CN116783569A - 电力网资源分配 - Google Patents

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Abstract

一种操作电力网的方法包括：由电力网的电力管理系统生成中间资源分配调度，该中间资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度；由电力管理系统通过检查中间资源分配调度是否满足电力网的电力网资源分配简档的耦合约束来确定中间资源分配调度是否可行,该电力网资源分配简档指示由电力网操作信息约束的电力网的操作；以及响应于确定中间资源分配调度不可行，由电力管理系统修复中间资源分配调度以生成可行的资源分配调度，其中该修复包括确定通过利用来自中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题得到的第一分派解是否可行。

Description

电力网资源分配
技术领域
本公开总体上涉及电力网和电力网的操作，并且在特定实施例中，涉及电力网资源分配。
背景技术
独立系统运营商(Independent system operator，ISO)使用机组组合(unitcommitment，UC)来获得电力网中的发电资源和需求组合和分派(dispatch)。机组组合确定调度范围内所有发电机、能量存储系统和价格相关负荷的组合状态和发电水平从而最小化总发电成本，同时满足全部系统和区域性约束，诸如负荷平衡和旋转备用要求、输电网络约束和单个机组操作约束。机组组合通常表示为混合整数线性规划(MILP)问题。
由于典型的电力网正被驱动到越来越接近其安全裕度操作，与安全相关的输电约束被包括在内以约束机组组合。因此，典型的电力系统资源调度涉及安全约束的机组组合(SCUC)，其中安全约束可以是例如针对基本情况操作条件和偶然操作条件的传输线路热容量约束。SCUC用于提前一天、当天和实时电力网调度。在求解安全约束的机组组合时，发电机(其也可以被称为发电厂)的最小成本操作调度是在调度范围内确定。例如，标识满足每个发电机组的操作约束、基本情况网络拓扑中的电网络约束以及各种运营商指定的应急场景的最小成本操作调度。
发明内容
在一些实施例中，一种操作电力网的方法包括：由电力网的电力管理系统生成中间资源分配调度，其中中间资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度；由电力管理系统通过检查中间资源分配调度是否满足电力网的电力网资源分配简档的耦合约束来确定中间资源分配调度是否可行，其中电力网资源分配简档指示由电力网的操作信息约束的电力网的操作；以及响应于确定中间资源分配调度不可行，由电力管理系统修复中间资源分配调度以生成可行的资源分配调度，资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的最终调度，其中修复中间资源分配调度包括确定通过利用来自中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题得到的第一分派解是否可行。
在一些实施例中，电力网的电力管理系统包括：一个或多个处理器；以及存储要在处理器中执行的程序的存储器，该程序包括指令，这些指令当在一个或多个处理器中执行时使得一个或多个处理器：生成中间资源分配调度，其中中间资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度；通过检查中间资源分配调度是否满足电力网的电力网资源分配简档的耦合约束来确定中间资源分配调度是否可行，其中电力网资源分配简档指示由电力网的操作信息约束的电力网的操作；以及响应于确定中间资源分配调度不可行，修复中间资源分配调度以生成可行的资源分配调度，其中资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的最终调度，其中修复中间资源分配调度包括确定通过利用来自中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题得到的第一分派解是否可行。
在一些实施例中，一种电力网的系统包括：电力管理系统，该电力管理系统被配置为：生成中间资源分配调度，其中中间资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度；通过检查中间资源分配调度是否满足电力网的电力网资源分配简档的耦合约束来确定中间资源分配调度是否可行，其中电力网资源分配简档指示由电力网的操作信息约束的电力网的操作；以及响应于确定中间资源分配调度不可行，通过修复中间资源分配调度来生成可行的资源分配调度，其中资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的最终调度，其中修复中间资源分配调度包括确定通过利用来自中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题获得的第一分派解是否可行；电力网资源，该电力网资源被配置为根据资源分配调度进行控制；以及传输器，该传输器被配置为将资源分配调度从电力管理系统传输至电力网资源。
附图说明
在附图和以下描述中阐述了本公开的一个或多个实施例的细节。根据说明书和附图以及权利要求书，本公开的其他特征、目的和优点将变得清楚。在附图中，相同的附图标记通常在各个视图中表示相同的组成部分，为了简洁起见，通常不再对其进行重复描述。为了更完整地理解本公开，现在结合附图参考以下描述，在附图中：
图1示出了在一些实施例中在电力网的控制环路中具有电力管理系统(powermanagement system，PMS)的电力网的框图；
图2是一些实施例中的电力管理系统(PMS)的功能框图；
图3是一些实施例中的安全约束的机组组合(SCUC)求解器的功能框图；
图4示出了实施例中的用于求解安全约束得机组组合(SCUC)系统的拉格朗日松弛(LR)对偶的方法的流程图；
图5示出了实施例中的用于修复电力资源分配简档的不可行性的方法的流程图；
图6是在一些实施例中的用于执行电力管理系统的处理的处理系统的框图；以及
图7示出了在一些实施例中的操作电力网的方法的流程图。
具体实施方式
下面详细讨论当前优选实施例的产生和使用。然而，应当理解的是，本公开提供了许多可应用的发明构思，这些构思可以在各种具体环境中实现。所讨论的具体实施例仅仅说明产生和使用本公开的具体方式，并不限制本公开的范围。
由于大规模安全约束的机组组合(SCUC)的规模和复杂性，对其进行求解可能需要大量的时间和计算资源。本公开的实施例描述了一种SCUC求解器，其能有效求解大规模SCUC。示例SCUC求解器首先通过求解电力网资源分配简档的拉格朗日松弛(LR)对偶来找到暂定的电力资源分配调度。然后SCUC求解器检查暂定的资源分配调度是否可行。如果暂定的资源分配调度不可行，则SCUC求解器会修复暂定的资源分配调度的不可行性，以获得可行的资源分配调度。
图1示出了一些实施例中的电力网100的框图。电力网100(也可以称为电力系统)包括多个电力资源101(例如，发电机或能量存储系统)。电力资源101可以具有不同类型，诸如热电厂(例如，煤、天然气、核电厂)、水力发电厂、可再生资源发电厂(例如，风电场、太阳能发电厂)、能量存储系统和需求响应程序。取决于发电厂类型，电力资源101中的每一个可能受到复杂的技术和商业约束的影响，诸如最小上升/下降时间、斜升/斜降速率、调制/稳定性(例如，机组可能不会改变其生产水平太多次)、以及启动/关闭斜升速率(例如，当启动/停止时，机组遵循特定的电力曲线，该电力曲线可能取决于发电厂已经离线/在线多长时间)。
电力网100还包括输电网103，该输电网是将由电力资源101(例如发电厂)生成的电力递送给消费者的电气电网。输电网103是可以跨越较宽地理区域(例如，国家)的互连网络。在求解安全约束的机组组合系统时，可能需要考虑输电网103的复杂特性(诸如网络拓扑、设备装备参数、线路流量限制以及资源响应速率)。
如图1所示，电力网100还包括电力管理系统(PMS)105，该电力管理系统可以是市场管理系统(market management system，MMS)或应急管理系统(emergency managementsystem，EMS)。PMS 105可以包括用于实施各种功能的各种功能框，诸如图3中描述的功能框200和300。例如，PMS 105可以包括清算引擎，该清算引擎运行市场调度应用以清算市场，从而确定能源和辅助服务(诸如各种储备和响应)的市场清算价格，并且针对可靠性调度组合和分派。
在一些实施例中，清算引擎求解安全约束的机组组合系统，以提供电力网100的资源分配调度。资源分配调度可以包括组合决策(commitment decision)(例如，发电厂是否在线以及是否能够在任何时刻产生能量)、生产决策(也称为分派决策)(例如，发电厂在任何时刻产生多少能量)、以及可控网络元件决策(例如，HVDC输电线路和具有相角调节器的AC输电线路上的电力流)。资源分配调度也可以被称为电力网100的操作调度。在一些实施例中，在被生成之后，资源分配调度由例如传输器(其可以是电力管理系统105的一部分)发送到电力资源101，使得电力资源101根据资源分配调度进行操作。
在一些实施例中，通过在考虑电力网100的操作信息(例如，各种约束)(诸如电力资源101的约束(例如，发电容量和包括安全操作范围的操作裕度)、输电网103的约束、市场信息(例如，投标信息、成本信息、所预测的需求信息、诸如排放目标的监管要求))的同时求解安全约束的机组组合系统来生成资源分配调度。资源分配调度的目标是在最大化总福利或最小化总成本的同时，清算市场报价和出价。在一个示例实施例中，目标可以是满足最小化能量生产成本的能量需求，同时受到可靠性和排放的约束的影响。在另一示例实施例中，目标可以是最大化能量生产利润，例如收入(来自电力的销售)和成本(来自电力的生产)之间的差异。
图2是实施例中的电力管理系统(PMS)105的功能框图。作为示例，图2中的PMS 105可以用于图1的电力管理系统105中。为了简单起见，图2中没有示出PMS 105的所有功能框。
如图2所示，PMS 105通过使用SCUC模型131并将市场和电网数据132应用于SCUC模型131，将SCUC问题表示为混合整数规划(mixed integer programming，MIP)表示133。因此，在一些实施例中，MIP表示133是具有约束的数学模型(例如，131)。SCUC模型的细节和将MIP表示133描述如下。在本文中的讨论中，术语混合整数规划(MIP)可以与混合整数线性规划(mixed integer linear programming，MILP)互换使用。
PMS 105还包括SCUC求解器134，该SCUC求解器被配置为生成SCUC解135(例如，资源分配调度)。在一些实施例中，SCUC求解器134被配置成实施图3的功能框200和300，并在下面进一步详细地描述。
在实施例中，安全约束的机组组合系统的SCUC模型131表示为以下优化问题：
受以下限制的影响：
Ajxj≥bj，j＝1，2，…，N， (1.2)和
其中N是电力网资源的数量(例如，电力网中的电厂和负载的数量)，j是资源索引，xj是资源j的决策向量，cj是资源j的成本系数向量，Aj是资源j的约束矩阵，Ac,j是资源j的耦合约束矩阵，bj是资源j的约束束缚向量，以及bc是耦合约束的约束束缚向量。等式(1.2)中的约束可以称为电力网资源中的每一个的约束，以及等式(1.3)中的约束可以称为SCUC系统的耦合约束。在本文中的讨论中，等式(1.1)至(1.3)的SCUC系统(也称为SCUC问题)也可以称为电网资源分配函数，或者电网资源分配简档。注意，在等式(1.1)中，向量x用于表示整个本文讨论中的所有决策向量xj,j＝1,2,…,N.，除非另有说明，否则不同等式中的相同数学符号(例如，xj，cj，Aj，Ac,j)指代相同或相似的实体。
因此，求解安全约束的机组组合系统等价于找到最小化等式(1.1)中示出的损失函数(或成本函数)同时满足等式(1.2)和(1.3)中的各种约束的决策向量xj,j＝1,2,…,N,，其中决策向量xj包括用于第j个电网资源的资源分配调度的信息。例如，每个决策向量xj包括第j个电力资源的二进制信息(例如，在特定调度时隙打开或关闭第j个电力资源的组合决策)。此外，每个决策向量xj包括第j个电力资源的非二进制(例如，连续值)信息，诸如生产信息(例如，要生产的能量的量)。决策向量xj,j＝1,2,…,N,用于形成电力资源分配调度，该电力资源分配调度提供了在电力网内操作的电力网资源的资源分配的调度(例如，发电站在特定时隙是开启还是关闭，以及生成多少电力等)。
在一些实施例中，以上讨论的电力网100的各种约束(例如，市场和电网数据132)可以包括在约束矩阵Aj和/或耦合约束矩阵Ac,j中。成本系数向量cj可以包括诸如能量生产的成本信息的信息。在各种实施例中，安全约束的机组组合系统是大规模、混合整数、线性、非凸优化问题。安全约束的机组组合系统是NP困难的(非确定性多项式时间困难)，并且利用使用常规方法的并行MIP求解器来说扩展性较差。
如图2的示例所示，安全约束的机组组合(SCUC)系统可以表示为混合整数规划(MIP)表示133。传统上，MIP求解器用于求解SCUC问题。MIP求解器可以是在处理器(计算机)上运行的用于求解MIP问题(例如，安全约束的机组组合系统)的软件包。可商购的通用MIP求解器(诸如CPLEX或Gurobi)可以用于求解安全约束的机组组合系统。开源MIP求解器(诸如CBC)也可以用作MIP求解器。
典型地，MIP求解器通过一系列分支定界(branch-and-bound，B&B)操作和/或一系列分支切割(branch-and-cut，B&C)操作搜索决策向量的向量空间，以找到SCUC系统的具有越来越小损失函数的整数可行解，从而逐渐接近最优解(例如，对应于SCUC系统的最小损失函数的一组决策向量xi)。MIP求解器在多次迭代/步骤中计算和更新决策向量的值，使得损失函数随着时间的推移而减小，直到MIP求解器达到最终解，该最终解是安全约束机组组合系统的最优解或者足够接近最优解。从初始解(例如，临时解)到最终解的路径(例如，由MIP求解器遍历的向量空间)被称为MIP求解器(或SCUC系统)的收敛路径，并且MIP求解器被称为沿着这个收敛路径收敛到最终解。
例如，由于决策向量中的较大数量(例如，数百、数千或数百万)的变量以及决策向量包括整数值变量和实数值变量(例如，具有连续值)的因素，MIP求解器可能需要很长时间和密集的计算资源来找到SCUC系统的可行解。本公开描述了一种SCUC求解器，其使用两步处理来有效地找到SCUC系统的具有良好最优性(通常具有<0.5％的对偶性间隙)的可行解。
图3示出了一些实施例中的安全约束的机组组合(SCUC)求解器134的功能框图。SCUC求解器134可以用于图2的SCUC求解器134。SCUC求解器134包括两个功能框200和300，用于两步处理以找到SCUC系统的可行解。
如图3所示，在功能框200中，SCUC求解器134优化等式(1.1)至(1.3)的SCUC问题的拉格朗日松弛(LR)对偶(也称为LR对偶问题)以生成中间(例如，暂定的)资源分配调度。然而，中间资源分配调度可能不满足SCUC系统的所有耦合约束。SCUC求解器134然后检查暂定的资源分配调度是否可行(例如，满足SCUC系统的所有约束)。如果暂定的资源分配调度不可行，则SCUC求解器134修复暂定的资源分配调度的不可行性，以在功能框300实现中可行的资源分配调度。下面讨论功能框200和300的细节。
图4示出了实施例中的用于优化安全约束得机组组合(SCUC)系统的拉格朗日松弛(LR)对偶的方法250的流程图。在所示的实施例中，图4中示出的处理用于实施图3的功能框200。
在图4的框201中，设定了SCUC系统的LR对偶。在示例实施例中，优化SCUC问题的LR对偶表示为以下优化问题：
其受到以下影响：
λ≥0(2.2)
其中λ是拉格朗日乘子向量(例如，包括多个拉格朗日乘子的向量)，以及φ(λ)是SCUC的LR对偶，其被定义为：
其受到以下限制的影响：
Ajxj≥bj，j＝1，2，...，N. (2.5)
注意，通过将(2.3)重写为(2.4)，等式(2.3)和(2.5)的LR对偶问题被分解为多个LR对偶子问题：
其受到等式(2.5)的约束(例如，Ajxj≥bj,j＝1,2,…,N.)的影响。(2.6)中的LR对偶子问题中的每一个仅包含第j个决策向量xj和第j个耦合约束矩阵Ac,j。因此，LR对偶子问题中的每一个中的变量的数量比原始SCUC问题中的变量得数量少得多，并且因此可以更快地求解。此外，LR对偶子问题中的每一个可以由不同的求解器(例如，MIP求解器)求解，因此所有的LR对偶子问题可以由多个求解器(例如，N个MIP求解器)并行求解，以减少求解LR对偶子问题所需的时间量。换句话说，求解LR对偶问题可以通过并行求解多个LR对偶子问题来实现。在本文中的讨论中，用于求解LR对偶子问题的求解器也可以被称为LR对偶子问题求解器。如下文更详细描述的那样，优化SCUC问题的LR对偶是通过求解LR对偶问题并在多次迭代中交替地更新拉格朗日乘子向量λ来实现的。
接下来，在框203中，例如通过使用多个LR对偶子问题求解器(例如，多个MIP求解器)求解等式(2.6)中的多个LR对偶子问题来求解SCUC系统的LR对偶。注意，在求解方程(2.6)的LR对偶子问题时，要求解(例如，要优化)的变量是决策向量xj，并且拉格朗日乘子向量λ具有固定值(例如，视为常数向量)。在第一迭代中，拉格朗日乘子向量λ被赋予合适的初始值(例如，零向量)。拉格朗日乘子向量λ在每个迭代中随后被更新(参见框205和207)。因此，在随后的迭代中，对于框203的处理，拉格朗日乘子向量λ使用从先前迭代获得的拉格朗日乘子向量λ的更新值。
接下来，在框205中，使用以下等式计算拉格朗日乘子向量λ的子梯度：
其中等式(2.7)中的决策向量xj是从在框203中求解LR对偶问题获得的决策向量xj。
接下来，在框207中，使用来自框205的所计算的子梯度sg来更新拉格朗日乘子向量λ。本领域技术人员将容易理解，用于更新拉格朗日乘子向量λ的不同方法是可用的，并且任何合适的更新方法可以用于更新拉格朗日乘子向量λ。作为非限制性示例，拉格朗日乘子向量λ可以通过以下方式更新：
λ(k+1)＝λ(h)+Δ×sg (2.8)
其中Δ是用于更新拉格朗日乘子向量λ的步长大小，以及k是迭代索引。
接下来，在框209中，检查LR对偶问题的优化的收敛性，例如通过检查在当前迭代和上一次迭代中实现的φ(λ)的值之间的差异。例如，如果当前迭代和上一次迭代中的φ(λ)之间的差小于预定阈值，则确定实现了LR对偶问题的优化的收敛，并且处理进行到框211。停止迭代处理的另一标准可以是已经达到了预定的最大迭代数量。如果没有实现LR对偶问题的优化的收敛，并且没有达到最大迭代次数，则处理返回到框203以便进行下一迭代。
在框211中，基于LR对偶问题的解(或简称为LR对偶问题解)的决策向量xj来形成中间资源分配调度。因为LR对偶问题解对于松弛约束可能不是可行解，所以中间资源分配调度提供了暂定的资源分配调度。接下来，检查LR对偶问题解的可行性。如果LR对偶问题解的决策向量xj满足等式(1.2)和(1.3)中的所有约束，则LR对偶问题解被认为是可行的，并且由SCUC求解器134输出中间资源分配调度作为资源分配调度，并且跳过功能框300中的处理。
另一方面，如果决策向量xj不满足等式(1.2)和(1.3)中的所有约束，则LR对偶问题解被认为是不可行的或具有残余不可行性。注意，在所示的实施例中，LR对偶子问题(2.6)的解必须满足等式(2.5)的约束，这与等式(1.2)中的约束相同，因此仅需要检查等式(1.3)中的耦合约束来确定LR对偶问题解的可行性。当等式(1.2)中的耦合约束中的任何一个不满足时，LR对偶问题解被认为在耦合约束中具有残余不可行性。
当LR对偶问题解被确定为不可行时，通过功能框300(参见图3)修复中间资源分配调度，以获得可行资源分配调度。因此，功能框300的处理也可以被称为修复中间资源分配调度的(残余)不可行性、修复LR对偶问题解的(残余)不可行性或者修复耦合约束的(残余)不可行性。
图5示出了实施例中的用于修复电力资源分配简档的不可行性的方法350的流程图。在所示实施例中，图5中示出的处理被用于实现图3的功能框300。
图5中示出的处理是迭代的，因此索引k用于指示迭代处理的迭代次数。在框301中，索引k被赋予零的初始值。接下来，在框303中，求解分派问题(也称为经济分派问题)。对于第一次迭代(例如，当k＝0时)，利用来自LR对偶问题解(在图3的功能框200中获得该LR对偶问题解)的固定整数决策来求解分派问题。对于随后的迭代(例如，当k>0时)，利用来自扩充子问题解(在最后一次迭代的框309中获得该扩充子问题解)的固定整数决策来求解分派问题。为了便于讨论，分派问题可以被称为利用固定整数决策来求解，而不标识固定整数决策的来源(例如，来自LR对偶问题解或来自扩充子问题解)。分派问题表示为：
其受到以下影响：
Ajxj≥bj，j＝1，2，...，N (3.2)和
(3.1)至(3.3)中的分派问题与(1.1)至(1.3)中的原始SCUC问题类似，但是添加了松弛变量向量S(其包括多个实值的松弛变量)。换句话说，分派问题是通过修改带有松弛变量的SCUC问题得到的。分派问题还包括松弛变量向量S的惩罚向量M。注意，分派问题利用固定整数决策进行求解，这意味着当求解(3.1)至(3.3)的优化问题时，决策向量xj中的整数变量(例如，打开或关闭电力网资源的决策，以及具有整数值的其他变量，如果有的话)被固定在由LR对偶问题解(当k＝0时)或由扩充子问题解(当k>0时)提供的值。换句话说，分派问题的优化只对决策向量xj中的非整数变量执行，并且决策向量xj中的整数变量被视为常数。由于分派问题中要求解的变量的数量少于原始SCUC系统中的变量的数量，并且由于要优化的变量全部是实值的(因此可能具有连续梯度)，因此分派问题更容易求解。MIP求解器可以用于求解分派问题，尽管在这种情况下，MIP求解器仅需要求解非整数变量，这导致求解分派问题所需的更短的时间。可替代地，比MIP求解器更简单的求解器(例如，仅优化非整数变量的求解器)可以用于求解分派问题。
将松弛变量向量S添加到分派问题以确保技术可行性，使得分派问题的求解器可以找到满足(3.2)和(3.3)中的所有约束的解(例如，决策向量xj和松弛变量向量S)。特别地，松弛变量帮助满足(3.3)中的耦合约束。在没有松弛变量向量S的情况下，分派问题可能没有可行解，因为决策向量xj中的整数变量固定在由LR对偶问题解或扩充子问题解提供的值，这可能不允许可行解。为了阻止求解器依赖松弛变量向量S来满足(3.3)中的耦合约束，惩罚向量M中的元素被分配足够大的值(例如，松弛变量的高成本)，因为优化过程可能避免与松弛变量相关联的高成本。
接下来，在框305中，检查分派问题的解(也称为分派解)的可行性。当利用零值松弛变量向量满足S(3.3)中的耦合约束(这相当于满足原始SCUC系统的耦合约束(1.3))时，分派解是可行的。因此，当松弛变量向量S中的松弛变量为零时，分派解被认为是可行的。非零值的松弛变量向量S意味着分派解依赖于松弛变量在技术上是可行的(例如，满足(3.3))，但是不满足SCUC系统的耦合约束(1.3)，因此是不可行的。如果分派解是可行的，则处理进行到框306，其中SCUC求解器134基于可行分派解的决策向量xj生成资源分配调度，并且处理停止。
如果分派解是不可行的，方法350通过在一次或多次迭代中求解多个扩充子问题并利用来自扩充子问题的解的固定整数决策来求解分派问题来修复不可行性，其细节在文中讨论。为了便于讨论，检查分派解是否不可行也可以称为检查分派解的耦合约束不可行性。
为了修复分派解的不可行性，方法350的处理进行到框307以便进行第一次迭代(例如，k＝0)，其中设定多个扩充子问题，并且初始化扩充子问题的耦合约束边界。扩充子问题被定义为：
其受到以下影响：
Ajxj≥bj (4.2)和
其中k是迭代索引，λ(k)是第k次迭代中的乘子向量(例如，包括多个乘子)，sj (k)是第k次迭代中第j个扩充子问题的松弛变量向量，是第k次迭代中第j个扩充子问题的耦合约束键向量(bond vector)(例如，包括耦合约束的多个边界)，以及ρ是(4.1)中的二次项的惩罚系数。乘子向量λ(k)也可以被称为扩充子问题的拉格朗日乘子向量，并且乘子向量λ(k)中的多个乘子也可以被称为拉格朗日乘子。
乘子向量λ(k)被初始化为从图2中的框200获得的最终值。在随后的迭代中(k>0)，乘子向量λ(k)在每次迭代中更新。惩罚系数ρ是扩充子问题的输入参数，因此在优化期间具有固定值。耦合约束键向量在第一次迭代中(当k＝0时)利用来自分派解的值加上所分配的不可行性(如果有的话)来初始化。细节在下文中讨论。
为了初始化耦合约束键向量j＝1，2，...，N，每个扩充子问题首先被分配临时耦合约束边界/>其中j＝1，2，...，N，并且向量xj是来自分派解的决策向量xj。接下来，通过将来自分派解的决策向量xj插入到等式/>中来计算向量bd。耦合约束(1.3)中的向量bc和向量bd之间的差被称为不可行性向量binf(例如binf＝bc-bd)。如果不可行性向量binf不是全零向量，则不可行性向量binf被分割(例如，拆分)成N个向量，并且N个向量中的每一个被用于修改相应的临时耦合约束键向量/>以获得耦合约束结合向量/>j＝1,2,...,N。分割和分配不可行性向量binf的不同方式是可能的。简单的方法是将不可行向量binf平均除以N，从而将不可行向量binf平均分配给所有临时耦合约束键向量/>j＝1,2,...,N。换句话说，耦合约束键向量/>可以被计算为/> j＝1,2,...,N。
一旦设定了扩充子问题，并且耦合约束键向量被初始化，合适的求解器(诸如MIP求解器)可以被用来求解扩充子问题中的每一个，如框309所示。可以使用多个求解器并行求解扩充子问题，以减少找到扩充子问题的解所需的时间。在本文中的讨论中，扩充子问题的解(例如，决策向量xj，j＝1,2,....N)也称为扩充子问题解。
接下来，在框310中，迭代索引k递增1。处理返回到框303，以便进行下一迭代处理。
接下来，在框303中，利用来自扩充子问题解的固定整数决策再次求解分派问题。细节与上面讨论的相同或相似，因此在此不再重复这些细节。
接下来，在框305中，使用如上所讨论的相同或相似的处理来检查分派解的可行性。如果分派解是可行的，则处理进行到框306，其中SCUC求解器134基于可行分派解的决策向量xj生成资源分配调度，并且处理停止。如果分派解不可行，则处理进行到框311和313，其中乘数矢量λ(k)和耦合约束边界矢量被更新，如下所讨论那样。
接下来，在框311中，计算乘子向量λ(k)和耦合约束边界向量的更新。特别地，第k次迭代中的乘子向量λ(k)的第i个元素的更新通过以下计算：
第k次迭代中的第j个耦合约束边界向量的第i个元素的更新/>通过以下计算：
其中是在具有与第i个耦合约束的耦合的松弛变量向量/>(j＝1,2,...,N)的第i个元素上计算的平均值(也称为平均松弛)。如果耦合约束矩阵Ac,j的第i行上的任何元素非零，则松弛变量向量/>具有与第i个耦合约束的耦合。作为示例，如果所有松弛变量向量/>具有与第i个耦合约束的耦合，则平均松弛/>可以通过/> 计算。在一些实施例中，乘子向量λ(k)和耦合约束边界向量/>的同时调节防止了扩充子问题解中的不期望的振荡，并且帮助收敛到可行解。
接下来，在框313中，使用在框311中计算的更新来更新乘子向量λ(k)和耦合约束边界向量特别地，乘子向量λ(k)通过以下更新：
λ(k+1)(i)＝λ(k)(i)+Δλ(k)(i) (4.6)
并且耦合约束边界向量通过以下更新：
接下来，在框309中，使用经更新的乘子向量λ(k)和经更新的耦合约束边界向量使用与上面讨论的相同或相似的处理来求解扩充的子问题，因此不再重复细节。
接下来，在框310中，迭代索引k递增1，并且处理返回到框303，以便进行下一迭代处理。
接下来，在框303中，利用来自利用经更新的乘子向量λ(k)和经更新的耦合约束边界向量获得的扩充子问题解的固定整数决策来求解分派问题。迭代处理继续，直到获得可行解。注意，当k＝0时，框307中的处理仅在开始时执行一次。在随后的迭代中(k>0)，方法350的处理经过沿着框311和313的路径。通过在每次迭代中更新乘子向量λ(k)和耦合约束边界向量/>方法350的处理减少了耦合约束的残余不可行性并最终找到可行的分派解。
图6是在一些实施例中的用于执行电力管理系统的处理的处理系统900的框图。例如，处理系统900可以用于实施图1的PMS 105。
如图6所示，处理系统900包括可以(也可以不)如图6所示布置的处理器902、存储器904和接口906至910。处理器902可以是适于执行计算和/或其他处理相关任务的任何组件或组件集合，并且存储器904可以是适于存储由处理器902执行的程序和/或指令的任何组件或组件集合。在实施例中，存储器904包括非暂时性计算机可读介质。接口906、908、910可以是允许处理系统900与其他设备/组件通信的任何组件或组件集合。例如，接口906、908、910中的一个或多个可以适于从处理器902向安装在主机设备和/或远程设备上的应用通信传送数据、控制或管理消息。作为另一示例，接口906、908、910中的一个或多个可以适于允许设备(例如，个人计算机(PC)等)与处理系统900交互/通信。处理系统900可以包括图6中未描绘的附加组件，诸如长期存储装置(例如，非易失性存储器等)。
图7示出了根据一些实施例的操作电力网的方法1000的流程图。应该理解的是，图7中示出的实施例方法仅仅是许多可能的实施例方法的示例。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、替代性方案和修改。例如，可以添加、删除、替换、重新布置或重复图7中示出的各个步骤。
参考图7，在框1010，由电力网的电力管理系统生成电力网资源分配简档，电力网资源分配简档指示被电力网的操作信息约束的电力网的操作。在框1020，由电力管理系统生成中间资源分配调度，其中中间资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度。在框1030，电力管理系统通过检查中间资源分配调度是否满足电力网资源分配简档的耦合约束来确定中间资源分配调度是否可行。在框1040，响应于确定中间资源分配调度不可行，电力管理系统修复中间资源分配调度以生成可行的资源分配调度，资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的最终调度。
实施例可以实现优点。例如，由于例如要优化的较大数量的变量、要优化的变量的类型(例如，整数值和实数值变量)以及SCUC系统的NP困难，MIP求解器可能需要很长时间来找到SCUC系统的可行解。本公开提供了一种以两个步骤求解SCUC问题的计算有效的方法。在第一步骤中，SCUC求解器求解SCUC问题的拉格朗日松弛(LR)对偶问题。LR对偶问题包括多个LR子问题，该多个LR子问题具有较低的维数(例如，较低数量的变量)并且适合于并行处理。检查LR对偶问题解的可行性。如果LR对偶问题解可行，则根据LR对偶问题解的决策向量生成资源分配调度。如果LR对偶问题解是不可行的，则修复LR对偶问题解的不可行性以实现可行解。修复过程涉及利用固定整数决策求解分派问题，以及求解多个具有较低维度并适合于并行处理的扩充子问题。分派问题和扩充子问题允许快速有效地找到可行解。
对所公开的实施例的变化和修改是可能的，并且完全旨在包括在本公开的范围内。例如，尽管在求解SCUC问题的框架中描述了所公开的方法，但是所公开的方法可以容易地应用于其他MIP问题。作为另一示例，更新乘子向量λ(k)的处理(例如，图5中的框311和313)可以仅针对具有来自分派解的不可行性的耦合约束来执行。作为另一示例，虽然可行性测试是在图5中的分派解上进行的，但是可以直接在扩充子问题解上测试可行性。
在此总结了本公开的示例实施例。其他实施例也可以从整个说明书以及在此提交的权利要求中理解。
示例1.在实施例中，一种操作电力网的方法包括：由电力网的电力管理系统生成解决关于电力网资源分配的优化问题的优化器，其中优化器包括目标、约束和计算模型，其中在约束中的至少两个之间存在耦合；通过优化器的计算模型生成优化问题的解作为中间资源分配调度，其中中间资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度；由优化器的计算模型通过检查解是否满足优化器的耦合约束来确定中间资源分配调度是否可行；以及响应于确定中间资源分配调度不可行，由优化器的计算模型修复中间资源分配调度以生成可行的资源分配调度，资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的最终调度，其中修复中间资源分配调度包括确定通过利用来自中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题得到的第一分派解是否可行。
示例2.根据示例1的方法，还包括由电力管理系统将资源分配调度传输至电力网资源。
示例3.根据示例1的方法，其中优化器的约束包括用于约束电网的操作的信息，并且包括与安全相关的传输约束信息和成本信息。
示例4.根据示例1的方法，其中生成优化器包括将优化问题表示为基于混合整数规划的安全约束的机组组合(SCUC)系统。
示例5.根据示例1的方法，其中通过求解优化问题的拉格朗日松弛(LR)对偶来生成中间资源分配调度，其中优化问题的LR对偶包括优化问题的拉格朗日乘子和耦合约束，其中优化问题的LR对偶包括多个LR子问题，其中生成中间资源分配调度包括使用多个混合整数规划(MIP)求解器并行求解多个LR子问题。
示例6.根据示例5的方法，其中生成中间资源分配调度还包括：计算拉格朗日乘子的子梯度；以及使用所计算的子梯度更新拉格朗日乘子。
示例7.根据示例1的方法，其中确定第一分派解是否可行包括：通过利用松弛变量修改优化问题来形成分派问题；利用来自中间资源分配调度的固定整数决策来求解分派问题，以获得第一分派解；以及确定在第一分派解中是否存在非零松弛变量。
示例8.根据示例7的方法，其中修复中间资源分配调度还包括响应于确定在第一分派解中不存在非零松弛变量，从第一分派解的组合决策生成资源分配调度。
示例9.根据示例8的方法，其中响应于确定在第一分派解中存在非零松弛变量，第一分派解被确定为不可行。
示例10.根据示例9的方法，其中修复中间资源分配调度还包括：响应于确定第一分派解不可行：求解多个扩充子问题以生成第一扩充子问题解；通过利用来自第一扩充子问题解的固定整数决策求解分派问题来生成第二分派解；确定第二分派解是否可行；以及如果第二分派解可行，则从第二分派解的组合决策生成资源分配调度。
示例11.根据示例10的方法，其中修复中间资源分配调度还包括，在求解多个扩充子问题之前：设定多个扩充子问题，其中多个扩充子问题包括多个扩充子问题的拉格朗日乘子和耦合约束边界；以及初始化多个扩充子问题的耦合约束边界。
示例12.根据示例11的方法，其中修复中间资源分配调度还包括：响应于确定第二分派解不可行：更新多个扩充子问题的拉格朗日乘子和耦合约束边界；利用经更新的拉格朗日乘子和经更新的耦合约束边界求解多个扩充子问题，以生成第二扩充子问题解；通过利用来自第二扩充子问题解的固定整数决策求解分派问题来生成第三分派解；确定第三分派解是否可行；以及如果第三分派解可行，则从第三分派解的组合决策生成资源分配调度。
示例13.在实施例中，一种电力网的电力管理系统包括：一个或多个处理器；以及存储要在处理器中执行的程序的存储器，该程序包括指令，这些指令当在一个或多个处理器中执行时，使得一个或多个处理器：生成中间资源分配调度，其中该中间资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度；通过检查中间资源分配调度是否满足电力网的电力网资源分配简档的耦合约束来确定中间资源分配调度是否可行，其中电力网资源分配简档指示由电力网的操作信息约束的电力网的操作；以及响应于确定中间资源分配调度不可行，修复中间资源分配调度以生成可行的资源分配调度，其中资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的最终调度，其中修复中间资源分配调度包括确定通过利用来自中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题得到的第一分派解是否可行。
示例14.根据示例13的电力管理系统，还包括：传输器，该传输器被配置为将资源分配调度传输至电力网资源，其中电力网资源被配置成根据资源分配调度进行控制。
示例15.根据示例13的电力管理系统，其中通过求解电力网资源分配简档的拉格朗日松弛(LR)对偶来生成中间资源分配调度，其中电力网资源分配简档的LR对偶包括多个LR子问题，其中程序包括使得一个或多个处理器通过使用多个求解器并行求解多个LR子问题来生成中间资源分配调度的指令。
示例16.根据示例13的电力管理系统，其中确定第一分派解是否可行包括：通过利用松弛变量修改电力网资源分配简档来形成分派问题；利用来自中间资源分配调度的固定整数解求解分派问题，以获得第一分派解；以及确定在第一分派解中是否存在非零松弛变量；并且其中修复中间资源分配简档还包括响应于确定在第一分派解中不存在非零松弛变量，从第一分派解的组合决策生成资源分配调度。
示例17.根据示例16的电力管理系统，其中程序包括通过使一个或多个处理器执行以下操作来修复中间资源分配调度的另外的指令：响应于确定第一分派解不可行，求解多个扩充子问题以生成第一扩充子问题解，其中多个扩充子问题包括多个扩充子问题的拉格朗日乘子和耦合约束边界；通过利用来自第一扩充子问题解的固定整数决策求解分派问题来生成第二分派解；确定第二分派解是否可行；以及响应于确定第二分派解可行，从第二分派解的组合决策生成资源分配调度。
示例18.根据示例17的电力管理系统，其中程序包括通过使一个或多个处理器执行以下操作来修复中间资源分配调度的指令：响应于确定第二分派解不可行，更新多个扩充子问题的拉格朗日乘子和耦合约束边界；利用经更新的拉格朗日乘子和经更新的耦合约束边界求解多个扩充子问题，以生成第二扩充子问题解；以及通过利用来自第二扩充子问题解的固定整数决策求解分派问题来生成第三分派解。
示例19.在实施例中，一种电力网的系统包括：电力管理系统，该电力管理系统被配置为：生成中间资源分配调度，其中中间资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度；通过检查中间资源分配调度是否满足电力网的电力网资源分配简档的耦合约束来确定中间资源分配调度是否可行，其中电力网资源分配简档指示由电力网的操作信息约束的电力网的操作；以及响应于确定中间资源分配调度不可行，通过修复中间资源分配调度来生成可行的资源分配调度，其中资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的最终调度，其中修复中间资源分配调度包括确定通过利用来自中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题获得的第一分派解是否可行；电力网资源，该电力网资源被配置为根据资源分配调度进行控制；以及传输器，该传输器被配置为将资源分配调度从电力管理系统传输至电力网资源。
示例20.根据示例19的系统，其中确定第一分派解是否可行包括：通过利用松弛变量修改电力网资源分配简档来形成分派问题；利用来自中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题，以获得第一分派解；以及确定在第一分派解中是否存在非零松弛变量；并且其中修复中间资源分配调度还包括响应于确定在第一分派解中不存在非零松弛变量，从第一分派解的组合决策生成资源分配调度。
虽然已经参考说明性实施例描述了本公开，但是这个描述不旨在以限制的意义来解释。参考说明书，说明性实施例以及本公开的其他实施例的各种修改和组合对于本领域技术人员来说将是清楚的。因此，所附权利要求旨在涵括任何这样的修改或实施例。

Claims (20)

1.一种操作电力网的方法，包括：
由所述电力网的电力管理系统生成中间资源分配调度，其中所述中间资源分配调度为在所述电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度；
由所述电力管理系统通过检查所述中间资源分配调度是否满足所述电力网的电力网资源分配简档的耦合约束来确定所述中间资源分配调度是否可行，其中所述电力网资源分配简档指示由所述电力网的操作信息约束的所述电力网的操作；以及
响应于确定所述中间资源分配调度不可行，由所述电力管理系统修复所述中间资源分配调度以生成可行的资源分配调度，所述资源分配调度为在所述电力网内运行的电力网资源提供资源分配的最终调度，其中修复所述中间资源分配调度包括确定通过利用来自所述中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题得到的第一分派解是否可行。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括由所述电力管理系统将所述资源分配调度传输至所述电力网资源。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述操作信息包括用于约束所述电力网的操作的信息，并且包括与安全相关的传输约束信息和成本信息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中生成所述电力网资源分配简档包括将所述电力网资源分配简档表示为基于混合整数规划的安全约束的机组组合(SCUC)系统。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中通过求解所述电力网资源分配简档的拉格朗日松弛(LR)对偶来生成所述中间资源分配调度，其中所述电力网资源分配简档的LR对偶包括所述电力网资源分配简档的耦合约束和拉格朗日乘子，其中所述电力网资源分配简档的LR对偶包括多个LR子问题，其中生成所述中间资源分配调度包括使用多个混合整数规划(MIP)求解器并行求解所述多个LR子问题。
6.根据权利要求5所述的方法，其中生成所述资源分配调度还包括：
计算所述拉格朗日乘子的子梯度；以及
使用所计算的子梯度更新所述拉格朗日乘子。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中确定所述第一分派解是否可行包括：
通过将松弛变量添加到所述电力网资源分配简档的耦合约束和所述电力网资源分配简档的目标函数来形成所述分派问题；
利用来自所述中间资源分配调度的固定整数决策来求解所述分派问题，以获得所述第一分派解；以及
确定在所述第一分派解中是否存在非零松弛变量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中修复所述中间资源分配调度进一步包括响应于确定在所述第一分派解中不存在非零松弛变量，从所述第一分派解的组合决策生成所述资源分配调度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中响应于确定在所述第一分派解中存在非零松弛变量，所述第一分派解被确定为不可行。
10.根据权利要求9所述的方法，其中修复所述资源分配调度进一步包括：
响应于确定所述第一分派解不可行：
求解多个扩充子问题以生成第一扩充子问题解；
通过利用来自所述第一扩充子问题解的固定整数决策求解所述分派问题来生成第二分派解；
确定所述第二分派解是否可行；以及
如果所述第二分派解可行，则从所述第二分派解的组合决策生成所述资源分配调度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中修复所述中间资源分配调度进一步包括，在求解所述多个扩充子问题之前：
设定所述多个扩充子问题，其中多所述多个扩充子问题包括所述多个扩充子问题的耦合约束边界和拉格朗日乘子；以及
初始化所述多个扩充子问题的耦合约束边界。
12.根据权利要求11所述的方法，其中修复所述资源分配调度进一步包括：
响应于确定所述第二分派解不可行：
更新所述多个扩充子问题的耦合约束边界和拉格朗日乘子；
利用经更新的拉格朗日乘子和经更新的耦合约束边界求解所述多个扩充子问题，以生成第二扩充子问题解；
通过利用来自所述第二扩充子问题解的固定整数决策求解所述分派问题来生成第三分派解；
确定所述第三分派解是否可行；以及
如果所述第三分派解可行，则从所述第三分派解的组合决策生成所述资源分配调度。
13.一种电力网的电力管理系统，包括：
一个或多个处理器；以及
存储器，所述存储器存储待于在所述处理器中执行的程序，所述程序包括指令，当在所述一个或多个处理器中执行所述指令时，使得所述一个或多个处理器：
生成中间资源分配调度，其中所述中间资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度；
通过检查所述中间资源分配调度是否满足所述电力网的电力网资源分配简档的耦合约束来确定所述中间资源分配调度是否可行，其中所述电力网资源分配简档指示由所述电力网的操作信息约束的电力网的操作；以及
响应于确定所述中间资源分配调度不可行，修复所述中间资源分配调度以生成可行的资源分配调度，其中所述资源分配调度为在所述电力网内操作的所述电力网资源提供资源分配的最终调度，其中修复所述中间资源分配调度包括确定通过利用来自所述中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题得到的第一分派解是否可行。
14.根据权利要求13所述的电力资源管理系统，进一步包括：
传输器，所述传输器被配置为将所述资源分配调度传输至所述电力网资源，其中所述电力网资源被配置成根据所述资源分配调度进行控制。
15.根据权利要求13或14所述的电力管理系统，其中通过求解所述电力网资源分配简档的拉格朗日松弛(LR)对偶来生成所述中间资源分配调度，其中所述电力网资源分配简档的LR对偶包括多个LR子问题，其中所述程序包括使得所述一个或多个处理器通过使用多个求解器并行求解所述多个LR子问题来生成所述中间资源分配调度的指令。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的电力管理系统，其中确定所述第一分派解是否可行包括：
通过利用松弛变量修改所述电力网资源分配简档来形成所述分派问题；
利用来自所述中间资源分配调度的所述固定整数解求解所述分派问题，以获得第一分派解；以及
确定在所述第一分派解中是否存在非零松弛变量；并且
其中修复所述中间资源分配简档进一步包括响应于确定在所述第一分派解中不存在非零松弛变量，从所述第一分派解的组合决策生成所述资源分配调度。
17.根据权利要求16所述的电力管理系统，其中所述程序包括通过使所述一个或多个处理器执行以下操作来修复所述中间资源分配调度的另外的指令：
响应于确定所述第一分派解不可行：
求解多个扩充子问题以生成第一扩充子问题解，其中所述多个扩充子问题包括所述多个扩充子问题的耦合约束边界和拉格朗日乘子；
通过利用来自所述第一扩充子问题解的固定整数决策求解所述分派问题来生成第二分派解；
确定所述第二分派解是否可行；以及
响应于确定所述第二分派解可行，从所述第二分派解的组合决策生成所述资源分配调度。
18.根据权利要求17所述的电力管理系统，其中所述程序包括通过使所述一个或多个处理器执行以下操作来修复所述中间资源分配调度的指令：
响应于确定所述第二分派解不可行：
更新所述多个扩充子问题的耦合约束边界和拉格朗日乘子；
利用经更新的拉格朗日乘子和经更新的耦合约束边界求解所述多个扩充子问题，以生成第二扩充子问题解；以及
通过利用来自所述第二扩充子问题解的固定整数决策求解所述分派问题来生成第三分派解。
19.一种电力网的系统，包括：
电力管理系统，所述电力管理系统被配置为：
生成中间资源分配调度，其中所述中间资源分配调度为在电力网内操作的电力网资源提供资源分配的暂定调度；
通过检查所述中间资源分配调度是否满足所述电力网的电力网资源分配简档的耦合约束来确定所述中间资源分配调度是否可行，其中所述电力网资源分配简档指示由所述电力网的操作信息约束的电力网的操作；并且
响应于确定所述中间资源分配调度不可行，通过修复所述中间资源分配调度来生成可行的资源分配调度，其中所述资源分配调度为在所述电力网内操作的所述电力网资源提供资源分配的最终调度，其中修复所述中间资源分配调度包括确定通过利用来自所述中间资源分配调度的固定整数决策求解分派问题获得的第一分派解是否可行；
电力网资源，所述电力网资源被配置为根据所述资源分配调度进行控制；以及
传输器，所述传输器被配置为将所述资源分配调度从所述电力管理系统传输至所述电力网资源。
20.根据权利要求19所述的系统，其中确定所述第一分派解是否可行包括：
通过利用松弛变量修改所述电力网资源分配简档来形成所述分派问题；
利用来自所述中间资源分配调度的固定整数决策求解所述分派问题，以获得第一分派解；以及
确定在所述第一分派解中是否存在非零松弛变量；并且
其中修复所述中间资源分配调度还包括响应于确定在所述第一分派解中不存在非零松弛变量，从所述第一分派解的组合决策生成所述资源分配调度。
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