基于仿水循环算法的多电源电力系统节能优化调度研究

摘要

随着煤炭的短缺、极端气候导致的旱灾频现,作为当前极端依靠煤炭和水能供给的电力系统,其节能降耗问题被越来越多人所关注。同时,随着风电、太阳能光伏发电等新能源的快速发展,新能源并网后的调度策略成为一个十分现实且紧迫的问题。
　　 针对这一复杂的电力系统节能调度问题,本文从自然界水循环过程中得到启发,结合力学原理,模拟水流在地表的流动过程与蒸发降雨过程,本文提出了全新的仿水循环算法。算法定义粒子受到重力影响,会向海拔更低的位置流动。在流动过程中,不同水流粒子间可能会因同时流到某位置而汇聚成为一个大水流粒子,在重力作用下,质量越大的物体受力也越大,因此汇流过程有利于加快算法迭代。粒子质量会因汇流而不断增加,为防止粒子早熟,增加种群多样性,算法设置分流操作令粒子超过某质量后分成多个水流粒子,起到了与汇流互补的作用。为增加粒子的局部搜索能力,算法引入渗流操作,在粒子当前位置周边小范围内进行渗透流动。当水流粒子处于无法移动的状态,算法采用蒸发降雨操作,先令其蒸发逃离该点,之后将粒子平均分成多个小雨滴粒子,重新落入迭代中继续计算。该步骤能有效防止粒子陷入局部最优点无法脱离的问题。
　　 将仿水循环算法结合多目标Pareto优化方法,提出了多目标仿水循环算法,改进了原算法中的重力合力机制,粒子受力改进为同时受到多个Pareto前沿点的相对重力合力。多个单目标与多目标测试函数均证明了该算法是一个有效且优异的全局优化算法。
　　 本文基于梯级水电站群系统,分析不同因素对水电水耗的影响,建立三个不同的水电节能调度模型,经过仿水循环算法求解,验证上述理论分析的正确性,对比优化结果,选取水耗最小作为梯级水电站节能调度准则。
　　 从减少电力系统能源消耗的角度出发,建立水火电多目标节能优化调度模型,将火电煤耗量最小、水电蓄水量最大和网络电能损耗最小作为模型的三个目标函数。应用仿水循环算法求解,给出多个节能调度策略最优解,对于实际的调度工作具有一定的指导作用。
　　 针对包含有水、火、风、光的多电源电力系统节能调度问题,本文在水火电多目标节能调度的基础上,根据风速和日照强度随机性特点,采用随机机会约束规划进行描述,分析风电并网功率对并网节点电压的影响,根据风电场穿透功率概念,建立风电危险等级最小的目标函数。应用仿水循环算法求解上述多电源多目标节能优化调度模型,总结风、光电加入后对各节能指标的贡献,通过算法给出的多个优化解,调度者可根据根据实际节能需要制定具体的调度方案。同时算例的结果也表明了仿水循环算法的稳定性和有效性。
　　 详细分析不同初始蓄水量对广西电网丰大、丰小等六种运行方式下水火电出力、收益、煤耗、水耗的影响,研究不同运行方式间各节能调度结果的内在关联性。