CN106327022B - 一种稳定梯级水电站发电流量波动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种稳定梯级水电站发电流量波动的方法。本发明的稳定梯级水电站发电流量波动的方法通过在调峰水电站和反调节水电站获取预测入库流量、日负荷预测曲线、约束目标以及峰荷比；在满足各水电站运行约束、水位变幅约束、流量波动约束下，实现调峰效益最大化；应用滑动平均滤波方法平抑调峰出力流量脉动，进而稳流下泄余波消纳。实时调度层应用一阶低通滤波算法平滑备用出力流量波动，慢变分量经。反调节水库下泄释放，快变分量被消纳；实时跟踪并修正日前计划偏差。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体而言，涉及一种稳定梯级水电站发电流量波动的方法。
背景技术
我国近几年用电市场疲软，年用电量增长趋缓，但峰谷差却逐年拉大，且随着大规模风电的接入，电网调峰资源愈发紧缺，充分发挥大规模流域梯级水电优良调节性能，缓解电网调峰与环境压力，是我国水电大范围优化配置的核心问题。水电站执行电网调峰、调频等任务时，发电流量急涨急落，容易引起下游河道断面流量和水位的波动，影响引水灌溉、航运和生态环境。为平稳或消除水电站调峰不稳定流，往往在水电站下游兴建反调节水库。我国已建成的反调节水库有西霞院水库、葛洲坝水库、高坝州水库等。研究大型梯级水电站调蓄能力和反调节水库稳流功能互补，并联合参与电网功率脉动补偿调节，对加强电网安全、支撑促进新能源发展具有重要意义。现有技术以梯级水电作为整体参与系统调峰，对梯级水电站间的耦合约束、调度协调并不完善。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种稳定梯级水电站发电流量波动的方法，以改善现有技术对梯级水电站间的耦合约束、调度协调不完善的问题。
本发明实施例提供的一种稳定梯级水电站发电流量波动的方法，梯级水电站包括调峰水电站和反调节水电站，所述方法包括：
获取调峰水电站的预测入库流量、日负荷预测曲线、约束目标以及峰荷比；
计算调峰水电站的出力和下泄流量；
依据所述调峰水电站的出力和下泄流量，计算反调节水电站的下泄流量；
依据所述调峰水电站的下泄流量和所述反调节水电站的下泄流量，得到所述梯级水电站的发电流量。
优选的，还包括建立调峰水电站的出力的第一约束条件，为其中，和分别为时段t内上游水电站出力最小值和最大值。
优选的，还包括建立调峰水电站的出力的第二约束条件，为
其中，分别为所述反调节水库的起调水位、最小水位和最大水位，P'd，t为时段t之前的反调节水库预期平均出力，为反调节库水位与库容关联系数，△t为单位时段尺度。
优选的，所述反调节水电站的预期下泄流量为
其中，TW为滑动平均滤波时间常数。
优选的，所述调峰水电站的水库库容与流量耦合关系为
其中，Vi,t+1、Vi,t分别为水电站i在t+1和t时段末的决策库容，△t为单位时段尺度，Ii,t分别为水电站i在时段t内的区间内所述调峰水电站的来水量、决策弃水流量以及天然入流量。
与现有技术相比，本发明的稳定梯级水电站发电流量波动的方法通过在调峰水电站和反调节水电站获取预测入库流量、日负荷预测曲线、约束目标以及峰荷比；在满足各水电站运行约束、水位变幅约束、流量波动约束下，实现调峰效益最大化；应用滑动平均滤波方法平抑调峰出力流量脉动，进而稳流下泄余波消纳。实时调度层应用一阶低通滤波算法平滑备用出力流量波动，慢变分量经。反调节水库下泄释放，快变分量被消纳；实时跟踪并修正日前计划偏差。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的客户端的方框示意图。
图2是本发明较佳实施例的稳定梯级水电站发电流量波动的装置的功能模块示意图。
图3是本发明较佳实施例提供的稳定梯级水电站发电流量波动的方法的流程图。
主要元件符号说明
客户端100；存储器101；存储控制器102；处理器103；外设接口104；显示单元105；输入输出单元106；
稳定梯级水电站发电流量波动的装置200；参数获取模块201；第一计算模块202；第二计算模块203；调度优化模块204；第一约束模块205；第二约束模块206。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，是本发明较佳实施例提供的客户端的方框示意图。所述客户端100可以是平板电脑、智能手机、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等。所述客户端100包括稳定梯级水电站发电流量波动的装置200、存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、显示单元105、输入输出单元106。
所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、显示单元105、输入输出单元106各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述稳定梯级水电站发电流量波动的装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述客户端100的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如所述稳定梯级水电站发电流量波动的装置200包括的软件功能模块或计算机程序。
其中，存储器101可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器101用于存储程序，所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器103中，或者由处理器103实现。
处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器103等。
所述外设接口104将各种输入/输出装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
显示单元105在所述客户端100与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元105可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器103进行计算和处理。
输入输出单元106用于提供给用户输入数据实现用户与所述客户端100的交互。所述输入输出单元106可以是，但不限于，鼠标和键盘等，所述键盘可以是虚拟键盘。
请参考图2，是本发明较佳实施例提供的稳定梯级水电站发电流量波动的装置200的功能模块示意图。所述稳定梯级水电站发电流量波动的装置200包括参数获取模块201、第一计算模块202、第二计算模块203以及调度优化模块204。
所述参数获取模块201用于获取调峰水电站的预测入库流量、日负荷预测曲线、约束目标以及峰荷比。
所述第一计算模块202，用于计算调峰水电站的出力和下泄流量。
所述第二计算模块203，用于依据所述调峰水电站的出力和下泄流量，计算反调节水电站的下泄流量；
所述调度优化模块204，用于依据所述调峰水电站的下泄流量和所述反调节水电站的下泄流量，得到所述梯级水电站的发电流量。
所述稳定梯级水电站发电流量波动的装置200还包括第一约束模块205，用于建立调峰水电站的出力的第一约束条件，为其中，和分别为时段t内上游水电站出力最小值和最大值。
所述稳定梯级水电站发电流量波动的装置200还包括第二约束模块206，用于建立调峰水电站的出力的第二约束条件，为
其中，分别为所述反调节水库的起调水位、最小水位和最大水位，P'd,t为时段t之前的反调节水库预期平均出力，为反调节库水位与库容关联系数，△t为单位时段尺度。该式表示日期优化全过程中调峰电站每一时段出力受其前面时段运行计划的影响。
在计算所述第二约束条件之前，建立调峰水电站出力优化目标，为
其中：T为优化总时段数，t为时段变量；Pu,t为上游调峰水电站在时段t内出力，参见公式，βu,t为调峰电站在时段t的出力权重系数，与电网负荷需求曲线、峰平谷时段划分和电站出力分配方式有关。
调峰水电站按峰荷比例方式安排出力，要求在高峰时段的出力与负荷需求成正比。调峰方式决定水电站在高峰各时段优先分配出力顺序，各时段增降出力顺序随负荷需求变化，可用出力权重系数来排序：
反映峰、平、谷时段优先顺序，表示为：
表示负荷高峰多个时段间的出力分配优先权系数，由下式确定：
其中：ot表示将高峰时段负荷需求按升序排序后，时段t所处位置；Numpeak表示负荷高峰时段总段数；c为转换系数根据b1、b2、b3决定，且c<b3。
所述第二计算模块203还用于计算反调节水电站的预期下泄流量，通过滑动平均滤波方法平抑流量波动，为
其中，TW为滑动平均滤波时间常数。
时间窗参数TW是滑动平均滤波算法很重要的参数，TW越大滑动平均滤波的通频带越窄，滤波结果越平滑，反调节库容需求越大；TW越小滑动平均滤波器的通频带越宽，滤波后高频含量较大，难以满足下游河道流量波动要求。鉴于此，本发明对时间窗参数进行动态调整：
其中：k1，k2均为时间窗口调整阈值。为向上取整符号。可知，△反调节水库消减波峰，调节库容裕度大则T’W＝TW，期望泄流更平滑；若库容紧俏则T’W＝0.5*TW，适当增泄峰流以免后续时段水位约束破坏。反调节水库补偿波谷，蓄水充足则T’W＝TW，增大补偿幅度；蓄水不足，则T’W＝0.5*TW，消减补偿度，保障后续时段补偿持续性。
在本发明实施例中，梯级水电站出力特性描述如下：
其中，t为时段变量，i为水电站编号，Pi,t为水电站i在t时段内的出力；ηi为水电站i综合平均出力系数，为时段t内的平均发电流量；Hi,t为水电站i在时段t内的净水头。
水库库容与流量耦合关系为
其中，Vi,t+1、Vi,t分别为水电站i在t+1和t时段末的决策库容，△t为单位时段尺度，Ii,t分别为水电站i在时段t内的区间内所述调峰水电站的来水量、决策弃水流量以及天然入流量。
水电站i时段t内发电净水头Hi,t为
其中：Zi,t、Zi,t-1分别为水电站i在时段t、t-1末的前池水位；分别为尾水位和水头损失。
水库i在t时段末库容Vi,t可表示为关于水位Zi,t的分段线性函数为
其中：和均为常数，k为分段区间编号。
本发明实施例建立了由日前调度和实时调度组成梯级水电双层优化调度模型。日前调度层侧重于上游调峰效益和下游河道平稳泄流；在满足各水电站运行约束、水位变幅约束、流量波动约束下，实现调峰效益最大化；应用滑动平均滤波方法平抑调峰出力流量脉动，进而稳流下泄余波消纳。实时调度层应用一阶低通滤波算法平滑备用出力流量波动，慢变分量经反调节水库下泄释放，快变分量被消纳，实时跟踪并修正日前计划偏差。
请参考图3，是本发明较佳实施例提供的稳定梯级水电站发电流量波动的方法的流程图。所述稳定梯级水电站发电流量波动的方法包括：
步骤S101，获取调峰水电站的预测入库流量、日负荷预测曲线、约束目标以及峰荷比。
本发明实施例中，步骤S101可以由参数获取模块201执行。
步骤S102，计算调峰水电站的出力和下泄流量。
本发明实施例中，步骤S102可以由第一计算模块202执行。
步骤S103，依据所述调峰水电站的出力和下泄流量，计算反调节水电站的下泄流量.
本发明实施例中，步骤S103可以由第二计算模块203执行。
步骤S103，依据所述调峰水电站的下泄流量和所述反调节水电站的下泄流量，得到所述梯级水电站的发电流量。
本发明实施例中，步骤S104可以由调度优化模块204执行。
所述稳定梯级水电站发电流量波动的方法还可以包括：
建立调峰水电站的出力的第一约束条件，为其中，和分别为时段t内上游水电站出力最小值和最大值，并且此步骤可以由第一约束模块205执行。
所述稳定梯级水电站发电流量波动的方法还可以包括：
建立调峰水电站的出力的第二约束条件，为
其中，分别为所述反调节水库的起调水位、最小水位和最大水位，P'd,t为时段t之前的反调节水库预期平均出力，为反调节库水位与库容关联系数，△t为单位时段尺度，并且此步骤可以由第二约束模块206执行。
在稳定梯级水电站发电流量波动的方法中，所述反调节水电站的预期下泄流量为
其中，TW为滑动平均滤波时间常数。
所述调峰水电站的水库库容与流量耦合关系为
其中，Vi,t+1、Vi,t分别为水电站i在t+1和t时段末的决策库容，△t为单位时段尺度，Ii,t分别为水电站i在时段t内的区间内所述调峰水电站的来水量、决策弃水流量以及天然入流量。
本发明采用了日前调度策略和试试调度策略，其中，日前调度策略包括：
步骤A：应用二进制编码的遗传算法优化上游水电站日前调峰出力，并计算下泄流量；
步骤B：应用滑动平均滤波算法平抑下泄流量，计算反调节水库期望平稳泄流和机组出力；
步骤C：判断反调节水库水位约束、水位幅变约束、出力约束、爬坡约束，下游河道断面流量约束、水位变幅约束等是否满足；
步骤D：若步骤C各约束均能满足，则执行步骤G；
步骤E：若步骤C各约束不能同时满足，则上游电站调峰出力与下游反调节水库调节能力不匹配，需调整上游调峰计划，执行步骤F；
步骤F：若反调节水库库容吃紧，则消减时间窗内调峰出力，若反调节蓄水不足，则补偿时间窗内谷荷出力，消减或补偿的发电量滚动至下一时间窗内各时段均摊，执行步骤B；
步骤H：若到达周期末则。优化调度结束，否则令t＝t+1，执行步骤B平滑下一滤波点。
实时调度策略包括：实时运行中，假设各时段调峰水电站备用调用深度在备用容量范围内服从均匀分布：应用一阶低通滤波算法分离并平抑备用出力波动流量：
式中：为经一阶低通滤波算法分离后的慢变流量；为上游电站备用出力流量；τt为低通滤波时间常数，τt越大与的差值越小，平
滑效果越好。
平抑之外的高频波动余量为：
实时运行中偏差积累将影响日前计划的顺利执行，因此根据当前时段偏差量调整反调节水库日前稳流计划：当反调节水库调节容量裕度低于日前计划的95％时，在下游河道水位上浮约束、断面流量幅变允许范围内增加下泄流量；当反调节水库蓄水量低于日前计划的95％时(补偿调节裕度低)，满足下游河道最低水位约束、水位时变约束下消减下泄流量。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种稳定梯级水电站发电流量波动的方法，其特征在于，梯级水电站包括调峰水电站和反调节水电站，所述方法包括：
获取所述调峰水电站的预测入库流量、日负荷预测曲线、约束目标以及峰荷比；
计算调峰水电站的出力和下泄流量；
依据所述调峰水电站的出力和下泄流量，计算反调节水电站的下泄流量；
依据所述调峰水电站的下泄流量和所述反调节水电站的下泄流量，得到所述梯级水电站的发电流量；
建立调峰水电站的出力的第一约束条件，为其中，和分别为时段t内上游水电站出力最小值和最大值；
建立调峰水电站的出力的第二约束条件，为
其中，分别为所述反调节水库的起调水位、最小水位和最大水位，P′d,t为时段t之前的反调节水库预期平均出力，为反调节库水位与库容关联系数，△t为单位时段尺度；
所述反调节水电站的预期下泄流量为
其中，TW为滑动平均滤波时间常数；
所述调峰水电站的水库库容与流量耦合关系为
其中，Vi,t+1、Vi,t分别为水电站i在t+1和t时段末的决策库容，△t为单位时段尺度，Ii,t分别为水电站i在时段t内的区间内所述调峰水电站的来水量、决策弃水流量以及天然入流量。
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