（电气工程专业论文）基于微分进化算法的电力系统节能发电调度的研究.pdf

s t u d yo fe n e r g y - s a v i n g p o w e r d i s p a t c hi np o w e rs y s t e mb a s e d o n d i f f e r e n t i a le v o l u t i o na l g o r i t h m l i uz h u o b e ( h u n a nn o r m a lu n i v e r s i t y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g i n t h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rh u a n gc h u n a p r i l ，2 0 1 1 3 舢2舢660 9川-m y 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 讧豸 日期：办，年r 月沙日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囱。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 日期：沙f 年厂月泸日 日期：多o ( f 年月z 口日 旷野门陟 一 娩 基于微分进化算法的电力系统节能发电调度的研究 摘要 我国人口众多，能源资源有限，人均资源拥有量远低于世界平均水平，同时 我国正处于工业化和城市化发展的快速阶段，能源资源消耗较快，环境污染严重。 能源危机和环境保护问题已成为制约我国经济发展和社会和谐的重要因素。电力 行业作为能源消耗大户和污染气体排放大户，是节能减排的重点领域之一，而合 理的发电调度，是实现电力行业节能降耗和减少环境污染的突破臼。 本文对节能发电调度作了介绍，并将其与传统发电调度进行了分析和比较： 阐述了国内外节能发电调度的研究现状和目前常用的调度优化方法；分析了节能 发电调度中应考虑的环境成本、风水电成本和网损等问题。 微分进化算法是一种新兴的进化计算技术，相当于是粒子群算法与遗传算法 的结合。由于其仍是一种随机搜索算法，搜索过程可能出现早熟、依据信息有限 和判断依据简单等缺点。针对这些缺点，本文提出了自适应决策调整和饱和度两 种改进形式。自适应决策调整是依据控制参数对种群搜索的影响，在迭代过程中 自适应改变控制参数的过程；饱和度是对解集空间中目标函数值的度量，通过调 节种群搜索空间使算法从全局层面来搜索种群的最优解。通过经典函数的测试验 证了改进算法的有效性和优越性。 建立了含风火电节能发电调度模型、含水火电节能发电调度模型和含风水火 电节能发电调度模型，并分别以i e e e 多节点电力系统为算例进行仿真；结果表 明，环境成本的考虑可使排污特性好的机组发电量增加，排污特性差的机组发电 量减少，遵从了节能调度中排污特性好的机组优先发电的原则，风水电这类清洁 能源不仅能达到较好的节能减排效果，而且还有利于系统总发电成本的降低。 通过粒子群、微分进化和改进微分进化3 种算法在含风水火电节能发电调度 模型中的应用比较，改进微分进化算法优化得到的目标适应度函数的值、系统总 污染排放量和总成本均小于粒子群算法和微分进化算法优化结果，改进微分进化 算法在节能发电调度优化方面能取得较好的效果。 关键词：节能发电调度；微分进化算法；环境成本；网损；风力发电；水力发电 硕士学位论文 a b s t r a c t c h i n e s ep o p u l a t i o ni sn u m e r o u s e n e r g yr e s o u r c e sa r el i m i t e d t h eo w n e r s h i p o fp e rc a p i t ar e s o u r c ei sf a rl o w e rt h a nt h ew o r l da v e r a g el e v e l c h i n ai s i nt h e p r o c e s so fi n d u s t r i a l i z a t i o n a n du r b a n i z a t i o n ，b u t e n e r g y r e s o u r c e sa r el a s t l y c o n s u m e da n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni ss e r i o u s t h ee n e r g y c r i s i sa n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nh a sr e s t r i c t e do u rc o u n t r ye c o n o m yd e v e l o p m e n ta n ds o c i a l h a r m o n y a sas o u r c eo fe n e r g yc o n s u m p t i o na n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，p o w e r i n d u s t r yi so n eo ft h ei m p o r t a n tf i e l d so fe n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n t h e r e a s o n a b l ep o w e rd i s p a t c hi st h eb r e a k t h r o u g ht or e d u c et h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n d e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n c o m b i n i n gw i t h t h et r a d i t i o n a lp o w e rd i s p a t c h ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h e e n e r g y s a v i n gp o w e rd i s p a t c h i te l a b o r a t e st h ec u r r e n tr e s e a r c hs t a t u so fd o m e s t i c a n df o r e i g ne n e r g ys a v i n gp o w e rd i s p a t c ha n dt h ec o m m o ns c h e d u l i n go p t i m i z a t i o n m e t h o da tp r e s e n t i ta n a l y z e st h eq u e s t i o no fe n e r g ys a v i n gp o w e rd i s p a t c h ，s u c ha s e n v i r o n m e n t a lc o s t ，w i n dc o s t ，h y d r o p o w e rc o s ta n dt h el o s s ，e t c d i f f e r e n t i a le v o l u t i o na l g o r i t h mi san e wt y p eo fe v o l u t i o n a r yc o m p u t a t i o n t e c h n o l o g y ，e q u i v a l e n tt oc o m b i n i n gp a r t i c l e s w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h ma n d g e n e t i ca l g o r i t h m b e c a u s ei ti s s t i l lar a n d o ms e a r c ha l g o r i t h m ，t h es e a r c hp r o c e s s m i g h th a v et h es h o r t c o m i n go fp r e m a t u r e ，i n f o r m a t i o nl i m i t e da n dj u d g m e n ts i m p l e a c c o r d i n gt ot h e s es h o r t c o m i n g s ，t h i sp a p e rp r o p o s e st w oi m p r o v e df o r m ss u c ha s t h ea d a p t i v ea d ju s t m e n ta n ds a t u r a t i o n a c c o r d i n gt oc o n t r o lp a r a m e t e r so nt h e e f f e c to fp o p u l a t i o ns e a r c h ，t h ea d a p t i v ea d ju s t m e n tc h a n g e sc o n t r o lp a r a m e t e r si n t h ei t e r a t i o np r o c e s s ；s a t u r a t i o ni st h em e a s u r eo fo b j e c t i v ef u n c t i o nv a l u e ，a n d m a k e sa l g o r i t h ms e a r c hf o rt h eo p t i m a ls o l u t i o no fp o p u l a t i o no nt h eg l o b a ll e v e l t h ec l a s s i cf u n c t i o nv e r i f i e st h ee f f e c t i v e n e s sa n ds u p e r i o r i t yo ft h em o d i f i e d a l g o r i t h m t h ep a p e re s t a b l i s h e st h em o d e lo fc o n t a i n i n gw i n de n e r g y - s a v i n gp o w e r d i s p a t c h ，t h em o d e lo fc o n t a i n i n gh y d r o p o w e re n e r g y - s a v i n gp o w e rd i s p a t c ha n dt h e m o d e lo fc o n t a i n i n gw i n da n dh y d r o p o w e re n e r g y - s a v i n gp o w e rd i s p a t c h ，a n dt h e s c h e d u l i n gm o d e l sa r er e s p e c t i v e l ys i m u l a t e db yi e e en o d e sp o w e rs y s t e m ；t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee n v i r o n m e n t a lc o s tm a ym a k e t h e g o o d e m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c su n i t si n c r e a s eg e n e r a t i n gc a p a c i t ya n dm a k et h ep o o re m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c su n i t sr e d u c eg e n e r a t i n gc a p a c i t y ，c o m p l yw i t ht h eg o o de m i s s i o n i i i 基于微分进化算法的电力系统节能发电调度的研究 c h a r a c t e r i s t i c su n i t sp r i o r i t y t h ek i n do fc l e a ne n e r g yc a nn o to n l ya c h i e v eg o o d e f f e c to fe n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n ，b u ta l s ob eg o o df o rt h es y s t e mt o t a l c o s tr e d u c t i o n p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n ，d i f f e r e n t i a le v o l u t i o na n di m p r o v e dd i f f e r e n t i a l e v o l u t i o na l g o r i t h ma r ei nt h ea p p l i c a t i o no fc o n t a i n i n gw i n da n d h y d r o p o w e r e n e r g y s a v i n gp o w e rd i s p a t c h t h ev a l u eo fg o a lf i t n e s sf u n c t i o n ，t o t a le m i s s i o n s a n dc o s t so p t i m i z e db yi m p r o v e dd i f f e r e n t i a le v o l u t i o na l g o r i t h ma r el e s st h a nt h e r e s u l t so f p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o na n dd i f f e r e n t i a le v o l u t i o na l g o r i t h m t h eg o o d o p t i m i z a t i o nr e s u l to fe n e r g y s a v i n gp o w e rd i s p a t c hc a nb ea c h i e v e db yi m p r o v e d d i f f e r e n t i a le v o l u t i o na l g o r i t h m k e yw o r d s ： e n e r g y s a v i n gp o w e rd i s p a t c h ；d i f f e r e n t i a le v o l u t i o n ；e n v i r o n m e n t a l c o s t ；l o s s e s ；w i n d ；h y d r o p o w e r i v 硕士学位论文 目录 学位论文原创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论一1 1 1 本课题研究的背景及意义l 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 节能发电调度的研究现状2 1 2 2 调度优化方法的研究现状4 1 3 本课题主要研究工作一7 第2 章节能发电调度应考虑的几个问题9 2 1 最小二乘法9 2 2 火电机组能效特性曲线的拟合1 0 2 3 火电机组环境成本1 3 2 4 风电成本1 4 2 5 水电成本1 6 2 5 1 边际容量成本1 7 2 5 2 边际电量成本1 7 2 6 网损计算17 2 6 1 b 系数法17 2 6 2 基于导纳矩阵的网损计算18 2 6 3 基于直流潮流网损计算1 9 2 7 本章小结2 0 第3 章微分进化及其改进算法2 l 3 1 微分进化算法概述2 l 3 2 微分进化算法的基本原理2 1 3 2 1 初始化2 1 3 2 2 变异操作2 2 3 2 3 交叉操作2 2 3 2 4 选择操作2 3 3 3 微分进化算法的改进2 3 3 3 1 自适应决策调整2 4 3 3 2 饱和度概念一2 4 v 基于微分进化算法的屯力系统节能发电调度的研究 3 3 3 改进的微分进化算法实现流程2 5 3 4 改进的微分进化算法测试2 5 3 5 本章小结2 7 第4 章风火电节能发电调度方法2 8 4 1 节能调度模型2 8 4 2 约束条件2 9 4 3 节能发电调度实现步骤2 9 4 4 算例分析3 0 4 5 本章小结一3 2 第5 章水火电节能发电调度方法3 3 5 1 调度模型3 3 5 2 约束条件3 4 5 3 目标函数的处理3 4 5 4 节能调度实现步骤3 5 5 5 算例分析3 6 5 6 本章小结3 9 第6 章风水火电的节能发电调度方法4 0 6 1 调度模型4 0 6 2 目标函数的处理4 0 6 3 算例分析4 l 6 4 本章小结4 5 结论4 6 参考文献4 8 致谢5 3 附录a攻读学位期间所发表的学术论文目录5 4 附录bi e e e9 、i e e e1 4 和i e e e 3 0 节点结构图一5 5 v i 硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 本课题研究的背景及意义 电力工业是国民经济的重要基础行业，是国家经济发展战略中的重点和先行 产业。近几年来，我国电力得到了飞速发展，装机总容量保持强劲发展的势头。 目前，我国发电装机容量和发电量已跃居世界第二位。同时，我国电源结构也逐 步得到优化，火电比重逐步下降，水力、风电以及核电等清洁可再生能源装机比 重逐步提高。截至2 0 0 9 年底，电力装机总容量已达8 7 4 亿千瓦，新增装机年均 近1 亿千瓦。其中，火力装机占电力总装机比重由2 0 0 6 年的7 7 6 下降到2 0 0 9 年的7 4 6 t 】l 。目前我国核电在建规模达2 0 6 7 万千瓦，占世界的3 0 ，规模位 居世界第一。过去5 年，中国风电市场装机量平均以每年翻一番的速度增长。2 0 0 9 年年底，中国国内的风能装机容量达2 5 0 0 万千瓦，2 0 10 年已成为世界第一。今 年，我国水电、核电、风电等清洁能源占总装机的比重将有望超过3 0 。虽然 水电、核电、风电等清洁能源在总装机容量的比重在逐年增加，但火电装机依然 是我国最主要的电源形式。 我国能开发的能源资源中，煤炭占9 4 ，石油占5 4 ，天然气占0 6 ， 这种“富煤贫油少气”的能源资源结构【2 】，决定了我国能源生产与消费在目前及 未来很长一段时间将以煤为主，也客观决定了火电占主体的装机结构。随着我国 工业化步伐的加大，火电电煤的消耗量也逐年增加，基本上占到了全国煤炭消耗 总量的5 0 以上，令人担忧的是，我国火电装机结构及煤耗效果也不尽合理。 首先是小火电机组，能耗高、污染重、比重大；其次，我国火电机组经济性能和 世界先进水平还存在比较大的差距，目前我国的能源利用效率仅为3 3 ，能源 生产和消费效率甚至低于世界平均水平【3 】。并且我国同时也是世界上单位产值能 耗最高的国家之一，每千克标准煤产出的g d p 仅为0 3 6 美元，远远低于日本的 5 5 8 美元，甚至低于世界平均值1 8 6 美元i 4 。 火电的一次能源主要是煤炭，而煤炭在燃烧过程中会释放出很多的有害气体 和其他污染物，对环境的破坏较大( 据统计【5 】，全国烟尘排放量的7 0 、二氧化 硫排放量的9 0 、氮氧化物的6 7 、二氧化碳的7 0 都来自于燃煤) 。全国1 3 的城市人口呼吸着严重污染的空气，有1 3 的国土被酸雨侵蚀。按照目前的经济 发展速度，以及污染控制方式和力度，到2 0 2 0 年，全国仅火电厂排放的二氧化 硫就将达2 1 0 0 万吨以上，全部排放量将超过大气环境容量l 倍以上，这对生态 环境和民众健康将是一场严重灾难。 基于微分进化算法的电力系统节能发电调度的研究 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。2 0 1 0 年， 我国风电新增装机超过16 0 0 万千瓦，累计超过4 0 0 0 万千瓦，“双居 世界第一。 截至2 0 0 9 年底，我国风电累计发电量约为5l6 亿千瓦时，按照发电标煤煤耗每 千瓦时3 5 0 克计算，可节约标准煤18 0 6 万吨，减少二氧化碳排放5 5 6 2 万吨，减 少二氧化硫排放2 8 万吨【6 】。随着我国风电装机的国产化、大型化、高效化和规 模化，风力发电的成本也在不断下降。目前，风电价格已可与石油、煤、天然气 发电和核电的价格相竞争，进而还将能与水电价格一比高低。 水电作为一种自然资源和清洁的可再生能源，对电力系统降低煤炭消耗和环 境保护意义重大。根据水电发展趋势预测f 7 】，2 0 2 0 年我国水电装机容量将有望 发展到3 亿千瓦，平均每年新增装机容量1 2 0 0 万千瓦，抽水蓄能电站装机容量 将达到5 0 0 0 万千瓦，全国农村小水电装机容量将超过7 5 0 0 万千瓦。那时，水力 发电相当于每年可节约3 亿多吨标准煤，相当于减少8 亿多吨二氧化碳排放，二 氧化硫排放量也将减少5 0 0 多万吨，节能减排效果非常突出。 为了实现电力与国民经济和环境的可持续发展，“十二五 电力规划提出了 以加快转变电力发展方式为主线，以保障安全、优化结构、节能减排、促进和谐 为重点，着力提高电力供应安全，着力推进电力结构优化，着力推进资源优化配 置，着力推进电力产业升级，着力推进电力和谐发展，努力构建安全、经济、绿 色、和谐的电力工业体系，满足经济社会科学发展的有效电力需求，为实现2 0 2 0 年我国非化石能源在一次能源消费中达到1 5 左右、单位g d p 二氧化碳排放量 比2 0 0 5 年下降4 0 4 5 的目标作出应有贡献。 因此，我国电力行业“节能减排工作的落实对实现全国“节能减排 目标 将具有重大意义。2 0 0 7 年8 月2 日，节能发电调度办法( 试行) ( 以下简称办 法) 颁布，为我国实施节能发电调度提供了依据。该办法是指在保障电力可靠 供应的前提下，按照节能、经济的原则，优先调度可再生发电资源，按机组能耗 和污染物排放水平由低到高排序，依次调用化石类发电资源，最大限度地减少能 源、资源消耗和污染物排放。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 节能发电调度的研究现状 传统发电调度方式是以发电企业或发电机组为单位，按照上一年度各类发电 机组完成发电量的情况，对其大致平均分配发电时间，即使小火电机组没能完成 计划发电量，大机组还有余力也不能多发电，而当火电机组未达到发电计划指标 时，水电这类清洁能源也要弃水。调度体制上的弊端限制了电力行业优胜劣汰的 自然规律，使得全国发电机组的平均供电煤耗居高不下。 2 硕上学位论文 节能发电调度是以节能减排为核心目标的发电调度规则，其宗旨在于建立一 种以能耗和排放水平为基准，最大限度发挥可再生及其他清洁能源优先上网发 电、减少化石燃料消耗的发电调度模式，对于减少污染物排放和不可再生能源消 耗，提高电力能耗效率具有十分重要的意义。节能发电调度与传统发电调度的比 较见表1 1 。 表1 1 节能发电调度与传统发电调度比较【8 1 节能发电调度办法的实施，可保证风电、水电和核电等清洁能源发电将优先 调度上网，使得这类清洁能源最大化利用；单机容量大、发电煤耗特性低的火力 发电机组，被优先调度上网，提高发电时间；而高耗能高污染的小容量发电机组 的发电时间将越来越缩短，甚至会被淘汰。节能发电调度办法的实施将大幅度降 低我国电力行业的煤耗水平，有利于减少能源消耗、污染物排放和加大清洁能源 的利用，体现出按能耗高低、装机容量大小的不同而先后排序和新能源优先发电 的节能调度原则。 全国自从开展节能发电调度试点工程后，电力系统节能减排取得较好成效。 贵州省开展节能发电调度试点工作以来，截至2 0 10 年lo 月，通过节能发电调度， 全省共节约标煤2 8 3 1 万吨，单位发电标准煤耗减少了1o 克千瓦时；减少二氧 化碳排放8 7 6 万吨；减少二氧化硫排放3 7 0 万吨f 9 】。四川省把电力节能调度的目 标定位为加大水电的上网比重，多用6 0 万千瓦及以上的大型火电机组，限制3 0 万千瓦及以下的小火电机组。为进一步做好节能减排工作，江苏电网进一步加大 了“替代发电 力度，并且节能调度的推出，有力推动了“替代发电 工作的开 展。从2 0 0 8 年11 月l7 日开始，广东电网公司实施了一项名为“节能发电调度 的“绿色电源采购”措施。两年来，累计节省标煤1 18 万吨，减排二氧化碳2 5 9 万吨，通过脱硫装置减少硫排放12 5 万吨。2 0 10 年投入应用的六氟化硫气体回 收中心，共处理气体7 6 6 吨，相当于减排二氧化碳l8 3 万吨i l 。 可见，通过节能发电调度，电力工业节能降耗具有较大潜力，节能发电调度 的方法和措施是值得肯定的。与传统的调度方式相比，节能发电调度转变了原来 按发电机组类型平均分配发电量的计划调度模式，改变了不分机组大小、能耗高 低、污染排放特性好坏的“大锅饭 思想，实现以“节能、环保、经济”的原则 基于微分进化算法的电力系统节能发电调度的研究 进行电力调度。这是电力调度模式的根本改变，是电力工业的一次深刻变革。 文献 1 l 】分析了节能发电调度与电力市场的关系，并结合江苏省电力市场交 易现状和节能发电调度试运行情况，阐述了两者协调运作的可行性流程及对节能 减排的现实意义。文献 12 】从电力市场的层面探讨了节能调度涉及到的一些问 题，如日前发电计划、配电市场、双边合同、计费与补偿、年度、季度与月度计 划、平衡市场、节能发电调度电力市场与常规电力市场的比较等。文献 13 】通过 节能调度的实施将改变电网公司的一些运作方式，通过对系统安全运行、购电成 本、电网规划等方面的潜在问题进行了比较系统的分析，论述了一些亟待解决的 关键问题。文献 1 4 在建立2 层规划数学模型的基础上研究了多负荷水平下考虑 节能调度时的配电网分布式电源的优化配置问题；通过算例分析可知该模型在节 能调度模式下可显著提高分布式电源接入的容量和实际发电量。文献【1 5 通过分 析，发现发电节能调度与电力市场竞价有相同的数学模型和相似的目标函数，提 出了一种兼顾电力市场竞价的区域电网节能发电调度模型，实例计算表明了该模 型具有很好的节能性能和降低购电成本及优化资源配置的作用。文献 16 】通过分 析发电厂商和电网公司的经营机制，并图形化表示市场主体竞价过程后，提出了 厂网合作的节能调度策略，并依据节能调度规则，推导了双方合作方式和条件， 得出了双方收益分配方案。文献【l7 】从节能发电调度社会效益评估问题的角度出 发，通过节能发电调度与非节能发电调度情景的能耗对比，将调度运营模式，设 定目标煤耗率和目标煤耗结构进行预想目标与现状的比较后，提出了基于情景分 析的社会效益评估方法。研究表明该方法适用于节能调度的不同阶段，物理意义 明确，具有重要的应用价值。文献【18 】从实施发电调度的因素的角度，研究了适 用于电网调度员节能发电实时调度的优化模型，该模型依据节能发电排序表，采 用小步长最优次序法来指导调度员实施发电调度。文献【l9 】提出了一种区域电网 节能发电调度的算法模型，该模型首先确定开机机组组合，确定跨省交易电力来 确定机组的发电量和发电曲线，并设计了煤耗进行节能调度引起的煤电倒流等问 题，提出了采用考虑电煤运输损耗等因素的综合煤耗作为节能调度机组排序的依 据。文献 2 0 针对四川水电比例较大的客观因素，提出了以水电出力之和与总负 荷曲线的偏差最小为目标的水电优化调度数学模型。该模型已经在实际系统中开 始试运行，并效果显著。 1 2 2 调度优化方法的研究现状 调度是电网运行的一项重要工作，目的是为了寻求各机组之间怎样分配负荷 才能使整个电网的能源消耗量最小，减少发电成本，提高经济效益，并且使这种 负荷分配满足各类系统本身的约束。调度问题是一种约束的、高维的、非线性的 优化问题。目前应用于调度的方法主要有优先顺序法、动态规划法、拉格朗日松 4 硕士学位论文 弛法、等微增率法和遗传算法等。 优先顺序法( p r i o r i t yl i s t ) 是较早提出的按各发电机组经济特性指标事先排出 顺序，然后根据系统负荷大小，依据顺序依次给各机组分配负荷和投切机处理。 文献【2 1 】分析了传统优先顺序法采用单一排序指标而不能全面反映机组优先顺 序而提出了一种扩展优先顺序法。通过芦l o a dc o s t 反映机组不同出力范围内的 经济指标来形成不同值的机组组合邻域。采取参数控制机组组合邻域规模的策 略分析了机组组合需要满足的约束条件，最后通过机组的效用系数优化机组的优 先顺序。文献 2 2 】以系统有功优化调度是在多约束条件下寻求总的购电费用最小 为目标，从减少计算量及在较短时间内得到最优或接近最优方案出发，采用了改 进的优先顺序法和改进原始对偶法求解网络流规划问题的思路来解其机组组合 问题。文献 2 3 】提出了应用优先级法和采用改进型优先顺序法进行经济负荷分 配，以达到在电力市场条件下系统有功调度在简单的满足电能平衡问题的同时， 还要追求全网总供电成本最小。 优先顺序法不足之处：常常是以单一指标作为排序因子，不能全面反映所 需求解问题；一般找不到最优解，需要与其他方法组合。 动态规划法( d y n a m i cp r o g r a m m i n g ) 是由美国数学家贝尔曼( r b e l l m a n ) 等人 在19 5 1 年提出的一种解决多阶段决策过程最优化的数学方法。在枚举各种可能 的状态组合的过程中，指按时间或空间顺序，将问题分解为若干互相联系的阶段， 依次对每一阶段做出决策，巧妙地摒弃了那些不需要考虑的解，最后获得整个过 程的最优解。文献【2 4 从实现电力市场的“公平、公正、公开 原则，针对传统 动态规划法的缺点，提出了一种局部加密动态规划算法，通过发电报价曲线的不 增特性来解决电力市场环境下负荷经济分配问题，其思路为：对于较大的格点间 隔，求出较粗糙的最优解，当最优轨线附近缩小格点间隔，再求出它的最优解， 依次迭代，直至找到满意解为止。文献【2 5 提出了先按优先顺序法压缩各时段机 组组合状态，再用动态规划法求解火电厂负荷经济调度的改进动态规划新方法。 该方法同时克服了优先顺序法没有考虑启停耗量的不足和动态规划法“维数灾 难”及难处理的爬坡速度约束问题，并且最优负荷分配和机组最优启停计划可一 次性计算出。文献 2 6 提出了动态规划法和分线线性规划法相结合解决电力市场 条件下满足网络安全约束在内的多种约束条件的机组组合的新方法。该方法的思 路是：首先考虑安全约束，用分段线性规划法求解初始运行费用；其次用动态优 化法确定机组开停时间约束和系统旋转备用约束的机组组合问题；最后满足机组 出力上下限等其它约束条件。 动态规划法不足：计算时间长、精度较差、误差较大；存在“维数灾难 问题；对实测数据精度要求较高。 拉格朗日松弛法是解决复杂优化整数问题的一类优化算法，把约束条件和它 基于微分进化算法的电力系统节能发电调度的研究 各自的对偶变量的乘积作为惩罚项加在目标函数上，将其构造成一个增广目标函 数形成对偶问题，通过解决对偶问题的极大极小值来求解目标函数的最优值。文 献【2 7 】提出了基于3 种改进方式的拉格朗日松弛新方法来求解机组组合问题，3 种改进依次为用启发式排序法求取拉格朗日乘子初值，通过改进的动态规划来获 得更优的机组启停决策，采用次梯度法提高算法性能。文献【2 8 】设计了一种采用 b w d ( w e bb r o w s e r w e bs e r v e r d a t a b a s es e r v e r ) 三层体系结构的电力调度系 统，可以实现水电、火电等多种形式能源的复杂综合调度。其核心是以拉格朗日 松弛法为框架，通过互联网可以输入或上载调度信息，在完成调度后可将结果以 多种形式显示给用户。文献 2 9 从机组组合中有必要考虑机组投运风险水平限制 的层面出发，分析了风险水平与机组强迫停运容量呈离散型的分布关系。先采用 高斯函数和指数函数对系统投运风险曲线拟合，再在拉格朗日松弛法中加入运用 风险度约束的解析表来求解概率备用约束的机组组合问题。 拉格朗日松弛法的不足：如果目标适应度函数呈非凸性，当用拉格朗日松 弛法求解时，得到原问题严格意义上的对偶问题将十分困难，而且在给定拉格朗 日乘子的情况下增广目标适应度函数的最小值所给出的解不一定满足原目标函 数的约束条件；算法在迭代过程中有可能出现振荡或奇异现象，需要提高算法 的收敛性，而这在实际操作中将是一个难点。 等微增率法( e q u a li n c r e m e n t a ld i s c h a r g ec r i t e r i o n ) 是各机组能耗( 或成本) 微 增率相等时，总的目标函数值最小为原则，然后检验是否满足约束条件，若不满 足，再用迭代法进行修正，直到所有的解满足约束条件为止。文献【3 0 从节能发 电调度以实施优化发电调度实现总体能耗最小为目标，针对等微增率法的局限 性，通过等微增率准则的推导过程揭示了等微增率准则在应用于发电机组负荷分 配时必须满足的前提条件。文献【3 1 运用等微增原理制定出机组负荷优化分配方 案来指导机组负荷优化分配，实现经济调度和经济运行，同时分析了负荷优化分 配实施过程中的注意事项，给出了全面体现效益最大化的建议和措施。 等微增率法的不足：要求机组的耗量微增率必须是单调递增的，即耗量特 征曲线都是下凹的；不加验证地采用等微增率准则分配机组负荷可能导致总能 耗不降反增；对微增率曲线有严格的精度要求，在计算处理过程中则有可能出 现失真等情况。 遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ) 是2 0 世纪7 0 年代由美国m i c h i g a n 大学 j h o l l a n d 教授提出来的，是一种模拟自然界生物进化过程和自然遗传机制的随 机化搜索优化组合算法。遗传算法是一个框架性的算法，可以解决组合优化问题 以及目标函数或某些约束条件下不可微的混合非线性优化和多目标函数问题。文 献【3 2 用改进的遗传算法优化分布式发电系统调度策略下含多种复合能源的分 布式发电系统发电成本最小的机组组合模型，并初步探讨了分布式发电系统与外 6 硕十学位论文 部电网之间的同步运行。文献【3 3 】提出了一种采用矩阵实数编码的遗传算法进行 机组组合优化的新方法，采用多窗口变异方法增强算法搜索性能，将机组启停安 排和经济负荷分配统一成机组组合优化问题进行求解。文献【3 4 将遗传算法应用 于安排机组启停，通过分析机组启停问题的特点，提出了启发式方法产生初始可 行解。根据遗传操作产生的不可行解，建立了一种从不可行域到可行域映射关系 的可行性检查，缩小了搜索中的无效操作。对超出约束条件的优质解，提出了一 种有效减冗余的手段和边界搜索方法。 遗传算法的不足：遗传算法本质上属于无约束优化算法，约束条件处理的 合理性将直接影响算法的效率；由于是随机优化算法，优化得到的解不能保证 是全局最优解；计算量比较大，所需时间较长。 由于目前应用于调度优化中的算法都存在一些不足，因此有必要研究更好的 优化算法。本文介绍了一种新的演化算法一一微分进化算法，该算法弥补了遗传 算法编码过程繁琐的不足、相当于是粒子群算法与遗传算法的结合。但由于该算 法仍是一种随机搜索算法，搜索过程可能出现早熟、依据信息有限和判断依据简 单等缺点。针对这些缺点，本文提出了自适应决策调整和饱和度两种改进形式。 自适应决策调整是依据控制参数对种群搜索的影响，在迭代过程中自适应改变控 制参数的过程；饱和度是对解集空间中目标函数值的度量，通过调节种群搜索空 间使算法从全局层面来搜索种群的最优解。 1 3 本课题主要研究工作 节能发电调度的实施，对落实国家节能减排政策：对于降低整个电力行业的 能耗水平和污染物排放水平，从源头上节约社会的能量消耗；对于调整电力行业 的产业结构，促进发电企业“上大压小 ；对于加强电力企业的内部管理，推进 电力企业持续健康发展都具有非常重大的现实意义。本文从考虑火电机组环境成 本的角度对含风电、水电和火电的节能发电调度进行了研究。论文的主要工作如 下： 第一章主要介绍了节能调度的研究背景及意义，节能调度试点省市的运行 情况及节能减排效果，国内外研究现状及本文研究的主要方法和整体思路。 第二章介绍了最小二乘法在火电机组煤耗特性曲线拟合中的应用；阐述了 环境成本的计算公式和污染排放量的综合计算函数：介绍了风电成本计算模型及 其简易估算方法；分析了目前常用的三种网损计算方法。 第三章介绍了微分进化算法，阐述了它的基本工作原理和基本操作过程， 总结了它的基本特点及不足，分析了控制参数对搜索过程的影响，并提出了该算 法的改进形式和具体实现步骤，通过经典函数的测试验证了改进算法的有效性和 优越性。 7 基于微分进化算法的电力系统节能发电调度的研究 第四章在传统经济调度的基础上，考虑发电机组的环境成本，建立了包含 风电