一种水电站机组出力优化的分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种水电站机组出力优化的分配方法，复杂水力联系和约束条件是制约水电站出力优化分配数学模型求解的难点，针对此问题，本发明专利技术通过引水系统水力联系与动力指标关系分析，以分流结点为依据将系统分解为不同层次的子系统，建立了复杂引水系统水电站出力优化分配数学模型；以相同机组段水头或机组流量为依据，将子系统内并或串联机组段聚合成等效机组，提出了分层次递阶结构化的模型求解方法。本方法不仅具有简洁清晰的特点，而且具有灵活性、实用性及通用性的优点，对于并行计算等现代技术解决大规模水电站群系统短期优化问题具有广阔的应用前景。问题具有广阔的应用前景。问题具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种水电站机组出力优化的分配方法


[0001]本专利技术涉及水电能源
，具体涉及一种水电站机组出力优化的分配方法。

技术介绍

[0002]水电站厂内经济运行是在满足电能生产安全、可靠和优质的前提下，科学合理地安排水电机组的运行，以期获得尽可能大的经济效益，因此，开展厂内经济运行是提高水电站水能利用效率的关键。随着许多水电站的机组数量不断增加或扩大规模，造成水电站系统管网产生水量以及水力关联日益复杂化，致使厂内出力优化分配的建模复杂度日益增加。
[0003]现行的厂内出力优化分配问题的研究，主要集中在水力结构简单、机组独立引水的各类电站系统的模型构建和求解方法上，对于复杂引水系统水电站出力优化分配问题，模型与使用优化技术求解过程常常会受到系统水力联系复杂、结构不明晰的制约。因此，对于具有复杂引水系统水电站，亟待开发更加合理的、复用性强的、稳定且简单的高效水电站机组出力优化分配方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要是为了解决传统的水电站机组出力优化分配方法不适用于复杂引水系统水电站的问题，提供了一种水电站机组出力优化的分配方法，以分流结点为依据将系统分解为不同层次的子系统，建立了复杂引水系统水电站出力优化分配数学模型；以相同机组段水头或机组流量为依据，将子系统内并或串联机组段聚合成等效机组，提出了分层次递阶结构化的模型求解方法。本专利技术实现了提高复杂引水系统水电站机组效率和高效利用水能的目的，不仅具有简洁清晰的特点，而且具有灵活性、实用性及通用性的优点，对于并行计算等现代技术解决大规模水电站群系统短期优化问题具有广阔的应用前景。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]一种水电站机组出力优化的分配方法，包括以下步骤：步骤S1：绘制描述动力关系图，包括发电机组(基础)、引水管网结构(纽带)及动力指标要素(水头)；步骤S2：建立多级子系统；步骤S3：将不同层级的子系统有机地聚合成相应层级的等效机组；步骤S4：建立“以电定水”模式的水电站群耗流量最小准则数学模型，设置目标函数；步骤S5：基于水电站群系统聚合原理，确定从低级向高级的逐级子系统，实现水电站机组出力最优分配；本专利技术以分流结点为依据将系统分解为不同层次的子系统，建立了复杂引水系统水电站出力优化分配数学模型；以相同机组段水头或机组流量为依据，将子系统内并或串联机组段聚合成等效机组，提出了分层次递阶结构化的模型求解方法。本专利技术适用于复杂
引水系统水电站，实现了提高复杂引水系统水电站机组效率和高效利用水能的目的，不仅具有简洁清晰的特点，而且具有灵活性、实用性及通用性的优点，对于并行计算等现代技术解决大规模水电站群系统短期优化问题具有广阔的应用前景。
[0007]作为优选，所述步骤S1的具体过程，包括以下步骤：步骤S11：绘制机组和引水系统结构图；根据水电站引水隧道和压力管道空间布置情况，矩形框表示机组(j号机组用U
0,j
表示)，椭圆形框表示串联机组间的尾水/前池，线段表示引水隧道或压力钢管，以水库和水电站尾水为上下边界；步骤S12：标注水力联系结点；从水库开始沿着引水隧道或压力管道水流方向，起始结点用实心圆表示(称为外结点)，分流结点用空心圆表示(称为内结点)，内结点具有流量平衡制约作用，也是定义各类水头及系统分解和聚合的分界点；步骤S13：标注分段管道和结点间水头；相连结点间分段引水隧道或压力管道长度用L代表，相应的水头损失用DH表示(DH可基于管道相关数据，根据水力学公式推求)，任一结点与水电站尾水之间的水头用H表示。
[0008]作为优选，所述步骤S2的具体过程为：对于一个具有N台机组的系统，以机组U
0,n
为基础、内外结点为依据，将系统分解为M级子系统，用N
m
表示第m级子系统的个数；其中，一级子系统(N1＝3)由直接引水管及串并联机组组成；二级子系统(N2＝1)由共用引水管的一级子系统组成；三级子系统(N3＝1)由共用引水管的二级及以下子系统组成；四级子系统(N4＝1)由直接从水库引水的低级子系统组成。本步骤将该水电站群系统分解为4个不同层级的子系统，各子系统避免了应用多阶段决策方法求解优化数学模型中产生的问题，又为构建分配优化数学模型奠定了基础。
[0009]作为优选，所述步骤S3的具体过程，包括以下步骤：步骤S31：基于物理连接关系定义等效机组段，以水头关系为基础，定义等效机组段，其水头等于引水管水头损失加等效机组水头；步骤S32：基于水量和电力联系定义等效机组，将共用引水管的各机组段(子系统组成部分)聚合成一个等效机组，对于并联机组段，其水头相同，等效机组的发电流量和出力等于各机组段之和；步骤S33：对于串联等效机组段，满足水头平衡关系，等效机组的发电流量与各机组段引用流量相同，等效机组的出力等于各机组段出力之和；其中，U
m,n
、L
m,n
分别表示m级第n个等效机组(m＝0时，n＝1～N；当0<m<M时，n<N)及与其直接相连的引水管道；D
m,n
表示U
m,n
对应的等效机组段；ΔH
m,n
及H
m,n
分别表示D
m,n
的水头、L
m,n
的水头损失及U
m,n
的水头m；ΔZ
k
表示第k个尾水/前池水位差，m；分别为U
m,n
所包含的串联等效机组段集合和尾水/前池编号集合；
本步骤以水力联系结点为依据，将各结点分流形成的各子系统进行聚合，即可构建出复杂引水系统聚合关系图，从而为出力分配优化数学模型求解奠定基础。
[0010]作为优选，所述目标函数的表达式为：其中，H
sdz
为电站群毛水头，m；N
sdz
为电站群总出力，kW；θ
i
(i＝1～6)为各机组发电流量权重；Q(N
sdz
，H
sdz
)为给定θ
i
和H
sdz
下U
4,1
承担N
sdz
的加权最优发电流量，m3/s；N
m,n
为等效机组U
m,n
的出力，kW；Q
m,n
为U
m,n
的总引水流量，m3/s；Q
m,n
(N
m,n
，H
m,n
)为等效机组U
m,n
的耗流量特性曲线，相应机组段的耗流量特性曲线为Q
m,n
(N
m,n
，H
m,n
)、可分别简写为：N
m,n
H
m,n
Q
m,n
、
[0011]作为优选，所述步骤S5的具体过程，包括以下步骤：步骤S51：推求将等效机组最优耗流量特性曲线Q
m,n<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水电站机组出力优化的分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：绘制描述动力关系图，包括发电机组、引水管网结构及动力指标要素；步骤S2：建立多级子系统；步骤S3：将不同层级的子系统有机地聚合成相应层级的等效机组；步骤S4：建立“以电定水”模式的水电站群耗流量最小准则数学模型，设置目标函数；步骤S5：基于水电站群系统聚合原理，确定从低级向高级的逐级子系统，实现水电站机组出力最优分配。2.根据权利要求1所述的一种水电站机组出力优化的分配方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程，包括以下步骤：步骤S11：绘制机组和引水系统结构图；步骤S12：标注水力联系结点；步骤S13：标注分段管道和结点间水头。3.根据权利要求1所述的一种水电站机组出力优化的分配方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程为：对于一个具有N台机组的系统，以机组U
0,n
为基础、内外结点为依据，将系统分解为M级子系统；其中，一级子系统由直接引水管及串并联机组组成；二级子系统由共用引水管的一级子系统组成；三级子系统由共用引水管的二级及以下子系统组成；四级子系统由直接从水库引水的低级子系统组成。4.根据权利要求1或2或3所述的一种水电站机组出力优化的分配方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程，包括以下步骤：步骤S31：基于物理连接关系定义等效机组段，以水头关系为基础，定义等效机组段，其水头等于引水管水头损失加等效机组水头；步骤S32：基于水量和电力联系定义等效机组，将共用引水管的各机组段聚合成一个等效机组，对于并联机组段，其水头相同，等效机组的发电流量和出力等于各机组段之和；步骤S33：对于串联等效机组段，满足水头平衡关系，等效机组的发电流量与各机组段引用流量相同，等效机组的出力等于各机组段出力之和。5.根据权利要求4所述的一种水电站机组出力优化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昌，李震，陈文进，张俊，张若伊，方略，留益斌，黄炎阶，周慧忠，谢永胜，任娴婷，付俊强，徐红泉，杨向明，殷一般，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司衢州供电公司，
类型：发明
国别省市：