基于多目标不确定性机会约束规划的矿区水资源配置研究

以矿区水资源配置系统为研究对象,针对矿区生态恢复过程水资源配置的多目标、模糊、不确定性的特点,构建多目标不确定性机会约束规划模型对矿区水资源进行优化配置。基于生态优先的配水原则,以碳排放最小化目标代替传统的污染物排放量最小化目标,兼顾碳排放最小化、系统经济效益最大化以及缺水量最小化,建立矿区生态环境-经济社会-水资源协调发展的多目标模型,统筹分配地下水、地表水、矿井水以及再生水。对实际情况中的不确定性因素采用区间参数的方法表示,并通过遗传算法对模型进行求解,得到合理的水资源配置方案。将模型应用于宁夏回族自治区羊场湾矿区,结果表明:以碳排放为目标的不确定性机会约束规划多目标模型能够很好地统筹矿区经济发展目标与水资源节约目标,配置方案可保证各个用水部门的需水满足度达到100%,而以污染物排放量为目标的优化方案存在区域缺水的情况。系统可带来年碳净吸收量(CO_(2))为533.7~702.4 t,预期年经济效益为162.3×10^(4)~163.7×10^(4)元,区域年供水富余量为43.5×10^(4)~49.7×10^(4) m^(3)。研究结果一方面可为羊场湾矿区尽快实现绿色矿山提供理论支撑,另一方面也可为其他干旱地区煤矿区的水资源配置和规划提供参考。

考虑源荷双侧不确定性的模糊随机机会约束优先目标规划调度模型

针对风电功率和分时电价(TOU)下用户响应行为的双重不确定性对电网调度运行的影响,提出了基于模糊随机机会约束目标规划(FRCCGP)和优先目标规划(PGP)结合,求解计及预测误差模糊随机性的双层调度模型。首先,深入研究了电网调度运行的不确定因素,利用模糊随机理论对预测误差的模糊随机性进行建模。然后,引入机会约束目标规划构建表征系统备用不足风险的偏差量指标,利用优先目标规划建立双层调度模型,对安全性目标和经济性目标设立明确的等级顺序。最后,利用算例验证模型的有效性,结果表明双层调度模型在保证安全性的基础上实现了经济最优性。

考虑负荷和风电出力不确定性的输电系统机会约束规划

提出了一种考虑负荷和风电场输出功率不确定性、基于机会约束规划的输电系统规划方法。将Monte Carlo方法与解析的概率潮流计算方法相结合,得到含风电场电网输电线路的有功概率潮流分布。通过改进经典的输电系统规划模型,得到考虑负荷和风电场有功出力的概率分布、基于概率潮流计算的输电系统机会约束规划模型。为了有效求解该模型,设计了一种两步式遗传算法。该方法可以有效处理输电系统规划中的不确定性,并为规划人员提供比传统方法更丰富的信息。算例证明了该方法的有效性。

电厂优化配煤的不确定性机会约束非线性规划方法

动力配煤是适合中国国情的一种洁净煤技术,可以改善燃煤电厂的经济效益和燃烧性能。动力配煤技术的关键在于优化求解,然而煤质参数是不确定的和可变的,电厂优化配煤决策必须处理这些不确定性。文中建立了一个不确定性机会约束非线性规划模型(inexact chance-constrained nonl-inear programming,ICCNLP)来处理不确定条件下电厂优化配煤问题。ICCNLP可有效处理以区间或概率密度分布表征的不确定性,并评估为实现系统成本最小而需承担的违反约束的风险水平,如超出硫排放标准的风险。结果表明,ICCNLP可得到稳定和可行的区间解,决策者可根据实际情况,在解区间内调整决策变量值,从而得到多个决策替代方案。

考虑风电出力不确定性的储能容量机会约束规划配置

储能系统对风能等可再生能源实现可调度运行有着十分重要的作用。针对风电出力的不确定性问题,提出了一种基于机会约束规划的电池储能系统(BESS)容量配置方法。考虑风电利用率和储能装置荷电状态(SOC)约束,以储能成本最低为目标,采用模拟技术和遗传算法相结合的方法求解,得到了风电输出波动不超过某一区间的置信度与储能最佳配置成本间的关系。此外,在储能系统的控制策略中引入了放电惩罚因子,修正了储能装置的充放电功率,从而达到了延长使用寿命的效果。研究结果表明,BESS容量配置方法在电能质量和经济性间取得了适度的折中。

考虑功率预测偏差和出力调节不确定性的风电集群功率分配策略

当因输电通道限制需对风电集群进行限电时,应考虑各风电场功率预测和调节能力的差异。考虑功率预测偏差和调节能力不确定性,构建机会约束规划和机会约束目标规划相结合的风电集群日前功率调度模型,并采用采样排序的方法将不确定变量转化为确定性变量对模型进行求解。对华北某地区风电集群进行案例分析,结果表明,在满足风电场间期望调度电量比例要求的基础上,相较于传统模型,所提模型能有效降低弃风率和系统负荷不平衡时的缺额电量。

考虑交通流量和用户行为不确定性的加氢站选址优化模型

加氢站是氢能产业发展的重要基础设施,其布局选址对于氢能在交通领域的推广应用至关重要。为此,提出一种加氢站的选址优化方法。首先,分别以运营商追求捕获交通流量最大化、客户追求获得加氢服务可能性最大化为上、下层目标函数构建了双层规划模型,并引入机会约束规划理论处理了交通流量的不确定性。该模型考虑了客户路径选择的行为特性,能够为交通流量不确定性下的加氢站选址提供重要借鉴。其次,利用KKT条件和确定性等价将所提机会约束双层规划模型转化为了单层的混合整数二阶锥规划问题以实现高效求解。最后,为验证该模型的有效性,以长三角地区交通网络为案例进行了仿真分析。

考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度策略

文章以风-光-柴-储系统为研究对象,为了研究新能源出力不确定性对该系统的影响,提出了一种新能源出力复合预测模型。为提高风-光-柴-储系统运行的经济性、环保性和安全性,提出了考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度模型,并采用了带有Monte Carlo模拟的遗传算法对模型进行求解。文章采用了负荷缺失率(load loss rate,LLR)和置信概率对系统的安全性进行评价,并分析了其对系统调度结果的影响。仿真结果表明,文中所提出的考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度模型,可以降低新能源出力不确定性对系统的影响,且该方法可以有效地平衡系统的经济性和安全性。

基于改进ε-约束与采样确定性转化的电力系统日前调度机会约束模型快速求解技术

在可再生能源大规模接入电力系统的背景下,首先建立考虑风电和光伏发电出力不确定的多能源电力系统日前调度机会约束规划模型。为了借助商用求解器对所建大规模调度模型进行快速求解,重点针对多目标问题与机会约束条件的处理进行研究。在多目标优化问题的处理上,从改善Pareto解的分布特性角度对现有ε-约束法进行了改进,将多目标优化问题转化为含参数的一系列单目标优化问题,通过改变参数的取值,得到多目标优化的Pareto前沿集。针对机会约束条件,提出基于采样的机会约束条件确定性转化方法,将机会约束条件转化为多个混合整数约束条件。根据模型优化变量与随机变量可分离的特性,又对转化模型做进一步简化处理,大大降低机会约束模型的计算时间,实现模型的快速求解。最后基于实际系统的算例验证所提方法的有效性。

不确定性因素下基于机会约束的智能车路径规划算法

针对现有的路径规划算法多是基于确定性模型,不能较好地考虑感知和控制的不确定性问题,在将感知和控制的不确定性建模成高斯分布的基础上,提出一种基于机会约束的路径规划算法。该算法在混合A~*的框架下利用不确定性运动元进行节点的扩展。同时,基于机会约束模型将智能车与环境的碰撞概率限制在给定的阈值范围内,生成符合车辆非完整约束的概率安全路径。通过仿真实验,验证了该算法在感知和控制存在不确定性时的安全性和有效性。

基于风险评估和机会约束的不确定性可中断负荷优化调度

用户响应的不确定性使得电力公司调用可中断负荷的总成本存在不确定性,还会面临负荷削减不足或过多的风险。对可中断负荷项目中的不确定性进行分析,提出基于风险评估和机会约束的不确定性可中断负荷优化决策方法,在目标函数中同时考虑固定补偿成本和不确定性成本,更为合理地反映调用可中断负荷资源的总成本,在约束条件中采用置信水平来衡量削减需求约束的满足情况。算例分析表明所提方法不仅可以考虑对可中断用户的补偿价格,还能考虑惩罚价格和用户响应可靠程度的影响,并促使用户提高响应可靠程度,降低调用可中断负荷的总成本。

基于分式规划的种植结构多目标不确定性模型研究

以黑河中游盈科灌区为例,构建基于分式规划的种植结构多目标(作物收益最大和灌水量最小为目标函数)优化模型,同时考虑到灌区可供水量的随机性,将不确定性优化方法中的机会约束规划引入到已建模型中,通过对模型的求解,得到盈科灌区在不同情景下的种植结构方案。构建的模型与得到的规划结果可为盈科灌区和类似灌区作物种植面积优化提供理论依据与决策支持。

基于机会约束规划的气藏型储气库优化设计

针对传统储气库确定性优化方法难以应对天然气用户需求波动的实际,采用机会约束规划方法,建立需求不确定下以总投资成本最小为目标的气藏型储气库设计优化模型。优化模型以垫气量、井数、压缩机台数、脱水设备数作为决策变量,涉及库存变化、单井注采能力及需求不确定性等约束条件,考虑到用户需求的不确定性,采用机会约束规划方法对不确定性进行预处理,并将优化模型应用于某油田W23储气库,采用GAMS建模系统与DICOPT求解器进行求解。结果表明:不确定性下优化方案的总投资成本节约了60213.34×10^(4)元,优化效果明显;用户需求的不确定性较大程度影响了储气设施的投资决策,总投资成本与置信水平之间的关系体现了不确定性下收益与风险的矛盾决策关系。该研究对储气库设计具有借鉴意义。

计及模糊随机不确定性的聚合商调度策略

可中断负荷响应行为中的随机和模糊因素通常同时存在,即统计规律本身包含高阶不确定性,针对高阶不确定性背景下的聚合商调度决策问题,在可中断负荷传统的削减率模糊模型的基础上考虑其随机性,建立模糊随机机会约束规划模型,求解可中断负荷的最优响应容量,并进行相应的风险评估。计及高阶不确定性的模糊随机模型和传统的模糊模型的算例对比结果表明,计及高阶不确定性的决策方法更稳健,能减小调度决策的风险,体现了响应可靠性对决策者利润的影响,可为聚合商的调度提供指导。

可用输电容量协调决策的多目标机会约束规划模型与方法

如何合理考虑电力系统内各区域间输电容量的相互制约关系,对网络容量进行优化协调利用,以确保系统安全可靠运行是可用输电容量决策有待解决的重要问题。在此背景下,通过多目标规划对系统各个部分的输电容量进行同步协调决策,以确保最终得出的决策方案不会超出网络承受负载的能力,并避免由于局部输电容量利用过度而导致的整个系统可用输电容量明显下降的问题。首先,以各个区域间联络线累加功率最大为目标,考虑系统安全约束,构造了以最优潮流为基础的输电容量决策的机会约束规划模型,如此得到的最大输电容量中已经预留了适当的输电容量裕度。然后,采用随机潮流嵌入多目标差异进化算法的方法来求解所发展的优化模型。最后,以IEEE 118节点系统为例,说明了所提出的模型和方法的可行性与有效性。

基于机会约束目标规划的高风电接入比例下大规模储能与火电协调调度

针对大规模风电不确定和波动性对电力系统调度的影响,提出了基于双层规划(bi-level programming,BLP)和机会约束目标规划(chance constrained goal programming,CCGP)结合,求解高风电渗透率下的火电储能协调调度模型的方法。首先,引入具有很好灵活性和优先性的机会约束目标规划处理含多个机会约束的不确定模型。然后基于双层规划的分层思想,提出"先分类后分单元"的求解思路。上层规划侧重不同类电源间的互补运行,以系统安全性和消纳风电为目标;下层规划侧重同类机组(单元)的出力分配,以运行经济性为目标。最后,利用算例对模型的有效性进行验证,对储能在含风电系统中的作用进行分析。结果表明:模型能够很好地兼顾系统安全性与经济性对风电进行消纳,储能的合理调度能够进一步提高系统对风电的消纳能力。

基于机会约束规划的DG与配电网架多目标协调规划

考虑分布式电源出力以及负荷的不确定性,提出了一种基于机会约束规划的DG与配电网架综合协调规划方法。依据概率密度函数分别对不可控分布式电源和负荷建立了多状态模型,进而获得配电系统多状态模型。以分布式电源位置及容量、线路升级改造、新增负荷点接入为优化变量,以设备投资成本、系统有功损耗、停电损失及购电费用为目标函数,建立了基于机会约束规划的DG与配电网架多目标协调规划模型。通过加权将多目标优化转化成单目标优化问题,采用染色体混合编码方式的遗传算法进行求解。算例仿真结果表明,基于机会约束规划对DG和配电网架进行综合协调规划,能够有效提升配电网的经济效益和供电可靠性,通过模型参数的灵敏度分析给出了置信水平的参考值和光伏单位造价对规划方案经济性的影响。

不确定性城市生活垃圾管理规划及其应用

通过对城市生活垃圾管理过程中的经济成本和环境影响分析,建立了机会约束区间不确定性线性规划模型(ICILP).将该模型应用于北京市海淀区城市生活垃圾管理规划,并在不同违反概率下进行求解分析.结果表明:处理设施容量约束的违反概率越大,焚烧和堆肥在垃圾处理中所占比例越大,但系统成本并未随之增加.提出了海淀区新的城市生活垃圾处理方案,即在现有填埋处理的基础上增加焚烧和堆肥2种处理设施,使城市生活垃圾流量逐渐由填埋转向焚烧和堆肥.该模型的优化结果虽然会在一定程度上导致系统成本的增加,但是填埋场的寿命被有效延长,并且达到了减小环境污染的目的,从长远的角度看是可行的.

基于机会约束目标规划的风-光-水-气-火-储联合优化调度

在可再生能源大规模接入电力系统的背景下,为了利用不同能源互补特性解决电力系统弃风、弃光的问题,建立风电、光伏发电、凝汽式火电机组、热电机组、燃气轮机、联合循环燃气轮机、梯级水电和抽水储能机组的模型,在此基础上,考虑风电和光伏发电出力的不确定和水、热、电能量平衡,建立基于机会约束目标规划的风-光-水-气-火-储联合优化调度模型。为了提高模型求解效率,利用基于采样的机会约束条件确定性转化方法将机会约束条件转化为混合整数约束条件。算例验证了所提模型的有效性。将所提调度模型与现行火电机组“以热定电”、梯级水电“以水定电”的模式进行对比,结果表明所提协调调度模型能够利用不同机组之间的互补特性提高电力系统运行的灵活性,从而提高可再生能源的消纳能力,降低系统运行成本。

基于机会约束目标规划的风火储系统滚动调度

为有效降低风电预测误差随机性对电力系统调度的影响,优化含风电电力系统运行的安全性与经济性,提出了基于机会约束目标规划的滚动调度模型。首先,研究了误差分布与预测超前时间的关系,并指出预测远端可信度下降对电力系统调度的影响。然后,基于机会约束目标规划建立了可直接利用多时间尺度预测信息的滚动调度模型。其中,调度计划的制定能够有效利用全局预测信息,有侧重地兼顾运行安全性与经济性;调度计划的更新能够通过分时逐次调节降低系统调节难度,同时调整计划更具预见性。最后,利用算例对所提滚动调度模型的有效性进行验证分析。结果表明:模型能够结合误差分布变化,利用多时间尺度风电预测信息优化含大规模风电系统运行。