【文章內(nèi)容簡介】 on，ACO)模擬螞蟻的群體行為，由Dorigo等人提出。hCO本質(zhì)上是一種基于群體的多代理算法。該方法的主要特點是：正反饋、分布式計算、與某種啟發(fā)式算法相結(jié)合，正反饋過程使得該方法能很快發(fā)現(xiàn)較好解；目前有學(xué)者嘗試將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)規(guī)劃中但是還沒有很好地將規(guī)劃模型處理成適合于螞蟻算法求解的模型，系統(tǒng)規(guī)模增大時，難以求得高質(zhì)量的解。如何合理地將規(guī)劃模型轉(zhuǎn)變成適合螞蟻算法的模型，有待人們進(jìn)一步的研究。而遺傳算法的顯著優(yōu)點是可以同時搜索空間中的許多點，而不是一個點，因而能夠作到全局優(yōu)化；由于其搜索最優(yōu)解的過程是有指導(dǎo)性的，避免了某些優(yōu)化算法的維數(shù)災(zāi)難問題。利用遺傳算法進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化規(guī)劃，可得出若干個最優(yōu)、次優(yōu)方案，供規(guī)劃人員根據(jù)實際情況進(jìn)行決策選擇。6．遺傳算法和模擬退火法模擬退火法的最大特點是搜索中可以擺脫局部解，這是傳統(tǒng)的爬山法所不具備的。遺傳算法中的“選擇一操作是以和個體的適應(yīng)度有關(guān)的概率來進(jìn)行的。因此，即使是適應(yīng)度低的個體也會有被選擇的機(jī)會。在這一點上它同模擬退火法十分相似。顯然，通過在搜索過程中動態(tài)地控制選擇概率，遺傳算法可以實現(xiàn)模擬退火法中的溫度控制功能。混沌優(yōu)化算法是近年來隨著混沌學(xué)科的發(fā)展而被提出來的另外一種新算法，它通過將優(yōu)化問題模型向混沌變量的映射，充分利用混沌變量在混沌運動中所具有的遍歷性，隨機(jī)性，規(guī)律性來尋找全局的最優(yōu)解。依據(jù)對混沌變量應(yīng)用方式的不同，混沌算法可以分為基于混沌序列的函數(shù)優(yōu)化方法與基于混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Chaotic Neural Network．CNN)的優(yōu)化算法．但由于混沌變量的搜索空間狹窄，又需要將優(yōu)化模型歸一化處理，因此還很少有將混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于實際工程領(lǐng)域的模型。 改進(jìn)的遺傳算法 遺傳算法的主要問題和解決方案標(biāo)準(zhǔn)的遺傳算法是具有“生成+檢測的迭代過程的搜索算法。遺傳算法采用一種群體搜索策略和群體中個體之間的信息交換，搜索，不依賴于梯度信息。但標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法存在一些不足，下面是標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法中存在的主要問題和解決方案。對早熟收斂和后期搜索遲鈍的解決方案：有條件的最佳保留機(jī)制；采用遺傳——災(zāi)變算法D帕：采用適應(yīng)度比例機(jī)制和個體濃度選擇機(jī)制的加權(quán)和：引入主群和屬群的概念；適應(yīng)度函數(shù)動態(tài)定標(biāo)：多種群并行進(jìn)化及自適應(yīng)調(diào)整控制參數(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)并行遺傳算法；對重要參數(shù)選擇采用自適應(yīng)變化而非固定不變。為了改進(jìn)簡單遺傳算法的實際計算性能，很多學(xué)者的改進(jìn)工作也是分別從參數(shù)編碼，初始群體設(shè)定，適應(yīng)度函數(shù)標(biāo)定，遺傳操作算子，控制參數(shù)的選擇以及遺傳算法結(jié)構(gòu)等方面提出的。眾多學(xué)者一直致力于推動遺傳算法的發(fā)展，對編碼方式，控制參數(shù)的確定和交叉機(jī)理等進(jìn)行了深入的研究，提出了各種變形的遺傳算法，其基本途徑概括起來主要有以下幾個方面：(1)改進(jìn)遺傳算法的組成成分或使用技術(shù)，如選用優(yōu)化控制參數(shù)，適合問題特性的編碼技術(shù)等。(2)采用混合遺傳算法(Hybrid Genetic Algorithm)。(3)采用動態(tài)自適應(yīng)技術(shù)。在進(jìn)化過程中調(diào)整算法控制參數(shù)和編碼精度。(4)采用非標(biāo)準(zhǔn)的遺傳操作算子。(5)采用并行算法。3. 基于改進(jìn)遺傳算法的AGC機(jī)組優(yōu)化組合 傳統(tǒng)的機(jī)組組合模型機(jī)組優(yōu)化組合問題包含了機(jī)組運行約束及常規(guī)的運行約束。在一個調(diào)度周期內(nèi)，根據(jù)負(fù)荷變化的曲線圖，分時段迸行計算。其數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)為一個調(diào)度周期內(nèi)發(fā)電廠煤費用總和最小，其約束包含功率平衡方程、經(jīng)濟(jì)運行要求和機(jī)組運行約束。假設(shè)系統(tǒng)中有N臺可運行機(jī)組，各時段的總負(fù)荷為，機(jī)組的功率儲備為，并且假設(shè)電能損耗已經(jīng)被包括在總負(fù)荷以及機(jī)組的功率儲備中。 目標(biāo)函數(shù) 要求系統(tǒng)在T小時段中各機(jī)組的總費用為最小，目標(biāo)函數(shù)可寫為 （31）式中：——機(jī)組i在時段t的功率變量。 ——發(fā)電機(jī)組數(shù) ——第i臺機(jī)組的發(fā)電費用，一般采用二次型，即其中為機(jī)組i的運行費用特性參數(shù)。 T——機(jī)組的運行總時間。 t——機(jī)組的運行時間參數(shù)。 ——機(jī)組i在時段t時段內(nèi)的狀態(tài)，僅設(shè)0，1兩個值，=1表示運行態(tài)，=0表示停運狀態(tài)。 ——機(jī)組啟動費用，它與機(jī)組所建立的數(shù)學(xué)模型有關(guān)分為兩類：a) 冷卻啟動機(jī)組從冷卻狀態(tài)啟動，啟動費用與停機(jī)時間t的長短有關(guān)。其地洞費用可表示為： （3—2）式中：——第i臺機(jī)組鍋爐冷啟動費用；——第i太機(jī)組啟動費用常數(shù)；——機(jī)爐的熱時間常數(shù)；——機(jī)組停役小時數(shù)。b) “壓火”啟動機(jī)組從“壓火”啟動，其啟動費用可表示為； （3—3）式中：——壓火1h所需的起動費用。 約束條件對于以上要求系統(tǒng)中各機(jī)組的總費用為最小機(jī)組優(yōu)化問題，實際上存在一定的約束條件，具體如下：a)功率平衡約束電網(wǎng)系統(tǒng)的功率平衡方程為： i=1,2,…,N t=1,2,…,T (3—4)——表示調(diào)度中心下達(dá)給發(fā)點廠的t時段負(fù)荷。根據(jù)物理規(guī)律，上式在任何條件下絕對成立。b) 旋轉(zhuǎn)備用約束根據(jù)電力系統(tǒng)安全性的考慮，電網(wǎng)應(yīng)該具有抗拒突發(fā)事件的能力，發(fā)電機(jī)組的輸出功率在任何時候都應(yīng)該有一定量的備用，因此在下面引入旋轉(zhuǎn)備用約束不等式： i=1,2,…,N t=1,2,…,T (3—5)其中：——工作機(jī)組能夠提供的最大功率?！硎菊{(diào)度中心下達(dá)給發(fā)電廠的t時段負(fù)荷。——時段t系統(tǒng)所需功率儲備。c) 機(jī)組容量約束在實際系統(tǒng)中，發(fā)單機(jī)的輸出功率在范圍都是有一定限制的，于是就存在以下幾組容量約束不等式： i=1,2,…,N (3—6)——第i臺機(jī)組發(fā)電機(jī)功率的下限?！趇臺機(jī)組發(fā)電機(jī)功率的上限。d) 機(jī)組最小連續(xù)停運和連續(xù)運行小時數(shù)約束在發(fā)電機(jī)的運行中，發(fā)電機(jī)作為一種機(jī)器，考慮到發(fā)電機(jī)的使用壽命和運行安全性等因素，在不允許發(fā)電機(jī)在短時間內(nèi)連續(xù)不斷的多次啟動和停止。于是在本文研究的周期內(nèi)，就存在以下機(jī)組最小停運和連續(xù)運行小時數(shù)約束約束不等式： t=1,2,…,T i=1,2,…,N (3—7)為機(jī)組允許的連續(xù)時間內(nèi)最小停運小時數(shù)；為機(jī)組允許的連續(xù)時間內(nèi)最小運行小時數(shù)。 考慮AGC的機(jī)組優(yōu)化組合數(shù)學(xué)模型AGC問題是互聯(lián)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)有效運行的核心問題，AGC輔助服務(wù)是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行的關(guān)鍵，承擔(dān)著電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)、區(qū)域聯(lián)絡(luò)線交換功率控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的重要任務(wù)。在傳統(tǒng)的運行機(jī)制下，調(diào)度員可以命令發(fā)電公司無償提供AGC輔助服務(wù)，但在電力市場環(huán)境下，互聯(lián)電力系統(tǒng)的AGC已經(jīng)從純粹的控制領(lǐng)域進(jìn)入到控制和經(jīng)濟(jì)相結(jié)的領(lǐng)域，發(fā)電公司作為獨立的經(jīng)濟(jì)實體，不可能無償提供AGC輔助服務(wù)。傳統(tǒng)的機(jī)組組合模型沒有考慮機(jī)組提供AGC輔助服務(wù)的費用，本文將購電費用作為機(jī)組組合的目標(biāo)函數(shù)，并把機(jī)組的AGC調(diào)節(jié)費用作為購電費用一部分來考慮。此外，占購電費用很大一部分的是燃料費用，它是機(jī)組實際輸出功率的函數(shù)。 電力市場環(huán)境下的AGC調(diào)節(jié)容量問題為了實現(xiàn)AGC調(diào)節(jié)的功能，電網(wǎng)公司需要獲取一定的AGC容量，用來隨時補(bǔ)償偶然事件所導(dǎo)致的功率缺額，同時承擔(dān)系統(tǒng)頻率調(diào)整的任務(wù)。就從供電可靠性和電能質(zhì)量而言，AGC容量越多越好，但從運行經(jīng)濟(jì)性考慮而言，AGC容量卻不宜過多。AGC的容量主要是根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的變化以及運行經(jīng)驗等來確定，一般取最大負(fù)荷的2%5%，大系統(tǒng)取小值，小系統(tǒng)取大值。在電力市場中，機(jī)組的開停機(jī)計劃是在預(yù)調(diào)度過程中進(jìn)行，先將機(jī)組的報價按照從低到高排列，結(jié)合預(yù)測的負(fù)荷，確定上網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組，然后通過機(jī)組組合和經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配計算就可以確定每臺機(jī)組的開停機(jī)狀態(tài)和出力。由于負(fù)荷預(yù)測存在一定的偏差，加上系統(tǒng)實際運行中會因為各種不可預(yù)料的原因發(fā)生變動，例如各發(fā)電廠沒有能嚴(yán)格的執(zhí)行發(fā)電計劃，這樣就不可避免的會使實際負(fù)荷偏離調(diào)度機(jī)組的出力。如果機(jī)組沒有AGC功能，不能進(jìn)行出力調(diào)節(jié)，那么就會使系統(tǒng)的功率供需產(chǎn)生不平衡，嚴(yán)重的會使系統(tǒng)頻率發(fā)生大幅度的偏移，導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。所以，購電方作為電網(wǎng)的運行商，必須購買一定的AGC，使得系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生波動時不致影響系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。在預(yù)調(diào)度市場中，由于機(jī)組AGC的計劃投運而會使機(jī)組的預(yù)調(diào)配出力的上下限發(fā)生變化。當(dāng)所有發(fā)電機(jī)組都有AGC功能時，都能進(jìn)行出力的上調(diào)和下調(diào)。具有AGC調(diào)節(jié)功能的機(jī)組的預(yù)調(diào)節(jié)出力范圍會變小。當(dāng)機(jī)組沒有AGC時，它的預(yù)調(diào)配出力是介于最小技術(shù)出力和機(jī)組受約束時最大發(fā)電功率之間；當(dāng)機(jī)組具有AGC時，它的預(yù)調(diào)配最大出力為，最小出力為。在實施電力市場后，作為輔助服務(wù)的重要組成部分，AGC必須要給予相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，因為AGC機(jī)組需要安裝一些相關(guān)的裝置，這需要一定的成本，另外，AGC機(jī)組參與AGC服務(wù)不僅對機(jī)組本身產(chǎn)生損害，而且還使參與者損失發(fā)電量。發(fā)電方向市場管理員提交自己的報價，明確是否愿意參與調(diào)節(jié)，以什么價格，參與多長時間等。另外，對被于選擇的AGC機(jī)組，如在運行期間不能達(dá)到規(guī)定要求或根本就沒有投入運行，造成電網(wǎng)公司額外購買AGC容量的，要視情況給予警告或懲罰。系統(tǒng)中的機(jī)組上報計劃時，有AGC上調(diào)量和下調(diào)量，那么電能市場中的上報數(shù)據(jù)就要按照上面的要求作相應(yīng)的變化。AGC的上調(diào)費用和下調(diào)費用是按照機(jī)組上報的AGC數(shù)據(jù)來計算的，即上(下)調(diào)費用=AGC上(下)調(diào)量單位上(下)調(diào)成本，只要機(jī)組被預(yù)調(diào)度開機(jī)，這部分費用就要被統(tǒng)計。 目標(biāo)函數(shù) 要求系統(tǒng)在24小時段中各機(jī)組的總費用為最小，目標(biāo)函數(shù)可寫為 （3—8）式中：——分別為機(jī)組i在t時刻的AGC上調(diào)量和下調(diào)量。——分別是機(jī)組i的AGC單位上調(diào)費用和下調(diào)費用。其它參數(shù)意義與傳統(tǒng)的機(jī)組優(yōu)化組合模型相同。 約束條件對于以上要求系統(tǒng)中各機(jī)組的總費用為最小機(jī)組優(yōu)化問題，實際上存在一定的約束條件，具體如下：a) 功率平衡約束電網(wǎng)系統(tǒng)的功率平衡方程為： i=1,2,…,N t=1,2,…,T （39）——表示調(diào)度中心下達(dá)給發(fā)點廠的t時段負(fù)荷。根據(jù)物理規(guī)律，上式在任何條件下絕對成立。b) 旋轉(zhuǎn)備用約束根據(jù)電力系統(tǒng)安全性的考慮，電網(wǎng)應(yīng)該具有抗拒突發(fā)事件的能力，發(fā)電機(jī)組的輸出功率在任何時候都應(yīng)該有一定量的備用，因此在下面引入旋轉(zhuǎn)備用約束不等式： i=1,2,…,N t=1,2,…,T (3—10)其中：——工作機(jī)組能夠提供的最大功率?！硎菊{(diào)度中心下達(dá)給發(fā)電廠的t時段負(fù)荷?！獣r段t系統(tǒng)所需功率儲備。c) 機(jī)組容量約束在實際系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的輸出功率的范圍都是有一定限制的，于是就存在以下機(jī)組容量約束不等式： i=1,2,…,N (3—11)——第i臺機(jī)組發(fā)電動率的下限?！趇臺機(jī)組發(fā)電動率的上限。d) 機(jī)組最小連續(xù)停運和連續(xù)運行小時數(shù)約束在發(fā)電機(jī)的運行中，發(fā)電機(jī)作為一種機(jī)器，考慮到發(fā)電機(jī)的使用壽命和運行安全性等因素，不允許發(fā)電機(jī)在短時間內(nèi)連續(xù)不斷的多次啟動和停止。于是在本文研究的周期內(nèi)，就存在以下機(jī)組最小連續(xù)停運和連續(xù)運行小時數(shù)約束約束不等式： t=1,2,…,T i=1,2,…,N （3—12）為機(jī)組允許的連續(xù)時間內(nèi)最小停運小時數(shù)；為機(jī)組允許的連續(xù)時間內(nèi)最小運行小時數(shù)。 可變長二進(jìn)制編碼在遺傳算法的運行過程中，它不對所求解的問題的實際決策變量進(jìn)行作，而是對表示可行解的個體編碼實施選擇、交叉、變異等遺傳運算。通過這種遺傳操作來達(dá)到優(yōu)化的目的，這是遺傳算法的特點之一。所以，編碼是遺傳算法應(yīng)用時必須解決的首要問題，電是設(shè)計遺傳算法的一個關(guān)鍵步驟。編碼有兩個原則：原則一：應(yīng)使用能易于產(chǎn)生與所求問題相關(guān)的且具有低階、短定義長度模式的編碼方案，稱為有意義積木塊編碼原則。原則二：應(yīng)能使問題得到自然表示或描述的具有最小編碼字符集的編碼方案，最小字符集編碼原則。第一個原則中，模式是指具有某些基因相似性的個體的集合，而具有短定義長度、低階且適應(yīng)度較高的模式稱為構(gòu)造優(yōu)良個體的積木塊或者基因塊。這里可以把該編碼原則理解成應(yīng)用易于生成適應(yīng)度較高個體的編碼方案。第二個原則說明了我們?yōu)楹纹珢凼褂枚M(jìn)制編碼方法的原因，因為它滿足這條編碼原則的思想，理論分析表明，二進(jìn)制編碼方案能包含最大模式數(shù)，從而使得遺傳算法在確定規(guī)模的群體中能夠處理最多的模式。由于該問也題是一個多參數(shù)的非線性優(yōu)化問題，多采用了多參數(shù)映射編碼的形式。在該編碼方法中，它們將遺傳算法問題要求解的變量設(shè)置為是多臺機(jī)組的調(diào)節(jié)容量和機(jī)組的狀態(tài)，而調(diào)節(jié)容量值是一個數(shù)值較小的區(qū)間值，故可采用多參數(shù)的映射編碼形式。其中子串分為兩部分，其最高位為機(jī)組狀態(tài)，后綴部分為機(jī)組容量的二迸制映射碼。形式如下：X(狀態(tài)位) S（容量串） （1） （10111011）假設(shè)子串中容量串的長度是n，則該容量串譯碼后的無符號整數(shù)范圍為。即機(jī)組出力的范圍為。很明顯兩者間存在一個映射關(guān)系，而映射的精度為： （3—13）在表示機(jī)組容量是，通過使用實數(shù)編碼代替了二進(jìn)制編碼，從而使得算法的性能在某些方面得到改善。上述編碼的映射長度比較長，這對算法的計算非常不利。同時，對于二進(jìn)制編碼，如果要獲得很高的精度，勢必還會增加編碼的長度；而對于容量串實數(shù)編碼，編碼長度雖然略微減少，但是算法的復(fù)雜性會大大增加。論文針對機(jī)組組合的提點提出了一種新的編碼方式。在機(jī)組優(yōu)化組合中，由于機(jī)組的機(jī)械特性，機(jī)組的啟停也受到一定的限制，而且機(jī)組每一次啟停都需要支付額外的費用，所以正常情況下很少發(fā)生啟停變化：同時系統(tǒng)的負(fù)荷需求的相對變化一般很小，而且由于機(jī)組的出力有一個可調(diào)節(jié)圍系統(tǒng)負(fù)荷需求的小范圍改變完全可以通過改變在線機(jī)紐的出力來滿足系統(tǒng)需求，只有當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷需求超過一定范圍時才發(fā)生機(jī)組啟停變化；對于規(guī)模越大的系統(tǒng)，系統(tǒng)負(fù)荷需求的相對波動范圍越小，而在線機(jī)組的相對可調(diào)節(jié)能力就越強(qiáng)，從而單個機(jī)組啟停發(fā)生變化的概率越小。