[发明专利]一种在演化路径与规划目标之间迭代的优化方法有效

专利信息
申请号: 201810153768.0 申请日: 2018-02-22
公开(公告)号: CN108446792B 公开(公告)日: 2021-11-05
发明(设计)人: 薛禹胜;蔡斌 申请(专利权)人: 国电南瑞科技股份有限公司;国网电力科学研究院有限公司;南瑞集团有限公司
主分类号: G06Q10/04 分类号: G06Q10/04;G06Q10/06
代理公司: 南京知识律师事务所 32207 代理人: 刘丰
地址: 211106 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 演化 路径 规划 目标 之间 优化 方法
【说明书】:

发明公开了一种在演化路径与规划目标之间迭代的优化方法,属于能源规划技术领域。本发明将能源转型优化这一复杂的非线性规划问题解耦为“规划目标优化”与“演化路径优化”两个子层次,通过两个子层次内部的优化搜索与子层次之间的迭代,不断改善目标函数值,直至得到最优目标与最优路径。本发明能够求解能源转型优化中的非线性问题,优化转型能源转型的目标与路径,对于在国家/地区的能源系统转型优化、传统能源企业的清洁转型优化问题均可适用。

技术领域

本发明属于能源规划技术领域,尤其涉及一种在演化路径与规划目标之间迭代的优化方法。

背景技术

面对资源枯竭、环境污染、气候变化等压力,全球范围内的能源清洁转型已经成为不可逆转的趋势,能源转型优化便成为了亟待解决的重要问题。

能源转型优化的任务是找出最优的能源转型方案,该方案包括转型的最终目标及实现该目标的路径。现有的能源转型优化方法一般将原问题构建为一个描述了能源系统技术-经济特性的线性规划问题或混合整数线性规划问题,优化的决策变量为各类能源技术在规划期内的新建、退役、改造等措施,能源需求量、各类能源技术的物理-经济特性的进步率、碳排放价格、可再生能源补贴等转型决策所依赖的关键变量则在优化开始前便作为外生变量给定,不受决策变量的影响。通过开源或商业化的线性规划解算器计算出成本最小的能源转型目标与路径。该方法不明确区分能源转型目标与路径,将转型目标视作转型路径的最后一个阶段,通过最小化目标函数可同时计算出转型目标与路径。

然而,以上将场景变量作为外生变量的建模方式,只能计及场景变量对决策变量的单向影响,忽略了决策变量对关键场景变量的反向影响。例如,根据国际光伏技术路线图(ITRPV)发布的报告,1976-2016年间全球的光伏安装总量每增加1倍,光伏组件价格下降22.5%,即光伏组件价格可近似表示为光伏安装容量的一次函数。因此,可再生能源发电的造价(场景变量)的变化与全系统实际的发电装机情况有关(决策变量),而不应该是整个转型期内均预先给定的外生变量。由于目标函数含有此类场景变量与决策变量的乘积,目标函数将包含非线性项,优化模型成为非线性规划问题。显然,现有的能源转型优化算法无法适用于非线性规划问题,亟需提出新的优化方法。

发明内容

本发明的目的是:为了克服现有技术的不足,提出一种在演化路径与规划目标之间迭代的优化方法。本方法将能源转型优化解耦为“目标优化”与“路径优化”两个子层次,下层是“给定目标下的路径优化”,上层是“目标优化”,通过两个子层次之间的迭代,得到最优目标与最优路径,适用于国家(地区)能源系统或能源企业的清洁转型优化。

具体地说,本发明是采用以下技术方案实现的,用于解决能源转型优化问题,包括如下步骤:

步骤1:初始化能源转型优化所需的各项场景参数;

步骤2:给定能源转型优化终点年转型目标的初值;

步骤3:给定能源转型优化各阶段性转型目标的初值,所述阶段性转型目标指在转型期中间年份需完成的转型任务;

步骤4:判断在给定的终点年和阶段性转型目标下是否存在可行的能源技术的发展方案;若存在,则以此为转型路径初值,并进入步骤5;否则,进入步骤13;

步骤5:计算给定各阶段性转型目标下各能源技术的发展方案的目标函数值;

步骤6:向任意方向继续摄动各能源技术的发展方案,如均无法再改善目标函数值,表明已找到给定各阶段性转型目标下各能源技术的最优发展方案,进入步骤8,否则,进入步骤7;

步骤7:取最有利于改善目标函数值的方向作为下一步的摄动方向,摄动各能源技术的发展方案,进入步骤5重新计算各阶段性转型目标下各能源技术的发展方案的目标函数值;

步骤8:向任意方向继续摄动各阶段性转型目标,如均无法再改善目标函数值,表明已找到给定转型目标下的各能源技术的最优转型路径,进入步骤10,否则,进入步骤9;

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