考虑机组组合的水火电力系统经济调度问题 ——半定规划模型和算法

论文摘要

考虑机组组合的水火电力系统经济调度问题（Hydrothermal Coordin-ation，HTC），由于其显著的经济效益，一直是电力系统运行中重要的研究课题之一。本质上讲，该问题是一个具有复杂约束条件的大型、动态、非凸、有时滞的混合整数非线性规划问题。目前，还未找到一种既理想又实用的算法。近年来，半定规划（Semidefinite Programming，SDP）已发展成为数学规划领域最活跃的研究分支，适用于求解凸优化问题，计算上具有多项式时间的复杂性，所以本文将其用于HTC问题的求解。通过对HTC问题的数学模型、SDP技术、现代内点法及计算技术等进行研究，提出一种基于半定规划的考虑机组组合的水火电力系统经济调度问题的新算法。将导致HTC问题非凸的整数变量约束转化为凸二次约束，进而将原问题转化为凸优化问题，建立起HTC问题的半定规划模型。论文分别对发电机组间{0，1}一经济调度（Economic Dispatch，ED）、电力系统机组组合（Unit Commitment，UC）以及考虑机组组合的水火电力系统经济调度等三个混合整数优化问题进行研究。对{0，1}-ED问题，用9个测试系统验证了算法的有效性。关于UC问题，6个测试系统的仿真结果表明：所提方法的计算结果优于遗传算法等6种方法，且能有效地处理机组爬坡约束、具有较快的计算时间、适用于求解大规模的UC问题。对于HTC问题，3个测试系统的仿真分析说明了SDP可以有效求解HTC问题，优化结果体现了水电削峰填谷的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 水火电力系统经济调度概述
• 1.2 水火电力系统经济调度算法评述
• 1.2.1 传统优化算法
• 1.2.2 现代智能优化算法
• 1.3 本文的主要任务
• 第2章 数学基础—半定规划及其算法简介
• 2.1 概述
• 2.1.1 半定规划及其对偶模型
• 2.2 半定规划应用举例
• 2.2.1 线性规划
• 2.2.2 二次锥规划
• 2.2.3 二次约束二次凸规划
• 2.2.4 线性互补问题
• 2.2.5 特征值优化问题
• 2.3 半定规划的对偶理论
• 2.4 半定规划的内点算法
• 2.4.1 原对偶路径跟踪内点算法
• 2.4.2 对偶变尺度内点算法
• 2.5 研究现状
• 2.6 本章小结
• 第3章 发电机组间{0,1}-经济调度问题
• 3.1 概述
• 3.2 发电机组间{0,1}-经济调度问题的数学模型
• 3.3 发电机组间{0,1}-经济调度问题半定规划模型的建立
• 3.4 数值仿真结果及讨论
• 3.5 本章小结
• 第4章 电力系统机组组合问题
• 4.1 概述
• 4.2 机组组合问题的数学模型
• 4.2.1 机组组合问题的数学模型
• 4.2.1.1 目标函数
• 4.2.1.2 系统约束
• 4.2.2 机组组合问题的凸优化描述
• 4.2.3 机组组合问题的半定规划模型
• 4.3 内点半定规划求解机组组合问题
• 4.3.1 内点半定规划求解机组组合问题算法
• 4.3.2 处理机组状态变量的启发式算法
• 4.3.3 机组组合基础上的经济调度
• 4.4 数值仿真结果及讨论
• 4.4.1 计及爬坡约束的10机24时段系统仿真分析
• 4.4.2 不计爬坡约束系统仿真分析
• 4.4.2.1 10机24时段系统仿真分析
• 4.4.2.2 大系统仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 考虑机组组合的水火电力系统经济调度问题
• 5.1 概述
• 5.2 考虑机组组合的HTC问题的数学模型
• 5.2.1 目标函数
• 5.2.2 火电系统约束
• 5.2.3 水电系统约束
• 5.2.4 水火电系统约束
• 5.3 考虑机组组合的HTC问题的凸优化描述
• 5.3.1 凸目标函数
• 5.3.2 火电约束的凸优化形式
• 5.3.3 水电约束的凸优化形式
• 5.4 考虑机组组合的HTC问题的半定规划模型
• 5.5 数值仿真结果及讨论
• 5.5.1 测试系统
• 5.5.2 测试系统收敛性分析
• 5.5.3 水火电出力情况
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录