面向水电站经济运行的旋转备用负荷自适应优化方法与流程

本发明涉及水电站运行控制，具体为面向水电站经济运行的旋转备用负荷自适应优化方法。

背景技术：

1、水电站运行控制技术主要根据水库水位、入库流量、电网负荷及机组运行状态，对水电机组的启停和有功出力进行调节，以满足电网负荷供应、旋转备用及水库水量平衡等运行要求。在水电站承担旋转备用任务时，需要合理设置运行机组的旋备最小出力，使机组既具备相应的运行稳定性和调节能力，又兼顾水能资源的经济利用。

2、水电站运行过程中，水库水位、入库流量、电网负荷、机组开机组合及旋转备用容量要求会发生变化，旋转备用负荷需要适应相应运行边界，当旋备最小出力设置较低时，承担旋备任务的机组可能运行于低负荷低效工况；当旋备最小出力设置较高时，可能增加机组过机流量，并压缩机组的向上调节空间。尤其在目标下泄流量低于旋备最小出力对应的旋备流量下限时，为满足旋备最小出力约束而增加的发电用水可能影响调度期水量平衡及期末水位控制。所以，如何在满足旋转备用容量、水量平衡及机组运行约束的条件下，根据水电站运行边界自适应确定发电耗水率较低的旋转备用负荷，是水电站中需要解决的技术问题。

3、因此，亟需构建一种面向水电站经济运行的旋转备用负荷自适应优化方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了面向水电站经济运行的旋转备用负荷自适应优化方法。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明提供面向水电站经济运行的旋转备用负荷自适应优化方法，包括以下步骤：

4、s1、获取水库运行数据、电网调度数据和机组运行数据，根据该多个数据确定调度期各时段的目标下泄流量和调度期首时段的发电水头，然后设置多个旋转备用负荷候选值，所述旋转备用负荷候选值为旋转备用时段内每台承担旋转备用任务的运行机组所需维持的最小有功出力候选值；

5、s2、针对各旋转备用负荷候选值，根据当前时段的发电水头以及机组的水头、有功出力与过机流量之间的对应关系，逐时段计算对应的旋备流量下限，并对各时段的目标下泄流量进行跨时段调整，得到修正下泄流量过程，其中，各时段的修正下泄流量不低于对应的旋备流量下限且调度期修正下泄水量等于调度期目标下泄水量；

6、s3、根据所述修正下泄流量过程，逐时段计算各旋转备用负荷候选值对应的机组有功出力、水库水位、发电水头和水电站向上旋转备用容量，将满足水量平衡、期末水位、机组运行及向上旋转备用容量约束的旋转备用负荷候选值加入旋转备用负荷可行候选集；

7、s4、根据所述旋转备用负荷可行候选集中各旋转备用负荷候选值的总发电用水量和总发电量计算发电耗水率，并将该耗水率最小的旋转备用负荷候选值确定为旋转备用负荷；

8、s5、当所述水库运行数据、电网调度数据或机组运行数据发生变化时，获取更新后的水库运行数据、电网调度数据和机组运行数据，根据更新后的数据重新确定剩余调度期的旋转备用负荷。

9、进一步地，所述水库运行数据包括水库当前实际水位、调度期末目标水位、预测入库流量过程、水位库容关系曲线、调度期首时段的下游水位和原始逐时段下泄流量过程；所述电网调度数据包括电网负荷预测过程、旋转备用时段、电网向上旋转备用容量要求和既定出力形状；所述机组运行数据包括机组开机组合、机组运行状态、水头—有功出力与过机流量的对应关系、机组最小可行出力、机组最大可用出力、机组最大过机流量和机组振动区。

10、进一步地，所述确定调度期各时段的目标下泄流量和调度期首时段的发电水头，包括：

11、根据水库当前实际水位、调度期末目标水位和水位库容关系曲线计算得到调度期初库容和目标期末库容；

12、根据调度期初库容、目标期末库容和预测入库流量过程确定调度期目标下泄水量，并按照既定出力形状或原始逐时段下泄流量过程，将调度期目标下泄水量分配至调度期各时段；

13、将水库当前实际水位作为调度期首时段的上游水位，计算调度期首时段的上游水位和下游水位得到调度期首时段的发电水头。

14、进一步地，所述设置多个旋转备用负荷候选值以及针对各旋转备用负荷候选值逐时段计算对应的旋备流量下限，包括：

15、在预设候选区间内按照预设步长生成多个旋转备用负荷候选值，同一调度期内各承担旋转备用任务的运行机组采用同一旋转备用负荷候选值；

16、按照调度期的时段顺序，根据当前时段的发电水头以及各承担旋转备用任务的运行机组的水头—有功出力与过机流量的对应关系，计算各承担旋转备用任务的运行机组在各旋转备用负荷候选值下的机组旋备流量下限；

17、将同一时段内各承担旋转备用任务的运行机组的机组旋备流量下限之和确定为该时段的旋备流量下限。

18、进一步地，所述对各时段的目标下泄流量进行跨时段调整，包括：

19、当一时段的目标下泄流量小于对应的旋备流量下限时，将该时段的修正下泄流量确定为旋备流量下限，并将修正下泄流量相对于目标下泄流量增加的水量计入累计待补偿水量；

20、当后续时段的目标下泄流量大于对应的旋备流量下限时，将该后续时段的目标下泄流量与旋备流量下限之间的流量差在该后续时段内对应的水量作为可下调水量，基于可下调水量与累计待补偿水量中的较小值得到补偿水量，根据补偿水量降低该后续时段的目标下泄流量，并从累计待补偿水量中扣除补偿水量。

21、进一步地，所述逐时段计算各旋转备用负荷候选值对应的机组有功出力、水库水位、发电水头和水电站向上旋转备用容量，包括：

22、根据各时段的修正下泄流量调整各运行机组的过机流量，并根据调整后的机组过机流量、对应时段的发电水头以及机组水头—有功出力与过机流量的对应关系，确定各运行机组的有功出力，其中，各运行机组的过机流量之和为全厂发电流量且等于对应时段的修正下泄流量；

23、根据预测入库流量和调整后的全厂发电流量更新水库库容，根据更新后的水库库容确定水库水位，并计算上游水位和下游水位得到下一时段的发电水头，根据下一时段的发电水头计算下一时段的旋备流量下限；

24、分别计算各承担旋转备用任务的运行机组在对应发电水头下的最大可用出力与实际有功出力之间的差值，并将其进行累加得到水电站向上旋转备用容量；

25、将同时满足以下约束的旋转备用负荷候选值加入旋转备用负荷可行候选集：调度期末水位达到调度期末目标水位，各调度日的水位变化量不超过预设日水位差限值，水库库容处于预设库容上下限范围内，下泄流量处于预设下泄流量范围内，水电站及各运行机组的有功出力处于允许出力范围内，各运行机组的有功出力不处于机组振动区，承担旋转备用任务的运行机组的有功出力不低于旋转备用负荷候选值，水电站向上旋转备用容量不低于电网向上旋转备用容量要求且调度期结束时累计待补偿水量为零或处于预设水量计算允许误差范围内。

26、进一步地，所述计算发电耗水率并确定旋转备用负荷，包括：

27、将调度期各时段的全厂发电流量与对应时段长度的乘积进行累加，得到各旋转备用负荷候选值的总发电用水量；

28、将调度期各时段各运行机组的有功出力与对应时段长度的乘积进行累加，得到各旋转备用负荷候选值的总发电量；

29、计算总发电用水量与总发电量的比值得到旋转备用负荷候选值的发电耗水率，并选取该耗水率最小的旋转备用负荷候选值。

30、进一步地，所述根据更新后的数据重新确定剩余调度期的旋转备用负荷，包括：

31、当水文预报、电网负荷预测、调度计划、水库当前实际水位、机组开机组合或电网向上旋转备用容量要求发生更新时，将更新时刻的水库实际水位记为剩余调度期的初始水位；

32、截取更新时刻之后的预测入库流量过程、电网负荷预测过程、旋转备用时段、机组开机状态和电网向上旋转备用容量要求，并与剩余调度期的初始水位和目标期末水位共同形成剩余调度期计算边界；

33、根据剩余调度期计算边界重新建立旋转备用负荷可行候选集，计算各旋转备用负荷候选值的发电耗水率，并确定剩余调度期的旋转备用负荷。

34、进一步地，当同一调度日内存在多个目标下泄流量大于对应旋备流量下限的时段时，按照各时段的可下调水量占该调度日总可下调水量的比例分配累计待补偿水量；

35、当该调度日的总可下调水量小于累计待补偿水量时，将未补偿的累计待补偿水量转入下一调度日，并在下一调度日中目标下泄流量大于对应旋备流量下限的时段进行补偿。

36、进一步地，当多个旋转备用负荷候选值的发电耗水率均处于最低发电耗水率的预设计算精度范围时，选取所述多个旋转备用负荷候选值中的最小值作为旋转备用负荷。

37、相比现有技术，本发明的有益效果为：

38、本发明通过将承担旋转备用任务的运行机组最小有功出力作为旋转备用负荷优化变量，并遍历多个候选值，能够在避免机组长期处于低负荷、低效率区与保留足够向上调节空间之间实现平衡，通过依据实时发电水头及机组水头—有功出力—过机流量关系，将旋转备用负荷转换为逐时段变化的旋备流量下限，能够使旋转备用约束与机组实际水力特性相匹配，避免采用固定流量阈值造成计算偏差。

39、通过设置累计待补偿水量，并在后续具备流量下调空间的时段进行补偿，能够保持调度期总下泄水量不变，使各候选方案在相同总用水量条件下比较发电耗水率，减少因比较边界不一致导致的优化偏差，通过逐时段更新水库库容、水位和发电水头，并重新计算旋备流量下限，能够形成旋转备用负荷、过机流量、水位和水头之间的闭环迭代关系，反映前一时段流量调整对后续运行边界的影响，通过对水量平衡、期末水位、日水位变化、库容、下泄流量、机组出力、振动区、旋转备用负荷及向上旋转备用容量进行统一校核，能够避免将不满足水库安全运行或电网备用要求的方案确定为经济运行方案。