电力系统机组组合问题的主辅分解计算方法研究

论文摘要

机组组合问题是电力系统经济调度领域的一项最基本的工作。该问题可以归纳为一个典型的大规模非线性混合整数规划问题。如果在问题整体求解过程中对不同约束缺乏有针对性的分类处理措施,则容易产生算法设计难度大、计算效率低等问题。本文根据机组组合问题不同约束作用特性的差异,探讨了如何从分解的方式构造新型计算方法,以达到降低算法设计难度、提高计算效率的目的。由于电力系统机组组合问题存在众多的约束且其特性各有差异。不同的约束对问题求解的影响程度是不同的。本文首先比较全面地分析了机组组合问题各种约束的作用特性,并从线性与非线性、整数与非整数、等式与不等式、简单变量与函数约束等角度对有关约束进行了分类,给出了不同类型约束的可行处理对策,为进一步研究新型分解方法提供了基础。在约束作用特性分类及处理对策分析的基础上,论文提出了一种求解电力系统机组组合问题的主辅分解方法,并设计了具体的算法流程和计算步骤。分解后的主子问题除包括原问题的目标函数外,还通过拉格朗日乘子的形式将系统有功功率平衡约束和系统旋转备用约束增广进目标函数;分解后的辅助子问题包括机组有功功率上下限约束处理子问题、机组有功功率变化率限值约束处理子问题、机组最小运行和停机时间约束处理子问题、系统运行机组数量约束处理子问题、网络线路潮流约束处理子问题。其中,前两个辅助子问题直接嵌入到主子问题的迭代过程,中间两个辅助子问题置于主子问题迭代过程的外层进行处理,最后一个辅助子问题置于最外层作为结果校验。这种内外分层结构的迭代方式降低了算法设计的难度,减少了不必要的重复计算,提高了计算效率。本文最后以一个包含17个机组的算例系统为例进行了仿真分析。算例结果表明,本文提出的主辅分解计算方法,由于实施了约束的分类处理,显著降低了主子问题迭代计算的难度,简化了有关辅助子问题处理的复杂性,因此可以改善机组组合问题计算的性能,有助于提高算法的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究目的和意义
• 1.2 机组组合问题的研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 机组组合问题的数学模型及其约束特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 机组组合问题的数学模型
• 2.2.1 目标函数
• 2.2.2 约束条件
• 2.3 约束分类及约束特性分析
• 2.3.1 约束分类
• 2.3.2 约束特性分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 机组组合问题的主辅分解计算方法
• 3.1 引言
• 3.2 机组组合问题的主辅分解
• 3.2.1 主辅分解后的主问题
• 3.2.2 主辅分解后的辅助问题
• 3.3 主问题的具体求解方法
• 3.4 辅助问题的具体求解方法
• 3.4.1 机组有功功率违反上下限约束的处理
• 3.4.2 机组有功功率变化率违反限值约束的处理
• 3.4.3 机组最小运行和最小停机时间违反约束的处理
• 3.4.4 运行机组数量违反约束的处理
• 3.4.5 网络线路潮流违反约束的处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 主辅分解算法设计与算例分析
• 4.1 引言
• 4.2 主辅分解算法的原理流程和计算步骤
• 4.2.1 算法原理流程
• 4.2.2 算法主要环节的计算步骤
• 4.3 算例分析
• 4.3.1 计算条件
• 4.3.2 计算结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 算例系统网络拓扑及有关数据
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢