一种考虑不规则限制运行区的水电站厂内经济调度方法技术

一种考虑不规则限制运行区的水电站厂内经济调度方法，其将调度期内水头可变区间离散成多个连续子区间，引入水头子区间指示变量加以代替，实现水头动态变化。在此基础上，选定每个水头子区间内的代表水头，确定机组动力特性，实现机组动力特性随水头变化。同时，对于每个水头子区间，预处理机组限制运行区，生成矩形机组可运行区，引入可运行区指示变量予以标识，实现机组限制运行区随水头动态变化。对于水位-库容、尾水位-泄量非线性关系，采用分段线性方法予以描述。利用水电站全厂最优动力特性，采用“以电定水”原则初估发电水头，定位机组动力特性及限制运行区，再以分枝定界方法求解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电网规划和调度运行领域，特别涉及一种考虑不规则限制运行区的水 电站厂内经济调度方法。 技术背景 水电系统作为电力系统的重要组成部分，在电力系统经济调度中起到了关键作 用，其中，水电站厂内经济调度扮演了不可或缺的角色，据国内外资料表明，水电站厂内经 济调度效益可高达0.5%~3%。随着我国电力市场改革步伐的加快，水电站厂内经济调度 在水电站参与竞争过程中的重要性日益凸显，受到越来越多的重视。水电站厂内经济调度 包括时间最优化和空间最优化，基本任务是研究水电站在总负荷给定的条件下其厂内工作 机组最优台数、组合及启停次序，以及机组间负荷的最优分配，以期获得尽可能大的经济效 益。相对空间最优化，时间最优化是全局的最优化，更贴近水电站运行实际，成为国内外学 者研究的重点。近些年，我国西南地区大规模投产高水头、大容量巨型机组，其多个不规则 限制运行区给水电站厂内经济调度带来了新的挑战。因此，如何在时间最优化中，实现随 水头动态变化机组动力特性及多个不规则限制运行区约束合理建模及求解，使机组出力可 靠、快速躲避限制运行区，对实现水电站厂内经济调度具有重要而深远的意义。 本专利技术成果前瞻电网未来发展，目前国内相关研究成果和文献报道大多针对矩形 限制运行区的优化调度，尚未见考虑不规则机组限制运行区的水电站厂内经济调度方法。 本成果为我国巨型水电站厂内经济调度提供了重要借鉴。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种考虑不规则限制运行区的水电站厂内经济 调度方法，可充分考虑水库和机组复杂约束，实时分配各机组负荷，实现电站发电用水最 小，并可靠、快速躲避机组限制运行区，保证水电站全厂最优运行方式。 本专利技术的技术方案为：本专利技术揭示了一种考虑不规则限制运行区的水电站厂内经 济调度方法，按照下述步骤（1)-(9)实现各机组调度计划生成过程： (1)利用水电站内各机组动力特性，采用动态规划方法，对水电站可能承担的任何 负荷，确定工作机组的最优台数、组合及启停次序，以及机组间负荷的最优分配，生成水电 站全厂最优动力特性，其描述了水电站出力、发电流量和发电水头三者之间的关系； (2)根据电站入库流量和给定负荷和全厂最优动力特性，利用"以电定水"原则估 计发电水头变化区间，H_、Hniax分别为最小发电水头和最大发电水头； (3)根据精度要求将发电水头变化区间[H_，HniaJ离散成N段，即H_= H。< H 1 <...< Hn= Hniax，其中，η取值范围1到N，Hn表示第η个水头离散区间分界点； (4)分段线性化水位-库容关系和尾水位-泄量关系，实现机组发电水头的线性 化； (5)引入0-1整数变量指示水头离散区间，实现机组发电水头的离散化线性； (6)选定水头离散区间内的代表水头，分段线性化表达该水头下的机组动力特性， 实现随水头变化机组动力特性的线性建模； (7)预处理机组限制运行区，生成矩形机组可运行区； (8)实现机组可运行区与水头线性建模； (9)采用分枝定界方法求解，生成水电站厂内经济调度方案。 本专利技术对比现有技术有如下有益效果：本专利技术一种考虑不规则限制运行区的水 电站厂内经济调度方法，前瞻电网未来发展，将调度期内水头可变区间离散成多个连续子 区间，引入水头子区间指示变量加以代替，实现水头动态变化。在此基础上，选定每个水头 子区间内的代表水头，确定机组动力特性，实现机组动力特性随水头变化。同时，对于每个 水头子区间，预处理机组限制运行区，生成矩形机组可运行区，引入可运行区指示变量予以 标识，实现机组可运行区随水头变化，进而实现机组限制运行区随水头动态变化。对于水 位-库容、尾水位-泄量非线性关系，采用分段线性方法予以描述。利用水电站内各机组动 力特性，采用动态规划方法，对水电站可能承担的任何负荷，确定工作机组的最优台数、组 合及启停次序，以及机组间负荷的最优分配，生成水电站全厂最优动力特性，初估机组发电 水头，定位机组动力特性及限制运行区，再以分枝定界方法求解。对比现有技术，本专利技术可 同时考虑随水头变化机组动力特性和不规则限制运行区，在保证电网负荷实时平衡要求的 前提下，满足水电站厂内经济调度的安全性、时效性、经济性的要求。【附图说明】 图1是机组动力特性线性化示意图。 图2是限制运行区预处理示意图。 图3是厂内经济调度总体求解示意图。 图4(a)是机组#1出力过程。 图4 (b)是机组#3出力过程 图4 (c)是机组#4出力过程 图4 (d)是机组#5出力过程 图5是电站发电水头变化。 图6 (a)是机组#2出力过程（矩形机组限制运行区）。 图6 (b)是机组#2出力过程（不规则机组限制运行区）。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。 水电站厂内经济调度是保证电力系统运行效益和水资源综合利用效益的有效手 段。大多的水电站厂内经济调度未涉及或只涉及矩形限制运行区，算法中未考虑随水头变 化不规则限制运行区。本专利技术揭示一种考虑不规则限制运行区的水电站厂内经济调度方 法，将调度期内水头可变区间离散成多个连续子区间，引入水头子区间指示变量加以代替， 实现水头动态变化。在此基础上，选定每个水头子区间内的代表水头，确定机组动力特性， 实现机组动力特性随水头变化。同时，对于每个水头子区间，预处理机组限制运行区，生成 矩形机组可运行区，引入可运行区指示变量予以标识，实现机组可运行区随水头变化，进而 实现机组限制运行区随水头动态变化。 本专利技术的水电站厂内经济调度方法以水电站调度期内总耗水最小为目标，其目标 函数为： 式中：uA电站在t时段的总出库流量，m3/s ;T为时段总数；Δ t为时段步长，h ; qPowertS电站在t时段的总发电流量，m3/s ;ct为各机组在t时段的开停机耗水流量之和， m3/s ;^为电站在t时段的弃水流量，m3/s ;qlit为机组i在t时段的发电流量，m3/s ;1为电 站内机组总数；SUp SD1分别为机组i开、停机耗水流量，m3/s ;ylit、S^分别为机组i的开、 停机操作变量，0-1整数，Yli t= 1表示机组i在t时段开机，否则y lit= 0,对于I同理。 本专利技术中，涉及水库及机组约束，约束条件表达式如下： (a)水量平衡约束 式中：^为水库在t时段末的库容，m3;In ,为水库在t时段的入库流量，m3/s。 (b)库容限制约束 V<vt<V Vt 式中：Y、浐分别为库容上、下限，m3。 (c)出库流量约束 < w, < U V7 式中：H、反分别为出库流量的上、下限，m3/s。 (d)弃水流量约束 0 < .V, < 5 Vi 式中：，5为弃水流量上限，m3/s。 (e)负荷平衡约束 .Eai =? ^ 式中：Plit为机组i在t时段的出力，丽;D ,为电站在t时段的给定负荷需求，丽。 (f)出力限制约束 Q < Pij ^gitXPi \fiyt 式中：写为机组i的出力上限，丽；glit为机组i在t时段运行状态变量，0-1整数， giit= 1表示机组处于运行状态，否则，g i,t= 0。 (g)发电流量限制约束 0<qu<giJxQ V/, V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑不规则限制运行区的水电站厂内经济调度方法，其特征在于如下步骤：(1)利用水电站内各机组动力特性，采用动态规划方法，对水电站可能承担的任何负荷，确定工作机组的最优台数、组合及启停次序，以及机组间负荷的最优分配，生成水电站全厂最优动力特性，其描述了水电站出力、发电流量和发电水头三者之间的关系；(2)根据电站入库流量和给定负荷和全厂最优动力特性，利用“以电定水”原则估计发电水头变化区间[Hmin,Hmax]，Hmin、Hmax分别为最小发电水头和最大发电水头；(3)根据精度要求将发电水头变化区间[Hmin,Hmax]离散成N段，即其中，n取值范围1到N，Hn表示第n个水头离散区间分界点；(4)分段线性化水位‑库容关系和尾水位‑泄量关系，实现机组发电水头的线性化；(5)引入0‑1整数变量指示水头离散区间，实现机组发电水头的离散化线性；(6)选定水头离散区间内的代表水头，分段线性化表达该水头下的机组动力特性，实现随水头变化机组动力特性的线性建模；(7)假设限制运行区边界为水头的线性函数，选择合适的水头区间分界点，保证每个水头离散区间内限制运行区边界函数为单调函数，对于每个水头区间，根据水头离散分界点，生成与水头无关的限制运行区边界，即矩形限制运行区；限制运行区上边界表达：FUBi,nubn=max{FULi,nubn,FURi,nubn}∀i,∀n,∀nub]]>FULi,nubn=UAi,nubn×Hn-1+UBi,nubn]]>FURi,nubn=UAi,nubn×Hn+UBi,nubn]]>式中：为机组i第n个离散水头区间第nub个矩形限制运行区的上边界，MW；分别为机组i第n个水头离散区间第nub个矩形限制运行区的上边界左、右端点值，MW，分别与水头离散区间分界点Hn‑1,Hn对应；分别为机组i第n个水头离散区间第nub个矩形限制运行区的上边界函数系数；限制运行区下边界表达：FDBi,nubn=min{FDLi,nubn,FDRi,nubn}∀i,∀n,∀nub]]>FDLi,nubn=DAi,nubn×Hn-1+DBi,nubn]]>FDRi,nubn=DAi,nubn×Hn+DBi,nubn]]>式中：为机组i第n个水头离散区间第nub个矩形限制运行区的下边界，MW；分别为机组i第n个水头离散区间第nub个矩形限制运行区的下边界左、右端点值，MW，分别与水头离散区间分界点Hn‑1,Hn对应；分别为机组i第n个水头离散区间第nub个矩形限制运行区的下边界函数系数；对每一水头离散区间[Hn‑1,Hn)，根据机组出力范围及矩形限制运行区生成机组可运行区，其边界表达公式如下：Fn‾i,f=FUBi,nubnFn‾i,f=FDBi,nubn]]>式中：分别为机组i在第n个水头离散区间第f个可运行区的上、下边界，MW；(8)对于水头离散区间，引入可运行区控制变量标识机组可运行区，实现机组多个可运行区线性建模；线性化表达如下：pi,t≥Σf∈F[ri,t,f×(F1‾i,f+δi)]-(1-dt1+dt2+...+dtn+...+dtN)×M∀i,∀tpi,t≤Σf∈F[ri,t,f×(F1‾f-δi)]+(1-dt1+dt2+...+dtn+...+dtN)×M∀i,∀t......pi,t≥Σf∈Fi[ri,t,f×(Fn‾i,f+δi)]-(1+dt1+...+dtn-1-dtn+dtn+1+...+dtN)×M∀i,∀tpi,t≤Σf∈Fi[ri,t,f×(Fn‾i,f-δi)]+(1+dt1+...+dtn-1-dtn+dtn+1+...+dtN)×M∀i,∀t......pi,t≥Σf∈Fi[ri,t,f×(FN‾i,f+δi)]-(1+dt1+dt2+...+dtN-1-dtN)...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程春田，武新宇，廖胜利，王嘉阳，李刚，申建建，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21