电力系统优化与调度软件:Xpress二次开发_(3).电力系统优化问题的数学建模.docx

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电力系统优化问题的数学建模

在电力系统优化与调度软件中,数学建模是至关重要的一步。通过数学模型,可以将复杂的电力系统问题抽象成可解的数学问题,从而利用优化算法找到最佳的调度方案。本节将详细介绍电力系统优化问题的数学建模原理和具体方法,并通过实例展示如何使用Xpress进行二次开发以解决实际问题。

1.电力系统优化问题概述

电力系统优化问题通常涉及以下几个方面:

经济调度:在满足电力系统需求的前提下,最小化发电成本。

安全约束:确保电力系统的安全稳定运行,避免设备过载和电压越限等问题。

环境约束:减少污染物排放,满足环保要求。

可靠性优化:提高电力系统的可靠性和可用性。

这些优化问题通常需要考虑多个目标和约束条件,因此数学建模的过程中需要综合考虑这些因素。

2.数学建模的基本步骤

电力系统优化问题的数学建模可以分为以下几个步骤:

定义决策变量:确定需要优化的变量,如发电机出力、负荷分配等。

建立目标函数:定义优化的目标,如最小化发电成本、最大化系统可靠性等。

确定约束条件:列出所有需要满足的约束条件,如功率平衡、设备容量限制、电压范围等。

选择优化算法:根据问题的特性选择合适的优化算法,如线性规划、混合整数规划等。

求解模型:使用优化软件(如Xpress)求解模型,得到最优解。

3.经济调度问题的数学建模

3.1定义决策变量

经济调度问题中的决策变量通常是各发电机的出力。假设系统中有n台发电机,每台发电机的出力为Pi(i

3.2建立目标函数

经济调度的目标是最小化总发电成本。假设第i台发电机的发电成本函数为Ci

C

3.3确定约束条件

功率平衡约束:系统总出力必须等于总负荷需求。

i

发电机出力范围约束:每台发电机的出力必须在其最小和最大出力范围内。

P

线路潮流约束:确保系统中各线路的潮流不超过其传输容量。

P

3.4选择优化算法

经济调度问题通常可以用线性规划(LP)或混合整数规划(MIP)来解决。Xpress是一款高效的优化求解器,可以处理这类问题。

3.5求解模型

下面是一个使用Xpress进行经济调度问题求解的实例。

3.5.1问题描述

假设一个简单的电力系统中有3台发电机,需要满足1000MW的负荷需求。各发电机的成本函数、最小和最大出力如下表所示:

发电机|成本函数CiPi|最小出力Pi,min

|——–|————————–|————————————–|————————————–|

1|100+20P_1+5P_1^2|100|500|

2|150+15P_2+3P_2^2|150|450|

3|120+25P_3+4P_3^2|200|350|

3.5.2模型建立

#导入Xpress库

importxpressasxp

#定义决策变量

P1=xp.var(lb=100,ub=500,name=P1)

P2=xp.var(lb=150,ub=450,name=P2)

P3=xp.var(lb=200,ub=350,name=P3)

#定义模型

model=xp.problem()

#添加变量

model.addVariable(P1,P2,P3)

#定义目标函数

cost_function=100+20*P1+5*P1**2+150+15*P2+3*P2**2+120+25*P3+4*P3**2

model.setObjective(cost_function,sense=xp.minimize)

#添加约束条件

model.addConstraint(P1+P2+P3==1000)

#输出模型

model.write(economic_dispatch.lp)

3.5.3求解模型

#求解模型

model.solve()

#输出最优解

print(f发电机1出力:{P1.getSolution()}MW)

print(f发电机2出力:{P2.getSolution()}MW)

print(f发电机3出力:{P3.getSolution()}MW)

print(f总发电成本:{model.getObjVal()}美元)

3.5.4结果分析

通过上述代码,我们可以求解出各发电机的最优出力和总发电成本。假设求解结果如下:

发电机1出力:300MW

发电机2出力:400MW

发电机3出力:300MW

总发电成本:120000美元

可以看到,模型成功地

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