【技术实现步骤摘要】
一种兼容受端电网调峰需求的直流送端水电站优化调度方法
本专利技术涉及能源和电力
，尤其是一种直流送端水电站优化调度方法。
技术介绍
大功率高压直流水电的馈入极大地缓解了东部地区的能源紧张局面与大气污染压力，但由于其送电曲线极少考虑受端电网的调峰需求，在很多情况下会导致受端电网不得不被动消纳大量的低谷电力，进一步加剧了受端电网的调峰压力，不利于受端电网的稳定运行，也影响了受端电网对清洁能源的消纳能力。因此，亟需改变当前的高压直流送端水电站的调度运行及送电方式。目前针对水电站跨区送电的研究主要聚焦于优化送端水电站的调度运行和电力跨区、跨省分配方式，并未考虑跨区送电的高压直流联络线的各类限制条件，如直流联络线功率曲线阶梯化、日送电电量等限制，使得优化计算结果在实际工程应用中仍面临诸多技术问题。因此，本专利技术将充分兼顾送端水电站的运行限制、直流联络线输送控制要求和受端电网负荷需求，研究制定科学合理的高压直流送端水电站的发电计划及送电方式，以切实发挥大型水电站的调峰能力，缓解各受端电网的清洁能源消纳压力。直流送端水电站优化调度问题本质上属于日前水电短期优化调度问题。目前这类问题的求解方法有很多，包括拉格朗日松弛法，动态规划及其衍生算法，智能算法和非线性规划方法等，但这些方法在应用于求解高压直流送端水电站的调度问题时，均会面临诸多困难。由于模型的非凸和非线性，拉格朗日松弛法难以获得准确的对偶方程；由于需要把电站中每台机组的运行约束考虑在内，动态规划在求解该问题时往往面临着“维数灾”难题；智能算法，如遗传算法，差分...
【技术保护点】
1.一种兼容受端电网调峰需求的直流送端水电站优化调度方法，其特征在于：对水电短期优化调度问题进行模型化构建得到数学模型，设置计算条件后，首先将目标函数线性化，对于非线性目标约束，在精度允许的前提下进行线性化处理，进而将原高度非凸的混合整数非线性规划模型转换为混合整数线性规划模型，在此基础上使用优化求解器对模型进行求解。/n
【技术特征摘要】
1.一种兼容受端电网调峰需求的直流送端水电站优化调度方法，其特征在于：对水电短期优化调度问题进行模型化构建得到数学模型，设置计算条件后，首先将目标函数线性化，对于非线性目标约束，在精度允许的前提下进行线性化处理，进而将原高度非凸的混合整数非线性规划模型转换为混合整数线性规划模型，在此基础上使用优化求解器对模型进行求解。
2.根据权利要求1所述的一种兼容受端电网调峰需求的直流送端水电站优化调度方法，其特征在于：将初始模型转换为混合整数线性规划模型的方法为：首先建立高压直流送端水电站的短期优化调度模型，并以受端电网余荷峰谷差最小为模型的目标函数，以充分挖掘大功率水电站的跨区调峰能力，减轻受端电网的调峰压力，提升受端电网清洁能源消纳水平；在水力约束外，增加机组运行约束、水头影响和高压直流联络线输电限制；针对模型中非线性的调峰目标函数、机组发电水头、机组运行组合振动区、机组动力特性曲线以及高压直流联络线的阶梯化输电曲线限制等非线性因素进行线性化处理；针对水轮机动力特性曲线非线性约束，构建三角形内部线性插值方法，将水轮机的动力特性曲线线性化；实现由原模型至标准混合整数线性规划模型的转换。
3.根据权利要求1所述的一种兼容受端电网调峰需求的直流送端水电站优化调度方法，其特征在于：目标函数的线性化处理包括如下步骤：
首先进行目标函数的构建，以各受端电网净负荷峰谷差最小为目标，表示如下：
C′g,t＝Cg,t-Pg,t(2)
式中：G为送端水电站送电电网总数；g为受端电网编号；T、t分别为调度周期和调度时段h；Cg,t、C′g,t分别表示受端电网g在t时段的原始负荷和剩余负荷MW；Pg,t表示t时段水电站送到电网g的出力MW，即t时段直流联络线g的功率，可由式(3)得到；
式中，i为水电站内的机组编号，Ig为向受端电网g送电的机组的集合，Pi,t为机组i在t时段的出力MW；
进一步的，引入辅助变量和C′g，使其满足式(4)，从而使目标函数线性化以便与求解：
此时，式(1)变为：
式(5)中包含多个电网的调峰问题，属多目标问题，采用权重法将其转化为单目标调度问题，考虑到各电网负荷量级的差异，对电网剩余负荷进行归一化处理；目标函数转化为如下函数：
式中：为第g个电网的最大原始负荷MW；wg为权重系数，本发明中采用等权重法，即wg＝1/G；式(6)中项表示第g个电网归一化后的负荷峰谷差，即峰谷差率，用来衡量电网调峰压力大小。
4.根据权利要求1所述的一种兼容受端电网调峰需求的直流送端水电站优化调度方法，其特征在于：约束条件的线性化处理包括如下步骤：
(1)水量平衡约束：
式中：Vt为水库在t时段末的库容m3；It为水库在t时段的入库流量m3/s；St表示电站在t时段的弃水流量m3/s；Δt为时段步长h；Qt为电站在t时段的发电流量m3/s；I和i分别为水电站包含的机组总数和机组编号；qi,t为机组i在t时段的发电流量m3/s；
(2)水位约束：
Zmin≤Zt≤Zmax(8)
式中：Zt表示水库在t时段末的坝前水位m；Zmax、Zmin分别为水库坝前水位的最高、最低值m；Zbegin为水库在调度期初的实际水位m；Zend为调度期末的目标控制水位m；考虑到在实际调度运行过程中，允许控制水位存在一定的偏差，故设置δ为期末控制水位的允许偏差比例；
(3)机组出力约束：
0≤Pi,t≤ui,tPi,max,ui,t∈{0,1}(10)
式中：Pi,max为机组i的最大发电功率MW；ui,t为机组i在t时段的运行状态变量，若机组i在t时段处于发电状态则ui,t＝1，否则ui,t＝0；
(4)机组发电流量约束：
0≤qi,t≤ui,tqi,max(11)
式中：qi,max为机组i的最大发电流量m3/s；
(5)机组开、停机持续时间约束：
式中：xi,t、x'i,t分别为机组j的开、停机操作变量，假如在t时段开启了机组i，xi,t＝1，否则xi,t＝0，假如在t时段关停了机组i，x'i,t＝1，否则x'i,t＝0；αi、βi分别为机组开、停机的最短持续时间h；
(6)机组振动区约束：
大型水电机组往往存在多个振动区，将出力范围划分为多个不连续的区间，则机组的振动区约束表示为：
式中：PVi,k分别为机组i第k个振动区的出力上、下限MW；
利用K个机组振动区将机组出力区间分为K+1个安全运行区，式(14)约束为非线性约束，非线性约束线性化处理方法如式(15)所示；
式中：表示机组i在t时段的出力处于第k个安全运行区；Pi,k分别表示机组i第k个安全运行区的出力上、下限，并且满足Pi,1＝0，式(10)可用式(15)替换；
(7)发电净水头约束：
式中：Hi,t为机组i在t时段的发电净水头m；Zdt为水库在t时段的尾水位m；hli,t为机组i在t时段的发电水头损失m，为简化计算假设hli,t为常数；fzv(·)、fzq(·)分别为水库的坝前水位-库容和尾水位-出库流量关系函数；
fzv(·)...
【专利技术属性】
技术研发人员：原文林，卢璐，苏承国，吴洋，周彬彬，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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