一种基于裕值法的梯级电站负荷分配方法

1.本发明涉及水电能源系统领域，具体涉及一种基于裕值法的梯级电站负荷分配方法。


背景技术：

2.当前梯级水电站通过联合调度、补偿调节，弥补了单一水库的局限性，更有效地提高了水电效益。为使梯级水电站更好地发挥各电站之间的补偿调节作用，有必要开展电站负荷分配技术研究。
3.现有的梯级电站负荷分配的方法通过对各个水电站进行最大日电量偏差限制，实现对梯级出力过程的多次调整，考虑弃水风险最小，梯级蓄能最大的约束，引入电量偏差率指标，但这种方法约束条件不全面，偏差指标的确定需根据历史运行情况确定，调整过程繁琐，实际操作所用时间较长。另外，还有通过建立日总电量分配与运行方案嵌套耦合实现的计算方法，替代经验系数在日总电量在各站之间分配的作用，通过优化计算实现，但这种负荷分配方法对“峰平谷”时段出力进行理想化假设，未考虑逐时段电站出力的变化，得出的结果与电站实际运行略有差别。再有通过提出基于调峰响应的弃水修正策略和低谷时段负荷均衡削减策略，实现固定调度方式电站的校核分析与出力调整，但运用时需根据梯级电站的容量分类进行负荷分配，实际使用较为不便。
4.以上梯级电站负荷分配方法，均未涉及到逐时段各梯级电站之间出力分配方法。为使得梯级电站发挥其综合效益，建立约束条件全面、高效方便的梯负荷分配方法有助于为梯级水电站调度方案的制定提供了有益参考。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于裕值法的梯级电站负荷分配方法，为梯级水电站调度方案制度提供参考，从而更好的发挥梯级店招的综合效益。
6.本发明是通过以下技术方案予以实现的：
7.一种基于裕值法的梯级电站负荷分配方法，包括以下步骤：
8.步骤s1：获取各电站各时段内出力的初始分配结果；
9.步骤s2：在初始分配结果中找出每小时总出力与所有电站出力下限总和相等的时段，在这些时段中，各电站均按最低出力进行分配；找出每小时总出力与所有电站出力上限总和相等的时段，在这些时段中，各电站均按最高出力进行分配，得到各电站各时段内出力的二次分配结果；
10.步骤s3：计算各时段各电站的违反出力上限和出力下限的出力值，构建违反约束矩阵；
11.步骤s4：对二次分配结果中所有时段各电站出力进行时段内的分配，使分配后的结果中违反约束矩阵的所有元素均为0，得到三次分配结果；
12.步骤s5：对各时段内各电站出力进行分配，使分配的后各电站的日平均出力与初
始分配结果中的日平均出力相同，得到最终分配结果。
13.在上述技术方案中，在初始分配结果中小时总出力等于各电站出力下限或上限时，各电站的按照出力下限或出力上限出力，从而确保了各电站出力不低于出力下限或超过出力上限；在存在低于出力下限或高于出力上限的时段内重新分配各电站出力值，使分配后的结果中未出现违反约束的出力值；进一步分配出力值，使各电站的日平均出力值等于初始分配结果中的日平均出力值。
14.进一步地，所述步骤s1中初始的各电站每小时出力分配数据计算方法为：将外部输入的各水库出力的分配权重与每小时梯级总出力相乘。
15.进一步地，所述步骤s3具体包括：
16.步骤s31：计算各时段各电站的违反出力上限和下限的出力值，具体包括：
[0017][0018]
式中：
[0019]nw，i，t
为第t个时段的第i个水电站的违反出力上、下限的出力值，i＝1
…
n，t＝1
…
t，单位为万kw；n
i，t
为第t个时段的第i个水电站的出力，单位为万kw；n
down，i，t
为第t个时段的第i个水电站的出力下限，单位为万kw；n
up，i，t
为第t个时段的第i个水电站的出力上限，单位为万kw；
[0020]
s32：各时段各电站的违反出力上、下限的出力值组成违反约束矩阵，具体包括：
[0021][0022]
式中：n
w，all
为违反约束矩阵。
[0023]
进一步地，所述步骤s4具体包括以下步骤：
[0024]
步骤s41：获取二次分配结果中各时段内各电站的出力分配结果作为待操作向量，并计算各时段所有电站违反约束矩阵的元素和(n
w，1，t
n
w，2，t

…
n
w，n，t
)；如果元素和不等于0，则进入步骤s42；如果元素和等于0，则进入步骤s44；
[0025]
步骤s42：调整各时段内各电站的出力值，使各时段内各电站的出力值满足出力约束：
[0026]
计算大于出力上限的出力值总和：
[0027][0028]
式中：n
wk
为大于出力上限的出力值总和；k为大于、等于出力上限的电站序号，k＝1，2，...，k；α为大于、等于出力上限的电站的序号集；计算小于出力下限的出力值总和：
[0029]
[0030]
式中：n
wq
为小于出力下限的出力值总和；q为小于、等于出力下限的电站序号，q＝1，2，...，q；β为小于、等于出力下限的电站的序号集；
[0031]
计算剩余违反出力约束的出力值总和：
[0032]nwl
＝n
wk
n
wq
[0033]
式中：n
wl
为剩余违反出力约束的出力值总和；
[0034]
调整此时段的电站出力：
[0035][0036]
步骤s43：基于调整后的电站出力结果，计算元素和，如果此值不等于0，则重新跳转至步骤s32；如果此值等于0，则跳转至步骤s34；
[0037]
步骤s44：如果t＜24，则t＝t 1，转入步骤s31。
[0038]
进一步地，在步骤s44中，如果t＝24，则结束。
[0039]
进一步地，在步骤s41中若元素和等于0，则进入步骤s44。
[0040]
进一步地，所述步骤s5具体包括：
[0041]
步骤s51：根据初始分配结构计算各电站原日平均出力，并将所述原日平均出力与s4的结果的各电站日平均出力相减，得到差值向量：
[0042]
[n
d，1
，n
d，2
，
…
，n
d，n
]＝[n
o，1
，n
o，2
，
…
，n
o，n
]-[n
a，1
，n
a，2
，
…
，n
a，n
]
[0043]
式中：n
d，i
为第i个水电站的原日平均出力与s4结果的日平均出力的差值；n
o，i
为第i个水电站的原日平均出力；n
a，i
为第i个水电站的s4结果的日平均出力；
[0044]
步骤s52：在三次分配结果中找出所有电站的出力与各自出力上限和下限的差值的绝对值大于预设的缓冲值的时段：
[0045]
第t时段的电站出力向量为[n
i，t
，n
2，t
，
…
，n
n，t
]，如果第t时段为一个分配时段，则满足：
[0046][0047]
式中：δ为预设的缓冲值，单位为万kw；
[0048]
步骤s53：将差值向量以分配时段的个数进行均分，并将均分向量加入分配时段的电站出力向量：
[0049]
[n
1，z
，n
2，z
，
…
，n
3，z
]＝[n
1，z
，n
2，z
，
…
，n
3，z
] [n
d，1
，n
d，2
，
…
，n
d，n
]z∈γ
[0050]
式中：[n
1，z
，n
2，z
，
…
，n
n，z
]为分配时段的电站出力向量，z为分配时段的序号；γ为分配时段的序号集；
[0051]
步骤s54：计算分配后分配时段的电站出力是否有超过上、下限的情况；如果有，则减小缓冲值，转入步骤s52；如果没有，则结束分配。
[0052]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0053]
本发明提供的一种基于裕值法的梯级电站负荷分配方法可在各水电站的出力分
配结果占梯级出力的百分比值尽可能接近给定权重的前提下，对梯级电站进行负荷分配，且使分配结果满足以下三个约束条件：
[0054]
约束1.分配结果中各电站的日平均出力等于由给定的分配权重得到的日平均出力；
[0055]
约束2.分配结果中各时段的梯级出力等于给定的各时段的梯级出力；
[0056]
约束3.分配结果中各电站出力不超过上、下限的约束。
[0057]
该方法不仅考虑了多种约束条件，而且效率高、使用方便，所得结果符合工程实际要求，为梯级水电站调度方案的制定提供了有益参考。
附图说明
[0058]
图1为根据本发明实施例的方法路程图；
[0059]
图2为根据本发明实施例的元素和为负值的分配示意图；
[0060]
图3为根据本发明实施例的元素和为正值的分配示意图。
具体实施方式
[0061]
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
[0062]
如图1所示，本实施例提供一种基于裕值法的梯级电站负荷分配方法，具体包括以下步骤：
[0063]
s1：根据各电站装机容量占总容量的百分比得到各电站分配权重，通过现有程序获取每小时梯级总出力，并将分配权重和每小时梯级总出力输入到方法中；将输入的各水库出力的分配权重、每小时梯级总出力相乘，得到各电站各时段内出力的初始分配结果，在本实施例中，水电站数量为6，各电站的出力上限和下限见表1：
[0064]
表2各电站出力上限和下限(万kw)
[0065]
电站编号出力上限出力下限1154.22103.412280.02187.77372.0148.294200.04134.14542.3628.46203.85136.69
[0066]
s2：找出每小时总出力与所有电站出力下限总和相等的时段(每一时段长度为1小时，将一天内0-24时按顺序以一小时为时间长度分成24个时段，分别命名为1-24)，在这些时段中(本实施例中为时段1-7和时段22-24)，各电站均按最低出力进行分配；找出每小时总出力与所有电站出力上限总和相等的时段，在这些时段中(本实施例中为时段19-21)，各电站均按最高出力进行分配。经过上述分配后，得到二次分配结果，二次分配结果件表1：
[0067]
表1二次分配结果(万kw)
[0068]
时段序列1电站2电站3电站4电站5电站6电站梯级出力总和1103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.702103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.703103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.704103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.705103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.706103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.707103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.708103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.709133.05241.5862.13172.5836.54175.86821.7410105.68191.9049.35137.0929.03139.69652.741171.33129.5233.3192.5319.5994.29440.5712113.16205.4852.84146.7931.08149.58698.9313111.23201.9751.94144.2830.55147.02686.991493.28169.3843.56121.0025.62123.30576.131557.81104.9726.9974.9915.8876.41357.0516105.25191.1049.14136.5228.91139.12650.0417101.93185.0947.60132.2228.00134.74629.5818113.66206.3953.07147.4431.22150.24702.0219154.22280.0272.01200.0442.36203.85952.5020154.22280.0272.01200.0442.36203.85952.5021154.22280.0272.01200.0442.36203.85952.5022103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.7023103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.7024103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.70日均出力108.61197.2050.71140.8829.83143.56670.79
[0069]
s3：计算二次分配结果中各时段各电站出力低于出力下限或高于出力上限的值，并基于计算结果构建违反约束矩阵，具体为：
[0070]
s31：计算各时段各电站的违反出力上限和出力下限的出力值：
[0071][0072]
式中：
[0073]nw，i，t
为第t个时段的第i个水电站的违反出力上、下限的出力值，i＝1
…
n，t＝1
…
t，单位为万kw；
[0074]ni，t
为第t个时段的第i个水电站的出力，单位为万kw；n
down，i，t
为第t个时段的第i个水电站的出力下限，单位为万kw；n
up，i，t
为第t个时段的第i个水电站的出力上限，单位为万kw。
[0075]
s32：基于各时段各电站的违反出力上限和出力下限的出力值组成违反约束矩阵：
[0076][0077]
式中：n
w，all
为违反约束矩阵。本实施例中违反约束矩阵内各元素值见表3：
[0078]
表3违反约束矩阵内各元素值单位：万kw
[0079]
时段序列电站1电站2电站3电站4电站5电站610.000.000.000.000.000.0020.000.000.000.000.000.0030.000.000.000.000.000.0040.000.000.000.000.000.0050.000.000.000.000.000.0060.000.000.000.000.000.0070.000.000.000.000.000.0080.000.000.000.000.000.0090.000.000.000.000.000.00100.000.000.000.000.000.00110.000.000.000.000.000.00120.000.000.000.000.000.00130.000.000.000.000.000.00140，000.000.000.000.000.00150.000.000.000.000.000.00160.000.000.000.000.000.00170.000.000.000.000.000.00180.000.000.000.000.000.00194.2220.020.010.001.860.00204.2220.020.010.001.860.00214.2220.020.010.001.860.00220.000.000.000.000.000.00230.000.000.000.000.000.00240.000.000.000.000.000.00
[0080]
s4：如图2和图3所示，对二次分配数据集合中所有时段的各电站出力进行时段内的分配，使分配后的结果中违反约束矩阵的所有元素均为0，得到三次分配结果，具体包括以下步骤：
[0081]
s41、获取二次分配结果中各时段内各电站的出力分配结果作为待操作向量，并计算各时段所有电站违反约束矩阵的元素和(n
w，1，t
n
w，2，t

…
n
w，n，t
)；如果元素和不等于0，则进入步骤s42；如果元素和等于0，则进入步骤s44；
[0082]
s42、调整各时段内各电站的出力值，使各时段内各电站的出力值满足出力约束：
[0083]
计算大于出力上限的出力值总和：
[0084][0085]
式中：n
wk
为大于出力上限的出力值总和；k为大于、等于出力上限的电站序号，k＝1，2，...，k；α为大于、等于出力上限的电站的序号集；计算小于出力下限的出力值总和：
[0086][0087]
式中：n
wq
为小于出力下限的出力值总和；q为小于、等于出力下限的电站序号，q＝1，2，...，q；β为小于、等于出力下限的电站的序号集；
[0088]
计算剩余违反出力约束的出力值总和：
[0089]nwl
＝n
wk
n
wq
[0090]
式中：n
wl
为剩余违反出力约束的出力值总和；
[0091]
调整此时段的电站出力：
[0092][0093]
s43、基于调整后的电站出力结果，计算元素和，如果此值不等于0，则重新跳转至步骤s32；如果此值等于0，则跳转至步骤s34；
[0094]
s44、如果t＜24，则t＝t 1，转入步骤s31；如果t＝24，则结束。
[0095]
三次分配结果具体见表4：
[0096]
表4三次分配结果 单位：万kw
[0097]
时段序列电站1电站2电站3电站4电站5电站6梯级出力总和1103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.702103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.703103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.704103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.705103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.706103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.707103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.708103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.709133.05241.5862.13172.5836.54175.86821.7410105.68191.9049.35137.0929.03139.69652.741171.33129.5233.3192.5319.5994.29440.5712113.16205.4852.84146.7931.08149.58698.9313111.23201.9751.94144.2830.55147.02686.991493.28169.3843.56121.0025.62123.30576.13
1557.81104.9726.9974.9915.8876.41357.0516105.25191.1049.14136.5228.91139.12650.0417101.93185.0947.60132.2228.00134.74629.5818113.66206.3953.07147.4431.22150.24702.0219150.00260.0072.00210.0040.50220.00952.5020150.00260.0072.00210.0040.50220.00952.5021150.00260.0072.00210.0040.50220.00952.5022103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.7023103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.7024103.41187.7748.29134.1428.40136.69638.70日均出力108.08194.7050.71142.1229.60145.58670.79
[0098]
s5、对时段内的各电站出力进行分配，使分配的后各电站的日平均出力与初始分配结果中的日平均出力相同，具体包括以下步骤：
[0099]
s51、根据初始分配结构计算各电站原日平均出力，并将所述原日平均出力与s4的结果的各电站日平均出力相减，得到差值向量：
[0100]
[n
d，1
，n
d，2
，
…
，n
d，n
]＝[n
o，1
，n
o，2
，
…
，n
o，n
]-[n
a，1
，n
a，2
，
…
，n
a，n
]
[0101]
式中：
[0102]nd，i
为第i个水电站的原日平均出力与三次分配结果的日平均出力的差值；n
o，i
为第i个水电站的原日平均出力；n
a，i
为第i个水电站的三次分配结果中的日平均出力。
[0103]
s52、在三次分配结果中找出所有电站的出力与各自出力上限和下限的差值的绝对值大于预设的缓冲值的时段：
[0104]
第t时段的电站出力向量为[n
1，t
，n
2，t
，
…
，n
n，t
]，如果第t时段为一个分配时段，则满足：
[0105][0106]
式中：δ为预设的缓冲值，单位为万kw；
[0107]
s53、将差值向量以分配时段的个数进行均分，并将均分向量加入分配时段的电站出力向量：
[0108]
[n
1，z
，n
2，z
，
…
，n
3，z
]＝[n
1，z
，n
2，z
，
…
，n
3，z
] [n
d，1
，n
d，2
，
…
，n
d，n
]z∈γ
[0109]
式中：[n
1，z
，n
2，z
，
…
，n
n，z
]为分配时段的电站出力向量，z为分配时段的序号；γ为分配时段的序号集；
[0110]
s54、计算分配后分配时段的电站出力是否有超过上、下限的情况；如果有，则减小缓冲值，转入步骤s42；如果没有，则结束分配，得到最终分配结果，最终分配结果见表5：
[0111]
表5最终分配结果
[0112][0113]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。