機(jī)組組合混合整數(shù)線性規(guī)劃模型的研究與改進(jìn).pdf

1、由于用電負(fù)荷的不斷增加，需投入大量的發(fā)電機(jī)組來(lái)提供電能。其中，我國(guó)火力發(fā)電量占總發(fā)電量的比例高達(dá)80.8％，而水電僅占16.5％左右?；痣姍C(jī)組在提供電能時(shí)不僅需要消耗大量的一次性能源，還會(huì)造成嚴(yán)重的污染。因此，為了響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召，本文通過(guò)研究機(jī)組組合(unit commitment，UC)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先調(diào)度可再生發(fā)電資源、最大限度減少能源消耗和污染物排放等目標(biāo)，不僅有利于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還可創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效

2、益。
　　UC問(wèn)題是一個(gè)高維、離散、非凸的混合整數(shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題，屬NP難問(wèn)題，按現(xiàn)有的技術(shù)難以直接快速求解。由于數(shù)學(xué)理論和求解技術(shù)的限制，混合整數(shù)非線性規(guī)劃求解器發(fā)展緩慢，甚至于無(wú)法求出小規(guī)模系統(tǒng)的最優(yōu)解。但是，混合整數(shù)線性規(guī)劃(mixed-integer linear programming，MILP)求解器的性能卻大為改善，因此，建立UC問(wèn)題的MILP模型進(jìn)行求解已成為主流方向之一。但是，對(duì)于大規(guī)模系統(tǒng)，機(jī)組組合MILP模型

3、的求解仍需較長(zhǎng)時(shí)間。此外，為了便于計(jì)算，UC問(wèn)題的建模還進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。因此，為提高模型的求解效率、以及建立更符合實(shí)際的模型，本文將借助MILP理論、線性化理論、代數(shù)建模技術(shù)等多種理論和方法，深入研究與改進(jìn)傳統(tǒng)UC問(wèn)題、水火協(xié)調(diào)問(wèn)題和水電優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的MILP模型。
　　針對(duì)不計(jì)和計(jì)及爬坡約束對(duì)旋轉(zhuǎn)備用影響的UC問(wèn)題，提出了含四類(lèi)0-1變量更為簡(jiǎn)潔-緊湊的MILP改進(jìn)模型。通過(guò)引入輔助0-1變量表示冷啟動(dòng)狀態(tài)，提出了一種啟動(dòng)費(fèi)用的

4、線性表達(dá)，同時(shí)增強(qiáng)了MILP模型的簡(jiǎn)潔性和緊湊性;利用爬坡速度和最小運(yùn)行時(shí)間限制，提出了新的機(jī)組出力約束表達(dá)，極大地壓縮了機(jī)組出力的可行域，進(jìn)一步增強(qiáng)了緊湊性。更簡(jiǎn)潔的模型，提高了線性規(guī)劃松弛的求解效率;更緊湊的模型，縮小了最優(yōu)解的尋優(yōu)空間，使線性規(guī)劃松弛解更接近MILP最優(yōu)解。計(jì)算結(jié)果表明，所提模型在獲得高質(zhì)量解的同時(shí)，可提高求解效率幾倍甚至于數(shù)百倍，尤其適合于大規(guī)模系統(tǒng)。
　　提出了一種計(jì)及啟停功率軌跡的火電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)模型。

5、將機(jī)組出力曲線從傳統(tǒng)的階梯狀建模為分段線性模型，并對(duì)該曲線進(jìn)行光滑處理，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的機(jī)組電量計(jì)劃到出力計(jì)劃的轉(zhuǎn)換;考慮了燃煤機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的加熱、升負(fù)荷、調(diào)度和降負(fù)荷四個(gè)階段，以及各階段生產(chǎn)的電能;可支持任意多種啟動(dòng)類(lèi)型，不同類(lèi)型的啟動(dòng)費(fèi)用、加熱時(shí)間、升負(fù)荷時(shí)間和啟動(dòng)功率軌跡則取決于機(jī)組連續(xù)停機(jī)時(shí)間。計(jì)算結(jié)果表明，所提模型是正確合理的，更符合實(shí)際的計(jì)算。
　　建立了一種計(jì)及火電機(jī)組啟停功率軌跡的水火備用聯(lián)合調(diào)度MILP模型。由于

6、水電機(jī)組爬坡速度極快，將其出力曲線建模為階梯狀;考慮了水電機(jī)組的啟停費(fèi)用和啟停用水量;針對(duì)庫(kù)容較大的水庫(kù)，忽略水頭效應(yīng)，提出了一種考慮振動(dòng)區(qū)的水電轉(zhuǎn)換函數(shù)的線性表達(dá);結(jié)合電力市場(chǎng)，提出了輔助服務(wù)市場(chǎng)的向下調(diào)節(jié)備用、向上調(diào)節(jié)備用、10分鐘旋轉(zhuǎn)備用和10分鐘非旋轉(zhuǎn)備用更準(zhǔn)確的模型。計(jì)算結(jié)果表明，所建模型是正確合理的，有利于電力市場(chǎng)環(huán)境下系統(tǒng)備用的頻繁調(diào)用。
　　首次將分段線性化的最新成果—對(duì)數(shù)凸組合方法用于電力系統(tǒng)問(wèn)題。該方法使用格雷