CN105243505A - 一种梯级水电站联合发电调度出力控制表编制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于梯级水电站联合发电调度领域，公开了一种梯级水电站群联合发电调度出力控制表编制方法。本发明离散化年内各时段各水电站运行水位，得到各时段梯级水电站群离散运行水位组合，并通过查找各水电站单库调度图，得到所有离散运行组合下梯级各水电站出力和梯级总出力，生成初始梯级水电站联合发电调度出力控制表。建立利用该表计算梯级出力、以梯级多年平均发电量最大为目标的梯级水电站联合发电优化调度模型，求解模型并运用模型优化结果更新梯级水电站联合发电调度出力控制表中各水电站出力值，最终得到优化后的梯级水电站联合发电调度出力控制表。本发明能够简化梯级水电站联合发电优化调度操作，是一种切实可行的方法。

Description

一种梯级水电站联合发电调度出力控制表编制方法

技术领域

本发明属于梯级水电站联合发电调度领域，具体涉及一种梯级水电站联合发电调度出力控制表编制方法。该方法能够为梯级水电站管理者进行梯级联合发电调度提供调度依据。

背景技术

梯级水电站联合发电调度的依据之一是梯级水电站联合发电调度图，包括梯级水位出力调度图和梯级蓄能出力调度图。这两种调度图在制作时，需根据梯级总出力来计算单个水电站出力。对此，目前并没有统一的计算方法。因此，制定统一的、根据梯级总出力确定单个水电站出力的计算方法，对实现梯级水电站联合发电调度图制作的标准化具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上不足，本发明提出了一种梯级水电站联合发电调度出力控制表编制方法。首先将各梯级水电站运行水位在运行范围离散，然后查询水电站单站调度图，获得各水电站在不同运行水位组合下的单站出力及梯级总出力，得到初始梯级水电站联合发电调度出力控制表。以梯级多年平均发电量最大为目标建立梯级水电站联合发电调度模型，根据模型优化结果更新梯级水电站联合发电调度出力控制表中各水电站出力值，最终得到优化后的梯级水电站联合发电调度出力控制表。该表可作为梯级水电站联合发电调度的依据。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

步骤1：对梯级内每个水电站，在年内每个时段，选择该时段内多个离散运行水位h_t，i,1～h_t,i,in，t＝1,2，…,s，i＝1,2，…,m，in＝1,2，…,ig；t代表第t个时段，s代表时段总数，i代表第i个水电站，m表示梯级内水电站数量，in代表第i个水电站的第n个离散运行水位，ig表示第i个水电站的离散运行水位个数。

步骤2：在年内每个时段，从每个水电站可选择的离散运行水位中选取一个，即组成梯级各水电站离散运行水位的一个组合。按此方式，得到各时段梯级各水电站离散运行水位的全部组合。用tj表示第t个时段梯级各水电站离散运行水位第j个组合，tk表示第t个时段梯级各水电站离散运行水位组合总数。

步骤3：在年内每个时段，对该时段梯级各水电站离散运行水位的任意一个组合，查找各水电站的单库调度图，得到该组合下各水电站出力，汇总得到梯级总出力。按此方式，得到各时段梯级各水电站离散运行水位全部组合对应的各水电站出力和梯级总出力，即初始梯级水电站联合发电调度出力控制表。

步骤4：对梯级龙头水库多年历史入库径流，以梯级水电站群多年平均发电量最大为目标，建立梯级水电站联合发电调度优化模型并求解，得到年内各时段各梯级水电站优化运行水位和相应出力。求解过程中，从第一个时段开始，计算该时段梯级水电站群模拟运行水位对应出力时，首先计算此时梯级各水电站模拟运行水位与初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中已有离散运行水位组合间的欧氏距离，找到欧式距离最小的离散运行水位组合。对该组合对应的各水电站出力，设定各电站出力调整范围。调整上限为调度表下一行对应的本电站出力，调整下限为调度表上一行对应的本电站出力。然后，固定其他时段各水电站出力，在各电站出力调整范围内，寻找使梯级水电站群多年平均发电量最大化的各梯级电站出力值，作为该时段梯级水电站运行水位对应出力值。接下来，对其余时段，逐时段重复以上操作。

步骤5：在年内每个时段，当某一梯级水电站优化运行水位处在该水电站某两个离散运行水位值之间时，计算此时梯级各水电站优化运行水位与梯级水电站联合发电调度出力控制表中已有离散运行水位组合间的欧氏距离，找到欧式距离最小的离散运行水位组合。若初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中离散运行水位组合对应梯级总出力小于梯级各水电站优化运行水位对应梯级总出力，则令表中的各水电站出力值和梯级总出力值等于梯级各水电站优化运行水位对应的各水电站出力值和梯级总出力值。

步骤6：重复步骤4和5，直到梯级水电站联合发电调度出力控制表中不再出现离散运行水位组合对应梯级总出力小于梯级各水电站优化运行水位对应梯级总出力的情形。此时，得到优化后的梯级水电站联合发电调度出力控制表。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：本发明通过查询梯级各水电站单库调度图，首先获得初始梯级水电站联合发电调度出力控制表，然后运用梯级联合发电优化调度模型优化结果来更新梯级水电站联合发电调度出力控制表。优化后的梯级水电站联合发电调度出力控制表可以直接根据各水库水位查询得到各电站出力及梯级总出力，运用起来更加简单方便。

附图说明

图1是本发明梯级水电站联合发电调度出力控制表编制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的具体实施步骤如下所示。

步骤1：对梯级内每个水电站，在年内每个时段，选择该时段内多个离散运行水位h_t，i,1～h_t,i,in，t＝1,2，…,s，i＝1,2，…,m，in＝1,2，…,ig；t代表第t个时段，s代表时段总数，i代表第i个水电站，m表示梯级内水电站数量，in代表第i个水电站的第n个离散运行水位，ig表示第i个水电站的离散运行水位个数。

步骤2：在年内每个时段，从每个水电站可选择的离散运行水位中选取一个，即组成梯级各水电站离散运行水位的一个组合。按此方式，得到各时段梯级各水电站离散运行水位的全部组合。用tj表示第t个时段梯级各水电站离散运行水位第j个组合，tk表示第t个时段梯级各水电站离散运行水位组合总数。

步骤3：在年内每个时段，对该时段梯级各水电站离散运行水位的任意一个组合，查找各水电站的单库调度图，得到该组合下各水电站出力，汇总得到梯级总出力。按此方式，得到各时段梯级各水电站离散运行水位全部组合对应的各水电站出力和梯级总出力，即初始梯级水电站联合发电调度出力控制表。如表1所示。表1中，h_i表示第i个水电站水库离散运行水位，N_i表示第i个电站出力，TN表示梯级总出力。表1中h₁、h₂、…、h_m列所列的水位值，逐列按从小到大顺序排列。

表1梯级水电站联合发电调度出力控制表

步骤4：对梯级龙头水库多年历史入库径流，以梯级水电站群多年平均发电量最大为目标，建立梯级水电站联合发电调度优化模型并求解，得到年内各时段各梯级水电站优化运行水位和相应出力。求解过程中，从第一个时段开始，计算该时段梯级水电站群模拟运行水位对应出力时，首先计算此时梯级各水电站模拟运行水位与初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中已有离散运行水位组合间的欧氏距离，找到欧式距离最小的离散运行水位组合。对该组合对应的各水电站出力，设定各电站出力调整范围。调整上限为调度表下一行对应的本电站出力，调整下限为调度表上一行对应的本电站出力。然后，固定其他时段各水电站出力，在各电站出力调整范围内，寻找使梯级水电站群多年平均发电量最大化的各梯级电站出力值，作为该时段梯级水电站运行水位对应出力值。接下来，对其余时段，逐时段重复以上操作。

欧式距离计算公式如下：

$d(h_{fact}-h_{table})=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{(h_{fact,i}-h_{table,i})}^2}---\left(2\right)$

式中，h_fact代表电站模拟运行水位组合，h_table代表调度表中的某个离散运行水位组合，h_fact,i、h_table,i分别为第i个电站模拟运行水位及初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中离散运行水位值。

梯级水电站联合发电调度优化模型目标函数如下：

$obj=\max \underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{A}_i\·Q_{i,t}\·H_{i,t}\·\mathrm{\Δ}t---\left(3\right)$

式中，obj代表梯级总发电量(kW·h)；m代表总水库数量；T代表总的时段数；Ai代表第i个水库的出力系数；Q_i,t代表第i个水库第t个时段的发电流量(m³/s)；H_i,t代表净水头(m)；Δt代表时段间隔。

梯级水电站联合发电调度优化模型约束条件表达式如下：

(1)库容约束、下泄约束和出力约束

$\left\{\begin{array}{c}{V}_i^{min}\≤V_{i,t}\≤V_i^{\max }\\ Q_i^{\min }\≤Q_{i,t}\≤Q_i^{\max }\\ N_i^{\min }\≤N_{i,t}\≤N_i^{max}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，和分别表示库容上下限约束；和分别表示下泄流量上下限约束；和分别表示出力上下限约束。

(2)水头方程和水头约束

$\{\begin{array}{c}{H}_{i,t}=f\left(V_{i,t}\right)-f\left(Q_{i,t},f\left(V_{i+1,t}\right)\right)\\ H_i^{\min }\≤H_{i,t}\≤H_i^{\max }\end{array}---\left(5\right)$

式中，H_i,t代表水头；f(V_i,t)代表上游水库水位，表示为库容的非线性函数；f(Q_i,t,f(V_i+1,t))代表尾水位，表示为下泄流量和下游水库水位的函数；和分别表示水头上下限。

(3)流量平衡方程：

V_i,t+1＝V_i,t+[I_i,t-Q_i,t+Q_i-1,t]Δt(6)

式中，V_i,t代表库容；I_i,t代表区间入流；Q_i,t代表下泄流量；Q_k,t代表上游水库下泄流量。

(4)保证率约束:

pf_i≥PF_i(7)

式中，pf_i、PF_i分别表示第i个水库的实际保证率和设计保证率。步骤5：在年内每个时段，当某一梯级水电站优化运行水位处在该水电站某两个离散运行水位值之间时，计算此时梯级各水电站优化运行水位与初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中已有离散运行水位组合间的欧氏距离，找到欧式距离最小的离散运行水位组合。若梯级水电站联合发电调度出力控制表中离散运行水位组合对应梯级总出力小于梯级各水电站优化运行水位对应梯级总出力，则令表中的各水电站出力值和梯级总出力值等于梯级各水电站优化运行水位对应的各水电站出力值和梯级总出力值。

步骤6：重复步骤4和5，直到梯级水电站联合发电调度出力控制表中不再出现离散运行水位组合对应梯级总出力小于梯级各水电站优化运行水位对应梯级总出力的情形。此时，得到优化后的梯级水电站联合发电调度出力控制表。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种梯级水库联合发电调度出力控制表编制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对梯级内每个水电站，在年内每个时段，离散化该时段运行水位；

步骤2：在年内每个时段，从每个水电站可选择的离散运行水位中各选取一个，组成梯级各水电站离散运行水位的一个组合；按此方式得到各时段梯级各水电站离散运行水位的全部组合；

步骤3：在年内每个时段，对每个梯级各水电站离散运行水位组合，通过查找各水电站的单库调度图，得到该组合下各水电站出力，汇总得到梯级总出力；按此方式，得到各时段梯级各水电站离散运行水位全部组合对应的各水电站出力和梯级总出力，即初始梯级水电站联合发电调度出力控制表；

步骤4：利用梯级水库多年历史入库径流资料，建立梯级水电站联合发电调度优化模型；该模型在初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中查找与梯级水电站群模拟运行水位组合欧氏距离最近的已有离散运行水位组合，通过调整已有离散运行水位组合对应梯级出力来最大化梯级水电站群多年平均发电量，求得年内各时段各梯级水电站的优化运行水位和相应出力；

步骤5：在年内每个时段，当某一梯级水电站的优化运行水位处在该水电站某两个离散运行水位值之间时，计算此时梯级各水电站优化运行水位与初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中已有离散运行水位组合间的欧氏距离，找到欧式距离最小的离散运行水位组合；若欧式距离最小的离散运行水位组合对应梯级总出力小于梯级各水电站优化运行水位对应梯级总出力，则令初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中的各水电站出力值等于梯级各水电站优化运行水位对应的各水电站出力值，并令初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中的梯级总出力值等于梯级各水电站优化运行水位对应的梯级总出力值；

步骤6：重复步骤4和5，直到不再出现离散运行水位组合对应梯级总出力小于梯级各水电站优化运行水位对应梯级总出力的情形；此时得到优化后的梯级水电站联合发电调度出力控制表。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中通过调整已有离散运行水位组合对应梯级出力来最大化梯级水电站群多年平均发电量，求得年内各时段各梯级水电站的优化运行水位和相应出力，具体为：

求解过程中，从第一个时段开始，计算该时段梯级水电站群模拟运行水位对应出力时，首先计算此时梯级各水电站模拟运行水位与初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中已有离散运行水位组合间的欧氏距离，找到欧式距离最小的离散运行水位组合；对该组合对应的各水电站出力，设定各电站出力调整范围；然后固定其他时段各水电站出力，在各电站出力调整范围内，寻找使梯级水电站群多年平均发电量最大化的各梯级电站出力值，作为该时段梯级水电站运行水位对应出力值；接下来，对其余时段逐时段重复以上操作。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述欧式距离计算公式如下：

$d(h_{fact}-h_{table})=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{(h_{fact,i}-h_{table,i})}^2}$

式中，h_fact代表电站模拟运行水位组合，h_table代表调度表中的某个离散运行水位组合，h_fact,i、h_table,i分别为第i个电站模拟运行水位及初始梯级水电站联合发电调度出力控制表中离散运行水位值。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，梯级水电站联合发电调度优化模型目标函数如下：

$obj=max\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{A}_i\·Q_{i,t}\·H_{i,t}\·\mathrm{\Δ}t$

式中，obj代表梯级总发电量(kW·h)；m代表总水库数量；T代表总的时段数；A_i代表第i个水库的出力系数；Q_i,t代表第i个水库第t个时段的发电流量(m³/s)；H_i,t代表净水头(m)；Δt代表时段间隔；

梯级水电站联合发电调度优化模型约束条件表达式如下：

(1)库容约束、下泄约束和出力约束

$\left\{\begin{array}{c}{V_i}^{\min }\≤V_{i,t}\≤{V_i}^{max}\\ Q_i^{\min }\≤Q_{i,t}\≤Q_i^{\max }\\ N_i^{min}\≤N_{i,t}\≤N_i^{max}\end{array}\right.$

式中，和分别表示库容上下限约束；和分别表示下泄流量上下限约束；和分别表示出力上下限约束；

(2)水头方程和水头约束

$\left\{\begin{array}{c}{H}_{i,t}=f\left(V_{i,t}\right)-f(Q_{i,t},f(V_{i+1,t}\left)\right)\\ H_i^{\min }\≤H_{i,t}\≤H_i^{\max }\end{array}\right.$

式中，H_i,t代表水头；f(V_i,t)代表上游水库水位，表示为库容的非线性函数；f(Q_i,t,f(V_i+1,t))代表尾水位，表示为下泄流量和下游水库水位的函数；和分别表示水头上下限；

(3)流量平衡方程：

V_i,t+1＝V_i,t+[I_i,t-Q_i,t+Q_i-1,t]Δt

式中，V_i,t代表库容；I_i,t代表区间入流；Q_i,t代表下泄流量；Q_k,t代表上游水库下泄流量；

(4)保证率约束:

pf_i≥PF_i

式中，pf_i、PF_i分别表示第i个水库的实际保证率和设计保证率。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初始梯级水电站联合发电调度出力控制表为：

其中，h_i表示第i个水电站水库离散运行水位，N_i表示第i个电站出力，TN表示梯级总出力；表中h₁、h₂、…、h_m列所列的水位值，逐列按从小到大顺序排列。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调整范围为：调整上限为调度表下一行对应的本电站出力，调整下限为调度表上一行对应的本电站出力。