一种基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法技术

本发明专利技术属于电网规划和调度运行领域，一种基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法，可使梯级水电在满足日优化电量、出力爬坡、出力波动控制需求的同时，充分发挥了梯级水电站群的调峰作用。本发明专利技术构建了基于电量控制的梯级水电短期调峰模型，水电站日优化电量由梯级总电量在各个电站间优化分配得到。同时，提出了耦合多维动态规划方法、逐次切负荷方法、启发式负荷分配算法的求解方法，多维动态规划方法重构电站面临负荷，保证切负荷结果满足复杂时段耦合约束，逐次切负荷方法确定电站日内出力过程，启发式负荷分配算法沿日优化电量约束边界修正水位及弃水约束。本发明专利技术是前瞻电网未来发展，为我国水电富集电网水电调峰运行提供了重要借鉴。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法
本专利技术涉及电网规划和调度运行领域，特别涉及一种基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法。技术背景电网调峰一直是困扰我国电网调度运行的难题，严重影响区域电网及辖属省(市)级电网的安全、稳定、优质、经济运行。近些年，随着风电为主的新能源大规模投产，风电装机比重不断攀升，其反调峰特性进一步加剧了电网调峰压力。我国各大流域水电基地相继竣工投产在增强我国电网调峰能力的同时，也对梯级水电站群调峰运行提出了更高要求。云南、四川、贵州等电网作为水电富集电网，如何有效利用水电运行灵活特性，考虑梯级水电优化原则，科学安排水电站工作位置，合理分配水电系统优化后给定的日电量，确保电网有足够的调峰容量是缓解水电富集电网调峰压力的有效手段。因此，开展梯级水电站群短期调峰研究对保障电网安全、高效、经济运行具有意义重大。本专利技术成果前瞻电网未来发展，依托国家自然科学基金重大国际合作(No.51210014)项目支持，目前国内相关研究成果和文献报道大多针对水位控制下下的梯级水电站群优化调度，尚未见考虑电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法。本成果为我国水电富集电网中梯级水电站群优化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基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法，可使梯级水电在满足日优化电量、出力爬坡、出力波动控制需求的同时，充分发挥了梯级水电站群的调峰作用。本专利技术的技术方案为：本专利技术揭示了一种基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法，按照下述步骤(1)-(10)实现各电站调度计划生成过程：(1)根据单站日优化电量模型将梯级水电站总电量分解，获得各个水电站的日优化电量；(2)根据日优化电量，构建梯级水电短期调峰模型；(3)将梯级水电站按负荷率从小到大排序，令i＝1；(4)获取电站i的面临负荷曲线；(5)采用多维动态规划重构电站i的面临负荷曲线；(6)根据电站i的日优化电量，采用逐次切负荷方法在重构的负荷图上确定电站日内出力过程；(7)令i＝i+1，若i＞I，进入步骤(8)；否则，返回步骤(4)；(8)根据上游电站出库、区间来水及电站的起调水位，采用以电定水原则逐电站逐时段确定相关水务计算变量；(9)采用启发式负荷分配方法修正电站出力，保证计算结果可行；(10)统计调峰指标值，计算结束。本专利技术对比现有技术有如下有益效果：本专利技术一种基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法，前瞻电网未来发展，水电站日优化电量由梯级总电量在各个电站间优化分配得到。同时，提出了耦合多维动态规划方法、逐次切负荷方法、启发式负荷分配算法的求解方法，多维动态规划方法重构电站面临负荷，保证切负荷结果满足复杂时段耦合约束，逐次切负荷方法确定电站日内出力过程，启发式负荷分配算法沿日优化电量约束边界修正水位及弃水约束。对比现有技术，本专利技术可使水电在满足日优化电量、出力爬坡、出力波动控制需求的同时，充分发挥了梯级水电站群的调峰作用。附图说明图1是负荷重构示意图。图2是总体调峰效果图。图3(a)是洪家渡电站出力过程。图3(b)是东风电站出力过程。图3(c)是索风营电站出力过程。图3(d)是乌江渡电站出力过程。图3(e)是构皮滩电站出力过程。图3(f)是思林电站出力过程。图3(g)是沙沱电站出力过程。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。本专利技术的梯级水电短期调峰模型目标为：根据电网的日负荷需求和水电站的日优化电量，科学安排水电站工作位置，合理分配水电站日出力运行过程，以有效调节负荷波动，削减系统负荷峰谷差。本专利技术中，为保证电网和电站的安全稳定，梯级水电短期调峰模型需满足以下约束条件：A.水量平衡约束vi,t＝vi,t-1+(Qi,t+Ii,t-ui,t)×Δt×3600(1)式中：t为时段编号；vi,t为水库i在t时段末的库容，m3；Qi,t为水库i在t时段的入库流量，由其直接上游水库出库汇入，m3/s；Ii,t为水库i在t时段的区间入库流量，m3/s；ui,t为水库i在t时段的出库流量，m3/s，ui,t＝qi,t+si,t；qi,t为电站i在t时段的发电流量，m3/s；si,t为电站i在t时段的弃水流量，m3/s；Δt为调度时段步长对应的小时数，h。B.库水位限制式中：Zi分别为水库i的水位上、下限；zi,t为水库i在t时段的末水位值，m。C.发电流量限制式中：Qi分别为电站i的发电流量上、下限，m3/s。D.弃水流量限制式中：为水库i的弃水流量上限，m3/s。E.出库流量限制式中：Ui分别为水库i的出库流量上、下限，m3/s。F.出力限制式中：Pi分别为电站i的出力上、下限；pi,t为水电站i在t时段出力，MW。G.出力爬坡约束式中：为电站i单时段最大出力升降限制，MW。H.出力波动控制约束(pi,t-α-pi,t-α-1)(pi,t-pi,t-1)≥0,α＝1,2,...,tei-1(8)式中：tei为电站i在一轮出力升降过程中最高或最低点需持续的最少时段数，tei>1。I.日优化电量约束式中：T为调度时段总数；Ei为电站i的日优化电量，kWh。本专利技术的约束条件(9)中，电站i的日优化电量由单站日优化电量模型得到，单站日优化电量模型的目标遵循梯级水电站群蓄能最大原则，数学表达为：式中：I为梯级水电站总数目；ESi为电站i的蓄能值，kWh。ESi＝(VTi,D+WTi)/ηi(11)式中：D为调度时段总数；VTi,D为电站i调度期末死水位以上的蓄水量，m3；WTi为电站i的全部上游电站调度期末死水位以上的蓄水量，m3，Ui为电站i的直接上游电站标号数组；k为电站i的直接上游电站编号；Ki为电站i的直接上游电站总数；ηi为电站i的平均耗水率，m3/kWh。需要满足的约束如下：a.水量平衡约束vi,d＝vi,d-1+(Qi,d+Ii,d-ui,d)×Δd×3600(12)式中：d为调度时段编号；vi,d为水库i在d时段末的库容，m3；Qi,d为水库i在d时段的入库流量，由其直接上游水库出库汇入，m3/s；Ii,d为水库i在d时段的区间入库流量，m3/s；ui,d为水库i在d时段的出库流量，m3/s，ui,d＝qi,d+si,d；qi,d为电站i在d时段的发电流量，m3/s；si,d为电站i在d时段的弃水流量，m3/s；Δd为调度时段步长对应的天数。b.库水位限制式中：Zi分别为水库i的水位上、下限；zi,t为水库i在d时段的末水位值，m。c.发电流量限制式中：Qi分别为电站i的发电流量上、下限，m3/s。d.弃水流量限制式中：为水库i的弃水流量上限，m3/s。e.出库流量限制式中：Ui分别为水库i的出库流量上、下限，m3/s。f.出力限制式中：Pi分别为电站i的出力上、下限，MW；pi,t为水电站i在d时段出力，MW。g.梯级水电总电量约束式中：E'为梯级水电总电量，kWh。本专利技术的梯级水电短期调峰模型的求解方法根据电站出力爬坡限制、出力波动控制等电站控制约束，利用多维动态规划方法重构系统负荷，在保留系统负荷特征的同时，为逐次切负荷方法创造良好的系统负荷输入条件。图1为多维动态规划方法重构系统负荷的示意图，具体过程为：为使重构负荷与原负荷的峰现时间、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法，其特征在于如下步骤：(1)根据单站日优化电量模型将梯级水电站总电量分解，获得各个水电站的日优化电量；(2)根据日优化电量，构建梯级水电短期调峰模型；其中，梯级水电短期调峰模型需满足的约束条件如下：A.水量平衡约束 v

【技术特征摘要】
1.一种基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法，其特征在于如下步骤：(1)根据单站日优化电量模型将梯级水电站总电量分解，获得各个水电站的日优化电量；(2)根据日优化电量，构建梯级水电短期调峰模型；其中，梯级水电短期调峰模型需满足的约束条件如下：A.水量平衡约束vi,t＝vi,t-1+(Qi,t+Ii,t-ui,t)×Δt×3600式中：t为时段编号；vi,t为水库i在t时段末的库容，m3；Qi,t为水库i在t时段的入库流量，由其直接上游水库出库汇入，m3/s；Ii,t为水库i在t时段的区间入库流量，m3/s；ui,t为水库i在t时段的出库流量，m3/s，ui,t＝qi,t+si,t；qi,t为电站i在t时段的发电流量，m3/s；si,t为电站i在t时段的弃水流量，m3/s；Δt为调度时段步长对应的小时数，h；B.库水位限制式中：Zi分别为水库i的水位上、下限；zi,t为水库i在t时段的末水位值，m；C.发电流量限制式中：Qi分别为电站i的发电流量上、下限，m3/s；D.弃水流量限制式中：为水库i的弃水流量上限，m3/s；E.出库流量限制式中：Ui分别为水库i的出库流量上、下限，m3/s；F.出力限制式中：Pi分别为电站i的出力上、下限，MW；pi,t为水电站i在t时段出力，MW；G.出力爬坡约束式中：为电站i单时段最大出力升降限制，MW；H.出力波动控制约束(pi,t-α-pi,t-α-1)(pi,t-pi,t-1)≥0,α＝1,2,...,tei-1式中：tei为电站i在一轮出力升降过程中最高或最低点需持续的最少时段数，tei>1；I.日优化电量约束式中：T为调度时段总数；Ei为电站i的日优化电量，kWh；(3)将梯级水电站按负荷率从小到大排序，令i＝1；(4)获取电站i的面临负荷曲线；(5)采用多维动态规划重构电站i的面临负荷曲线；选取重构负荷与原负荷二者之间的平方差之和最小作为负荷重构的数学模型的目标函数，数学表达为式中：xi,t为电站i在t时段的重构负荷值，MW；Xi,t为电站i在t时段的面临负荷，MW；将出力爬坡约束中的和出力波动控制约束中的tei纳入负荷重构模型，将其作为约束处理，同时，保证每个时段的重构负荷值不大于面临负荷值，新的约束的数学表达为：(xi,t-α-xi,t-α-1)(xi,t-xi,t-1)≥0α＝1,2,…,tei-1xi,t≤Xi,t采用多维动态规划方法求解该模型，将时段t视为阶段，将负荷离散值和负荷状态k组成二维向量作为状态变量，n为负荷离散值数目，k＝-tei,-(tei-1),...,-1,1,...,tei，将离散的负荷值变化量和负荷状态的变化Δk组成的二维向量作为决策变量，其递推方程、阶段效应方程和目标函数方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：程春田，王嘉阳，廖胜利，武新宇，唐建兴，苏华英，汪明清，
申请(专利权)人：大连理工大学，贵州电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：辽宁,21