改进动态规划法下的电力系统机组组合问题探讨

改进动态规划法下的电力系统机组组合问题探讨

裴文杰张传鑫李昭辉

中国电建集团江西省电力设计院有限公司   330096

摘要:电力系统机组组合问题是电力系统运行中的重要问题，其解决方案直接影响着电力系统的运行效率。传统的动态规划方法在解决这一问题时存在一些局限性，如计算复杂度高、难以处理大规模系统等。本文通过对传统动态规划方法的改进，提出了几种更为高效的解决方案。

关键词：电力系统；机组组合；动态规划

引言：

随着社会经济的发展和电力需求的增加，电力系统的安全稳定运行对于保障社会生产和人民生活非常重要。而电力系统的机组组合问题是电力系统调度运行中的核心问题，涉及到如何合理地调度和配置发电机组。传统的动态规划方法在解决这一问题时取得了一定的成果，但其在处理大规模系统和计算复杂度方面存在局限性。因此，对动态规划方法进行改进，提高其适用性，对于解决电力系统机组组合问题具有重要意义。

1.改进动态规划法下的电力系统机组组合问题

1.1计算复杂度高

传统的动态规划方法在解决电力系统机组组合问题时，通常需要遍历大量的状态空间，导致计算复杂度呈指数增长。特别是在处理大规模系统时，这一问题变得更加突出，限制了传统方法在实际工程中的应用。

1.2难以处理大规模系统

电力系统通常由大量的发电机组组成，因此其机组组合问题往往涉及大规模系统。传统的动态规划方法在处理大规模系统时面临着挑战，因为状态空间的搜索范围庞大，难以在合理的时间内完成求解，导致传统方法在实际应用中受到了一定的限制。

1.3缺乏灵活性

传统的动态规划方法虽然在一定程度上能够求解电力系统机组组合问题，但其缺乏灵活性和实用性。例如，在处理实际工程中的复杂情况时，传统方法往往需要依赖于大量的启发式方法和手工调整，限制了其在实际应用中的效果。

2.动态规划方法的改进

2.1引入启发式函数

启发式函数是一种用于评估和排序状态空间的方法，其目的在于优先选择具有较高潜在解的状态，从而减少搜索空间，提高求解效率。引入启发式函数的改进方法首先需要设计一个合适的启发式函数，该函数能够对当前状态进行评估，并估计其对应的最优解。这可以通过考虑状态空间中的各种特征和约束条件来实现，例如机组的可用性、负荷的变化情况以及系统的稳定性要求等。然后，根据启发式函数的评估结果对状态空间进行排序，优先选择具有较高评估值的状态进行搜索[1]。这样可以使得算法更加集中地搜索到有可能获得最优解的状态，从而减少不必要的搜索，提高求解效率。通过引入启发式函数，改进后的动态规划方法能够更加智能地搜索状态空间，减少了搜索空间，提高了求解效率。这使得改进方法能够更好地适用于处理大规模系统和复杂情况。

2.2状态空间剪枝

状态空间剪枝通过在搜索过程中对已经探索过的状态进行剪枝处理，避免重复计算，从而减少不必要的计算量，提高算法的效率。在传统的动态规划方法中，由于状态空间的指数增长，往往会导致大量的状态重复出现，这会造成冗余的计算和浪费的时间。而状态空间剪枝则通过记录已经访问过的状态及其对应的最优解，当再次遇到相同状态时，直接利用之前计算的结果，而不再进行重复的计算。这样可以大大减少计算量，提高算法的效率。状态空间剪枝的实现方法可以通过使用哈希表或者动态规划表来记录已经访问过的状态及其对应的最优解。在搜索过程中，每当遇到一个新的状态时，首先检查该状态是否已经在表中记录过，如果是，则直接利用其对应的最优解；如果不是，则进行相应的计算，并将该状态及其最优解记录在表中。通过这样的方式，可以避免对相同状态的重复计算，提高了算法的效率。

2.3优化动态规划参数

机组关停对于电力系统的运行具有重要影响，因此，通过优化相关参数，可以有效地提高算法的性能和效率。针对机组关停的问题，需要考虑的参数包括机组启停的惩罚成本、启停时间的限制、以及机组启停对系统稳定性的影响等。在传统的动态规划方法中，这些参数往往是固定的或者按照经验设定的，而未能充分考虑到实际情况的变化和需求的不同。通过优化动态规划参数，可以根据电力系统的实际情况和运行需求，灵活调整机组关停方面的参数，以实现更好的系统运行效果。例如，可以根据不同的运行情况和负荷需求，动态调整机组启停的惩罚成本，使得系统更加灵活地响应负荷变化，减少启停带来的损失。此外，还可以优化启停时间的限制，使得机组的启停更加符合实际情况和运行需求，避免不必要的能源浪费和系统不稳定性。通过优化动态规划参数，改进后的动态规划方法能够更好地适应电力系统的实际运行需求，提高了算法的性能和效率，为解决电力系统机组组合问题提供了更为有效的技术支持，有助于提高电力系统的运行效率。

2.4多阶段动态规划

传统的动态规划方法通常将整个问题划分为一个阶段，从而导致状态空间的指数增长，计算复杂度高。而采用多阶段动态规划策略则可以将问题分解为多个阶段，每个阶段解决一部分子问题，从而降低了计算复杂度，提高了算法的效率。在多阶段动态规划策略中需要将电力系统机组组合问题分解为多个阶段，每个阶段解决一个特定的子问题。例如，可以将问题分解为机组的选择阶段、机组状态的转移阶段和机组启停的决策阶段等

[2]。然后，针对每个阶段设计相应的状态空间和状态转移方程，并利用动态规划方法求解每个阶段的最优解。最后，通过逐步迭代求解各个阶段的最优解，得到整体的最优机组组合方案。采用多阶段动态规划策略的优势在于可以将原问题分解为多个较小的子问题，从而减少了状态空间的复杂度和计算量，提高了算法的效率和可行性。同时，多阶段动态规划策略还能够更好地适应电力系统的实际运行需求，使得算法更加灵活。

3.结论

综上所述，通过引入启发式函数、状态空间剪枝、优化动态规划参数以及采用多阶段动态规划等改进方法，有效提高了算法的效率。通过以上改进方法，能够更有效地解决电力系统机组组合问题，提高了电力系统的运行效率。然而，仍有一些挑战需要克服，例如进一步优化算法的求解效率、提高算法的鲁棒性以及应对电力系统动态变化的挑战等。未来的研究可以进一步完善改进方法，探索更加高效的求解方案，为电力系统调度运行提供更为有效的技术支持。

参考文献

[1]朱兰,丁雨佳,唐陇军,等.N-k重故障下计及频率安全约束的鲁棒优化机组组合[J].现代电力,2023(5):641-650.

[2]朱进,岳付昌,汪楚暑,等.考虑增量配电网资源支撑的频率安全约束机组组合优化决策方法[J].电网与清洁能源,2023,39(8):73-81.