CN106451568A - 一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法 - Google Patents

Abstract

一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，涉及电力系统发电调度领域。西电东输时，低谷时段馈入规模急剧增大，受端电网的负荷调节难度明显增加，导致电网中短期开机方式和运行计划安排难度随之增大。本发明包括中期发电计划制定和短期计划制定，中期发电计划以月为决策周期、以日为计算时段，在确保电力系统负荷需求及电站、机组自身运行参数的条件下，将月度电量分解到日，并优化决策机组每日的开机方式；短期计划根据短期负荷预测结果将日电量计划形成96点出力计划；并根据负荷的最新预测信息和机组电量实际完成情况，滚动修正原有中期发电计划；本技术方案避免发电机组频繁启停，实现中期和短期发电计划的有效衔接和相互协调。

Description

一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法

技术领域

本发明涉及电力系统发电调度领域，特别涉及一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法。

背景技术

随着我国近些年特高压交直流输电工程的快速发展，西部大规模电力被输送到东部以火电为主的地区，在很大程度上缓解了东部用电紧张局面，但由于低谷时段馈入规模急剧增大，受端电网的负荷调节难度明显增加，导致电网中短期开机方式和运行计划安排难度随之增大，如何合理安排受端其运行方式已成为这些电网面临的主要难题之一，亟需行之有效的技术手段。

电力系统中期发电计划是以月为决策周期、以日为计算时段，安排机组每日的开机方式以及日电量计划，目的是避免发电机组频繁启停，同时以机组每日的开机方式以及日电量计划作为短期发电调度控制条件，进而合理安排短期运行计划，最终实现中期和短期发电计划的有效衔接和相互协调。关于电力系统中短期协调运行问题的研究已受到国内外学者的重点关注，但研究多侧重于长期与短期发电计划以及短期与实时调度的滚动协调，对中短期协调调度问题涉及较少，优化模型也大多采用“三公”或节能的单一目标。

本发明成果依托国家自然科学基金重大计划重点支持项目(91547201)、国家自然科学基金委重大国际合作(51210014)和国家自然科学基金面上项目(51579029)，以我国“西电东送”受端某省级电网为研究背景，提出了一种以机组启停状态及日电量计划为协调因子、耦合“三公”和节能目标的中短期协调调度方法，实现了中期和短期发电计划的有效衔接和相互协调，满足了电力调度的“三公”原则，保证了调度的公平性，同时兼顾了节能调度的需求，具有重要的推广使用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，以实现中期和短期发电计划的有效衔接和相互协调的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，包括中期发电计划制定和短期计划制定，中期发电计划以月为决策周期、以日为计算时段，在确保电力系统负荷需求及电站、机组自身运行参数的条件下，将月度电量分解到日，并优化决策机组每日的开机方式；短期计划根据短期负荷预测结果将日电量计划形成96点出力计划；并根据负荷的最新预测信息和机组电量实际完成情况，滚动修正原有中期发电计划，以克服中期负荷预测的不确定影响，保证中期时间尺度计划在短时间尺度中能够顺利执行；

中短期协调调度方法步骤包括：

1)初始计算条件，包括发电站运行条件和约束，以及电网日平均、最高负荷、每一天的96点负荷曲线；

2)将初始计算日期编号t＝1；

3)获取第t日机组组合方案的初始解，在初始解的基础上迭代修正机组的开机方式；

4)计算各电站及机组第t日的分配电量，并更新电站已完成的月度合同电量；(中期)

5)按照能耗水平由低到高对在第t日安排电量的发电机组进行排序，根据排序先后逐机安排日内96点出力计划；

6)采用负荷重构策略，通过多种措施重构机组面临负荷过程，措施包括趋势模拟、等比缩放和爬坡修正；

7)应用逐次切负荷算法进行负荷分配计算，得到各机组及电站的出力计划；

8)令t＝t+1，若t<＝T，则跳至步骤3；否则，算法搜索终止，输出中期机组组合方案及日内出力计划。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

在制定中期发电计划时，根据电网实际需求，以“后续负荷率相等”原则指导月度电量分解以及月度机组组合方案；后续负荷率是指在整个决策周期内，电站在某个时间单元内、在当前的开机状态下，完成剩余合同电量所要运行的负荷率水平，用下式表示：

R_m,t＝(E_m-F_m,t)/(Q_m,t×T)×100％

式中：E_m为m号电站的月度合同电量，MWh；F_m,t为m号电站到t时段为止时的已完成发电量，MWh，不包括t时段；1≤m≤M，M为电站总数；1≤t≤T，T为决策周期，一个月；Q_m,t为m号电站在t时段的剩余可调容量，用下式表示：

式中：N_m为电站m内机组总数；N_i为电站m内第j号机组的装机容量，MW；RT_i,t为机组j在决策周期内t时间单元后的剩余检修时间；

若电站后续负荷率较低，意味着电站内的机组运行在较低的负荷率水平就能轻易的完成合同电量，当系统内开机容量充足时为了减少能耗会优先调停这部分电站的机组；反之，若后续负荷率较高，表明电站需要运行在较高的负荷率水平才能完成合同电量，属于较难完成合同电量的类型，当系统开机容量不足时会优先开启这些电站内的机组；为了保证各个电站的电量完成进度在任何一个时间断面上尽可能一致，进而保证了调度的公平性，相应的目标函数表示为：

进一步的，发电站运行条件和约束包括电站和机组约束、电网约束，所述电站和机组约束包括机组检修约束、机组最小启停时间约束、电站开机台数约束及边界条件约束；

a)所述机组出力约束为：

中期发电计划以日为时间单元，不考虑机组日内出力的优化；机组日内出力均按系统平均负荷率计算，机组出力计算公式为：

式中：C_t为第t日发电机组需要平衡的日平均负荷，此处指系统扣除联络线计划出力；I_i,t为机组i在第t日的开机状态变量，若机组i开机则I_i,t＝1，否则I_i,t＝0；

机组出力P_i,t处于其最大、最小技术出力范围之内，其约束条件描述为：

I_i,tP_i,min≤P_i,t≤I_i,tP_i,max

式中：P_i,min、P_i,max为机组i的最小、最大技术出力；

b)所述机组检修约束为：

I_i,t＝0,t∈[α_t,β_t]

式中：α_t、β_t分别表示机组i在决策周期内检修起始时间和终止时间；

c)所述机组最小启停时间约束为：

火电机组开停机过程涉及锅炉热力系统的缓慢动态过程，完成启停过程需要较长时间；根据火电机组的物理属性及实际运行需要，要求火电机组满足最小连续启停时间；最小启停时间约束可以描述为：

式中：T_i,U、T_i,D为机组i的最小连续开机时间和最小连续停机时间；为机组i在第t日时已经连续开机的时候和连续停机的时间；

d)所述电站开机台数约束为

电站在任意一个时间单元内都必须保留一部分的机组出于开机状态，同时电站的开机台数也会受到电站机组总数的限制；

式中：I_m,j,t为电站m的第j台机组在第t日的开机状态变量；λ_m、μ_m为电站m最小、最大可开机机组数；

e)所述边界条件约束为：

各电站计算周期内的开停机方式需要与上一周期内的开停机方式衔接，在衔接时段处的机组启停方式需要满足约束c)的最小启停时间约束。

进一步的，所述电网约束包括负荷平衡约束、系统旋转备用约束；

f)所述负荷平衡约束为：

对于每个时段t，负荷平衡约束描述为：

由于机组出力是按照系统平均负荷率计算，因此此项约束自然满足；

g)所述系统旋转备用约束为：

式中：η_t,mi_n、η_t,max分别为第t日的系统最小、最大旋转备用率；为第t日系统扣除联络线计划后的最大负荷，MW。

进一步的，在步骤3)中，包括

301)获取初始解；以前一日系统内机组开机方式作为决策日机组开机方式的初始状态，对于当日处于检修状态的机组，直接置为停机状态，这样就获取了当日机组组合方案的初始解；后续的搜索过程都是以初始解为基础，只需优化部分机组的开机方式，其余大部分机组不需调整以降低搜索空间；初始状态计算公式为：

302)机组开机方式启发式搜索；以得到的初始解为基础，以电站后续负荷率作为启发信息，以系统备用容量是否充足作为判别条件，当系统备用容量不足时，优先开启后续负荷率高的电站中的机组，这些电站的后续负荷率就会变小接近平均值；当系统备用容量充足时，优先调停后续负荷率低的电站中的机组，直至所有时段的机组组合方案搜索完成。

进一步的，在步骤4)中，包括：

401)计算各电站初始后续负荷率R_m,t；

402)计算系统内开机容量L_t和系统最小备用容量D_t；若|L_t-D_t|＜ε(ε为结果精度)，则跳至步骤5；若L_t-D_t＞ε，跳至步骤3；L_t-D_t＜ε，则跳至步骤4；

403)系统内预开机机组台数过多，需要调停部分机组，直至|L_t-D_t|＜ε；调停的原则为：

①按照R_m,t从小到大的顺序对电站进行排序，依次对电站内的机组进行预调停，每次调停1台机组，出于节能性的考虑，先对电站内已开机机组按照能耗从大到小进行排序，优先调停电站中能耗最大的机组；

②对于R_m,t小于R_set,min(R_set,min为设定的所能接受的最小后续负荷率)的电站，优先调停平均能耗大的电站中的机组；

③判断预调停机组的已开机运行持续天数(包括上一月度的机组开机方式)是否大于该机组的最小开机天数，若是，则改机组可置为停机状态，否则，转至该电站的下一机组；若调停该机组后电站内的开机机组台数小于电站的最小运行方式或者该电站内所有机组均不满足最小启停时间约束，则放弃对该电站的任何操作；

404)系统内机组开机容量不足，需要开启部分机组，直至|L_t-D_t|＜ε；开机的原则如下：

①按照R_m,t从大到小的顺序对电站进行排序，依次对电站内的机组进行预开机，每次开启1台机组，同样出于节能性的考虑，优先开启电站中能耗最小的机组；

②对于R_m,t大于R_set,max(R_set,max为设定的所能接受的最大后续负荷率)的电站，优先开启平均能耗低的电站中的机组；

③判断预开机机组的已停机持续天数是否大于该机组的最小停机天数，若是，则改机组可置为开机状态，否则转至该电站的下一机组；若该电站内所有机组均不满足条件，则放弃对该电站的任何操作；

405)计算机组平均出力P_i,t，采用公式(15)计算各电站第t日分配电量E_m,t，采用公式(16)更新电站已完成合同电量；

进一步的，在制定短期发电计划时，以全网煤耗最小为目标，目标函数如下：

式中：表示第j台火电机组在第t日第tm时段的出力，MW；表示火电机组j第t日第tm时段的煤耗率，g/MWh；

进一步的，短期发电计划的计算基于中期发电计划输出的机组组合方案和机组日电量分配；其约束包括：

a)给定的日电量需求

式中：表示机组j在第t日的给定电量，由中期发电计划提供；

B)出力限制

式中：分别表示电站j在第t日tm时段的出力上下限，MW；

c)出力爬(降)坡上限

式中：表示机组j的单时段出力爬/降坡上限；

d)出力波动控制约束

式中：te_j表示机组j的出力升降过程中最高或最低点需持续的最少时段数，te_j＞1。

有益效果：本发明一种电力系统月度火电机组组合问题的启发式搜索方法，针对特高压交直流混联电网的中期开机方式和短期运行计划安排的难题，提出一种以机组启停状态及日电量计划为协调因子、耦合“三公”和节能目标的中短期协调调度方法。本技术方案以“三公”调度为目标，引入“后续负荷率相等”原则优化中期发电机组开机组合以及日电量过程，并以此为控制条件，耦合短期节能目标，采用考虑煤耗排序和负荷重构策略改进切负荷方法确定机组短期运行计划，实现了中期和短期发电计划的有效衔接和相互协调。以我国“西电东送”受端某省级电网为例，进行中短期发电计划编制，结果显示在提升电网“三公”调度水平的同时实现了节能减排，验证了所提方法合理性。

附图说明

图1是本发明方法总体求解框图；

图2是采用本发明方法优化计算的浙江电网统调各火电站月度电量完成结果。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本发明针对特高压交直流混联电网的中期开机方式和短期运行计划安排的难题，提出一种以机组启停状态及日电量计划为协调因子、耦合“三公”和节能目标的中短期协调调度方法。本方法以“三公”调度为目标，引入“后续负荷率相等”原则优化中期发电机组开机组合以及日电量过程，并以此为控制条件，耦合短期节能目标，采用考虑煤耗排序和负荷重构策略改进切负荷方法确定机组短期运行计划，实现了中期和短期发电计划的有效衔接和相互协调。

中短期协调调度框架如图1所示。中期发电计划以月为决策周期、以日为计算时段，在确保电力系统负荷需求及电站、机组自身运行参数的条件下，将月度电量分解到日，并优化决策机组每日的开机方式。短期(日前)计划根据短期负荷预测结果将日电量计划形成96点出力计划。月内滚动计划根据负荷的最新预测信息和机组电量实际完成情况，滚动修正原有中期发电计划，以有效克服中期负荷预测的不确定影响，保证中期时间尺度计划在短时间尺度中能够顺利执行。

(a)中期发电计划

“三公”调度是我国目前最普遍的调度模式。目前，衡量调度公平性的指标主要是发电计划完成率或者完成电量偏差，这些指标一般仅关注发电计划执行的结果，而较少考虑执行的过程，更难以体现机组检修以及机组容量对计划执行过程的影响。本发明根据电网实际需求，采用“后续负荷率”指标描述“三公”调度，并以“后续负荷率相等”原则指导月度电量分解以及月度机组组合方案。后续负荷率是指在整个决策周期内，电站在某个时间单元内、在当前的开机状态下，完成剩余合同电量所要运行的负荷率水平，用下式表示：

R_m,t＝(E_m-F_m,t)/(Q_m,t×T)×100％

式中：E_m为m号电站的月度合同电量，MWh；F_m,t为m号电站到t时段为止(不包括t时段)时的已完成发电量，MWh；1≤m≤M，M为电站总数；1≤t≤T，T为决策周期，在本技术方案中为一个月；Q_m,t为m号电站在t时段的剩余可调容量，用下式表示：

式中：N_m为电站m内机组总数；N_i为电站m内第j号机组的装机容量，MW；RT_i,t为机组j在决策周期内t时间单元后的剩余检修时间。

若电站后续负荷率较低，意味着电站内的机组运行在较低的负荷率水平就能轻易的完成合同电量，当系统内开机容量充足时为了减少能耗会优先调停这部分电站的机组；反之，若后续负荷率较高，表明电站需要运行在较高的负荷率水平才能完成合同电量，属于较难完成合同电量的类型，当系统开机容量不足时会优先开启这些电站内的机组。为了保证各个电站的电量完成进度在任何一个时间断面上尽可能一致，进而保证了调度的公平性，相应的目标函数可表示为：

电网中期发电计划主要考虑以下约束条件：

(1)电站和机组约束

1)机组出力约束

中期发电计划以日为时间单元，因此不考虑机组日内出力的优化，机组日内出力均按系统平均负荷率计算，机组出力计算公式为：

式中：C_t为第t日发电机组需要平衡的日平均负荷，此处指系统扣除联络线计划出力；I_i,t为机组i在第t日的开机状态变量，若机组i开机则I_i,t＝1，否则I_i,t＝0。

机组出力P_i,t处于其最大、最小技术出力范围之内，其约束条件描述为：

I_i,tP_i,min≤P_i,t≤I_i,tP_i,max

式中：P_i,min、P_i,max为机组i的最小、最大技术出力。

2)机组检修约束

I_i,t＝0,t∈[α_t,β_t]

式中：α_t、β_t分别表示机组i在决策周期内检修起始时间和终止时间。

3)机组最小启停时间约束

火电机组开停机过程涉及锅炉热力系统的缓慢动态过程，完成启停过程需要较长时间。根据火电机组的物理属性及实际运行需要，要求火电机组满足最小连续启停时间。最小启停时间约束描述为：

式中：T_i,U、T_i,D为机组i的最小连续开机时间和最小连续停机时间；为机组i在第t日时已经连续开机的时候和连续停机的时间。

4)电站开机台数约束

电站在任意一个时间单元内都必须保留一部分的机组出于开机状态，同时电站的开机台数也会受到电站机组总数的限制。

式中：I_m,j,t为电站m的第j台机组在第t日的开机状态变量；λ_m、μ_m为电站m最小、最大可开机机组数。

5)边界条件约束

各电站计算周期内的开停机方式需要与上一周期内的开停机方式衔接，在衔接时段处的机组启停方式需要满足约束3)的最小启停时间约束

(2)电网约束

1)负荷平衡约束

对于每个时段t，负荷平衡约束描述为：

由于机组出力是按照系统平均负荷率计算，因此此项约束自然满足。

2)系统旋转备用约束

式中：η_t,min、η_t,max分别为第t日的系统最小、最大旋转备用率；为第t日系统扣除联络线计划后的最大负荷，MW。

中期发电计划可通过以下步骤进行求解：

(1)获取初始解

电力系统中期优化调度问题的计算时段较长，机组规模庞大，如果直接计算机组组合的话，会大大降低求解效率。同时，由于时段耦合约束的存在，机组在相邻时段的开机方式并不是相互独立的，而是存在着耦合关系。为应对上述问题，本技术方案以前一日系统内机组开机方式作为决策日机组开机方式的初始状态，对于当日处于检修状态的机组，直接置为停机状态，见公式(12)，这样就获取了当日机组组合方案的初始解。后续的搜索过程都是以初始解为基础，只需优化部分机组的开机方式，其余大部分机组不需调整，有效降低了搜索空间。

(2)机组开机方式启发式搜索

由于对各时段各电站后续负荷率方差最小这一目标直接进行求解比较困难，本技术方案采用一种启发式的思想，通过逐步逼近平均值的方式达到方差最小的目标。主要思路如下：以得到的初始解为基础，以电站后续负荷率作为启发信息，以系统备用容量是否充足作为判别条件，当系统备用容量不足时，优先开启后续负荷率高的电站中的机组，这些电站的后续负荷率就会变小接近平均值；同理，当系统备用容量充足时，优先调停后续负荷率低的电站中的机组，直至所有时段的机组组合方案搜索完成。

结合上述思路，以第t日为例，给出详细的搜索求解过程：

步骤1：采用公式(1)计算各电站初始后续负荷率R_m,t；

步骤2：分别采用公式(13)、(14)计算系统内开机容量L_t和系统最小备用容量D_t。若|L_t-D_t|＜ε(ε为结果精度)，则跳至步骤5；若L_t-D_t＞ε，跳至步骤3；L_t-D_t＜ε，则跳至步骤4；

步骤3：系统内预开机机组台数过多，需要调停部分机组，直至|L_t-D_t|＜ε。调停的原则为：

①按照R_m,t从小到大的顺序对电站进行排序，依次对电站内的机组进行预调停，每次调停1台机组，出于节能性的考虑，先对电站内已开机机组按照能耗从大到小进行排序，优先调停电站中能耗最大的机组；

②对于R_m,t小于R_set,min(R_set,min为设定的所能接受的最小后续负荷率)的电站，优先调停平均能耗大的电站中的机组；

③判断预调停机组的已开机运行持续天数(包括上一月度的机组开机方式)是否大于该机组的最小开机天数，若是，则改机组可置为停机状态，否则，转至该电站的下一机组；若调停该机组后电站内的开机机组台数小于电站的最小运行方式或者该电站内所有机组均不满足最小启停时间约束，则放弃对该电站的任何操作；

步骤4：系统内机组开机容量不足，需要开启部分机组，直至|L_t-D_t|＜ε。开机的原则如下：

①按照R_m,t从大到小的顺序对电站进行排序，依次对电站内的机组进行预开机，每次开启1台机组，同样出于节能性的考虑，优先开启电站中能耗最小的机组；

②对于R_m,t大于R_set,max(R_set,max为设定的所能接受的最大后续负荷率)的电站，优先开启平均能耗低的电站中的机组；

③判断预开机机组的已停机持续天数是否大于该机组的最小停机天数，若是，则改机组可置为开机状态，否则转至该电站的下一机组；若该电站内所有机组均不满足条件，则放弃对该电站的任何操作；

步骤5：按照公式(4)计算机组平均出力P_i,t，采用公式(15)计算各电站第t日分配电量E_m,t，采用公式(16)更新电站已完成合同电量；

(b)短期发电计划

短期发电调度以全网煤耗最小为目标，目标函数如下：

式中：表示第j台火电机组在第t日第tm时段的出力，MW；表示火电机组j第t日第tm时段的煤耗率，g/MWh。

短期发电计划的计算基于中期发电计划输出的机组组合方案和机组日电量分配。我国电网电源结构以火电为主，水电等优质调峰资源稀缺，因此火电必须承担系统中大部分的调峰任务。基于以上原因，短期发电调度主要考虑的约束如下：

(1)给定的日电量需求

式中：表示机组j在第t日的给定电量，由中期发电计划提供。

(2)出力限制

式中：分别表示电站j在第t日tm时段的出力上下限，MW。

(3)出力爬(降)坡上限

式中：表示机组j的单时段出力爬/降坡上限。

(4)出力波动控制约束

式中：te_j表示机组j的出力升降过程中最高或最低点需持续的最少时段数，te_j＞1；

短期发电计划的求解步骤如下：

考虑到火电机组出力增减速率小，且出力频繁变化会增加额外的燃料消耗，本节采用一种基于节能排序和负荷重构的改进切负荷方法对短期发电调度问题进行求解。主要求解步骤如下：

(1)机组节能排序

同类型机组按照能耗水平由低到高排序，节能优先；能耗水平相同时，按照污染物排放水平由低到高排序，污染物排放水平以省级环保部门最新核定的数值为准。排序完成之后，按照排序先后逐次切负荷。通过排序，能耗小的大机组主要承担调峰任务，能耗大的小机组主要承担基荷，可有效降低系统煤耗，达到节能减排的目的。

(2)负荷重构

逐次切负荷是一种常用的负荷调节算法，在电量已知的条件下，能够快速确定机组在负荷图上的工作位置，但一般难以满足时段耦合型约束。在切负荷之前通过采用一种负荷重构策略，通过趋势模拟、等比缩放和爬坡修正等措施重构机组面临负荷过程，为切负荷算法提供直接可用的系统负荷，有效兼顾了时段耦合约束和负荷深度调节需求。关于负荷重构的具体方法见文献王嘉阳,申建建,程春田等.基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法,中国电机工程学报.2014,34(13):2684-2692。

(3)逐次切负荷算法

负荷重构的之后的系统日负荷过程，应用逐次切负荷算法进行负荷分配计算，有效满足电站日电量控制需求以及机组时段耦合约束，同时能够保证机组出力过程能够快速响应负荷的高低起伏变化，以满足整个系统的调峰要求。标准的逐次切负荷算法的求解步骤见文献蔡建章，蔡华祥，洪贵平.电力电量平衡算法研究与应用[J].云南电力技术，1994(03)：8-11.，此处不再做过多叙述。

根据上述思想，一次完整的特高压交直流混联电网中短期协调调度过程，按照下述步骤(1)-(8)予以实现：

(1)初始计算条件，包括发电站(发电机组)运行条件和约束(月度合同电量、各机组装机容量、机组检修计划等)，以及电网日平均、最高负荷、每一天的96点负荷曲线；

(2)将初始计算日期编号t＝1；

(3)获取第t日机组组合方案的初始解，在初始解的基础上迭代修正机组的开机方式；

(4)计算各电站及机组第t日的分配电量，并更新电站已完成的月度合同电量；

(5)按照能耗水平由低到高对在第t日安排电量的发电机组进行排序，根据排序先后逐机安排日内96点出力计划；

(6)采用一种负荷重构策略，通过趋势模拟、等比缩放和爬坡修正等措施重构机组面临负荷过程；

(7)应用逐次切负荷算法进行负荷分配计算，得到各机组及电站的出力计划；

(8)令t＝t+1，若t<＝T，则跳至步骤3；否则，算法搜索终止，输出中期机组组合方案及日内出力计划；

现以某“西电东送”受端省级电网作为研究对象，该电网以火电装机为主，统调火电系统包含26座电站84台机组。本发明以2015年6月该电网的实际调度运行数据为基础，优化决策电统调火电中短期发电计划，验证本发明模型和方法有效性与可行性。各电站电量完成情况如图2、表1所示。由图分析可知，经过本发明方法优化计算，各电站完成合同电量进度最大的为1.06，最小的为0.95，均满足电网月度电量控制要求。同时，与实际运行结果对比，77％的电站的合同电量完成度均有了不同程度的改善，最高幅度达到了32％，电量完成度均方差为0.03，比实际降低了0.13，表明各电站电量完成进度趋于一致，更加符合“三公”调度对公平性的要求。节煤效益统计结果如表2所示，看出通过本发明方法对机组日前出力过程的优化，在保证各机组再月度电量前提下，相对于实际调度场景，节煤总量达到42kt，节煤率为0.77％，满足了节能减排的需求。

表1

表2

以上所示的一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，其特征在于：包括中期发电计划制定和短期计划制定，中期发电计划以月为决策周期、以日为计算时段，在确保电力系统负荷需求及电站、机组自身运行参数的条件下，将月度电量分解到日，并优化决策机组每日的开机方式；短期计划根据短期负荷预测结果将日电量计划形成96点出力计划；并根据负荷的最新预测信息和机组电量实际完成情况，滚动修正原有中期发电计划，以克服中期负荷预测的不确定影响，保证中期时间尺度计划在短时间尺度中能够顺利执行；

中短期协调调度方法步骤包括：

1)初始计算条件，包括发电站运行条件和约束，以及电网日平均、最高负荷、每一天的96点负荷曲线；

2)将初始计算日期编号t＝1；

3)获取第t日机组组合方案的初始解，在初始解的基础上迭代修正机组的开机方式；

4)计算各电站及机组第t日的分配电量，并更新电站已完成的月度合同电量；

5)按照能耗水平由低到高对在第t日安排电量的发电机组进行排序，根据排序先后逐机安排日内96点出力计划；

6)采用负荷重构策略，通过多种措施重构机组面临负荷过程，措施包括趋势模拟、等比缩放和爬坡修正；

7)应用逐次切负荷算法进行负荷分配计算，得到各机组及电站的出力计划；

8)令t＝t+1，若t<＝T，则跳至步骤3；否则，算法搜索终止，输出中期机组组合方案及日内出力计划。

2.根据权利要求1所述的一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，其特征在于：在制定中期发电计划时，根据电网实际需求，以“后续负荷率相等”原则指导月度电量分解以及月度机组组合方案；后续负荷率是指在整个决策周期内，电站在某个时间单元内、在当前的开机状态下，完成剩余合同电量所要运行的负荷率水平，用下式表示：

R_m,t＝(E_m-F_m,t)/(Q_m,t×T)×100％

式中：E_m为m号电站的月度合同电量，MWh；F_m,t为m号电站到t时段为止时的已完成发电量，MWh，不包括t时段；1≤m≤M，M为电站总数；1≤t≤T，T为决策周期，一个月；Q_m,t为m号电站在t时段的剩余可调容量，用下式表示：

$Q_{m,t}=\underset{j=1}{\overset{N_m}{\&Sigma;}}(N_j\&times;(T-{\mathrm{RT}}_{j,t})/T)$

式中：N_m为电站m内机组总数；N_i为电站m内第j号机组的装机容量，MW；RT_i,t为机组j在决策周期内t时间单元后的剩余检修时间；

若电站后续负荷率较低，意味着电站内的机组运行在较低的负荷率水平就能轻易的完成合同电量，当系统内开机容量充足时为了减少能耗会优先调停这部分电站的机组；反之，若后续负荷率较高，表明电站需要运行在较高的负荷率水平才能完成合同电量，属于较难完成合同电量的类型，当系统开机容量不足时会优先开启这些电站内的机组；为了保证各个电站的电量完成进度在任何一个时间断面上尽可能一致，进而保证了调度的公平性，相应的目标函数表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\min F=\underset{t=1}{\overset{T-1}{\&Sigma;}}\underset{m=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{(R_{m,t}-R_t)}^2\\ R_t=\frac{1}{M}\underset{m=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{R}_{m,t}\end{array}\right.$ 。

3.根据权利要求1所述的一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，其特征在于：发电站运行条件和约束包括电站和机组约束、电网约束，所述电站和机组约束包括机组检修约束、机组最小启停时间约束、电站开机台数约束及边界条件约束；

a)所述机组出力约束为：

中期发电计划以日为时间单元，不考虑机组日内出力的优化；机组日内出力均按系统平均负荷率计算，机组出力计算公式为：

$P_{i,t}=\frac{I_{i,t}{C}_t{N}_i}{\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{I}_{i,t}{N}_i}$

式中：C_t为第t日发电机组需要平衡的日平均负荷，此处指系统扣除联络线计划出力；I_i,t为机组i在第t日的开机状态变量，若机组i开机则I_i,t＝1，否则I_i,t＝0；

机组出力P_i,t处于其最大、最小技术出力范围之内，其约束条件描述为：

I_i,tP_i,min≤P_i,t≤I_i,tP_i,max

式中：P_i,min、P_i,max为机组i的最小、最大技术出力；

b)所述机组检修约束为：

I_i,t＝0,t∈[α_t,β_t]

式中：α_t、β_t分别表示机组i在决策周期内检修起始时间和终止时间；

c)所述机组最小启停时间约束为：

火电机组开停机过程涉及锅炉热力系统的缓慢动态过程，完成启停过程需要较长时间；根据火电机组的物理属性及实际运行需要，要求火电机组满足最小连续启停时间；最小启停时间约束可以描述为：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{i,t}^D-(I_{i,t}-I_{i,t-1})T_{i,D}\&GreaterEqual;0\\ T_{i,t}^U-(I_{i,t-1}-I_{i,t})T_{i,U}\&GreaterEqual;0\end{array}\right.$

式中：T_i,U、T_i,D为机组i的最小连续开机时间和最小连续停机时间；为机组i在第t日时已经连续开机的时候和连续停机的时间；

d)所述电站开机台数约束为

电站在任意一个时间单元内都必须保留一部分的机组出于开机状态，同时电站的开机台数也会受到电站机组总数的限制；

${\mathrm{\&lambda;}}_m\&le;\underset{j=1}{\overset{Nm}{\&Sigma;}}{I}_{m,j,t}\&le;{\mathrm{\&mu;}}_m$

式中：I_m,j,t为电站m的第j台机组在第t日的开机状态变量；λ_m、μ_m为电站m最小、最大可开机机组数；

e)所述边界条件约束为：

各电站计算周期内的开停机方式需要与上一周期内的开停机方式衔接，在衔接时段处的机组启停方式需要满足约束c)的最小启停时间约束。

4.根据权利要求1所述的一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，其特征在于：所述电网约束包括负荷平衡约束、系统旋转备用约束；

f)所述负荷平衡约束为：

对于每个时段t，负荷平衡约束描述为：

$\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{P}_{i,t}=C_t$

由于机组出力是按照系统平均负荷率计算，因此此项约束自然满足；

g)所述系统旋转备用约束为：

$(1+{\mathrm{\&eta;}}_{t,\min })\stackrel{\&OverBar;}{C_t}\&le;\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{I}_{i,t}{N}_i\&le;(1+{\mathrm{\&eta;}}_{t,max})\stackrel{\&OverBar;}{C_t}$

式中：η_t,min、η_t,max分别为第t日的系统最小、最大旋转备用率；为第t日系统扣除联络线计划后的最大负荷，MW。

5.根据权利要求1所述的一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，其特征在于：在步骤3)中，包括

301)获取初始解；以前一日系统内机组开机方式作为决策日机组开机方式的初始状态，对于当日处于检修状态的机组，直接置为停机状态，这样就获取了当日机组组合方案的初始解；后续的搜索过程都是以初始解为基础，只需优化部分机组的开机方式，其余大部分机组不需调整以降低搜索空间；初始状态计算公式为：

$\left\{\begin{array}{cc}{I}_{i,t}=I_{i,t-1},& \begin{array}{ccc}t\&Element;\&lsqb;1,T\&rsqb;& and& t\&NotElement;\&lsqb;{\mathrm{\&alpha;}}_t,{\mathrm{\&beta;}}_t\&rsqb;\end{array}\\ I_{i,t}=0,& t\&Element;\&lsqb;{\mathrm{\&alpha;}}_t,{\mathrm{\&beta;}}_t\&rsqb;\end{array}\right.$

302)机组开机方式启发式搜索；以得到的初始解为基础，以电站后续负荷率作为启发信息，以系统备用容量是否充足作为判别条件，当系统备用容量不足时，优先开启后续负荷率高的电站中的机组，这些电站的后续负荷率就会变小接近平均值；当系统备用容量充足时，优先调停后续负荷率低的电站中的机组，直至所有时段的机组组合方案搜索完成。

6.根据权利要求5所述的一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，其特征在于：在步骤4)中，包括：

401)计算各电站初始后续负荷率R_m,t；

402)计算系统内开机容量L_t和系统最小备用容量D_t；若|L_t-D_t|＜ε，ε为结果精度，则跳至步骤5；若L_t-D_t＞ε，跳至步骤3；L_t-D_t＜ε，则跳至步骤4；

$L_t=\underset{i=1}{\overset{G}{\&Sigma;}}{I}_{i,t}{N}_i$

$D_i=(1+{\mathrm{\&eta;}}_t)\stackrel{\&OverBar;}{C_t}$

403)系统内预开机机组台数过多，需要调停部分机组，直至|L_t-D_t|＜ε；调停的原则为：

①按照R_m,t从小到大的顺序对电站进行排序，依次对电站内的机组进行预调停，每次调停1台机组，出于节能性的考虑，先对电站内已开机机组按照能耗从大到小进行排序，优先调停电站中能耗最大的机组；

②对于R_m,t小于R_set,min的电站，优先调停平均能耗大的电站中的机组，R_set,min为设定的所能接受的最小后续负荷率；

③判断预调停机组的已开机运行持续天数是否大于该机组的最小开机天数，包括上一月度的机组开机方式，若是，则改机组可置为停机状态，否则，转至该电站的下一机组；若调停该机组后电站内的开机机组台数小于电站的最小运行方式或者该电站内所有机组均不满足最小启停时间约束，则放弃对该电站的任何操作；

404)系统内机组开机容量不足，需要开启部分机组，直至|L_t-D_t|＜ε；开机的原则如下：

①按照R_m,t从大到小的顺序对电站进行排序，依次对电站内的机组进行预开机，每次开启1台机组，同样出于节能性的考虑，优先开启电站中能耗最小的机组；

②对于R_m,t大于R_set,max的电站，优先开启平均能耗低的电站中的机组，R_set,max为设定的所能接受的最大后续负荷率；

③判断预开机机组的已停机持续天数是否大于该机组的最小停机天数，若是，则改机组可置为开机状态，否则转至该电站的下一机组；若该电站内所有机组均不满足条件，则放弃对该电站的任何操作；

405)计算机组平均出力P_i,t，计算各电站第t日分配电量E_m,t，更新电站已完成合同电量；

$E_{m,t}=24\&times;\underset{j=1}{\overset{Nm}{\&Sigma;}}{P}_{j,t};F_{m,t}=\underset{k=1}{\overset{t}{\&Sigma;}}{E}_{m,k}.$

7.根据权利要求1所述的一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，其特征在于：在制定短期发电计划时，以全网煤耗最小为目标，目标函数如下：

$\min F=\underset{tm=1}{\overset{96}{\&Sigma;}}\underset{j=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&theta;}}_{j,tm}^t{P}_{j,tm}^t$

式中：表示第j台火电机组在第t日第tm时段的出力，MW；表示火电机组j第t日第tm时段的煤耗率，g/MWh。

8.根据权利要求7所述的一种特高压交直流混联电网中短期协调调度方法，其特征在于：短期发电计划的计算基于中期发电计划输出的机组组合方案和机组日电量分配；其约束包括：

a)给定的日电量需求

$\underset{tm=1}{\overset{96}{\&Sigma;}}{P}_{j,tm}^t\mathrm{\&Delta;}tm=E_j^t$

式中：表示机组j在第t日的给定电量，由中期发电计划提供；

B)出力限制

${\underset{\&OverBar;}{P}}_{j,tm}^t\&le;P_{j,tm}^t\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_{j,tm}^t$

式中：分别表示电站j在第t日tm时段的出力上下限，MW；

c)出力爬(降)坡上限

$|P_{j,tm}^t-P_{j,tm-1}^t|\&le;R_j^t$

式中：表示机组j的单时段出力爬/降坡上限；

d)出力波动控制约束

$\begin{array}{cc}(P_{j,tm-\mathrm{\&alpha;}+1}^t-P_{j,tm-\mathrm{\&alpha;}}^t)(P_{j,tm}^t-P_{j,tm-1}^t)\&GreaterEqual;0& \mathrm{\&alpha;}=1,2,...,{\mathrm{te}}_j\end{array}$

式中：te_j表示机组j的出力升降过程中最高或最低点需持续的最少时段数，te_j＞1。