算法的实现流程图包括以下步骤：
（1）设置算法参数。
设置算法的参数，例如总体大小（即群体个数NV）、最大迭代次数（NI）、、、、、等。将迭代计数器的数量设置为n=1。
（2）种群初始化，即随机生成初始个体。
基于、、和的极限，随机生成决策变量矩阵的初始个体。方程为：
其中，rand为随机数0~1；为0/1的随机数。
（3）结合约束条件进行约束处理。
处理风、光、水电和火电机组约束，加速迭代寻优。
（3.1）处理风光。
风光功率输出在每个时间段受到功率输出约束的限制，若，则；若，则；若，则；若，则。
（3.2）处理水电。
水发的核心约束是水量平衡，流量（Q）和水库容量（V）是水平衡的关键参数。如果V超过极限，则将偏差量平均分为T部分（）。然后，根据将Q与相加或相减。同时，Q也受到功率输出的限制。往复循环，直到偏差限制在Δ范围内。
（3.3）处理火电。
(a)根据爬坡速率约束和最小启停时间约束确定火电机组状态。
(b)根据出力限制约束和爬坡速率约束，与水电约束处理方式相同，通过回溯处理迭代求解出负荷分配情况。
（4）计算超约束值并构建惩罚函数。
超约束值是现有求解值与约束限制之差的绝对值。然后通过赋予惩罚因子，运用惩罚函数法建立线性惩罚函数。
（5）种群更新。
针对所述多能互补系统调度模型的决策矩阵中的各决策变量，根据决策变量的类型选择连续型决策变量位置更新方式或离散型决策变量位置的更新方式，并进行秃鹫位置的更新；秃鹫位置更新后，计算各个种群的适应度值，基于适应度值选择非支配解，更新帕累托前沿解集。
参见图1，种群更新时，根据适应度值选择非支配解，根据秃鹫位置更新策略更新非洲秃鹫的位置和种群。
（6）判断当前迭代次数是否达到预设的最大迭代次数；若达到（即n≥NI），则输出帕累托最优解集并选择最佳折衷解；否则，n=n+1，跳转至步骤（3）。
下面对最优解选择进行说明。
（1）隶属度函数的取值范围为0~1，目标函数值越小则对应的隶属度越大，越符合选择要求，也符合本发明算法的选择规律。本发明中采用线性隶属度函数：
其中，为第j个目标函数值，，这里由于目标函数最值无法提前确定，故取计算出的最终的帕累托最优解集中各目标函数的最值作为对应范围。
（2）计算出每个非支配解的隶属度以及归一化隶属度值，计算式如下：
其中，m为非支配解的个数，z为目标函数的个数。
（3）计算后选取归一化隶属度值最大的解即为最优解（Best compromisesolution，BCS）。
为了验证本发明的效果，下面结合应用案例进行说明。
参见图2，针对1风-1光-4水-7火的案例，下面采用控制变量法将本发明所提的多目标混合非洲秃鹫优化算法与MOPSO、NSGA-Ⅲ、MOGWO算法进行对比。由于启发式算法的随机性，所有情况分别进行了10次重复计算，四种算法均其结果如表1所示。
表1 四种算法计算结果
计算结果表明：（1）由最小值可知，本发明所提的多目标混合非洲秃鹫优化算法求解的Pareto解集可行域更广阔，表明该算法的搜索能力优于另外3种算法；（2）由平均值可知，本发明所提的多目标混合非洲秃鹫优化算法求解的最优解优于另外3种算法；（3）由标准差可知，本发明所提的多目标混合非洲秃鹫优化算法求解的计算结果较另外3种算法更为稳定。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，其特征在于，包括：
建立风-光-水-火联合的多能互补系统调度模型，所述多能互补系统调度模型的决策矩阵包括连续型决策变量和离散型决策变量，所述多能互补系统调度模型包括目标函数和约束条件；
结合所述目标函数和所述约束条件，采用多目标混合非洲秃鹫优化算法对所述多能互补系统调度模型进行求解，得到调度方案；
采用多目标混合非洲秃鹫优化算法对所述多能互补系统调度模型进行求解包括以下步骤：
步骤1：设置算法参数；
步骤2：种群初始化；
所述种群初始化包括随机生成决策矩阵的初始个体，表示如下：
其中，为i时段风电场的实际调度出力，、分别为风电场的最大、最小预测出力；为i时段光伏电站的实际调度出力，、分别为光伏电站的最大、最小预测出力；为i时段第l个水电站的下泄流量，、分别为第l个水电站的最大、最小下泄流量；为i时段第j台火电机组的启停状态，表示机组开启，表示机组关闭；rand为0到1的随机数，为0或1的随机数；
步骤3：结合所述约束条件进行约束处理；
步骤4：计算超约束值并构建惩罚函数；
步骤5：种群更新；
所述种群更新包括：针对所述多能互补系统调度模型的决策矩阵中的各决策变量，根据决策变量的类型选择连续型决策变量位置更新方式或离散型决策变量位置的更新方式，并进行秃鹫位置的更新；秃鹫位置更新后，计算各个种群的适应度值，基于适应度值选择非支配解，更新帕累托前沿解集；
其中，所述决策矩阵中的所述连续型决策变量包括风电场的调度出力、光伏电站的调度出力和水电站的下泻流量，所述决策变量矩阵中的所述离散型决策变量包括火电机组的启停状态；
步骤6：判断当前迭代次数是否达到预设的最大迭代次数；若达到，则输出帕累托最优解集并选择最佳折衷解；否则，跳转至步骤3。
2.根据权利要求1所述的基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，其特征在于，所述目标函数包括第一目标函数和第二目标函数，所述第一目标函数为所述多能互补系统的运行成本最小，所述第二目标函数为所述多能互补系统的碳排放量最低。
3.根据权利要求1所述的基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，其特征在于，所述约束条件包括：多能互补系统的约束条件、风电约束条件、光伏约束条件、水电约束条件和火电约束条件；
所述多能互补系统的约束条件包括系统功率平衡约束和系统旋转备用约束；所述风电约束条件包括风电出力约束；所述光伏约束条件包括光伏出力约束；所述水电约束条件包括水电站出力约束和水量平衡约束；所述火电约束条件包括火电厂出力约束、爬坡速率约束和最小启停时间约束。
4.根据权利要求1所述的基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，其特征在于，所述步骤1中，所述算法参数包括种群的个数、最大迭代次数、第一参数、第二参数、第三参数。
5.根据权利要求1所述的基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，其特征在于，所述步骤3中，所述约束处理包括：
基于风电出力约束、光伏出力约束分别对每个时间段的风电功率输出、光伏功率输出进行约束限制；
基于水电站出力约束和水量平衡约束对水电站的流量和库容进行约束限制；
基于爬坡速率约束和最小启停时间约束确定火电机组的启停状态，基于火电厂出力约束和爬坡速率约束进行负荷分配。
6.根据权利要求1所述的基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，其特征在于，所述步骤5中，所述连续型决策变量位置更新方式包括：
在探索阶段，当|F|≥1时，秃鹫位置更新的模型为：
在开发阶段，当0.5≤|F|<1时，秃鹫位置更新的模型为：
在开发阶段，当|F|<0.5时，秃鹫位置更新的模型为：
式中，为第i只秃鹫的饱腹率，为代表连续变量的秃鹫的下一阶段位置，为代表连续变量的秃鹫的当前位置，为种群中确定的最佳秃鹫之一，为秃鹫搜寻的区域，为第一参数，和分别表示决策变量的上限和下限，X为增加随机运动的系数，为秃鹫种群的维度，为第二参数，为第三参数，为当前第一最佳秃鹫所在的位置，为当前第二最佳秃鹫所在的位置，rand、、、、、、、和均为0到1的随机数，u和v为d维的随机数。
7.根据权利要求6所述的基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，其特征在于，通过轮盘赌的方式选择种群内的所述第一最佳秃鹫所在的位置和所述第二最佳秃鹫所在的位置。
8.根据权利要求1所述的基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，其特征在于，所述步骤5中，所述离散型决策变量位置的更新方式采用的秃鹫位置更新的模型为：
式中，为代表离散变量的秃鹫的下一阶段位置，为代表离散变量的秃鹫的当前位置，s为结合了log-log阈值判断函数的0/1离散变量判断函数，rand为0到1的随机数。
9.根据权利要求1所述的基于多目标混合非洲秃鹫优化算法的多能系统调度方法，其特征在于，所述步骤5中，更新帕累托前沿解集时，结合存档更新策略进行存档；所述存档更新策略包括以下情况：
拒绝：当新求解方案由至少一个存档库数据主导时，不允许该解决方案进入存档；
接受：当新求解方案支配至少一个存档库数据，或者新求解方案和存档人员都不相互支配时，允许该求解方案进入存档；
删除：运行网格机制以重新安排目标空间的分割，找到最拥挤的部分，并在存档已满时删除其中一个数据，然后将新求解方案插入到最不拥挤的段中。
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