一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法组成比例

本发明专利技术属于水电经济调度领域，涉及一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法，根据梯级水电站群年内来水情况根据市场经济效益最大及弃水量最小的多目标优化调度方法制定需要，并根据多元市场分类给出基于不同市场价格波动率最小、期望收益最大的多元电力市场分配比重。利用NSGA‑2遗传算法框架对梯级市场经济效益及弃水量进行多目标前沿解集求解，给出年内梯级水库水位过程及处理过程满意解集，根据参考年内市场电价波动给出计划参与多元市场交易电量分配比例。本发明专利技术为交易中心发布重要水电站水位的边界范围、为市场参与主体的水电站参与电力市场竞价提供方法支持。

【技术实现步骤摘要】
一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法
本专利技术属于水电经济调度领域，涉及一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法，根据交易中心披露的市场成交信息，结合历史径流信息和未来径流预报，以经济效益和弃水最小为目标优化年内的市场电量分配和水位控制，进而为交易中心发布重要水电站水位的边界范围、为市场参与主体的水电站参与电力市场竞价提供方法支持。技术背景具有多年调节性能的梯级水电站群对整个流域的水能利用有着重要的作用，同时也是电网调度中参与调峰调频的重要组成部分。但是受流域来水的不确定性及本地消纳有限的影响，梯级水电站经常出现弃水现象，电力市场将进一步加剧弃水风险，如何在电力市场条件下，保证水电清洁最大程度的消纳，是电力监管部门和发电企业普遍关注的重大问题，需要结合各地水电参与电力市场特点，研究提出兼顾市场、清洁能源利用的梯级水电站群调度优化新方法。在常规调度时，如何降低梯级弃水是电力监管人员对水电运行管理的重点。而随着我国逐步建立电力市场，电力交易价格受市场供需影响，梯级水电站作为市场参与者倾向于“价枯期高泄流、汛期价低蓄水”的水库调度过程，但是伴随着未来来水不确定因素的影响，这种行为一旦与来水情况相悖会导致后期来水减少降低经济效益、来水增加加剧梯级弃水的潜在可能。如何在减少弃水的情况下提高经济效益成为电力市场环境下电力监管部门对梯级水电站群运行管理的新需求。另一方面，梯级水电站作为发电企业参与电力交易面对市场交易多元化和价格不确定性变化，如何保证经济收益稳定性是梯级运营人员关注的重点。市场价格作为引导市场主体参与交易的信号，梯级水电站通过利用交易中西的公开信息对多元市场历史价格波动进行电量分散投资来降低市场风险，同时给出基于期望收益最大的交易组合电量分配比例是参与目前我国多元电力市场的另一个新需求。为了解决上述所提问题和满足对应的新需求，本专利技术从梯级关键水电站参与多元电力市场优化调度及交易周期内电量分配优化着手，引入多目标优化方法及投资组合理论，提出了一种经济效益及弃水量兼顾的梯级调度及多元电力市场交易电量分配方法。
技术实现思路
本专利技术要解决根据梯级水电站群年内来水情况根据市场经济效益最大及弃水量最小的多目标优化调度方法制定需要，并根据多元市场分类给出基于不同市场价格波动率最小、期望收益最大的多元电力市场分配比重。为此，建立一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法，该方法利用NSGA-2遗传算法框架对梯级市场经济效益及弃水量进行多目标前沿解集求解，给出年内梯级水库水位过程及处理过程满意解集，根据参考年内市场电价波动给出计划参与多元市场交易电量分配比例。本专利技术的技术方案为：一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法，根据梯级来水情况，以梯级水电站物理约束为控制条件，给出多目标的优化调度满意解集，再根据多元电力市场历史电价信息给出年内梯级水电站群参与各类市场分配比例；具体步骤如下：(1)根据梯级年内来水预测数据，还原梯级区间径流，根据水库库容特性确定约束边界及发电特性曲线，建立梯级水电站群参与的市场效益模型、弃水模型和电价模型。(2)确定多目标优化满意解集数量S，计算迭代次数G、变异概率P1和交叉概率P2。(3)根据来水条件初始化解集种群。(4)计算以市场经济效益和弃水多目标适应度函数，基于NSGA-2适应度排序策略及种群保留策略选择个体形成新种群，基本流程见图1。(5)迭代次数低于G时，进行种群间交叉及个体变异，补充新种群个体数目至S，重复步骤(4)，迭代次数等于G时，输出种群，得到满意解集。(6)将多元市场进行分类，计算各类交易表征电价，得到各时段电价序列。(7)计算各类电价的期望收益及波动率。(8)在给定效益函数下计算风险波动率最小时的交易组合电量比重。(9)给出满意解集各方案参与多元市场的电量组成。本专利技术对比现有技术具有如下有益效果：本专利技术一种以市场经济效益及弃水量的多目标优化及年内多元市场电量分配方法，首先根据来水条件、水库特性条件、市场电价条件给出以市场经济效益最大及弃水量最小的满意解集；根据多元电力市场交易特点进行交易分类及电价表征，通过各类交易价格期望收益与波动程度给出波动程度最小下的多元市场参与比例，确定满意解集参与多元市场的电量比重。对比现有技术，本专利技术能够有效解决具有水力联系的梯级水电站群参与多元电力市场中长期调度方案的制作及年内交易电量分配的问题，为梯级调度人员提供多种水位调度方案，是一种切实可行的梯级经济调度方法，对于梯级水电站群追求多元市场经济效益和提高水能利用具有重要的理论和实践意义。附图说明图1是NSGA-2算法基本流程图。图2(a)和图2(b)分别是本专利技术方法求解得到的小湾和糯扎渡水位过程满意解集图。图2(c)和图2(d)分别是本专利技术方法求解得到的小湾和糯扎渡出力过程满意解集图。图2(e)是本专利技术方法求解得到的梯级经济效益与弃水量关系图。图3是应用本专利技术方法得到的多元电力市场投资组合期望收益与波动率关系图。具体实施方式下面结合说明书附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。在以往梯级水电站调度一般以发电量为优化目标，其目的是促进梯级水电站群水能高效利用，方法优化的目标大多是是唯一的。随着我国电力市场改革，梯级水电站作为电力市场参与主体，参与交易的经济利益是其关注的重点，但是另一方面也要兼顾水能利用。本专利技术旨在通过预测或已知年内来水情况下，通过参考历史交易年内各月电价，在基于NSGA-2多目标优化种群保留策略下得到出力和水位的满意解，提供调度管理人员进行参考，并根据多元电力市场交易特点进行交易分类，给出电价序列后通过建立优化函数获得年内电量分配比例，为梯级水电站群参与多元市场提供指导。具体步骤描述如下：步骤一：确定梯级来水资料，作为梯级区间流量数据，数据来源方式本专利技术不作要求。确定计算水库的信息：水库特征水位信息包括汛限水位、死水位和正常高水位；水库特征曲线包括水位库容曲线、尾水位泄量曲线以及耗水率曲线；机组发电特征信息包括机组台数和机组最大过流能力。水库和机组的约束条件如下：(a)水量平衡约束式中：vt为水库在t时段末的库容，单位：m3；Int为水库在t时段的入库流量，单位：m3/s；ut为水库在t时段的出库流量，单位：m3/s；Δt为时段时长，单位：s。(b)库容限制约束式中：分别为库容上、下限，单位：m3。(c)出库流量约束式中：分别为出库流量的上、下限，单位：m3/s。(d)出力限制约束式中：pi,t为第i个水库t时段出力，单位：W；为第i个水库的出力上限，单位：W。(e)发电流量限制约束式中：qi,t为第i个水库t时段发电流量，单位：m3/s；为第i个水库的机组发电流量上限，单位：m3/s。(f)初始库容约束vbeg＝Vbeg式中：vbeg为水库起始库容变量，m3；Vbeg为水库起始库容控制值，m3。(g)水位库容关系式中：fvz(·)为水位库容关系函数；zft为水库在t时段的坝前水位，m。(h)尾水位泄量关系式中：fzu(·)为尾水位泄量关系函数；zdt为水库在t时段的尾水位，m。确定参考年内电力市场各时段特征电价，得到电价模型，特征电价计算方式为：其中，p为时段内交易加权平均电价，共有N类市场交易，第n类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法，根据梯级来水情况，以梯级水电站物理约束为控制条件，给出多目标的优化调度满意解集，再根据多元电力市场历史电价信息给出年内梯级水电站群参与各类市场分配比例；其特征在于，具体步骤如下：步骤一：根据梯级年内来水预测数据，还原梯级区间径流，根据水库库容特性确定约束边界及发电特性曲线，建立梯级水电站群参与的市场效益模型、弃水模型和电价模型：确定梯级来水资料，作为梯级区间流量数据；确定计算水库的信息：水库特征水位信息包括汛限水位、死水位和正常高水位；水库特征曲线包括水位库容曲线、尾水位泄量曲线以及耗水率曲线；机组发电特征信息包括机组台数和机组最大过流能力；水库和机组的约束条件如下：(a)水量平衡约束

【技术特征摘要】
1.一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法，根据梯级来水情况，以梯级水电站物理约束为控制条件，给出多目标的优化调度满意解集，再根据多元电力市场历史电价信息给出年内梯级水电站群参与各类市场分配比例；其特征在于，具体步骤如下：步骤一：根据梯级年内来水预测数据，还原梯级区间径流，根据水库库容特性确定约束边界及发电特性曲线，建立梯级水电站群参与的市场效益模型、弃水模型和电价模型：确定梯级来水资料，作为梯级区间流量数据；确定计算水库的信息：水库特征水位信息包括汛限水位、死水位和正常高水位；水库特征曲线包括水位库容曲线、尾水位泄量曲线以及耗水率曲线；机组发电特征信息包括机组台数和机组最大过流能力；水库和机组的约束条件如下：(a)水量平衡约束式中：vt为水库在t时段末的库容，单位：m3；Int为水库在t时段的入库流量，单位：m3/s；ut为水库在t时段的出库流量，单位：m3/s；Δt为时段时长，单位：s；(b)库容限制约束式中：V、分别为库容上、下限，单位：m3；(c)出库流量约束式中：U、分别为出库流量的上、下限，单位：m3/s；(d)出力限制约束式中：pi,t为第i个水库t时段出力，单位：W；为第i个水库的出力上限，单位：W；(e)发电流量限制约束式中：qi,t为第i个水库t时段发电流量，单位：m3/s；为第i个水库的机组发电流量上限，单位：m3/s；(f)初始库容约束vbeg＝Vbeg式中：vbeg为水库起始库容变量，m3；Vbeg为水库起始库容控制值，m3；(g)水位库容关系式中：fvz(·)为水位库容关系函数；zft为水库在t时段的坝前水位，m；(h)尾水位泄量关系式中：fzu(·)为尾水位泄量关系函数；zdt为水库在t时段的尾水位，m；确定参考年内电力市场各时段特征电价，得到电价模型，特征电价计算方式为：其中，p为时段内交易加权平均电价，共有N类市场交易，第n类市场交易的成交均价为pn、成交电量为qn；以年内梯级水电站群参与月度市场交易的经济利益和弃水量为目标，建立市场效益模型和弃水模型，经济效益Emarket与弃水量Qaban作为多目标的两个目标函数，表达如下：其中，Emarket为系统梯级经济效益，单位：元，表示水电站m在t时段的市场交易电价，单位：元/kWh；表示水电站m在t时段市场成交电量，单位：kWh；T为计算周期；m、M分别为水电站编号和总数；Qaban为系统梯级弃水量，单位：m3；为水电站m第t时段的弃水流量，单位：m3/s；Δt为时段时长，单位：s；步骤二：确定经济效益Emarket与弃水量Qaban的多目标优化满意解集数量S，计算迭代次数G、变异概率P1和交叉概率P2；步骤三：根据来水条件初始化解集种群：种群中的个体为一组m×T的水位值，单位：m；在初始种群时，根据步骤一中的梯级内区间流量，通过随机入库流量方式给出基于满意解集数量S的随机初始解，即生成数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡华祥，程春田，张茂林，于浩健雄，刘双全，刘本希，王帮灿，谢蒙飞，
申请(专利权)人：昆明电力交易中心有限责任公司，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53