[发明专利]基于改进NBI法的电气热互联系统多目标优化调度方法

权利要求书

1.一种基于改进NBI法的电气热互联系统多目标优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构造电气热互联系统多目标优化模型；

2)求解单目标优化问题确定影射面，进行影射面边界取点修正，对影射面均分子区域；

3)确定档案机制：设立常规档案DA₁，档案DA₁的最大容量是固定的，设为N₁，当所求得非劣解数小于或等于N₁时，将所有解收录于档案DA₁；当所求得非劣解大于N₁时，考虑全局解集分布尽可能均匀，优先收录偏离距离小的解，剩余空间由其他非劣解随机填满，该档案作用为记录最终输出的帕累托解集；

4)算法收敛判定，输出帕累托解集：初始取点方式为从每个子区域中随机抽取1个点，作为初始种群P，计算P中各点对应的解，将非劣解记录档案DA₁，若档案DA₁中解个数达到N₁，则算法收敛，若小于N₁，则再次从每个子区域中随机取点作为新种群继续求解，直至算法收敛；

5)决策者选取帕累托解集中任意非劣解，制定电气热互联系统调度计划：根据所得帕累托解集，决策者可根据自身决策偏好，选取任意非劣解，并根据该非劣解对应的燃煤机组出力信息、风电机组出力信息、气源出力信息以及热源出力信息制定电气热互联系统调度计划；

构造电气热互联系统多目标优化模型为：

(1)、构造电气热互联系统多目标优化模型：

电网模型如下：

式中：Ω_EN为电网节点集合，A_G、A_P2G、A_CHP分别为节点-机组关联矩阵、节点-P2G关联矩阵和节点-CHP关联矩阵；P_D,t为t时刻的节点负荷矩阵；B为节点导纳矩阵的虚部，θ_t为t时刻的节点电压相角向量；x_ij分别为直路ij最大传输功率以及电抗；P_G,t为t时刻的机组有功出力向量；P_P2G,t为t时刻的P2G装置消耗有功功率向量；P_CHP,t为t时刻的CHP装置有功输入功率向量；a_d、a_u分别为机组爬坡速率约束的上下限向量；为t时刻的平衡节点相角；θ_i,t、θ_j,t分别为直路ij中i节点t时刻的电压相角以及j节点t时刻的电压相角；分别为t时刻机组有功出力的最小值与最大值；

气网模型如下：

式中：分别为t时刻ij管道d处的气体压强与气流量；M₁、M₂为管道传输常数；Δt为时间步长；Ω_Gp为天然气管道集合；为加压站升压后气压；分别加压站升压比下限和上限；f_i^t为管道气流，为管道气流上限；Ω_g、Ω_GB分别为气源集合，天然气节点集合；为t时刻i节点气压；fg,j,t为t时刻j气源出力；Ωs为储气罐集合；分别为t时刻储气罐n的天然气输入量和输出量；分别为t时刻储气罐n的充气和放气效率；为储气罐n额定储气容量；B_g、B_P2G、B_S、B_CHP、B_GT、A_g分别为节点与气源、节点与P2G、节点与储气罐、节点与CHP、节点与燃气机组和节点与管道的关联矩阵；f_g,t、f_P2G,t、f_CHP,t、f_GT,t、f_D,t分别为气源出力向量、P2G天然气注入向量、CHP天然气注入向量、燃气机组气流注入向量和天然气负荷向量；Δx_ij为位置步长；为t时刻ij管道调度周期结束后的气流量；S_n,t为t时刻储气罐n的储气量；为t时刻储气罐的进气量向量；

热网模型如下：

式中：分别为t时刻k管道水流入温度和流出温度；△τ_k为水流过k管道的时间；μ_k为热损失因子；c_w为水的比热容；ρ_w为水的密度；R_k为管道半径；为k管道t时刻外界环境温度；L_k为k管道长度；M_k为k管道水流量；一般CHP工作模式为以热定电；为CHP机组热出力；为水流量；为供水温度；为回水温度；c为水的比热容；为换热站热负荷；Ω_pipe,out,g、Ω_pipe,in,g分别为以节点g作为流出点和流入点的管道集合；T_mix,g为节点g混合温度；分别为节点g水温上下限；为t时刻CHP机组电出力；分别为换热站入水温度和回水温度；为换热站水流量；为t时刻管道b水流量；为t时刻管道b入水温度；

以电气热互联系统运行成本最小及碳排放最小设定优化目标f₁、f₂，具体为：

式中：T为调度周期；Ω_G为燃煤机组集合；Ω_g为气源集合；Ω_W为风电机组集合；Ω_S为储气罐集合，Ω_h为热源集合；P_G,i,t为t时刻燃煤机组i出力，a_i、b_i、c_i分别为机组二次、一次及常数成本系数；f_g,j,t为t时刻气源j出气量，ξ_j为购气成本系数；P_W,k,max为风力机组出力上限，P_W,i,t为t时刻风力机组i出力，δ_k为弃风惩罚系数；为t时刻储气罐n出气量，C_S,n,t为储气罐成本系数；H_h,m,t为t时刻热源m出力，C_h,m,t为购热成本；α_i、β_i、γ_i分别为燃煤机组二次、一次及常数碳排放系数；τ_g为天然气碳排放折算系数；分别为t时刻储气罐n的天然气输出量；

更一般化的多目标优化模型表示如下：

minF＝(f₁,f₂,…,f_l)

s.t.H(x)＝0

G(x)≤0

式中：F为目标集合；x为变量向量；H为等式约束集合；G为不等式约束集合，f_l为第l个目标；s.t.表示满足约束；

求解单目标优化问题确定影射面，进行影射面边界取点修正，对影射面均分子区域具体为：

首先分别单独优化各目标得到各目标极大值f_1max、f_2max与极小值f_1min、f_2min，以F₁为横轴，F₂为纵轴建立坐标系，记点A为(f_1max,f_2min)，点B为(f_1min,f_2max)，连接点A与B，则线段AB即为影射线或者面；对影射线边界取点进行修正：记AB长度为l，令AB沿两端点各延长0.1l，得线段CD，线段CD即为修正后影射线，修正后影射线覆盖传统NBI法AB影射线线段端点；为获得均匀的帕累托解平面，需要对CD进行划分，划分子区域数取决于决策者需要的解个数，设划分区域数为N_q；影射面划分子区域后，每个子区域的中点称为子区域投影中心，子区域内其余点到子区域投影中心的距离d称为偏离距离，用于表征子区域投影点到子区域投影中心的聚集程度；本算法中，对同一子区域内取点所得解，其输出优先级为：偏离距离小的点优先于偏离距离大的点，此步骤使所得帕累托解尽可能分布均匀。