一種基于全特性空間曲面建模的梯級負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水電能源優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種基于全特性空間曲 面建模的梯級負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 流域梯級水電站群負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配是水電站短期優(yōu)化調(diào)度的重要環(huán)節(jié)，其在電網(wǎng)調(diào) 度中屯、給定梯級發(fā)電任務(wù)的條件下，綜合考慮水電站間復(fù)雜的水力、電力聯(lián)系，在保障水電 站和電網(wǎng)安全與穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，通過充分發(fā)揮梯級水電站間的水文、庫容和電力補(bǔ)償 效應(yīng)，實現(xiàn)梯級總負(fù)荷在各水電站間的合理、經(jīng)濟(jì)分配。梯級負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的目的是制定 各水電站在調(diào)度期內(nèi)的最優(yōu)運(yùn)行方式，但由于梯級水電站群受上下游水庫調(diào)節(jié)性能多樣、 水電站并網(wǎng)方式及送電區(qū)域各異、不同等級輸電斷面對機(jī)組上網(wǎng)出力限制不同等因素的制 約，使得梯級負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配成為一類高維度、多約束、強(qiáng)禪合的復(fù)雜非線性規(guī)劃問題。
[0003] 目前，傳統(tǒng)求解方法在進(jìn)行梯級負(fù)荷分配時多W機(jī)組為最小調(diào)度單元，該方法雖 在水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題的求解中取得了很好的應(yīng)用效果，但隨著梯級水電站規(guī)模和機(jī) 組容量的持續(xù)擴(kuò)大，其帶來的頻繁機(jī)組組合運(yùn)算會導(dǎo)致計算規(guī)模巨大，嚴(yán)重影響求解效率； 并且，電力系統(tǒng)負(fù)荷的頻繁變化將引起水電站時段發(fā)電水頭和出力的頻繁波動，使得機(jī)組 頻繁跨越振動區(qū)，進(jìn)一步降低了求解效率和精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種基于全特性空間曲面建模 的梯級負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配方法，通過構(gòu)建水電站全特性空間曲面，將機(jī)組的動力特性轉(zhuǎn)換為水 電站的動力特性，進(jìn)而W水電站作為梯級負(fù)荷分配的基本計算單元，并通過組合振動區(qū)直 接推求水電站的出力可行域，在兼顧求解精度的前提下，有效提高計算效率，實現(xiàn)梯級總負(fù) 荷在各水電站間的合理分配，保證梯級水電站群的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
[0005] 本發(fā)明提供一種基于全特性空間曲面建模的梯級負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配方法，包括W下步 驟：
[0006] 步驟1建立W梯級總蓄能最大為目標(biāo)的梯級負(fù)荷分配模型：
[0007]
[0008] 其中，E表示調(diào)度期內(nèi)的梯級總蓄能；0乃:表示水電站i在t時段的入庫流量； 表示水電站i在t時段的出庫流量;Ai表示水電站i的綜合出力系數(shù)；巧'表示水電站 i在t時段的水頭；Ti表示水電站i與上游水電站之間的水流時滯；N表示梯級水電站總 個數(shù)；T表示調(diào)度時段個數(shù)；
[0009] 步驟2根據(jù)水電站各機(jī)組的動力特性，構(gòu)建水電站全特性空間曲面，包括W下子 步驟：
[0010] (2-1)w-定步長對水電站的運(yùn)行水頭范圍和出力區(qū)間分別進(jìn)行離散，并確定所 有可能的機(jī)組組合；
[0011] (2-2)選擇某一固定的水頭和機(jī)組組合作為輸入條件，根據(jù)各機(jī)組的饑明曲線和 振動區(qū)數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前水頭下各機(jī)組的出力上下限和穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間，W發(fā)電耗水量最小為 目標(biāo)，利用動態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行固定機(jī)組間的負(fù)荷優(yōu)化分配，得到當(dāng)前水頭和機(jī)組組合下的最 優(yōu)負(fù)荷分配方案；
[0012] (2-3)重復(fù)所述步驟（2-2)，遍歷求解所有離散水頭和機(jī)組組合條件下的水電站 最優(yōu)負(fù)荷分配方案，即為所述水電站全特性空間曲面；
[0013] 步驟3根據(jù)水電站各機(jī)組的振動區(qū)，運(yùn)用組合理論，推求水電站的組合振動區(qū)；
[0014] 步驟4根據(jù)所述步驟2得到的水電站全特性空間曲面和所述步驟3得到的水電 站組合振動區(qū)，運(yùn)用差分進(jìn)化算法求解所述梯級負(fù)荷分配模型，得到最優(yōu)梯級負(fù)荷分配方 案；
[0015] 步驟5將所述最優(yōu)梯級負(fù)荷分配方案下發(fā)至各水電站。
[0016] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下有益效 果：
[0017] (1)本發(fā)明提出一種水電站全特性空間曲面建模方法，將機(jī)組的動力特性轉(zhuǎn)換為 整個水電站的動力特性，進(jìn)而W水電站作為梯級負(fù)荷分配模型的基本計算單元，解決了傳 統(tǒng)方法面臨的計算規(guī)模大、求解效率低等難題，既保證了模型的計算精度，又滿足了實際電 力生產(chǎn)對于模型求解的時效性要求；
[0018] (2)本發(fā)明提出一種基于全特性空間曲面建模的梯級負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配方法，能夠?qū)?現(xiàn)梯級總負(fù)荷在各水電站間的合理、經(jīng)濟(jì)分配，為梯級水電站群的實際發(fā)電運(yùn)行提供技術(shù) 支持和決策參考。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明基于全特性空間曲面建模的梯級負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配方法的流程圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明求解梯級負(fù)荷分配模型的流程圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明實施例錦屏一級入庫流量過程示意圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明實施例雅蒼江下游梯級負(fù)荷分配結(jié)果圖；
[0023] 圖5(a)~5(c)為本發(fā)明實施例各水電站實際出力過程和計算出力過程示意圖；
[0024] 圖6 (a)~6 (C)為本發(fā)明實施例各水電站計算水位過程和下泄流量過程示意圖；
[0025] 圖7為本發(fā)明實施例錦屏一級水電站機(jī)組全開時的全特性空間曲面圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0027] 圖1所示為本發(fā)明基于全特性空間曲面建模的梯級負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配方法的流程圖， 包括W下步驟：
[0028] 步驟1建立W梯級總蓄能最大為目標(biāo)的梯級負(fù)荷分配模型，具體包括W下子步 驟：
[0029] (1-1)確定調(diào)度對象。調(diào)度對象為梯級水電站群，且至少包括一個具有調(diào)節(jié)能力的 水電站；
[0030] (1-2)建立梯級負(fù)荷分配模型。由于梯級總蓄能最大準(zhǔn)則考慮了相同耗水量在不 同水頭下的發(fā)電效益不同，通過抬高發(fā)電水頭，降低發(fā)電耗水量W達(dá)到增加梯級總蓄能的 目的，較梯級總耗水量最小準(zhǔn)則更為合理。因此，綜合考慮梯級水電站間的水力、電力聯(lián)系 W及各水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行約束，建立W梯級總蓄能最大為目標(biāo)的梯級負(fù)荷分配模型，其 數(shù)學(xué)描述如下：
[0031]
[003引其中，E表示調(diào)度期內(nèi)的梯級總蓄能；谷馬表示水電站i在t時段的入庫流量； yC/表示水電站i在t時段的出庫流量;Ai表示水電站i的綜合出力系數(shù)；//,'表示水電站 i在t時段的水頭；Ti表示水電站i與上游水電站之間的水流時滯；N表示梯級水電站總 個數(shù)；T表示調(diào)度時段個數(shù)；
[0033] (1-3)確定梯級負(fù)荷分配模型的約束條件集合。上述梯級負(fù)荷分配模型需滿足的 約束條件為W下公式（2)~（7)所示：
[0034] ①水電站水量平衡約束條件：
[00對V;=V;^hQ!:-QF;-S).^ (2)
[003引其中，K'隸示水電站i在t時段的庫容；、5','分別表示水電站i在t時段的 發(fā)電流量和棄水流量；At表示調(diào)度時段長度，通常取1小時或15分鐘；
[0037] ②水電站負(fù)荷平衡約束條件：
[0038]
[003引其中，卻表示水電站i在t時段承擔(dān)的負(fù)荷；貨表示水電站i的機(jī)組j在t 時段的出力；UNi表示水電站i的機(jī)組臺數(shù)；
[0040] ⑨水電站水位/水頭/流量限制約束條件：
[0041]
[0042] 其中，《、巧、空分別表示水電站i在t時段的水位及其上下限；巧、 分別表示水電站i在t時段的水頭及其上下限；^分別表示水電站i 在t時段的下泄流量的上下限；
[0043] ④機(jī)組流量/出力限制約束條件：
[0044]
[004引其中，0片,、^、^分別表示水電站i的機(jī)組j在t時段的發(fā)電流量及其 上下限；馬^、這i分別表示水電站i的機(jī)組j在t時段的出力上下限；PO冷表示水電站i 的機(jī)組j在t時段的振動區(qū)范圍；
[0046] ⑥梯級總負(fù)荷平衡約束條件：
[0047]
[004引其中，Load嗦示t時段的梯級總負(fù)荷；
[0049] ⑧梯級水電站間水量平衡約束條件：
[0050]
[005。其中，表不水電站i在t時段的區(qū)間入流。
[005引步驟2根據(jù)水電站各機(jī)組的動力特性，構(gòu)建水電站全特性空間曲面，得到整個水 電站的動力特性。水電站全特性空間曲面建模具體包括W下子步驟：
[0053] (2-1) W-定步長對水電站的運(yùn)行水頭范圍和出力區(qū)間分別進(jìn)行離散，并確定所 有可能的機(jī)組組合；
[0054] (2-2)選擇某一固定的水頭和機(jī)組組合作為輸入條件，根據(jù)各機(jī)組的饑明（出力~ 凈水頭~發(fā)電流量）曲線和振動區(qū)數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前水頭下各機(jī)組的出力上下限和穩(wěn)定運(yùn)行 區(qū)間，W發(fā)電耗水量最小