CN104299054A - 一种引入水电机组振动区的发电计划优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统调度自动化技术领域，涉及一种考虑水电机组振动区的发电计划优化方法。以日前和实时发电计划编制输入输出数据为基础，包括系统负荷、新能源预测、检修计划、断面限额、机组停机信息、机组参考计划和机组对监视元件灵敏度信息，综合考虑各类约束，包括系统平衡约束、机组运行约束、网络安全约束和机组群约束等，在此常规优化模型基础上，维护水电机组振动区出力区间数据，引入水电机组振动区约束，形成考虑水电机组振动区约束的数学模型。此优化模型编制出更加可靠有效的实用化程度更高的机组出力计划，提升机组计划执行率，减轻AGC调频机组和AGC自主控制机组的调节压力，提高日前计划及实时计划和AGC的闭环水平，满足日益精益化的大电网安全运行需求。

Description

一种引入水电机组振动区的发电计划优化方法

技术领域

本发明属于电力系统调度自动化技术领域，涉及一种考虑引入水电机组振动区的发电计划优化方法。

背景技术

当前，伴随智能电网建设在国内普遍推行，根据次日用电需求预测，考虑系统平衡约束、机组运行约束、电网运行约束、网络安全约束等各种约束条件，优化编制次日96点机组组合计划和出力计划的日前发电计划功能实用化程度已全面提高。

在日前计划实际执行过程中，由于日前系统负荷预测和日前新能源预测与实际存在较大偏差，导致日前出力计划大幅度调整，给AGC(AutomaticGeneration Control，自动发电量控制)机组调节带来巨大压力，同时也降低了电网安全指标。为解决此问题，实时发电计划编制提上日程，实时发电计划编制功能根据最新的电网运行方式变化、机组运行状态变化、超短期负荷需求预测、超短期新能源预测、实时断面限额和受电计划，参照日前发电计划，编制未来多个时段的机组发电计划。实时调度计划与日前计划相同，支持节能调度、电力市场、三公调度3种调度模式。实时计划时段间隔为5分钟(或15分钟)，计划编制的时间范围为未来1至数小时。在日前计划机组组合状态已定的基础上，实时计划能够周期滚动修正机组日前出力计划，但不对机组组合状态进行调整，即只包括机组经济调度功能，不包括机组组合功能，在计划编制中考虑输电断面安全约束、指定输电元件安全约束。

实时计划编制基础数据准确度高，超短期预测数据与实际数据偏差很小，出力计划执行率大幅度提高，为AGC减轻压力的同时，更能准确评估未来1至数小时电网运行的安全性。然而，日前计划及实时发电计划和AGC闭环后，日前计划与实时计划编制结果的好坏通过AGC得到更加直观的体现。比如水电机组振动区问题，水轮机在实际运行情况下会出现震动，水轮机组震动的主要原因是水流诱发转轮叶片震动、水流的斡旋震动、尾水管中水流的涡带、气蚀现象、引水管和转轮的水力不平衡等。一般情况下在偏离设计工况下运行，特别是在低水头下运行时，都存在着振动区。如果水轮机震动严重就会影响水轮发电机的安全运行，所以水电机组的调度安排中必须考虑水轮机的震动，避免在振动区内工作。但由于日前计划和实时计划编制不考虑水电机组振动区，因此，如果日前计划和实时计划编制机组出力计划落入振动区出力区间内时，则AGC不予下达调节指令，导致日前和实时计划编制的机组出力不被执行。

假设实时计划编制结果中出现大量水电机组出力计划落入振动区，则AGC中跟踪日前和实时计划结果出力的机组出力计划不予执行，就会出现大块功率偏差，为保证系统频率，满足发用电平衡，此部分偏差量由系统调频机组和AGC自主控制的机组承担，这就给系统调频机组和AGC自主控制的机组带来很大的调整压力。为使得日前计划及实时计划编制和AGC更好的配合，提高日前计划和实时计划编制结果出力的执行水平，日前计划和实时计划编制优化模型有必要需要引入水电机组振动区约束的发电计划优化方法，为AGC提供实用化程度更高的出力计划，提高日前计划及实时计划编制和AGC的闭环水平。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种通过引入水电机组振动区约束的数学模型，编制更加可靠有效的实用化程度更高的引入水电机组振动区的发电计划优化方法，提升机组计划执行率，减轻AGC调频机组和AGC自主控制机组的调节压力，提高日前计划及实时计划和AGC的闭环水平，满足日益精益化的大电网安全运行需求。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本方法包括以下步骤：

(1)提供数据维护工具，根据各水电机组不同的物理特性维护机组振动区出力区间；

(2)获取最新电网物理模型和实时方式数据，启动灵敏度计算得到监视元件对机组灵敏度信息；

(3)读取系统负荷预测、新能源预测、检修计划、断面限额、机组停机信息、联络线计划、机组可调出力、机组经济参数信息、机组参考计划、所述步骤(1)维护的机组振动区出力区间及所属步骤(2)计算的灵敏度结果信息的数据；

根据所述步骤(3)所有输入数据，在现有常规SCUC(security constrained unit commitment，安全约束机组组合)优化模型和SCED(security constrained economic dispatch，安全约束经济调度)优化模型的基础上，引入机组振动区约束，形成考虑机组振动区的优化模型；

对于水电机组来说，机组出力不能持续在振动区出力区间内运行，也就是说，机组必须运行在振动区之外的出力区间。由于一个机组可能存在多段振动区出力区间，因此，振动区出力区间把机组出力范围划分为若干离散的出力区间，可以把机组出力区间和离散出力区间的关系表述如下：

$p_{i,t}\≥\underset{n\∈N_i}{\mathrm{\Σ}}\left(s_{i,n}^d{s}_{i,t,n}^f\right)$

$p_{i,t}\≤\underset{n\∈N_i}{\mathrm{\Σ}}\left(s_{i,n}^u{s}_{i,t,n}^f\right)$

其中：为机组i第n段出力区间上限，为机组i第n段出力区间下限，为0/1变量，机组i在时刻t出力运行在第n段出力区间的标志；N_i为机组i离散出力区间集合；p_i,t为机组i时刻t的出力。

上面两个约束表明机组出力落入离散出力区间叠加形成的出力区间，但由于机组出力只能落入其中一个出力区间，故需引入唯一性约束：

$\underset{n\∈N_i}{\mathrm{\Σ}}{s}_{i,t,n}^f\≤1$

上式保证了机组出力必然落入某个离散出力区间，当出力区间标志的总加为零时，代表机组停机。

(4)启动优化计算，求解考虑机组振动区的发电计划优化模型(，输出结果信息；

本发明是基于电网的物理模型参数，经济模型参数，网络拓扑数据，负荷预测数据，风功率预测数据，机组固定启停数据，机组振动区数据等，在常规优化模型的基础上，引入水电机组振动区约束，编制出更加可靠有效的实用化水平更高的机组出力计划，提升日前和实时计划编制的机组计划执行率，减轻AGC调频机组和AGC自主控制机组的调节压力，保证电网安全运行。

本发明的方法具有以下优点：

(1)水电机组振动区约束，实现编制机组出力计划的同时考虑水电机组不能运行在振动区的实用化要求，避免机组出力计划位于振动区出力区间。

(2)提高日前和实时计划编制结果的可靠性，为AGC提供更加实用化的机组出力计划，提升了日前和实时计划与AGC的闭环运行水平，其具有计算强度低、适应性强的特点，适合在我国各种级别的调度机构推广应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明引入水电机组振动区的发电计划优化方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1，本实施例提出了一种提高机组计划实用化水平的有效方法，主要解决如下问题：水轮机在实际运行情况下会出现震动，水轮机组震动的主要原因是水流诱发转轮叶片震动、水流的斡旋震动、尾水管中水流的涡带、气蚀现象、引水管和转轮的水力不平衡等。一般情况下在偏离设计工况下运行，特别是在低水头下运行时，都存在着振动区。如果水轮机震动严重就会影响水轮发电机的安全运行，所以水电机组的调度安排中必须考虑水轮机的震动，避免在振动区内工作。

因此，AGC下发指令时，会根据水电机组出力是否位于振动区，决定是否下达机组计划调整指令。如果实时计划编制结果中大量水电机组计划位于振动区，则AGC不予下达指令，导致发用电功率偏额，为保证系统频率，满足发用电平衡，系统调频机组和AGC自主控制机组负责承担此部分偏额。为减轻系统调频机组和AGC自主控制机组的压力，实时计划优化模型引入水电机组振动区约束，保证编制出的水电机组计划切实可行，实现日前及实时计划和AGC的密切配合。

本发明是考虑水电机组振动区的发电计划优化方法，下面是本发明的具体实施方式，包括：

(1)提供数据维护工具，根据各机组不同的物理属性维护和修改水电机组振动区出力区间信息。

(2)获取最新电网物理模型和实时方式数据，启动灵敏度计算得到监视元件对机组灵敏度信息；

(3)读取系统负荷预测、新能源预测、检修计划、断面限额、机组停机信息、联络线计划、机组可调出力、机组经济参数信息、机组参考计划、所述步骤(1)维护的水电机组振动区出力区间及所属步骤(2)计算的灵敏度结果信息等数据。

(4)根据所述步骤(3)所有输入数据，在常规SCUC和SCED优化模型的基础上，引入水电机组振动区约束，形成考虑水电机组振动区的优化模型。

(5)启动优化计算，输出结果信息。

实际应用效果

本实施例在某些区域电网和省级电网得到应用，应用效果符合预期。实际应用表明，本发明能够结合机组实际运行特性，编制更加可靠有效的实用化程度更高的机组出力计划，提升机组计划执行率，减轻AGC调频机组和AGC自主控制机组的调节压力，提高日前计划及实时计划和AGC的闭环水平，满足日益精益化的大电网安全运行需求。

本方法在常规优化模型基础上，综合考虑各类电网运行约束，同时引入水电机组振动区约束，从某种意义上讲，是对常规模型机组计划的一次修正，使得修正后的机组出力计划更可靠，更有效，更符合实际运行的要求，有助于提高日前计划和实时发电调度的智能化水平和决策能力。同时，该建模方法具有计算强度低、适应性强的特点，更加适合在我国各种规模的调度机构推广应用。

此处根据特定的示例性实施案例描述了本发明。对本领域的技术人员来说不脱离本发明范围下进行适当的替换或修改是显而易见的。示例性的实施案例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附属的权利要求定义。

本发明是在现有优化模型进行基础上，引入水电机组振动区约束，提高优化编制机组计划的可靠性和实用化水平，为AGC调频机组和AGC自主控制机组减轻压力，同时提升了系统的AGC调节备用裕度，保证电网安全稳定运行。

此优化模型编制出更加可靠有效的实用化程度更高的机组出力计划，提升机组计划执行率，减轻AGC调频机组和AGC自主控制机组的调节压力，提高日前计划及实时计划和AGC的闭环水平，满足日益精益化的大电网安全运行需求。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种引入水电机组振动区的发电计划优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供数据维护工具，根据各水电机组不同的物理特性维护机组振动区出力区间；

(2)获取最新电网物理模型和实时方式数据，启动灵敏度计算得到监视元件对机组灵敏度信息；

(3)读取系统负荷预测、新能源预测、检修计划、断面限额、机组停机信息、联络线计划、机组可调出力、机组经济参数信息、机组参考计划、所述步骤(1)维护的机组振动区出力区间及所属步骤(2)计算的灵敏度结果信息等数据；

(4)根据所述步骤(3)所有输入数据，在现有常规SCUC和SCED优化模型的基础上，引入机组振动区约束，形成引入机组振动区的优化模型；

(5)启动优化计算，输出结果信息；通过求解机组振动区的发电计划优化模型进行优化计算，输出优化计算结果。

2.根据权利要求1所述的引入水电机组振动区的发电计划优化方法，其特征在于，所述步骤(4)中，引入机组振动区约束的建模方法为：

振动区出力区间将机组出力范围划分为若干离散的出力区间，该机组出力区间和离散出力区间的关系表述如下：

$p_{i,t}\≥\underset{n\∈N_i}{\mathrm{\Σ}}\left(s_{i,n}^d{s}_{i,t,n}^f\right)$

$p_{i,t}\≤\underset{n\∈N_i}{\mathrm{\Σ}}\left(s_{i,n}^u{s}_{i,t,n}^f\right),$ 且 $\underset{n\∈N_i}{\mathrm{\Σ}}{s}_{i,t,n}^f\≤1$

其中：为机组i第n段出力区间上限，为机组i第n段出力区间下限，为0/1变量，机组i在时刻t出力运行在第n段出力区间的标志；N_i为机组i离散出力区间集合，p_i,t为机组i时刻t的出力；

上式保证了机组出力必然落入某个离散出力区间，当出力区间标志的总加为零时，代表机组停机。