一種考慮不規(guī)則限制運(yùn)行區(qū)的水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度運(yùn)行領(lǐng)域，特別涉及一種考慮不規(guī)則限制運(yùn)行區(qū)的水 電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。 技術(shù)背景
[0002] 水電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，在電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中起到了關(guān)鍵作 用，其中，水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度扮演了不可或缺的角色，據(jù)國(guó)內(nèi)外資料表明，水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng) 濟(jì)調(diào)度效益可高達(dá)0.5%~3%。隨著我國(guó)電力市場(chǎng)改革步伐的加快，水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度 在水電站參與競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中的重要性日益凸顯，受到越來(lái)越多的重視。水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度 包括時(shí)間最優(yōu)化和空間最優(yōu)化，基本任務(wù)是研究水電站在總負(fù)荷給定的條件下其廠(chǎng)內(nèi)工作 機(jī)組最優(yōu)臺(tái)數(shù)、組合及啟停次序，以及機(jī)組間負(fù)荷的最優(yōu)分配，以期獲得盡可能大的經(jīng)濟(jì)效 益。相對(duì)空間最優(yōu)化，時(shí)間最優(yōu)化是全局的最優(yōu)化，更貼近水電站運(yùn)行實(shí)際，成為國(guó)內(nèi)外學(xué) 者研究的重點(diǎn)。近些年，我國(guó)西南地區(qū)大規(guī)模投產(chǎn)高水頭、大容量巨型機(jī)組，其多個(gè)不規(guī)則 限制運(yùn)行區(qū)給水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。因此，如何在時(shí)間最優(yōu)化中，實(shí)現(xiàn)隨 水頭動(dòng)態(tài)變化機(jī)組動(dòng)力特性及多個(gè)不規(guī)則限制運(yùn)行區(qū)約束合理建模及求解，使機(jī)組出力可 靠、快速躲避限制運(yùn)行區(qū)，對(duì)實(shí)現(xiàn)水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度具有重要而深遠(yuǎn)的意義。
[0003] 本發(fā)明成果前瞻電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果和文獻(xiàn)報(bào)道大多針對(duì)矩形 限制運(yùn)行區(qū)的優(yōu)化調(diào)度，尚未見(jiàn)考慮不規(guī)則機(jī)組限制運(yùn)行區(qū)的水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。 本成果為我國(guó)巨型水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度提供了重要借鑒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種考慮不規(guī)則限制運(yùn)行區(qū)的水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì) 調(diào)度方法，可充分考慮水庫(kù)和機(jī)組復(fù)雜約束，實(shí)時(shí)分配各機(jī)組負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)電站發(fā)電用水最 小，并可靠、快速躲避機(jī)組限制運(yùn)行區(qū)，保證水電站全廠(chǎng)最優(yōu)運(yùn)行方式。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：本發(fā)明揭示了一種考慮不規(guī)則限制運(yùn)行區(qū)的水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng) 濟(jì)調(diào)度方法，按照下述步驟（1)-(9)實(shí)現(xiàn)各機(jī)組調(diào)度計(jì)劃生成過(guò)程：
[0006] (1)利用水電站內(nèi)各機(jī)組動(dòng)力特性，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，對(duì)水電站可能承擔(dān)的任何 負(fù)荷，確定工作機(jī)組的最優(yōu)臺(tái)數(shù)、組合及啟停次序，以及機(jī)組間負(fù)荷的最優(yōu)分配，生成水電 站全廠(chǎng)最優(yōu)動(dòng)力特性，其描述了水電站出力、發(fā)電流量和發(fā)電水頭三者之間的關(guān)系；
[0007] (2)根據(jù)電站入庫(kù)流量和給定負(fù)荷和全廠(chǎng)最優(yōu)動(dòng)力特性，利用"以電定水"原則估 計(jì)發(fā)電水頭變化區(qū)間[H_，H_]，H_、Hniax分別為最小發(fā)電水頭和最大發(fā)電水頭；
[0008] (3)根據(jù)精度要求將發(fā)電水頭變化區(qū)間[H_，HniaJ離散成N段，即H_= H。< H 1 <...< Hn= Hniax，其中，η取值范圍1到N，Hn表示第η個(gè)水頭離散區(qū)間分界點(diǎn)；
[0009] (4)分段線(xiàn)性化水位-庫(kù)容關(guān)系和尾水位-泄量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電水頭的線(xiàn)性 化；
[0010] (5)引入0-1整數(shù)變量指示水頭離散區(qū)間，實(shí)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電水頭的離散化線(xiàn)性；
[0011] (6)選定水頭離散區(qū)間內(nèi)的代表水頭，分段線(xiàn)性化表達(dá)該水頭下的機(jī)組動(dòng)力特性， 實(shí)現(xiàn)隨水頭變化機(jī)組動(dòng)力特性的線(xiàn)性建模；
[0012] (7)預(yù)處理機(jī)組限制運(yùn)行區(qū)，生成矩形機(jī)組可運(yùn)行區(qū)；
[0013] (8)實(shí)現(xiàn)機(jī)組可運(yùn)行區(qū)與水頭線(xiàn)性建模；
[0014] (9)采用分枝定界方法求解，生成水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。
[0015] 本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下有益效果：本發(fā)明一種考慮不規(guī)則限制運(yùn)行區(qū)的水 電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，前瞻電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展，將調(diào)度期內(nèi)水頭可變區(qū)間離散成多個(gè)連續(xù)子 區(qū)間，引入水頭子區(qū)間指示變量加以代替，實(shí)現(xiàn)水頭動(dòng)態(tài)變化。在此基礎(chǔ)上，選定每個(gè)水頭 子區(qū)間內(nèi)的代表水頭，確定機(jī)組動(dòng)力特性，實(shí)現(xiàn)機(jī)組動(dòng)力特性隨水頭變化。同時(shí)，對(duì)于每個(gè) 水頭子區(qū)間，預(yù)處理機(jī)組限制運(yùn)行區(qū)，生成矩形機(jī)組可運(yùn)行區(qū)，引入可運(yùn)行區(qū)指示變量予以 標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組可運(yùn)行區(qū)隨水頭變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)組限制運(yùn)行區(qū)隨水頭動(dòng)態(tài)變化。對(duì)于水 位-庫(kù)容、尾水位-泄量非線(xiàn)性關(guān)系，采用分段線(xiàn)性方法予以描述。利用水電站內(nèi)各機(jī)組動(dòng) 力特性，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，對(duì)水電站可能承擔(dān)的任何負(fù)荷，確定工作機(jī)組的最優(yōu)臺(tái)數(shù)、組 合及啟停次序，以及機(jī)組間負(fù)荷的最優(yōu)分配，生成水電站全廠(chǎng)最優(yōu)動(dòng)力特性，初估機(jī)組發(fā)電 水頭，定位機(jī)組動(dòng)力特性及限制運(yùn)行區(qū)，再以分枝定界方法求解。對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可 同時(shí)考慮隨水頭變化機(jī)組動(dòng)力特性和不規(guī)則限制運(yùn)行區(qū)，在保證電網(wǎng)負(fù)荷實(shí)時(shí)平衡要求的 前提下，滿(mǎn)足水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的安全性、時(shí)效性、經(jīng)濟(jì)性的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是機(jī)組動(dòng)力特性線(xiàn)性化示意圖。
[0017] 圖2是限制運(yùn)行區(qū)預(yù)處理示意圖。
[0018] 圖3是廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度總體求解示意圖。
[0019] 圖4(a)是機(jī)組#1出力過(guò)程。
[0020] 圖4 (b)是機(jī)組#3出力過(guò)程
[0021] 圖4 (c)是機(jī)組#4出力過(guò)程
[0022] 圖4 (d)是機(jī)組#5出力過(guò)程
[0023] 圖5是電站發(fā)電水頭變化。
[0024] 圖6 (a)是機(jī)組#2出力過(guò)程（矩形機(jī)組限制運(yùn)行區(qū)）。
[0025] 圖6 (b)是機(jī)組#2出力過(guò)程（不規(guī)則機(jī)組限制運(yùn)行區(qū)）。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0027] 水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是保證電力系統(tǒng)運(yùn)行效益和水資源綜合利用效益的有效手 段。大多的水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度未涉及或只涉及矩形限制運(yùn)行區(qū)，算法中未考慮隨水頭變 化不規(guī)則限制運(yùn)行區(qū)。本發(fā)明揭示一種考慮不規(guī)則限制運(yùn)行區(qū)的水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方 法，將調(diào)度期內(nèi)水頭可變區(qū)間離散成多個(gè)連續(xù)子區(qū)間，引入水頭子區(qū)間指示變量加以代替， 實(shí)現(xiàn)水頭動(dòng)態(tài)變化。在此基礎(chǔ)上，選定每個(gè)水頭子區(qū)間內(nèi)的代表水頭，確定機(jī)組動(dòng)力特性， 實(shí)現(xiàn)機(jī)組動(dòng)力特性隨水頭變化。同時(shí)，對(duì)于每個(gè)水頭子區(qū)間，預(yù)處理機(jī)組限制運(yùn)行區(qū)，生成 矩形機(jī)組可運(yùn)行區(qū)，引入可運(yùn)行區(qū)指示變量予以標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組可運(yùn)行區(qū)隨水頭變化，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)機(jī)組限制運(yùn)行區(qū)隨水頭動(dòng)態(tài)變化。
[0028] 本發(fā)明的水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法以水電站調(diào)度期內(nèi)總耗水最小為目標(biāo)，其目標(biāo) 函數(shù)為：
[0033] 式中：uA電站在t時(shí)段的總出庫(kù)流量，m3/s ;T為時(shí)段總數(shù)；Δ t為時(shí)段步長(zhǎng)，h ; qPowertS電站在t時(shí)段的總發(fā)電流量，m3/s ;ct為各機(jī)組在t時(shí)段的開(kāi)停機(jī)耗水流量之和， m3/s ;^為電站在t時(shí)段的棄水流量，m3/s ;qlit為機(jī)組i在t時(shí)段的發(fā)電流量，m3/s ;1為電 站內(nèi)機(jī)組總數(shù)；SUp SD1分別為機(jī)組i開(kāi)、停機(jī)耗水流量，m3/s ;ylit、S^分別為機(jī)組i的開(kāi)、 停機(jī)操作變量，0-1整數(shù)，Yli t= 1表示機(jī)組i在t時(shí)段開(kāi)機(jī)，否則y lit= 0,對(duì)于I同理。
[0034] 本發(fā)明中，涉及水庫(kù)及機(jī)組約束，約束條件表達(dá)式如下：
[0035] (a)水量平衡約束
[0037] 式中：^為水庫(kù)在t時(shí)段末的庫(kù)容，m3;In ,為水庫(kù)在t時(shí)段的入庫(kù)流量，m3/s。
[0038] (b)庫(kù)容限制約束
[0039] V<vt<V Vt
[0040] 式中：Y、浐分別為庫(kù)容上、下限，m3。
[0041] (c)出庫(kù)流量約束
[0042] < w, < U V7
[0043] 式中：H、反分別為出庫(kù)流量的上、下限，m3/s。
[0044] (d)棄水流量約束
[0045] 0 < .V, < 5 Vi
[0046] 式中：，5為棄水流量上限，m3/s。
[0047] (e)負(fù)荷平衡約束
[0048] .Eai =? ^
[0049] 式中：Plit為機(jī)組i在t時(shí)段的出力，麗;D ,為電站在t時(shí)段的給定負(fù)荷需求，麗。
[0050] (f)出力限制約束
[0051] Q < Pij ^gitXPi \fiyt
[0052]
[0053] 式中：寫(xiě)為機(jī)組i的出力上限，麗；glit為機(jī)組i在t時(shí)段運(yùn)行狀態(tài)變量，0-1整數(shù)， giit= 1表示機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)，否則，g i,t= 0。
[0054] (g)發(fā)電流量限制約束
[0055] 0<qu<giJxQ V/, Vi
[0056] 式中：g為機(jī)組i發(fā)電流量上限，m3/s。
[0057] (h)初始庫(kù)容約束
[0058] Vbeg= V beg
[0059] 式中：Vteg為水庫(kù)起始庫(kù)容變量，m 3;V 為起始庫(kù)容控制值，m 3。
[0060] (i)機(jī)組狀態(tài)轉(zhuǎn)移約束
[0061] Vr, V/
[0062] Vi j + V,-r < I Viyt
[0063] V/,Vi
[0064] (j)機(jī)組最小開(kāi)停機(jī)時(shí)間約束 ?^ΤΑ,：-·1 _
[0065] }),,+ Σ v?'Vi ?^ΤΒ-i
[0066] J',,+ Σ ^vt
[0067] 式中：TAp TBAIlJ為機(jī)組i最小開(kāi)、停機(jī)時(shí)間，h。
[0068] (k)機(jī)組開(kāi)機(jī)次數(shù)限制約束
[0069] Σ.ν<.? V/_ ?0Τ
[0070] 式中：I為機(jī)組i在調(diào)度期內(nèi)的開(kāi)機(jī)次數(shù)上限。
[0071] (1)水位庫(kù)容關(guān)系
[0072] Vl=Z^iqft) Vr
[0073] 式中：fvz( ·)為水位庫(kù)容關(guān)系函數(shù)；ZftS水庫(kù)在t時(shí)段的壩前水位，m。
[0074] (m)尾水位泄量關(guān)系
[0075]
[0076] 式中：fzu( ·)為尾水位泄量關(guān)系函數(shù)；Zd^水庫(kù)在t時(shí)段的尾水位，m。
[0077] (η)機(jī)組動(dòng)力特性
[0078] Pu =fPqMjJh,t)
[0079] 式中：fpqh( ·)為機(jī)組i動(dòng)力特性關(guān)系函數(shù)；hlit為機(jī)組i在t時(shí)段的發(fā)電水頭，m。
[0080] (ο)限制運(yùn)行區(qū)約束
[0081] (P,, -P° )(Pi,-p° )>〇 V/,V/,Vo r，（ ^ -·?.(
[0082] 式中：分別為機(jī)組i在t時(shí)段第ο個(gè)限制運(yùn)行區(qū)的上、下限，麗。
[0083] 本發(fā)明的水電站廠(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法采用常規(guī)分段線(xiàn)性方法，將水位庫(kù)容非線(xiàn)性關(guān) 系、尾水位泄量非線(xiàn)性關(guān)系轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水頭的線(xiàn)性化。
[0084] 采用分段離散的方式，將水頭可變區(qū)間離散成N個(gè)連續(xù)子區(qū)間，引入水頭子區(qū)間 指示變量鎖定水頭子區(qū)間，實(shí)現(xiàn)水頭動(dòng)態(tài)變化。計(jì)算公式如下：
[0088] 式中：[Hn i，Hn)表示第η個(gè)水頭離散區(qū)間，Hn i，Hn分別表示水頭離散分界點(diǎn)，m ; C 為水頭離散區(qū)間指示變量