CN106529698A - 一种日内梯级水电两阶段优化调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种日内梯级水电两阶段优化调度方法，本发明基于梯级水电运行特征，构建了小时级和15分钟级两个时间阶段的运行优化模型，解决了梯级水电日内水位控制和运行效益提升两方面控制要求的协调问题。所述方法的实施步骤包括：（1）以水位控制为目标的小时级优化；（2）以综合耗水率最低为目标的15分钟级优化。本发明所提供的优化方法，深入分析了日内梯级水电的运行控制目标与梯级水电运行特性相关性，通过以水位控制为目标的小时级优化和以综合耗水率最低为目标的15分钟级优化，在确保水位控制满足运行控制要求的同时降低了梯级水电的综合耗水率，提升了其运行效益。

Description

一种日内梯级水电两阶段优化调度方法
技术领域
本发明是一种日内梯级水电两阶段优化调度方法，属于日内梯级水电两阶段优化调度方法的创新技术。
背景技术
梯级水电优化调度是电力系统调度运行优化中的技术难题，相比于火电优化调度，水电站运行工况复杂，优化控制过程中不仅需要衔接不同时间尺度的运行要求，还需要考虑水位控制、运行效率提升等多方面复杂目标。特别在日内梯级水电站运行优化中，水位控制和运行效率提升两大运行目标之间的衔接更加困难。
当前对这一技术问题的处理往往是仅能单独处理其中某一方面矛盾，如仅考虑水位控制要求，或者仅考虑运行效率提升要求，不能综合考虑两方面目标的衔接，从而使得优化结果在实际中不可用或者不好用，严重影响了梯级水电在日内调度运行优化的水平提升。。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种日内梯级水电两阶段优化调度方法。本发明解决了梯级水电日内水位控制和运行效益提升两方面控制要求的协调问题。
本发明的技术方案是：本发明的日内梯级水电两阶段优化调度方法，基于梯级水电运行特征，构建了小时级和15分钟级两个时间阶段的运行优化模型，所述方法具体包括如下步骤：
(1)以水位控制为目标的小时级优化；
(2)以综合耗水率最低为目标的15分钟级优化。
上述步骤(1)以水位控制为目标的小时级优化方法如下：
以水位控制为目标的小时级优化，是在日内在较长时间范围根据梯级水电厂来水情况以梯级水位控制为目标对水电厂的出力进行优化控制，其优化模型表述如下：
本步骤所涉及的参数变量其含义如下：
ΔT：小时级优化的时间长度；
TS：初始时刻位置；
N：水电站数量；
分别为水电站i在时刻t小时级优化所得的水位计划值、初始水位、优化时间范围内天然来水导致的水位上升、水位控制目标和水位控制限值；
小时级优化中在时刻t水电站i的发电计划；
Pt G,H：小时级优化中在时刻t根据短期功率预测所需要水电站分担的电网功率，人工设定值；
αi：水电站i的流量与发电量系数，反映了一定发电量下所需要的耗水量，一般为变量，本发明中由于仅是在一天内进行优化，故取其在目标水位下的定值；
βi：水电站i的水位与净流量系数，反映了一定净流量下水位高度变化，一般为变量，本发明中由于仅是在一天内进行优化，故取其在目标水位下的定值；
如式(1)所示，该优化模型中目标函数要求在ΔT时间后，各水电站的水位应尽量逼近水位目标控制要求；第一约束项要求在ΔT时间范围内任意时刻，所有水电站出力均能满足电网调节要求，也即电网运行约束；第二约束项要求对任意水电站i在ΔT时间范围内，其水位均在水位控制范围内，也即水电站运行约束，需要特别说明的是在约束项中表示的是水电站i上游的水电站的实际发电功率，表示上游水电的发电耗水到达下游的时间。
上述步骤(2)以综合耗水率最低为目标的15分钟级优化的方法如下：
15分钟级优化模型表示如下：
本步骤所涉及的参数变量其含义如下：
N：水电站数量；
15分钟级优化中在时刻t水电站i的发电计划；
Pt G,M：15分钟级优化中在时刻t根据超短期功率预测所需要水电站分担的电网功率，人工设定值；
15分钟级优化中水电站i的实际水位；
15分钟级优化中水电站i的计划耗水量；
如式(2)所示，该优化问题中目标以梯级综合耗水量最低为目标，由于总的发电量是一定的，所以该目标等效于梯级综合耗水率最低；第一约束式要求梯级所有水电站的总发电量等于水电应承担的发电量；第二约束式是在水位一定取其实际水位的情况下，耗水量与发电量的关系式。
上述式(2)用一次线性函数表示，部分情况下存在二次函数的可能性，故在本模型中以隐函数来表示该关系。
本发明基于梯级水电运行特征，构建了小时级和15分钟级两个时间阶段的运行优化模型，解决了梯级水电日内水位控制和运行效益提升两方面控制要求的协调问题。本发明所提供的优化方法，深入分析了日内梯级水电的运行控制目标与梯级水电运行特性相关性，通过以水位控制为目标的小时级优化和以综合耗水率最低为目标的15分钟级优化，在确保水位控制满足运行控制要求的同时降低了梯级水电的综合耗水率，提升了其运行效益。本发明是一种方便实用的日内梯级水电两阶段优化调度方法。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明的日内梯级水电两阶段优化调度方法，基于梯级水电运行特征，构建了小时级和15分钟级两个时间阶段的运行优化模型，所述方法具体包括如下步骤：
(1)以水位控制为目标的小时级优化；
(2)以综合耗水率最低为目标的15分钟级优化。
上述步骤(1)以水位控制为目标的小时级优化如下：
规定本步骤所涉及的参数变量其含义如下：
ΔT：小时级优化的时间长度；
TS：初始时刻位置；
N：水电站数量；
分别为水电站i在时刻t小时级优化所得的水位计划值、初始水位、优化时间范围内天然来水导致的水位上升、水位控制目标和水位控制限值；
小时级优化中在时刻t水电站i的发电计划；
Pt G,H：小时级优化中在时刻t根据短期功率预测所需要水电站分担的电网功率，人工设定值；
αi：水电站i的流量与发电量系数，反映了一定发电量下所需要的耗水量，一般为变量，本发明中由于仅是在一天内进行优化，故取其在目标水位下的定值；
βi：水电站i的水位与净流量系数，反映了一定净流量下水位高度变化，一般为变量，本发明中由于仅是在一天内进行优化，故取其在目标水位下的定值。
以水位控制为目标的小时级优化，是在日内在较长时间范围根据梯级水电厂来水情况以梯级水位控制为目标对水电厂的出力进行优化控制。其优化模型可表述如下：
如式(1)所示，该优化模型中目标函数要求在ΔT时间后，各水电站的水位应尽量逼近水位目标控制要求；约束项(1)要求在ΔT时间范围内任意时刻，所有水电站出力均能满足电网调节要求，也即电网运行约束；约束项(2)要求对任意水电站i在ΔT时间范围内，其水位均在水位控制范围内，也即水电站运行约束。需要特别说明的是在约束项(2)中表示的是水电站i上游的水电站的实际发电功率，表示上游水电的发电耗水到达下游的时间。
上述模型为二次目标凸规划问题，能够根据已有的商业优化软件包直接求解。
上述步骤(2)以综合耗水率最低为目标的15分钟级优化方法如下：
规定本步骤所涉及的参数变量其含义如下：
N：水电站数量；
15分钟级优化中在时刻t水电站i的发电计划；
Pt G,M：15分钟级优化中在时刻t根据超短期功率预测所需要水电站分担的电网功率，人工设定值；
15分钟级优化中水电站i的实际水位；
15分钟级优化中水电站i的计划耗水量。
15分钟级优化模型可以表示如下：
如式(2)所示，该优化问题中目标以梯级综合耗水量最低为目标，由于总的发电量是一定得，所以该目标等效于梯级综合耗水率最低；约束式(1)要求梯级所有水电站的总发电量等于水电应承担的发电量；约束式(2)是在水位一定取其实际水位的情况下，耗水量与发电量的关系式，一般该关系式可以用一次线性函数表示，部分情况下可能存在二次函数的可能性，故在本模型中以隐函数来表示该关系。
最后应当说明的是：以上步骤介绍仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种日内梯级水电两阶段优化调度方法，其特征在于基于梯级水电运行特征，构建了小时级和15分钟级两个时间阶段的运行优化模型，所述方法具体包括如下步骤：
(1)以水位控制为目标的小时级优化；
(2)以综合耗水率最低为目标的15分钟级优化。
2.根据权利要求1所述的日内梯级水电两阶段优化调度方法，其特征在于上述步骤(1)以水位控制为目标的小时级优化方法如下：
以水位控制为目标的小时级优化，是在日内在较长时间范围根据梯级水电厂来水情况以梯级水位控制为目标对水电厂的出力进行优化控制，其优化模型表述如下：
min Σ t = 1 Δ T Σ i = 1 N ( h i , T s + t H - h i S ) 2 s . t . Σ i = 1 N P i , t H = P t G , H h i , T s + Δ T N + h i , T s + β i ( α i Δ T Σ t = 1 Δ T P i , T s + t H - α i - 1 Δ T Σ t = 1 Δ T P i - 1 , T s l + t S ) ≤ h i ‾ - - - ( 1 )
本步骤所涉及的参数变量其含义如下：
ΔT：小时级优化的时间长度；
TS：初始时刻位置；
N：水电站数量；
分别为水电站i在时刻t小时级优化所得的水位计划值、初始水位、优化时间范围内天然来水导致的水位上升、水位控制目标和水位控制限值；
小时级优化中在时刻t水电站i的发电计划；
Pt G,H：小时级优化中在时刻t根据短期功率预测所需要水电站分担的电网功率，人工设定值；
αi：水电站i的流量与发电量系数，反映了一定发电量下所需要的耗水量，一般为变量，本发明中由于仅是在一天内进行优化，故取其在目标水位下的定值；
βi：水电站i的水位与净流量系数，反映了一定净流量下水位高度变化，一般为变量，本发明中由于仅是在一天内进行优化，故取其在目标水位下的定值；
如式(1)所示，该优化模型中目标函数要求在ΔT时间后，各水电站的水位应尽量逼近水位目标控制要求；第一约束项要求在ΔT时间范围内任意时刻，所有水电站出力均能满足电网调节要求，也即电网运行约束；第二约束项要求对任意水电站i在ΔT时间范围内，其水位均在水位控制范围内，也即水电站运行约束，需要特别说明的是在约束项中表示的是水电站i上游的水电站的实际发电功率，表示上游水电的发电耗水到达下游的时间。
3.根据权利要求1所述的日内梯级水电两阶段优化调度方法，其特征在于上述步骤(2)以综合耗水率最低为目标的15分钟级优化的方法如下：
15分钟级优化模型表示如下：
min Σ i = 1 N Q i , t M s . t . Σ i = 1 N P i , t M = P t G , M Q i , t M = f ( h i , t R , P i , t M ) - - - ( 2 )
本步骤所涉及的参数变量其含义如下：
N：水电站数量；
15分钟级优化中在时刻t水电站i的发电计划；
Pt G,M：15分钟级优化中在时刻t根据超短期功率预测所需要水电站分担的电网功率，人工设定值；
15分钟级优化中水电站i的实际水位；
15分钟级优化中水电站i的计划耗水量；
如式(2)所示，该优化问题中目标以梯级综合耗水量最低为目标，由于总的发电量是一定的，所以该目标等效于梯级综合耗水率最低；第一约束式要求梯级所有水电站的总发电量等于水电应承担的发电量；第二约束式是在水位一定取其实际水位的情况下，耗水量与发电量的关系式。
4.根据权利要求3所述的日内梯级水电两阶段优化调度方法，其特征在于上述式(2)用一次线性函数表示，部分情况下存在二次函数的可能性，故在本模型中以隐函数来表示该关系。
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