基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法，主要包括构建目标函数、设置约束条件、采用遗传算法对目标函数求解获得最大收益前提下使总耗水量最小的开机方案。本发明专利技术采用遗传算法，以电量收益与调频市场收益之和最高为目标函数，得到各个时段的出力值，再根据该出力大小确定参与工作机组数量与其各自所承担负荷使得耗水量最小，可实现降本增收，增加水电站的效益。增加水电站的效益。增加水电站的效益。

【技术实现步骤摘要】
基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法


[0001]本专利技术属于电力工程
，具体涉及一种基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法。

技术介绍

[0002]在电力现货市场中，尽管电能和调频属于不同市场，但它们均由发电机组或参与需求侧响应的用电负荷提供，其中部分提供者可为多个市场提供服务。水电站的运行方式具有灵活性和多样性的特征，通过正确选择水电站的运行方式，科学组织和管理机组工作方式，尽量减小或消除各类风险，以实现充分、合理、有效地利用水资源。对于水电站侧而言，如何更加灵活地协调各台机组的出力，在提供电能和辅助调频服务的竞争中获得更大优势，赢得更多利润，是目前亟待解决的问题。
[0003]电能与辅助服务市场的紧密耦合性是电力现货市场的重要特征之一，具体表现在替代性和依赖性上。替代性是指发电机组所提供的电能和调频辅助服务之和，不能超过其装机容量；依赖性是指发电机组不同的发电出力水平上，所能提供的最大调频辅助服务容量不同。目前对于电能和辅助服务的研究多数聚焦于市场侧，鲜少从厂站侧出发。本专利技术站在厂站侧的角度，将水库运行优化调度、电能与调频辅助市场的问题结合起来，使厂站在电力市场环境下获得更大的经济效益。
[0004]在垄断经营模式和卖方市场条件下,水电站优化调度模型的目标函数经常被描述为“发电量最大”、“无益弃水量最小”或“发电耗水率最小”，其目的就是要使有限的水量尽可能转化成更多的电量，在耗水量最小的同时发电量最大。
[0005]在电力市场模式下，由于分时电价和多个市场参与等因素，发电量最大并不一定效益最高，电价(对于调频市场而言为每辅助服务里程的补偿价格)是电力市场的核心要素，传统模式下以发电量最大为目标函数的数学模型已不再适应电力市场运行交易规则新模式。因此水电厂的优化调度运行目标相应改变为发电效益最大化。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的不足，提出了一种基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法。本专利技术以电量收益与调频市场收益之和最高为目标函数，采用遗传算法对目标函数求解获得最大收益，得到各个时段的出力值，根据该出力大小确定参与工作机组数量与其各自所承担负荷使得耗水量最小，实现降本增收，增加水电站的效益。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]一种基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法，主要包括构建目标函数、设置约束条件、采用遗传算法对目标函数求解获得最大收益前提下使总耗水量最小的开机方案。
[0009]进一步，所述的构建目标函数具体为以效益最大为目标，建立单一水电站水库优
化调度数学模型，包括收益最大目标函数和耗水量最小目标函数，即：
[0010][0011][0012]式Ⅰ中：S为全厂发电总收益；N
i
、N
reg,i
分别为i时段的有功出力和调频服务里程；C
i
、C
reg,i
分别为i时段的发电功率报价和i时段的辅助调频服务市场出清价；T为调度内时段数；M
t
为i时段内小时数，若T＝96，则M
t
＝0.25h；
[0013]式Ⅱ中：Q为全厂总耗水量；Q
k
(N
k
,H)为机组k在出力N
k
与水头H时的耗水量；n为机组台数。
[0014]进一步，所述的约束条件包括水量平衡约束、库水位约束、发电流量约束、出力平衡约束、出力约束、水头约束和非负约束。
[0015]进一步，所述的水量平衡约束为：
[0016]V
t
＝V
t
‑1+(I
t
‑
R
t
)Δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀⅢ
[0017]式Ⅲ中：V
t
、V
t
‑1分别为计算时段Δt末、初的库容；I
t
、R
t
分别为计算时段的入、出库流量；Δt计算时段；
[0018]所述的库水位约束为：
[0019][0020]式Ⅳ中：Z
m,t
为电站在第t时段允许消落的最低水位，为死水位或综合利用要求的最低水位；为电站在第t时段的水位上限，汛期取汛限水位，非汛期取正常高水位；
[0021]所述的发电流量约束为：
[0022][0023]式
Ⅴ
中：q
m,t
为电站在第t时段应保证的最小发电流量；为电站站在第t时段最大允许发电流量；
[0024]所述的出力平衡约束为：
[0025][0026]式
Ⅵ
中：N
t
为t时段内的全厂总负荷；N
t,k
为t时段内第k台机组的出力；
[0027]所述的出力约束为：
[0028]N
t,kmin
≤N
t,k
≤N
t,kmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀⅦ
[0029]式
Ⅶ
中：N
t,kmin
、N
t,kmax
分别为t时段内第k台机组的出力最大出力和最小出力；
[0030]所述的水头约束为：
[0031][0032]式
Ⅷ
中：H
min
、H
max
分别为电站的最低、最高允许水头；H
up
、H
down
分别为分别为上、下游水位；
[0033]所述的非负约束为：以上所提变量均为大于零的正数。
[0034]进一步，所述的采用遗传算法对目标函数求解为采用遗传算法单一水电站水库优
化调度数学模型进行求解，即：假设水电站在辅助服务市场上中标，经遗传算法得到各个时段的全厂最大收益总和S以及其对应的全厂总出力N
smax
，将N
smax
带入式Ⅱ，得到当前出力N
smax
条件下机组工作台数和各台机组所承担的负荷，该机组组合为最大收益前提下使总耗水量最小的开机方案；此时有如下四种情况：
[0035]情况1：如果需要投入的n台机组均在最优工作区内，则得到总出力为N
smax
时各台机组的出力值；
[0036]情况2：如果有一台或多台机组在短时运行区内运行，则设置该机组运行时间小于若干小时，再进行负荷分配；如果若干小时后N
smax
改变，则将当前出力N
smax
代入式Ⅱ，重新计算工作机组台数和其各自所承担负荷；若N
smax
未改变，则退出调频服务市场，按日前计划曲线分配个工作机组负荷；
[0037]情况3：如果有一台或多台机组在震动区内运行，则放弃参与调频市场，按日前计划曲线分配各工作机组的出力；
[0038]情况4：如果需要投入的n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法，其特征在于：主要包括构建目标函数、设置约束条件、采用遗传算法对目标函数求解获得最大收益前提下使总耗水量最小的开机方案。2.根据权利要求1所述的基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法，其特征在于：所述的构建目标函数具体为以效益最大为目标，建立单一水电站水库优化调度数学模型，包括收益最大目标函数和耗水量最小目标函数，即：学模型，包括收益最大目标函数和耗水量最小目标函数，即：式Ⅰ中：S为全厂发电总收益；N
i
、N
reg,i
分别为i时段的有功出力和调频服务里程；C
i
、C
reg,i
分别为i时段的发电功率报价和i时段的辅助调频服务市场出清价；T为调度内时段数；M
t
为i时段内小时数，若T＝96，则M
t
＝0.25h；式Ⅱ中：Q为全厂总耗水量；Q
k
(N
k
,H)为机组k在出力N
k
与水头H时的耗水量；n为机组台数。3.根据权利要求2所述的基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法，其特征在于：所述的约束条件包括水量平衡约束、库水位约束、发电流量约束、出力平衡约束、出力约束、水头约束和非负约束。4.根据权利要求3所述的基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法，其特征在于：所述的水量平衡约束为：V
t
＝V
t
‑1+(I
t
‑
R
t
)Δt
ꢀꢀꢀꢀⅢ
式Ⅲ中：V
t
、V
t
‑1分别为计算时段Δt末、初的库容；I
t
、R
t
分别为计算时段的入、出库流量；Δt计算时段；所述的库水位约束为：式Ⅳ中：Z
m,t
为电站在第t时段允许消落的最低水位，为死水位或综合利用要求的最低水位；为电站在第t时段的水位上限，汛期取汛限水位，非汛期取正常高水位；所述的发电流量约束为：式
Ⅴ
中：q
m,t
为电站在第t时段应保证的最小发电流量；为电站站在第t时段最大允许发电流量；所述的出力平衡约束为：式
Ⅵ
中：N
t
为t时段内的全厂总负荷；N
t,k
为t时段内第k台机组的出力；所述的出力约束为：N
t,kmin
≤N
t,k
≤N
t,kmax
ꢀꢀꢀꢀⅦ
式
Ⅶ
中：N
t,kmin
、N
t,kmax
分别为t时段内第k台机组的出力最大出力和最小出力；
所述的水头约束为：式
Ⅷ
中：H
min
、H
max
分别为电站的最低、最高允许水头；H
up
、H
down
分别为分别为上、下游水位；所述的非负约束为：以上所提变量均为大于零的正数。5.根据权利要求3所述的基于遗传算法的电力市场环境下水电站运行优化方法，其特征在于：所述的采用遗传算法对目标函数求解为采用遗传算法对单一水电站水库优化调度数学模型进行求解，即：假设水电站在辅助服务市场上中标，经遗传算法得到各个时段的全厂最大收益总和S以及其对应的全厂总出力N
smax
，将N
smax
带入式Ⅱ，得到当前出力N
smax
条件下机组工作台数和各台机组所承担的负荷，该机组组合为最大收益前提下使总耗水量最小的开机方案；此时有如下四种情况：情况1：如果需要投入的n台机组均在最优工作区内，则得到总出力为N
smax
时各台机组的出力值；情况2：如果有一台或多台机组在短时运行区内运行，则设置该机组运行时间小于若干小时，再进行负荷分配；如果若干小时后N
smax
改变，则将当前出力N
smax
代入式Ⅱ，重新计算工作机组台数和其各自所承担负荷；若N
smax
未改变，则退出调频服务市场，按日前计划曲线分配个工作机组负荷；情况3：如果有一台或多台机组在震动区内运行，则放弃参与调频市场，按日前计划曲线分配各工作机组的出力；情况4：如果需要投入的n台机组接近满发，不满足调频裕度，则考察第n+1台机组的组合；在该情况下，首先考虑第n台机组在最优工作区，第n+1台机组在短时运行区，比较n台机组与n+1台机组的耗水量，若耗水量Q

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，刘小婧，赵红标，黄智榜，
申请(专利权)人：龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂，
类型：发明
国别省市：