【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于量子計(jì)算、經(jīng)典分解方法和電力系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種機(jī)組組合與傳輸線切換的量子-經(jīng)典多階段優(yōu)化方法，適用于加速搜索既滿足節(jié)點(diǎn)負(fù)荷需求又使得發(fā)電能耗最低的傳輸線拓補(bǔ)與機(jī)組發(fā)電計(jì)劃。
技術(shù)介紹
1、電力系統(tǒng)中優(yōu)化調(diào)度問題的一個(gè)典型場(chǎng)景是機(jī)組組合問題，機(jī)組組合問題旨在確定日前的發(fā)電機(jī)組調(diào)度方案，在滿足安全約束的前提下使得電力系統(tǒng)的發(fā)電能耗最小。最優(yōu)傳輸線切換問題確定電網(wǎng)的最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生潮流越限安全性相關(guān)問題時(shí)，通過傳輸線切換靈活地更改電網(wǎng)拓?fù)洌诓挥绊懝?jié)點(diǎn)負(fù)荷供給的情況下緩解潮流阻塞，是一種靈活可靠的控制方法。而電力系統(tǒng)的運(yùn)行模型不考慮電網(wǎng)拓?fù)涞撵o態(tài)網(wǎng)絡(luò)，為適應(yīng)電網(wǎng)不斷發(fā)展所帶來(lái)的不穩(wěn)定性，需要在考慮發(fā)電機(jī)組最小能耗的同時(shí)提升輸電系統(tǒng)的可控性和靈活性，為此構(gòu)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可變情況下的機(jī)組組合與傳輸線切換聯(lián)合優(yōu)化動(dòng)態(tài)模型，其本質(zhì)上是一個(gè)更為復(fù)雜的混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題。
2、現(xiàn)有的混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題求解方法分為精確方法和智能方法兩類。精確方法包括分支定界法、割平面法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和拉格朗日乘子法，這些方法通過數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)、結(jié)構(gòu)遞推關(guān)系或者逐步枚舉來(lái)找到問題的精確解。但是精確方法對(duì)于復(fù)雜的聯(lián)合優(yōu)化問題，計(jì)算時(shí)間和資源需求極大，復(fù)雜約束導(dǎo)致在合理時(shí)間內(nèi)找到的解質(zhì)量差，對(duì)于電力系統(tǒng)優(yōu)化問題而言可能導(dǎo)致不可接受的延遲。智能方法包括遺傳法和粒子群優(yōu)化法，這些方法利用啟發(fā)式和隨機(jī)搜索策略，適用于復(fù)雜或不完全信息的問題，特別是在求解大規(guī)模和高維問題時(shí)表現(xiàn)突出，傾向于在解的質(zhì)量和計(jì)算效率之間找到平衡。但是智能方法高度依賴參數(shù)
3、hedman率先提出確保機(jī)組組合與傳輸線切換聯(lián)合優(yōu)化模型，通過分解迭代求解，成功驗(yàn)證優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)電網(wǎng)調(diào)度的正面效應(yīng)。在不影響節(jié)點(diǎn)負(fù)荷供給的前提下，構(gòu)建最優(yōu)的電網(wǎng)拓?fù)浣档拖到y(tǒng)運(yùn)行成本，同時(shí)還能增加電網(wǎng)對(duì)意外事故的可靠性，是智能電網(wǎng)的發(fā)展方向。但是該聯(lián)合優(yōu)化模型需要引入大量的二進(jìn)制變量來(lái)表示機(jī)組啟停狀態(tài)和傳輸線通斷狀態(tài)，導(dǎo)致模型的求解隨著規(guī)模擴(kuò)大而面臨“指數(shù)爆炸”問題，從而給經(jīng)典計(jì)算機(jī)帶來(lái)巨大的算力挑戰(zhàn)。hedman的分解過程沒有利用機(jī)組組合與最優(yōu)傳輸線切換的交互關(guān)系，導(dǎo)致分解求解效率較低。同時(shí)分解后的子問題與原問題一樣仍屬于?minlp，存在較大優(yōu)化難度。lin利用靈敏度線性化約束，通過分步求解策略，實(shí)現(xiàn)模型的高效求解。然而其模型僅固定單一傳輸線狀態(tài)，未能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化，回避二進(jìn)制變量搜索空間的指數(shù)爆炸復(fù)雜性。
4、因此，提出一種機(jī)組組合聯(lián)合傳輸線切換的量子-經(jīng)典多階段優(yōu)化方法，來(lái)解決上述缺點(diǎn)，快速、穩(wěn)定地搜索最優(yōu)的傳輸線拓補(bǔ)與機(jī)組發(fā)電計(jì)劃，有助于提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性和減少發(fā)電能耗。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提出一種機(jī)組組合與傳輸線切換的量子-經(jīng)典多階段優(yōu)化方法，將模型分解和割平面哈密頓量構(gòu)造進(jìn)行結(jié)合，將經(jīng)典優(yōu)化方法和量子計(jì)算進(jìn)行結(jié)合，用于電力系統(tǒng)中的機(jī)組調(diào)度和傳輸線切換的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)快速搜索電力系統(tǒng)最優(yōu)機(jī)組調(diào)度和電網(wǎng)拓?fù)涞墓δ埽嵘龣C(jī)組組合聯(lián)合傳輸線切換模型的求解速度，提高電力系統(tǒng)的可靠性和靈活性，降低電力系統(tǒng)發(fā)電能耗和減少污染；該方法在使用過程中的步驟為：
2、步驟（1）：將機(jī)組組合與傳輸線切換聯(lián)合優(yōu)化模型按照優(yōu)化功能的不同分別設(shè)置為：負(fù)責(zé)優(yōu)化機(jī)組啟停和出力功率的上層共識(shí)機(jī)組組合模塊；負(fù)責(zé)優(yōu)化傳輸線連通狀態(tài)、系統(tǒng)潮流和節(jié)點(diǎn)相角的下層共識(shí)傳輸線切換模塊；以及考慮n-1事故情況下的事故校驗(yàn)?zāi)K；
3、構(gòu)建考慮n-1安全性約束的機(jī)組組合與傳輸線切換聯(lián)合優(yōu)化模型，具體包含目標(biāo)函數(shù)和運(yùn)行約束：
4、機(jī)組組合與傳輸線切換聯(lián)合優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)數(shù)學(xué)模型為：
5、?(1)
6、?(2)
7、?(3)
8、?(4)
9、式中，是發(fā)電機(jī)組燃料成本的函數(shù)；是機(jī)組啟動(dòng)成本函數(shù)；是傳輸線切換成本函數(shù)；分別為機(jī)組、時(shí)段和傳輸線的數(shù)量；連續(xù)變量表示時(shí)機(jī)組在時(shí)刻的出力功率；機(jī)組啟停變量表示機(jī)組在時(shí)刻的啟停狀態(tài)，機(jī)組處在開機(jī)狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉時(shí)則；傳輸線通斷變量表示傳輸線在時(shí)刻的通斷狀態(tài)，傳輸線連通時(shí)，傳輸線切斷則；參數(shù)，和分別為機(jī)組的發(fā)電燃料成本二次系數(shù)、一次系數(shù)和啟動(dòng)成本系數(shù)；參數(shù)為傳輸線的切換成本；
10、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率平衡約束的數(shù)學(xué)模型為：
11、?(5)
12、式中，表示節(jié)點(diǎn)中配置的機(jī)組集合；、、分別表示節(jié)點(diǎn)的流出的、流入的和總的傳輸線集合，滿足；表示傳輸線在時(shí)刻的潮流功率；是節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻的負(fù)載；
13、機(jī)組功率容量約束的數(shù)學(xué)模型為：
14、?(6)
15、?(7)
16、式中，參數(shù)、是機(jī)組的出力功率下限和上限；機(jī)組事故二進(jìn)制參數(shù)表示在事故中機(jī)組在時(shí)刻的狀態(tài)，表示常規(guī)事件，即；
17、機(jī)組最小啟停時(shí)間約束的數(shù)學(xué)模型為：
18、?(8)
19、?(9)
20、式中，參數(shù)、表示機(jī)組的最小啟停時(shí)間；
21、傳輸線功率流容量約束的數(shù)學(xué)模型為：
22、?(10)
23、?(11)
24、式中，參數(shù)表示傳輸線的最大功率流；傳輸線事故二進(jìn)制參數(shù)表示在事故中傳輸線在時(shí)刻的狀態(tài)，表示常規(guī)事件，即；
25、潮流約束遵循基爾霍夫定律，用直流潮流方程模擬系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)潮流的數(shù)學(xué)模型為：
26、?(12)
27、?(13)
28、?(14)
29、式中，表示節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻的相角；為傳輸線的電抗。是由big-m法引入的足夠大的常數(shù)，滿足；
30、傳輸線切換上限約束的數(shù)學(xué)模型為：
31、?(15)
32、式中，是任意時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)中允許斷開傳輸線的最大數(shù)量；
33、防孤島約束的數(shù)學(xué)模型為：
34、?(16)
35、步驟（2）：上層機(jī)組組合模塊按照變量類型的不同分解為基于共識(shí)的局部機(jī)組組合最優(yōu)子問題、機(jī)組組合松弛子問題和局部機(jī)組組合主問題；
36、步驟（3）：隨機(jī)產(chǎn)生機(jī)組的初始啟停變量，對(duì)于配置有發(fā)電機(jī)組的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)傳輸線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)這些節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，引入相鄰節(jié)點(diǎn)間的交互功率作為共識(shí)量，對(duì)于節(jié)點(diǎn)構(gòu)造基于共識(shí)的機(jī)組組合最優(yōu)子問題；
37、機(jī)組組合最優(yōu)子問題的數(shù)學(xué)模型為：
38、?(17)
39、?(18)
40、?(19)
41、?(20)
42、式中，表示節(jié)點(diǎn)中配置機(jī)組的集合；表示與節(jié)點(diǎn)存在相鄰關(guān)系的節(jié)點(diǎn)集合；、分別為共識(shí)約束的對(duì)偶乘子和懲罰項(xiàng)；上標(biāo)和下標(biāo)一起表示與節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)相關(guān)的量在節(jié)點(diǎn)中的副本；表示節(jié)點(diǎn)、之間的交互功率全局變量；表示節(jié)點(diǎn)、之間的交互功率局部變量，即交互功率在節(jié)點(diǎn)局部子問題中的副本；共識(shí)量前面的符號(hào)由預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種機(jī)組組合與傳輸線切換的量子-經(jīng)典多階段優(yōu)化方法，其特征在于，將模型分解和割平面哈密頓量構(gòu)造進(jìn)行結(jié)合，將經(jīng)典優(yōu)化方法和量子計(jì)算進(jìn)行結(jié)合，用于電力系統(tǒng)中的機(jī)組調(diào)度和傳輸線切換的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)快速搜索電力系統(tǒng)最優(yōu)機(jī)組調(diào)度和電網(wǎng)拓?fù)涞墓δ埽嵘龣C(jī)組組合聯(lián)合傳輸線切換模型的求解速度，提高電力系統(tǒng)的可靠性和靈活性，降低電力系統(tǒng)發(fā)電能耗和減少污染；在使用過程中的步驟為：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種機(jī)組組合與傳輸線切換的量子-經(jīng)典多階段優(yōu)化方法，其特征在于，將模型分解和割平面哈密頓量構(gòu)造進(jìn)行結(jié)合，將經(jīng)典優(yōu)化方法和量子計(jì)算進(jìn)行結(jié)合，用于電力系統(tǒng)中的機(jī)組調(diào)度和傳輸線切換的聯(lián)合...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高放，黃德健，殷林飛，代偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣西大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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