随着国民经济的发展和电力企业改革的实施,保证电力系统安全、经济、可靠运行则显得越来越重要,电力系统运行调度决策也越来越复杂。最优潮流和机组组合问题是电力系统运行调度的核心的问题。本文以最优潮流和机组组合问题为线索,开展了细致而深入的研究工作。本文的主要内容和贡献表现在以下几个方面:
(1)研究基于不同潮流模型的电力系统最优潮流计算。基于交流潮流的最优潮流属于精确的最优潮流计算,计算量大,算法迭代次数多;基于直流潮流的最优潮流,计算速度快,但结果精度差,且线路的有功损耗无法考虑。因此,在最优潮流计算中引入二阶及考虑电压幅值的二阶网络模型。基于二阶及考虑电压幅值的二阶网络模型的最优潮流不仅能准确地模拟线路的有功损耗,且基于二阶网络模型的最优潮流可转化成凸规划,保证快速地收敛至全局最优解。数值仿真结果在计算时间和收敛特性两方面显示了二阶及考虑电压二阶网络模型的优越性。
(2)研究常规的机组组合问题及其求解方法。机组组合问题是大规模的非凸、非线性的混合整数规划问题,很难求得其最优解。本文在常规机组组合问题的基础上,引入二阶网络模型模拟线路损耗,将混合整数非凸的机组组合问题转化成混合整数的凸规划,且考虑了爬坡约束及其对旋转备用的影响。基于混合整数凸规划的机组组合问题采用分支定界结合原始对偶内点法求解。在分支定界过程中,最优优先搜索和深度优先搜索相结合作为分支定界法的搜索策略。为达到在较短的时间里求得大规模机组组合问题的一个快速、近似最优可行解的目的,引入启发式、调度周期的分割及改良的分支定界法的加速策略。在仿真计算中,通过与其它优化算法结果的比较,显示了模型的合理性和算法的有效性,适合大规模的机组组合问题的求解。
(3)研究考虑网络安全约束的机组组合(Security-Constrained Unit Commitment,SCUC)问题。电能是通过线路传输的,然而常规UC问题求得的机组启停策略如果计及网络安全约束时往往是不可行的。为保证系统的安全运行,有必要在机组组合问题中考虑网络安全约束。由于大量的安全约束的引入,增加了机组组合问题的规模和计算复杂度。本文提出以分支定界-内点法求解基于二阶或考虑压幅值的二阶网络模型的SCUC问题。SCUC的求解被分割成两个阶段:在第一阶段,为避免巨大的计算量,SCUC问题按时段被解耦成单个小时的SCUC问题,其中基于二阶网络模型的单个小时的SCUC问题转化成混合整数凸规划。单个小时的SCUC问题采用分支定界结合内点法进行求解。第一阶段称为基于单个小时的SCUC的子问题。在第二个阶段,采用第一阶段得出的机组启停策略按照交流潮流来修正各个时段各个机组的有功出力。第二阶段称为基于经济调度的子问题。通过IEEE 118节点36机、IEEE 118节点54机及IEEE 678节点170机3个测试系统在调度周期为24小时的仿真计算,显示了算法有效性。
(4)研究考虑风电和储能系统的机组组合问题。风电出力的随机性是通过一些可能出现的场景模拟的。场景的生成是通过拉丁超立方采样结合Cholesky分解法得到,并采用基于概率距离的场景消除技术,减少场景的数目,降低计算量。为让系统更加灵活、经济的运行,在含风电的机组组合问题中引入储能系统,并建立相应的的确定性和随机性模型,采用分支定界结合内点法进行求解。仿真结果表明,风电出力的波动性会对机组组合问题产生很大的影响,波动性越大,运行费用则越高,甚至导致机组组合问题无可行解。提高机组的爬坡能力和引入储能系统,不仅降低运行费用,并可降低风电出力波动性对系统安全的影响。
(5)探索以TRUST-TECH技术求解优化问题的可行解和最优解。在求解可行解时,将约束条件转化成动态系统AS-QGS,以PSEUDO-TRANSIENT方法求解该动态系统的稳定平衡点以获得可行解。求解最优解时,将约束的优化问题通过序列无约束极小化的罚函数法转化成无约束优化问题,建立相应的动态系统,求解动态系统的稳定平衡点来求得约束优化问题的最优解。仿真计算表明TRUST-TECH是一种非常有前景的优化算法。
