一种梯级水电站-火电厂联合优化调度方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种梯级水电站‑火电厂联合优化调度方法及系统。该方法包括构建水火电联合系统中火电厂火电机组的出力模型；依据火电厂火电机组的出力模型、梯级水电站水电机组的出力以及风力发电机组的出力构建水电‑火电联合系统优化调度模型；采用Benders分解算法对水电‑火电联合系统优化调度模型进行求解，得到水电‑火电联合系统优化调度模型对应的最优解；最优解包括火电机组的最优出力和水电机组的最优出力；将火电机组的最优出力和水电机组的最优出力对应的总能耗量确定为水火电联合系统的最优总能源消耗量。本发明专利技术能够提高清洁能源的发电能力，达到节约传统化石能源的消耗，减少大气污染物的排放的目的。

A Joint Optimal Dispatching Method and System for Cascade Hydropower Stations and Thermal Power Plants

【技术实现步骤摘要】
一种梯级水电站-火电厂联合优化调度方法及系统
本专利技术涉及能源优化调度
，特别是涉及一种梯级水电站-火电厂联合优化调度方法及系统。
技术介绍
近年来，大量化石燃料带来的环境问题日益突出，人们开始关注清洁能源的开发和使用，新能源技术得到不断地发展，正逐步走向成熟。大力开发利用水能、风能、太阳能等清洁能源进行发电得到了广泛关注。水电作为我国最主要的清洁能源，近些年来，逐步从独立水电站的开发模式转变为流域梯级水电站群的新模式。同时，在各种可再生能源发电技术中，风力发电是一种最成熟、性价比最高的发电技术。但是由于风电固有的间歇性和随机性，其大规模并网将对系统产生较大影响。综上所述，亟待一种能够提高清洁能源的发电能力，节约传统化石能源的消耗的联合系统调度方法出现。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种梯级水电站-火电厂联合优化调度方法及系统，以提高清洁能源的发电能力，达到节约传统化石能源的消耗，减少大气污染物的排放的目的。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种梯级水电站-火电厂联合优化调度方法，包括：构建水火电联合系统中火电厂火电机组的出力模型；依据所述火电厂火电机组的出力模型、梯级水电站水电机组的出力以及风力发电机组的出力构建水电-火电联合系统优化调度模型；采用分解优化算法对所述水电-火电联合系统优化调度模型进行求解，得到所述水电-火电联合系统优化调度模型对应的最优解；所述最优解包括火电机组的最优出力和水电机组的最优出力；将所述火电机组的最优出力和所述水电机组的最优出力对应的总能耗量确定为所述水火电联合系统的最优总能源消耗量。可选的，所述火电厂火电机组的出力模型，具体为：其中，NT表示火电机组的台数，Pn,t表示第n台火电机组在t时刻的出力，PLt表示电网的总负荷，ΔPt为电网的总损耗。可选的，所述依据所述火电厂火电机组的出力模型、梯级水电站水电机组的出力以及风机的出力构建水电-火电联合系统优化调度模型，具体包括：建立水电-火电联合系统优化调度模型的目标函数minFa＝FH+FT+FW，其中，其中，Fa表示水火电联合系统的总能源消耗量，FH表示火电机组的能耗量，FT表示水电机组的能耗量，FW表示风力发电机组的能耗量，T为调度时间，NH为水电机组的台数，NW为风机的台数，qk,t为在t时刻第k台水电机组的出力，Pn,t为在t时刻第n台火电机组的出力，pw,t为在t时刻为第w台风机的出力，ht为t时段小时数，a、b、c分别为水电机组耗水量函数的二次项系数、一次项系数和常数项，μ为火力发电厂单位时间的煤耗率，λ为风力发电能耗系数；建立水电-火电联合系统优化调度模型的约束条件；所述水电-火电联合系统优化调度模型的约束条件包括功率平衡约束条件、水电机组约束条件和火电机组约束条件；所述水电机组约束条件包括水电机组出力约束条件、水电机组出力限制约束条件和水量平衡约束条件；所述火电机组约束条件包括火电机组出力限制约束条件、常规机组爬坡限制约束条件和电网支路潮流约束条件；所述功率平衡约束条件为其中，PDt为水电站-火电厂联合系统的总负荷；所述水电机组出力约束条件为其中，Vk,t为第k台水电机组在t时刻的储水量，Qk,t为水电机组的出水量，c1k,c2k分别为水电机组出力约束中储水量、出水量的二次项系数，c3k为储水量和出水量乘积的一次项系数，c4k,c5k分别为水电机组出力约束中储水量、出水量的一次项系数，c6k为常数项参数；所述水电机组出力限制约束条件为其中，为第k台水电机组的最小出力，为第k台水电机组的最大出力；所述水量平衡约束条件为其中，Vk,t-1为第k台水电机组在t-1时刻的储水量，Ik,t为第k台水电机组在t时刻的进水量，Qk,t为第k台水电机组在t时刻的出水量，Sk,t为第k台水电机组在t时刻的溢水量，表示由于时间延迟存留的水量；Ruk表示第k台水电机组的上游机组的总个数；τmk表示上游机组中的第m台水电机组到第k台水电机组的水输送的时间延迟；表示上游机组中的第m台水电机组由于时间延迟产生的出水量；表示上游机组中的第m台水电机组由于时间延迟产生的溢水量；Δt表示t-1时刻与t时刻的时间间隔；所述火电机组出力限制约束条件为其中，表示第n台火电机组的最小出力，表示第n台火电机组的最大出力；所述常规机组爬坡限制约束条件为pdown,n≤pn,t≤pup,n，其中，pdown,n表示第n台火电机组的最大下调有功量，pup,n表示第n台火电机组的最大上调有功量；所述电网支路潮流约束条件为其中，表示电网中第m条线路的最小潮流，表示电网中第m条线路的最大潮流，表示电网中第m条线路在t时刻的潮流。可选的，所述采用Benders分解算法对所述水电-火电联合系统优化调度模型进行求解，得到所述水电-火电联合系统优化调度模型对应的最优解，具体包括：步骤31：依据所述水电-火电联合系统优化调度模型分别建立下层水力发电机组模型和上层火力发电机组模型；步骤32：对所述下层水力发电机组模型进行求解，得到第v次迭代的水电机组的出力qv和水电机组的能耗量的上边界值步骤33：获取第v-1次迭代的火电机组的出力pv-1和火电机组的能耗量的下边界值步骤34：判断第v次迭代的水电机组的能耗量的上边界值和第v-1次迭代的火电机组的能耗量的下边界值是否满足预设收敛条件；若是，则将第v次迭代的水电机组的出力qv作为水电机组的最优出力，将第v-1次迭代的火电机组的出力pv-1作为火电机组的最优出力，若否，则执行步骤35；所述预设收敛条件为步骤35：对所述上层火力发电机组模型进行求解，得到第v次迭代的火电机组的出力pv和火电机组的能耗量的下边界值并令v＝v+1，再返回所述步骤32。本专利技术还提供了一种梯级水电站-火电厂联合优化调度系统，包括：第一模型构建模块，用于构建水火电联合系统中火电厂火电机组的出力模型；第二模型构建模块，用于依据所述火电厂火电机组的出力模型、梯级水电站水电机组的出力以及风力发电机组的出力构建水电-火电联合系统优化调度模型；求解模块，用于采用Benders分解算法对所述水电-火电联合系统优化调度模型进行求解，得到所述水电-火电联合系统优化调度模型对应的最优解；所述最优解包括火电机组的最优出力和水电机组的最优出力；能耗确定模块，用于将所述火电机组的最优出力和所述水电机组的最优出力对应的总能耗量确定为所述水火电联合系统的最优总能源消耗量。可选的，所述第一模型构建模块，具体为：其中，NT表示火电机组的台数，Pn,t表示第n台火电机组在t时刻的出力，PLt表示电网的总负荷，ΔPt为电网的总损耗。可选的，所述第二模型构建模块，具体包括：目标函数建立单元，用于建立水电-火电联合系统优化调度模型的目标函数minFa＝FH+FT+FW，其中，其中，Fa表示水火电联合系统的总能源消耗量，FH表示火电机组的能耗量，FT表示水电机组的能耗量，FW表示风力发电机组的能耗量，T为调度时间，NH为水电机组的台数，NW为风机的台数，qk,t为在t时刻第k台水电机组的出力，Pn,t为在t时刻第n台火电机组的出力，pw,t为在t时刻为第w台风机的出力，ht为t时段小时数，a、b、c分别为水电机组耗水量函数的二次项系数、一次项系数和常数项，μ为火力发电厂单位时间的煤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯级水电站‑火电厂联合优化调度方法，其特征在于，包括：构建水火电联合系统中火电厂火电机组的出力模型；依据所述火电厂火电机组的出力模型、梯级水电站水电机组的出力以及风力发电机组的出力构建水电‑火电联合系统优化调度模型；采用Benders分解算法对所述水电‑火电联合系统优化调度模型进行求解，得到所述水电‑火电联合系统优化调度模型对应的最优解；所述最优解包括火电机组的最优出力和水电机组的最优出力；将所述火电机组的最优出力和所述水电机组的最优出力对应的总能耗量确定为所述水火电联合系统的最优总能源消耗量。

【技术特征摘要】
1.一种梯级水电站-火电厂联合优化调度方法，其特征在于，包括：构建水火电联合系统中火电厂火电机组的出力模型；依据所述火电厂火电机组的出力模型、梯级水电站水电机组的出力以及风力发电机组的出力构建水电-火电联合系统优化调度模型；采用Benders分解算法对所述水电-火电联合系统优化调度模型进行求解，得到所述水电-火电联合系统优化调度模型对应的最优解；所述最优解包括火电机组的最优出力和水电机组的最优出力；将所述火电机组的最优出力和所述水电机组的最优出力对应的总能耗量确定为所述水火电联合系统的最优总能源消耗量。2.根据权利要求1所述的一种梯级水电站-火电厂联合优化调度方法，其特征在于，所述火电厂火电机组的出力模型，具体为：其中，NT表示火电机组的台数，Pn,t表示第n台火电机组在t时刻的出力，PLt表示电网的总负荷，ΔPt为电网的总损耗。3.根据权利要求2所述的一种梯级水电站-火电厂联合优化调度方法，其特征在于，所述依据所述火电厂火电机组的出力模型、梯级水电站水电机组的出力以及风机的出力构建水电-火电联合系统优化调度模型，具体包括：建立水电-火电联合系统优化调度模型的目标函数minFa＝FH+FT+FW，其中，其中，Fa表示水火电联合系统的总能源消耗量，FH表示火电机组的能耗量，FT表示水电机组的能耗量，FW表示风力发电机组的能耗量，T为调度时间，NH为水电机组的台数，NT为火电机组的台数，NW为风机的台数，qk,t为在t时刻第k台水电机组的出力，Pn,t为在t时刻第n台火电机组的出力，pw,t为在t时刻为第w台风机的出力，ht为t时段小时数，a、b、c分别为水电机组耗水量函数的二次项系数、一次项系数和常数项，μ为火力发电厂单位时间的煤耗率，λ为风力发电能耗系数；建立水电-火电联合系统优化调度模型的约束条件；所述水电-火电联合系统优化调度模型的约束条件包括功率平衡约束条件、水电机组约束条件和火电机组约束条件；所述水电机组约束条件包括水电机组出力约束条件、水电机组出力限制约束条件和水量平衡约束条件；所述火电机组约束条件包括火电机组出力限制约束条件、常规机组爬坡限制约束条件和电网支路潮流约束条件；所述功率平衡约束条件为其中，PDt为水电站-火电厂联合系统的总负荷；所述水电机组出力约束条件为其中，Vk,t为第k台水电机组在t时刻的储水量，Qk,t为水电机组的出水量，c1k,c2k分别为水电机组出力约束中储水量、出水量的二次项系数，c3k为储水量和出水量乘积的一次项系数，c4k,c5k分别为水电机组出力约束中储水量、出水量的一次项系数，c6k为常数项参数；所述水电机组出力限制约束条件为其中，为第k台水电机组的最小出力，为第k台水电机组的最大出力；所述水量平衡约束条件为其中，Vk,t-1为第k台水电机组在t-1时刻的储水量，Ik,t为第k台水电机组在t时刻的进水量，Qk,t为第k台水电机组在t时刻的出水量，Sk,t为第k台水电机组在t时刻的溢水量，表示由于时间延迟存留的水量；Ruk表示第k台水电机组的上游机组的总个数；τmk表示上游机组中的第m台水电机组到第k台水电机组的水输送的时间延迟；表示上游机组中的第m台水电机组由于时间延迟产生的出水量；表示上游机组中的第m台水电机组由于时间延迟产生的溢水量；Δt表示t-1时刻与t时刻的时间间隔；所述火电机组出力限制约束条件为其中，表示第n台火电机组的最小出力，表示第n台火电机组的最大出力；所述常规机组爬坡限制约束条件为pdown,n≤pn,t≤pup,n，其中，pdown,n表示第n台火电机组的最大下调有功量，pup,n表示第n台火电机组的最大上调有功量；所述电网支路潮流约束条件为其中，表示电网中第m条线路的最小潮流，表示电网中第m条线路的最大潮流，表示电网中第m条线路在t时刻的潮流。4.根据权利要求3所述的一种梯级水电站-火电厂联合优化调度方法，其特征在于，所述采用Benders分解算法对所述水电-火电联合系统优化调度模型进行求解，得到所述水电-火电联合系统优化调度模型对应的最优解，具体包括：步骤31：依据所述水电-火电联合系统优化调度模型分别建立下层水力发电机组模型和上层火力发电机组模型；步骤32：对所述下层水力发电机组模型进行求解，得到第v次迭代的水电机组的出力qv和水电机组的能耗量的上边界值步骤33：获取第v-1次迭代的火电机组的出力pv-1和火电机组的能耗量的下边界值步骤34：判断第v次迭代的水电机组的能耗量的上边界值和第v-1次迭代的火电机组的能耗量的下边界值是否满足预设收敛条件；若是，则将第v次迭代的水电机组的出力qv作为水电机组的最优出力，将第v-1次迭代的火电机组的出力pv-1作为火电机组的最优出力，若否，则执行步骤35；所述预设收敛条件为步骤35：对所述上层火力发电机组模型进行求解，得到第v次迭代的火电机组的出力pv和火电机组的能耗量的下边...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢志刚，石丽娜，张梦晨，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13