发电机出力成本与负荷裕度置换度指标的NBI求解方法

在多目标优化中,帕累托前沿解集提供了目标函数之间非常有价值的妥协信息,是运行人员进行决策的基础,而NBI(normal boundary intersection)法是均匀产生帕累托前沿解集的有效方法。文中将NBI法引入有功出力优化中,并推导了基于NBI法的置换度指标求解表达式。该表达式可以直观地反映发电机出力成本与安全裕度之间的置换关系,为决策者确定优化方案提供参考依据。算例仿真结果说明了该方法的有效性。

耦合调峰与通航需求的梯级水电站群短期多目标优化调度的MILP方法

电网调峰任务与河道通航需求间的矛盾是水电航运梯级调度时所面临的突出问题,区间回水的顶托作用增大了该问题的复杂性。建立考虑回水影响的梯级水电站群短期多目标优化调度的混合整数线性规划模型,模型以剩余负荷平均距与下游尾水位平均距最小为目标,在将非线性约束通过函数聚合后,利用六面体栅格化技术与第二类特殊有序集约束方法实现该约束的线性化。利用法线边界交叉方法对模型进行求解。算例结果表明,所提方法可以充分计及回水顶托的影响,兼顾调峰与通航需求,高效求解多目标调度问题并获得较理想的结果。

考虑柔性负荷的多目标安全约束机组组合优化模型及求解

以系统的经济成本和CO2排放量最小为优化目标,兼顾发电侧与需求侧柔性负荷的双侧协调配合,建立了考虑柔性负荷的多目标安全约束机组组合优化模型。针对传统法线边界交叉(normal boundary intersection,NBI)法求解上述模型时出现的混合整数二次规划和混合整数二次约束问题,提出了引入分段线性化策略的NBI法,在保证计算精度的同时,大大提高了求解效率。对一个10机24时段算例进行了仿真计算,一方面证明了所提算法的有效性,另一方面表明柔性负荷调度有利于提高系统的经济性,降低系统的碳排放量;同时,需求侧柔性负荷的参与对减小负荷峰谷差、缓解负荷高峰期用电压力具有重要作用,并促进了风电的进一步消纳,有助于清洁能源的利用。

帕累托最优在车辆底部防护结构设计中的应用研究

为了提升爆炸冲击环境下车辆的防护性能,针对其底部防护结构设计中大规模计算、强非线性和多优化目标的特点,利用多物质单元与流-固耦合算法仿真车辆的动态响应。通过灵敏度分析,筛选底部结构中钣金件的厚度、几何形状等设计参数,并利用实验设计建立该问题的数学优化模型,结合帕累托最优的多目标遗传算法,得到该优化问题的帕累托解集空间曲面和一个最优设计方案,该方案在不增加结构质量的情况下,能显著提高车辆底部防护性能。

太阳能光热与风力发电协调优化控制研究

太阳能光热发电和风力发电的输出功率存在较大的随机性和波动性,考虑两者在时间上的输出功率互补性,充分利用光热发电的储热装置可形成光热和风能联合运行发电系统。提出了一种太阳能光热与风能互补发电的功率协调控制策略,从运行机理入手,在传统光热电站运行约束的基础上,提出简化后具有良好适应性的优化模型。根据联合系统输出功率波动方差最小和联合系统并网效益最大化构建多目标函数,采用法线边界交叉法的多目标优化协调控制光热发电和风力发电的输出功率。最后利用Matlab软件对所提模型及协调控制策略进行了仿真验证,结果表明,提出的优化策略可提高太阳能光热和风能的利用率和减小并网功率的波动,同时增加了光热风能联合发电系统经的济效益。

含风电场和抽水蓄能电站的多目标安全约束动态优化调度

建立含风电场和抽水蓄能电站的电力系统动态优化调度模型,以总燃料耗量、污染气体排放量和购电费用最小为目标,并考虑基态和N-1条件下的网络安全约束和抽水蓄能机组的运行调度约束。引入满足互补条件的两个连续变量发电功率和抽水功率来描述抽水蓄能机组的运行特性,避免引入离散变量,并通过对抽水蓄能机组各个时段的工况约束的累加来减少不等式约束个数。并采用"校验—添加—再校验—再添加"的思想处理N-1安全约束,提高了求解效率。采用法线边界交叉法(normal boundary intersection,NBI)和内点法求解多目标优化问题获得均匀分布的Pareto最优解集。某省级167机2299节点系统的计算结果表明,所提出的方法能够综合考虑发电计划在安全性、经济性和环保性之间的最优折中,并发挥抽水蓄能电站削峰填谷和应对风电场出力随机性的作用。

考虑风电接入的大型电力系统多目标动态优化调度

针对风电接入的大型电力系统,提出了以发电总燃料耗量、污染气体排放量和购电费用最小为目标的多目标动态优化调度模型,并考虑了抽水蓄能机组的实际运行特性对优化调度的影响。采用法线边界交叉法将多目标优化问题转换为一系列单目标问题,并采用原对偶内点法求解,从而获得均匀分布的帕累托最优解。根据熵权双基点法决策出折中最优解,为运行人员提供决策指导。在某省级电力系统上的计算结果表明,法线边界交叉法和熵权双基点法的结合能够快速、有效地求解电力系统多目标动态优化调度问题。

计及碳排放的含风电场电力系统随机可用输电能力协调决策

新能源的大规模并网对电力系统的低碳减排具有重要意义,但电能的远距离输送也给电力系统安全稳定带来了挑战,其中可用输电能力(available transfer capability,ATC)是评价系统安全裕度的重要指标。在低碳减排背景下,如何协调决策ATC与碳排放之间的关系具有现实意义。建立了一种基于机会约束规划并计及碳排放约束的随机ATC协调决策模型。通过多目标规划优化决策ATC与碳排放,采用法线边界交叉法求解该多目标优化问题。针对风电出力的不确定性,构造随机ATC的机会约束规划模型,采用基于半不变量法和原对偶内点法的启发式算法进行求解。最后采用IEEE 30节点系统及某地区实际电网验证所提模型的有效性和实用性。结果表明,所提模型协调了电力系统安全性与环保性之间的关系,对运行调度人员具有指导意义。

大电网多目标动态优化调度的解耦算法及并行计算

针对风电规模化接入,兼顾发电总燃料耗量、污染气体排放量和购电费用最小的大电网多目标动态优化调度模型,提出基于法线边界交叉(NBI)法和原对偶内点法的多目标解耦算法及并行计算。该算法首先根据NBI法的基本原理将多目标优化问题转换为一系列单目标优化问题,再根据内点法求解这类单目标优化问题时形成的修正方程系数矩阵的特殊结构,对修正方程进行解耦降阶处理,实现静态变量和动态变量的解耦分离,最后借助Matlab并行计算平台实现并行计算,快速有效地得到一系列均匀分布的Pareto最优解,为运行人员提供决策指导。在某省级电力系统上的计算结果表明,所提算法能够快速、有效地获取多目标动态优化调度问题的Pareto最优解集,具有很好的实用价值。

虚拟电厂源-荷协调多目标优化调度

借助虚拟电厂(virtual power plant,VPP)平台,兼顾多元互补的电源侧与综合考虑需求响应的负荷侧的双侧协调配合,在考虑VPP经济性与可再生能源消纳的基础上,增加环保性目标,建立VPP源-荷协调多目标优化调度模型。针对多目标优化问题,首先根据法线边界交叉法(normal boundary intersection,NBI)将其转化为一系列单目标优化问题,再利用自适应免疫遗传算法求解这类单目标优化问题,获得一系列均匀分布的Pareto最优解,最后根据层次-熵值组合赋权法决策出折中最优解。以某区域VPP为例进行仿真,验证所提方法可兼顾VPP的经济性、环保性与可再生能源消纳,同时表明源-荷协调运行的VPP,通过优化调度能有效提高可再生能源消纳水平,降低系统运行成本和对环境的污染。

含碳捕集装置的电气综合能源系统低碳经济运行

面对当前电气综合能源系统在新能源消纳、低碳性方面存在不足的问题,在系统中引入碳捕集装置进行优化。首先通过弃风惩罚因子将弃风量转化为弃风成本,以系统运行成本与碳排放量为多目标建立一种含碳捕集的电气综合能源系统低碳经济运行模型,使用法线边界交叉法构造多目标问题的Pareto前沿,并利用模糊隶属度函数选择出综合满意度最大的解作为折中解,其次通过算例对比了三种场景下的优化结果,分析了系统弃风量受电转气原料成本的影响情况,验证了将捕集的CO 2作为产气原料能够有效提升电转气的运行效益,增强系统的风电利用率与运行经济性;最后对多目标下碳捕集的运行造成系统经济性与低碳性产生的矛盾关系进行了研究,证明了碳捕集能够有效提升综合能源系统的碳减排能力。

基于抗冲击波响应的新型蜂窝夹层结构多目标优化设计

为提高某军用车辆底部防护结构对爆炸冲击波的防护性能,针对其V型底部结构,提出了一种新型蜂窝夹层结构.以降低质量、受冲击载荷后的变形挠度、加速度、增加铝蜂窝材料吸能为目标响应,设置结构中各部件的厚度、几何形状为设计变量建立多目标优化模型.结合实验设计和方差分析方法对设计变量进行参数筛选并建立优化模型的响应面;通过多目标遗传算法对响应面进行求解,得到了该优化问题的Pareto解集,从而指导该车辆底部结构改进设计;在Pareto解集的基础上使用标准边界交叉法和L2准则得到了一个理想解.仿真结果表明,优化后的新型蜂窝夹层结构较V型底部结构而言,其防护性能有明显改善,并且能大大提高防护车辆的离地间隙,这对抗爆炸结构的工程设计具有一定指导意义,且具有很大的实用价值.

基于安全低碳的发电权交易优化

为提高发电权交易系统的环保性和安全性,提出包含碳排放量和负荷裕度的发电权交易双目标优化模型,采用NBI法对模型进行求解,绘制Pareto曲线;计算碳排放量与负荷裕度的置换度指标,直观地反映两者之间的置换关系,为决策者提供判断依据,并利用IEEE30、IEEE118系统验证了模型的有效性及正确性。结果表明,该模型可为决策者确定系统的交易方案及机组的发电计划提供依据。

改进正交边界交叉算法及其在高频电磁场逆问题中的应用

针对高频电磁场逆问题分析复杂、求解缓慢等现有问题,以给定方向增益最大化,同时副瓣电平最小化为目标,建立10个同性线性点源天线阵模型,并提出一种改进的正交边界交叉(normal boundary intersection,NBI)算法。为克服原NBI算法收敛速度慢、一次运行只得到一个Pareto解等固有缺陷,该文将理想平面分化为若干子区域,将每个种群个体投影到理想平面上,根据其在理想平面上的投影进行分类及评估,并将分类及评估结果体现在母代选择中,以实现一次运行搜索得到全部Pareot解平面;其次,为避免早熟现象和增加种群多样性,提出双重外部档案概念,并引入一种新的精英策略。给出的典型数学函数验证了该文算法的快速性和有效性,高频电磁场逆问题的数值计算结果说明了该文算法的优越性和工程应用价值。

考虑清洁电力共享的社区电能日前优化调度

随着社区内分布式电源和储能系统的配置逐渐增加,清洁电力的合理调度对提高社区用电的经济性,促进可再生能源的消纳具有重要意义。提出了社区清洁电力的共享机制,计及柔性负荷的需求响应过程,建立了含屋顶光伏、储能系统、以及电动汽车的社区电能日前调度模型,其中同时考虑了社区居民用电总费用和清洁能源消纳量两个目标,利用法线边界交叉法获得了均匀分布的Pareto非劣解集,并给出了折中解。对一个含20个住户的别墅社区进行了24时段的仿真计算,结果表明电力共享模式有利于提高社区用电的经济性,促进清洁能源消纳。

帕累托最优在新型蜂窝结构吸能盒防撞性能中的应用

为提升车辆在低速(通常小于15 km/h)碰撞工况下的防撞性能,该文给出一种新型蜂窝铝结构吸能盒。建立了低速碰撞仿真有限元模型,利用LS-DYNA进行碰撞分析。选取新型蜂窝铝吸能盒结构中钣金件的厚度、几何形状等设计参数,建立该问题的数学优化模型,利用帕累托最优理论和多目标遗传算法,得到该优化问题的帕累托解集空间,并运用标准边界交叉(Normal-boundary intersection,NBI)法找出最优设计方案。与传统结构吸能盒相比,在不增加结构质量的前提下,该吸能盒能够显著提升车辆在低速碰撞工况下的防撞性能。

含风电场的交直流互联电力系统网省协调有功调度优化方法

针对含风电场的交直流互联电力系统网省协调有功调度问题,建立了以发电总燃料耗量和交直流联络线网损最小为目标的优化模型,并考虑了各省网为应对风电场出力随机性所需的旋转备用约束以及各省间交流联络断面的安全约束。决策变量为各省内机组出力调整量和各省间直流联络线传输功率调整量。提出了一种实用的对协调机组进行压缩选择的策略以降低决策变量维数,采用直流潮流模型近似描述交流联络线传输功率和有功损耗与节点注入功率之间的关系,并采用法线边界交叉法和原对偶内点法求解多目标优化问题以获得均匀分布的帕累托最优解集;根据模糊隶属度和熵权法从帕累托解集中选出折中最优解作为协调调度方案。对某一实际大型交直流互联电网的仿真结果表明了所提出模型和求解方法的有效性,并且表明折中最优解比协调前调度方案具有更好的经济性。

爆炸环境下车辆底部V型结构多参数优化研究

为了提高防护性能和生存能力,采用多物质单元与流固耦合算法,仿真分析试验台架中对应某型军用战术车辆底部V型结构爆炸冲击下的动态响应,将仿真结果与试验对照,验证模型准确性。通过修改V型结构包括V角夹角和板件厚度等关键参数,对防雷组件进行优化设计,建立相关数学优化模型,采用多目标遗传算法计算得到Pareto解集空间曲面,利用标准边界差分法找出最优设计方案。

多区域并行协同的多目标分布式帕累托最优潮流算法

在开放电力市场的环境下,各区域电网合作与利益博弈共存,区域电网之间的信息保密问题显得愈发重要。现有的帕累托最优潮流求解方法均属于集中式算法,在优化时需要获知全网的信息,无法满足高私密性以及高可靠性的要求。在该背景下,寻求一种去中心化的分布式优化方法以保障系统内各区域电网的信息安全显得尤为重要。基于此,文中提出了一种多区域并行协同的多目标分布式帕累托最优潮流求解算法。该算法以法线边界交叉法为基础,将整个系统的多目标潮流优化问题分解为与多个子区域对应的子优化问题。每个子区域采用独立的优化器完成子问题的优化,区域之间仅交换联络线上的边界变量以及虚拟目标因子进行全局调整,不断逼近原问题的帕累托最优解集。IEEE 118节点算例仿真结果表明:所提算法可在有效实现多目标帕累托最优潮流分布式并行求解的同时,还可提高求解精度和减小计算内存,从而适用于在开放电力市场背景下各区域电网合作与利益博弈共存的运营模式。

计及柔性负荷的能源枢纽多目标综合优化调度

能源枢纽是多能源综合利用的主体单元,具有多能互补的优势。首先对基本的能源枢纽进行拓展,建立了包含风电、多种储能以及电转气(Power-to-Gas,P2G)设备的能源枢纽模型,并将用户侧的电、气、热等多种柔性负荷纳入需求侧响应资源。在此基础之上,考虑分时电价与分时气价,构建能源枢纽的多目标日前综合优化调度模型,并采用法线边界交叉(Normal Boundary Intersection,NBI)法进行求解。最后,算例在四种不同的能源枢纽运行场景下进行测试,结果表明:P2G、储能以及柔性负荷参与调度,不仅能提高能源枢纽消纳风电的能力,还能降低经济成本和减小碳排放。