一种考虑调峰深度的梯级水电站短期发电计划制作方法与流程

1.本发明涉及电力行业梯级水电站短期优化调度领域，特别是一种梯级水电站短期发电计划制作方法。


背景技术：

2.梯级水电站的短期发电计划制作是以日为调度周期，小时或15分钟为调度时段，依据来水预测、机组检修安排、电网调峰等实际情况安排梯级各电站后续日期的发电计划，并上报电网审批执行的过程。对于以梯级总计划上报电网进行审批的流域，整个梯级的发电计划尽可能与电网的用电需求相匹配，白天用电高峰期多发，夜晚用电低谷期少发，因此要深挖梯级水电站的调峰能力，对于有一定调节能力的流域梯级水电站来说，在枯期尽可能加大调峰深度，同时满足下游调节能力差的电站不产生弃水；在平水期可适当减小调峰深度，同时满足不弃水的要求；在汛期由于来水偏大弃水问题难以避免，可适当考虑或不考虑调峰需求，尽量安排机组满发，增加发电效益。将调峰深度作为考虑因素，满足不同时期短期发电计划制作需求，具有较高的实际应用价值。
3.现有梯级水电短期发电计划制作问题研究内容：第一个方向借助优化调度理论研究，通过设定发电量最大、发电效益最大、耗水率最小等目标，满足水量平衡、机组检修、水位限制、流量限制等约束，利用动态规划、遗传算法或一系列仿生算法等优化算法寻找满足条件的最优解或者局部最优解。第二个方向是偏实用化的短期调度计划研究，不寻求最优解，而是寻求符合基本约束条件的可行解，再通过人工经验修正达到实用要求，这种方式通过设定电站发电量或调度期末库水位等目标，通过水量平衡算法寻求满足初始约束条件的可行解。
4.现行研究内容存在的问题：通过优化调度方式寻求的理论结果往往与实际应用不匹配，受限于电网调度、集团考核、生态约束等硬性要求，实际安排短期发电计划时并不一定以发电效益最大等单一目标为目标，而是满足调峰、避免弃水、高水位运行等综合需求，还要与调度人员经验相吻合，与近期的调度方案相匹配，并不是单一的求极值问题，由此得到的结果实用性不高。通过常规方式求得的调度结果虽然可以达到预设的调度目标，但整个调度过程灵活性不高，不能很好的跟踪电网的用电需求形势，得到初步结果不具备用电高峰期多发，用电低谷期少发的特点，需要通过人工干预，人为调整某些时段的发电计划，然后通过以电定水的方式反复试算，直至推求出既符合电量或水位目标，调度过程又能满足电网用电需求过程的短期发电计划。


技术实现要素：

5.本发明要克服梯级水电站短期发电计划制作中优化调度方式和常规调度方式实用性不足的问题，提供一种能够考虑调峰深度的梯级水电站短期发电计划制作方法。
6.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种考虑调峰深度的梯级水电站短期发电计划制作方法，其特征是，包括以下步骤：
7.(1)考虑调峰深度的短期发电计划制作思路
8.流域梯级电站的龙头电站由于调节能力较强，其主要任务是承担电网的调峰调频任务，下游电站主要任务是在高效区发电，尽量少弃水。考虑到不同电站由于发电水头、机组类型以及装机容量均不同，相同弃水量情况下代表的弃水电量也存在不同，因此，采用调峰为目标进行短期优化调度，针对不同来水情况，可以选择汛期模型、枯期模型和平水期模型，这些模型的区别在于调峰幅度和弃水量不同。
9.汛期来水很多，由于下游电站群调节性能有限，为避免弃水，龙头电站的出力不易出现较大波动，因此采用弃水量最大值最小为目标优化梯级水电站群调度。
10.枯期来水较少，可充分利用龙头电站的调蓄能力，减少梯级弃水量，可以优先考虑缓解电网峰谷差压力，以电网剩余负荷峰谷差最大值最小为目标。
11.当梯级来水与年平均来水持平时，由于下游梯级水电站群调节性能有限，龙头电站过度调峰可能会导致下游梯级电站无法利用自身库容消纳不均衡水量，因此拟通过限制龙头电站的调峰幅度来控制整个梯级出力过程。
12.(2)流域梯级电站短期发电计划制作模型构建
13.s1、确定目标函数。
14.s11、汛期目标：采用弃水量最大值最小为目标优化梯级水电站群调度，如下：
[0015][0016]
式中：q
spill
为梯级最大弃水量；表示电站m在第t时段的弃水流量，单位为m3/s，δt为第t时段秒数，t为总时段数；m表示电站集合。
[0017]
s12、枯期目标：以电网剩余负荷峰谷差最大值最小为目标，如下：
[0018][0019]
式中：d表示电网剩余负荷的峰谷差，单位为mw；c
t
和x
t
分别表示第t时段的原始负荷和剩余负荷值，单位为mw；表示第m个电站在第t时段的出力，单位为mw，m是参与优化水电站数量；t是总时段数。
[0020]
s13、平水期目标：通过限制龙头电站的调峰幅度来控制整个梯级出力过程，如下：
[0021][0022]
式中：和分别表示电站m在第t时段最小和最大出力约束，表示电站m在t时段的出力限制带宽，可通过设置参数δ控制的大小，通过该带宽可以限制调峰度。在一个调度周期内，不同的时段最大和最小出力约束可能会不一样，导致会有多个最终优化出的出力结果的最大值和最小值之差要小于中的最小值，以此来控制调峰深度。
[0023]
s2、确定模型约束条件：需考虑的流域梯级电站短期发电计划制作的约束条件包括：水量平衡、调度期末水位约束、调度期发电量约束、发电流量约束、出库流量约束、电站出力约束、库水位约束等非负约束。确定各约束条件时需要结合研究流域实际调度过程中关键时间节点的梯级蓄能控制策略和满足电网调度需求的梯级电站调峰能力。
[0024]
1)水量平衡方程：保证单站时段维以及上下游电站空间维上的水量平衡
[0025][0026]
式中，分别为电站m在第t时段入库流量、发电流量和弃水流量，单位为m3/s；当m＝1时，表示电站m为龙头电站，入库流量等于区间流量当m》1时，表示电站m为非龙头电站，入库流量等于区间流量和上游电站m-1出库流量之和，单位为m3/s；和为电站m在第t时段初末库容，单位为m3；δt＝15
×
60，单位为s。
[0027]
2)末水位约束：控制调度期末水位
[0028][0029]
式中：和分别表示电站m调度期末的上库水位及控制目标值。
[0030]
3)发电量约束：控制调度期发电量
[0031][0032]
式中：em和分别表示电站m调度期内的发电量及控制目标值，该约束条件与公式
(5)满足之一即可。
[0033]
4)发电流量约束：一般上限取决于水轮机的最大过流能力、机组检修计划等，下限取决于最小出力和生态流量；
[0034][0035]
式中：分别表示电站m在第t时段发电流量上下限。
[0036]
5)电站出力约束：限制电站的发电出力，取决于发电机组的最小技术出力、机组检修容量等指标；
[0037][0038]
式中：分别是电站平均出力上下限。
[0039]
6)库水位约束：结合实际水库调度方式设定库水位上下限约束，保证水库运行在安全合理的水位范围；
[0040][0041]
式中：分别表示电站m在第t日水位上下限。
[0042]
s3、确定求解算法：优化龙头电站时应需响应电网的调峰需求，在始末水位或日电量给定的前提下，使当日的电网剩余负荷峰谷差最大值最小；优化下游调节能力较差电站时，尽量保证电站在经济水位带运行，并且尽量不要弃水，同时还要保证机组的在分配负荷时耗水率尽可能小。调峰是指电站随电力系统负荷高低而大幅增减出力，因此电站发电的最佳时刻应该是负荷最高点，基于此思路，采用启发式算法对梯级水电站进行短期优化调度求解，具体步骤如下：
[0043]
step1：全局迭代次数k＝1；
[0044]
step2：判断电站m，若是龙头电站，则跳转到step3；若是下游其它电站，则跳转到step7；
[0045]
step3：用以电定水算法进行水量平衡校核，判断龙头电站调度期末水位是否满足预定目标，若满足预定目标，则直流跳转到step7；
[0046]
step4：若调度期末水位高于预定目标，则搜索负荷曲线的最高负荷点high
t
，以及包括high
t
点在内的连续v个负荷之和最大的点，将这v个时段的发电出力增加δp，若电站在这v个时段的出力均已达到最大值，搜寻次负荷曲线的次高负荷点，并将这个v个时段的发电出力增加δp，依此类推；
[0047]
step5：若调度期末水位低于预定目标，则搜索负荷曲线的最低负荷点low
t
，以及包括low
t
点在内的连续v个负荷之和最小的点，将这v个时段的发电出力减小δp，若电站在这v个时段的出力均已达到最小值，搜寻次负荷曲线的次低负荷点，并将这个v个时段的发电出力减少δp，依此类推；
[0048]
step6：处理出力持续时段约束、处理出力爬坡约束和处理水量平衡约束，令电站m＝m 1；
[0049]
step7：搜索下游电站m，用定水位方式生成初始解；
[0050]
step8：处理持续时段约束、处理出力爬坡约束、处理水量平衡约束；
[0051]
step9：根据电站发电流量与机组单机最大流量关系，调整电站出力在经济运行
区；
[0052]
step10：处理末水位不在经济带约束，令电站m＝m 1，跳转到step7，直到所有电站遍历完毕；
[0053]
step11：判断龙头电站调度期末水位是否预定目标，若不满足，令k＝k 1，跳转到step2，若龙头电站调度期末水位满足预定目标则退出。
[0054]
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
[0055]
1、本发明针对流域梯级电站在不同时期调峰幅度和弃水量不同的特点，分别建立汛期、枯期、平水期模型，以不同深度的调峰和减少弃水量为目标，采用启发式算法，制定短期发电计划，该方式对调节能力有限的梯级水电站短期调度具有很强的实用性，能够适应不同来水条件下发电计划制作需求，比优化调度方式和常规调度方式更为灵活。
[0056]
2、针对下游梯级水电站群调节性能有限，龙头电站过度调峰可能会导致下游梯级电站无法利用自身库容消纳不均衡水量而产生弃水的现象，通过可变式调节龙头电站的调峰深度来控制整个梯级出力过程，既能使整个梯级电站的发电计划能很好的匹配电网的用电需求，同时又可以降低梯级电站中调节能力较差的电站的弃水量，有良好的平衡效果。
具体实施方式
[0057]
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
[0058]
实施例。
[0059]
本实施例中，一种考虑调峰深度的梯级水电站短期发电计划制作方法，包括以下步骤：
[0060]
步骤1：确定考虑调峰深度的短期发电计划制作思路；
[0061]
步骤2：针对不同时期调峰幅度和弃水量不同的特点，分别建立汛期、枯期、平水期模型，以不同深度的调峰和减少弃水量为目标，结合实际调度过程中关键时间节点的梯级蓄能控制策略和满足电网用电需求的梯级电站顶峰能力确定模型约束条件，约束包括水量平衡、库水位约束、末水位控制、调峰深度约束、发电流量约束、出库流量约束、电站出力约束等约束，确定模型求解算法；
[0062]
步骤3：利用启发式算法进行短期优化调度求解。
[0063]
步骤2中不同来水期考虑调峰深度的模型构建，包括确定目标函数、确定模型的约束条件以及求解算法。
[0064]
s1.确定目标函数。
[0065]
s11汛期目标：采用弃水量最大值最小为目标优化梯级水电站群调度，如下：
[0066][0067]
式中：q
spill
为梯级最大弃水量；表示电站m在第t时段的弃水流量，单位是m3/s，δt为第t时段秒数，t为总时段数；m表示电站集合。
[0068]
s12枯期目标：以电网剩余负荷峰谷差最大值最小为目标，如下：
[0069][0070]
式中：d表示电网剩余负荷的峰谷差，单位是mw；ct和xt分别表示第t时段的原始负荷和剩余负荷值，单位是mw；表示第m个电站在第t时段的出力，单位是mw，m是参与优化水电站的数量；t是总时段数。
[0071]
s13平水期目标：通过限制龙头电站的调峰幅度来控制整个梯级出力过程，如下：
[0072][0073]
式中：分别表示电站m在第t时段最小和最大出力约束，表示电站m在t时段的出力限制带宽，可通过设置参数δ控制的大小，通过该带宽可以限制调峰度。在一个调度周期内，不同时段的最大和最小出力约束可能会不一样，导致会有多个最终优化出的出力结果的最大值和最小值之差要小于中的最小值，以此来控制调峰深度。
[0074]
s2.确定模型约束条件：需考虑的流域梯级电站短期发电计划制作的约束条件包括：水量平衡、调度期末水位约束、调度期发电量约束、发电流量约束、出库流量约束、电站出力约束、库水位约束等非负约束。确定各约束条件时需要结合研究流域实际调度过程中关键时间节点的梯级蓄能控制策略和满足电网调度需求的梯级电站调峰能力。
[0075]
1)水量平衡方程：保证单站时段维以及上下游电站空间维上的水量平衡
[0076][0077]
式中，分别为电站m在第t时段入库流量、发电流量和弃水流量，单位是m3/s；当m＝1时，表示电站m为龙头电站，入库流量等于区间流量当m》1时，表示电站m为非龙头电站，入库流量等于区间流量和上游电站m-1出库流量之
和，单位为m3/s；和为电站m在第t时段初末库容，单位是m3；δt＝15
×
60，单位是s。
[0078]
2)末水位约束：控制调度期末水位
[0079][0080]
式中：和分别表示电站m调度期末的上库水位及控制目标值。
[0081]
3)发电量约束：控制调度期发电量
[0082][0083]
式中：em和分别表示电站m调度期内的发电量及控制目标值，该约束条件与公式(5)满足之一即可。
[0084]
4)发电流量约束：一般上限取决于水轮机的最大过流能力和机组检修计划等，下限取决于最小出力和生态流量；
[0085][0086]
式中：分别表示电站m在第t时段发电流量上下限。
[0087]
5)电站出力约束：限制电站的发电出力，取决于发电机组的最小技术出力和机组检修容量等指标；
[0088][0089]
式中：分别是电站平均出力上下限。
[0090]
6)库水位约束：结合实际水库调度方式设定库水位上下限约束，保证水库运行在安全合理的水位范围；
[0091][0092]
式中：分别表示电站m在第t日水位上下限。
[0093]
s3.确定求解算法：优化龙头电站时应需响应电网的调峰需求，在始末水位或日电量给定的前提下，使当日的电网剩余负荷峰谷差最大值最小；优化下游调节能力较差电站时，尽量保证电站在经济水位带运行，并且尽量不要弃水，同时还要保证机组的在分配负荷时耗水率尽可能小。调峰是指电站随电力系统负荷高低而大幅增减出力，因此电站发电的最佳时刻应该是负荷最高点，基于此思路，采用启发式算法对梯级水电站进行短期优化调度求解，具体步骤如下：
[0094]
step1：全局迭代次数k＝1；
[0095]
step2：判断电站m，若是龙头电站，则跳转到step3；若是下游其它电站，则跳转到step7；
[0096]
step3：采用电定水算法进行水量平衡校核，判断龙头电站调度期末水位是否满足预定目标，若满足预定目标，则直流跳转到step7；
[0097]
step4：若调度期末水位高于预定目标，则搜索负荷曲线的最高负荷点high
t
，以及包high
t
点在内的连续v个负荷之和最大的点，将这v个时段的发电出力增加δp，若电站在这v个时段的出力均已达到最大值，搜寻次负荷曲线的次高负荷点，并这个v个时段的发电出力增加δp，依此类推；
[0098]
step5：若调度期末水位低于预定目标，则搜索负荷曲线的最低负荷点low
t
，以及
包阔low
t
点在内的连续v个负荷之和最小的点，将这v个时段的发电出力减小δp，若电站在这v个时段的出力均已达到最小值，搜寻次负荷曲线的次低负荷点，并这个v个时段的发电出力减少δp，依此类推；
[0099]
step6：处理出力持续时段约束、处理出力爬坡约束和处理水量平衡约束，令电站m＝m 1；
[0100]
step7：搜索下游电站m，用定水位方式生成初始解；
[0101]
step8：处理持续时段约束、处理出力爬坡约束、处理水量平衡约束；
[0102]
step9：根据电站发电流量与机组单机最大流量关系，调整电站出力在经济运行区；
[0103]
step10：处理末水位不在经济带约束，令电站m＝m 1，跳转到step7，直到所有电站遍历完毕；
[0104]
step11：判断龙头电站调度期末水位是否预定目标，若不满足，令k＝k 1，跳转到step2，若龙头电站调度期末水位满足预定目标则退出。
[0105]
步骤2中平水期考虑调峰深度的模型构建，调峰深度的控制方式。
[0106]
平水期目标：通过限制龙头电站的调峰幅度来控制整个梯级出力过程，如下：
[0107][0108]
式中：和分别表示电站m在第t时段最小和最大出力约束，表示电站m在t时段的出力限制带宽，可通过设置参数δ控制的大小，通过该带宽可以限制调峰深度。
[0109]
在一个调度周期内，不同的时段最大和最小出力约束可能会不一样，导致会有多个最终优化出的出力结果的最大值和最小值之差要小于中的最小值，以此来控制调峰深度。通过人工设置调峰系数的方式，可控制短期发电计划结果的调峰深度，通过试算，让梯级发电计划的调峰效果和弃水量目标达到平衡状态，使得计算结果更符合调度实际情况。
[0110]
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0111]
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本
发明的保护范围。