CN107862408A - 一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法 - Google Patents

一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法。方案包括根据采集水电厂数据拟合出相关曲线；设置滚动计算周期和计算实际间隔，并读入实时水情数据和机组的日前计划出力；根据各拟合曲线推导出下一时段水情，以此类推出各时段弃水流量；根据弃水流量发出相应的弃水预警；预警发出后，对相应机组出力进行优化校正；输出预警信息和优化校正策略。本发明结合日前发电计划和当前实际运行情况预判出整个计算周期内是否发生弃水，并在有弃水情况发生时，及时调整各机组出力以使得水电厂的总弃水量最少。解决了传统方法中依靠人为经验调整存在的调整不当的问题。

Description

一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统调度运行和优化领域，尤其是涉及一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法。
背景技术
我国西南地区水资源丰富，但在当前用电需求增长放缓的情况下，水电消纳能力有限，加之汛期降水集中、外送通道能力不足等原因，弃水现象十分突出。此外，在实际运行的水火电力系统中，还存在以下两个方面的问题：
一方面各发电厂每天的机组出力由日前调度计划给出，但由于大规模接入的新能源(主要是风电和光伏发电)的发电出力预测误差及系统总负荷预测误差的存在，极端情况下，若仍按日前发电计划执行，会造成较大的功率不平衡，危及系统的安全。
另一方面，由于目前多数水电厂没有水务人员，流域梯级缺乏统一优化调度协调机制，调度值班员主要是根据经验人为地调整水电发电计划及策略，依靠经验开展实时调度难以有效把握流域调度决策过程的科学性、准确性，若对某些机组进行临时的出力调整，也可能因调整不当，造成部分水电厂不必要的弃水。
故此，需寻求一种在日前发电计划以外，具有理论依据的即时调整水电厂及相关电厂出力的方法，在满足系统功率平衡约束的同时，使水电厂的弃水量最小，这是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明主要是解决了上述技术问题，提供了一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法，包括以下步骤：
S1.根据采集水电厂数据拟合出相关曲线；
S2.设置滚动计算周期和计算实际间隔，并读入实时水情数据和机组的日前计划出力；
S3.根据各拟合曲线推导出下一时段水情，以此类推出各时段弃水流量；
S4.根据弃水流量发出相应的弃水预警；
S5.预警发出后，对相应机组出力进行优化校正；
S6.输出预警信息和优化校正策略。
本发明能够结合日前发电计划和当前实际运行情况预判出整个计算周期内是否发生弃水，并在有弃水情况发生时，及时调整各机组出力以使得水电厂的总弃水量最少。解决了传统方法中依靠人为经验调整存在的调整不当的问题。
作为一种优选方案，步骤S1中拟合的曲线包括：
库容和上游水位的二次曲线
其中为当前库容，aUi为库容-水位拟合曲线二次项系数，为上游水位，bUi为库容-水位拟合曲线一次项系数，cUi为库容-水位拟合曲线常数项；
下游水位和出库流量的二次曲线
其中为下游水位，aDi为下游水位-出库流量拟合曲线二次项系数，为发电流量，为弃水流量，bDi为下游水位-出库流量拟合曲线一次项系数，cDi为下游水位-出库流量拟合曲线常数项；
机组出力、水头和发电流量的二元二次曲线
其中为水电机组出力，ai、bi为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的二次项系数，ci为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的交叉项系数，di、ei为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的一次项系数，fi为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的常数项系数，为水头。
作为一种优选方案，步骤S2的具体过程包括：
设置滚动计算周期T和计算时间间隔为Δt，则每个周期包含时段数为T/Δt，机组日前计划出力每次读取T/Δt个值，第一次取1…T/Δt个值，第二次取2…T/Δt+1个值，以此类推；
从数据库和web服务接口分别读入实时水情数据和机组的日前计划出力，水情数据包括上游水位下游水位出库流量入库流量和发电流量
作为一种优选方案，步骤S3的具体步骤包括：
S31.以当前水情为初始状态，当前水情包括上游水位下游水位发电流量入库流量弃水流量
S32.由上游水位得到当前库容
S33.根据库容平衡方程推导出下一时段库容
S34.根据闪游水位和库容的拟合曲线得到下一时段的上游水位
S35.采用牛顿迭代法得到下一时段下游水位和发电流量过程如下：
已知水电机组出力和上游水位水头下游水位计算公式
由出力-水头-流量方程 得到：
进而获得非线性方程的标准形式，
根据牛顿修正方程：
将其中收敛精度设置为1e-6，计算得到下一时段下游水位和发电流量
S36.由得到下下一时段的库容若大于库容上限则t+1时段的弃水流量为
若则不发送弃水，以此类推，推导出各时段弃水流量
作为一种优选方案，所述步骤S4的具体过程包括：
S41.设初始时刻和弃水开始发生时的时间间隔为tspan，根据tspan值的大小将预警成都分为
重度(1<tspan≤)，
中度(T/3<tspan≤2T/3)，
轻度(tspan>2T/3)；弃水发生时间越近，预警程度越高。
S42.判断水电厂t时段弃水流量是否为正，若为正即则该时段发生弃水，根据弃水发生的时间的尺度即tspan，发出相应的弃水预警，若则为不弃水，不发出弃水预警。
作为一种优选方案，步骤S5的具体过程包括：
选定要调节出力的机组，对可调机组在其出力范围内进行调整，根据预警协调数学模型，计算获得校正后的机组出力，模型和计算流程如下：
一、水电厂弃水最小预警协调滚动优化模型，包括目标函数和约束条件：
1)、目标函数
第一类目标函数：弃水量最小
其中，
第t时段i水库的弃水量，st：第t时段总弃水量，T、t0：滚动优化周期和滚动开始时间，n：水电厂数量；
f1(s)：弃水量最小目标；
f2(s)：按水电厂装机容量等比例弃水目标函数，
f3(s)：按水电厂年度计划完成情况等比例弃水目标函数，
f4(s)：按中调自定义比例弃水目标函数，满足
第二类目标函数：弃水电量最小
其中，为第t时段i水库的弃水电量，et为总弃水电量，为i水电厂的耗水率，其余系数与模型一相同；
2)、满足如下约束
(1)功率平衡方程
(2)水电厂库容平衡方程
(3)水电厂水库的运行约束
(4)水电机组的耗水量约束
(5)库容与上游水位的关系约束
(6)下游水位与出库流量关系约束
(7)发电出力约束
其中，
第t时段i水库的弃水和天然来水；
τi,k：第k水电厂到第i水电厂的水流延时；
ri 、第t时段i水库的库容及其两界；
qi ,第t时段i水库的发电流量及其两界；
第t时段i水电厂的水头及水轮机的效率；
第t时段i水电厂的上下游水位；
第t时段风电、光电、核电出力；
第t时段的西电、云电和全系统的总负荷；
PHi ,第t时段i水电厂发电出力及其两界；
PGj ,第t时段j火电厂发电出力及其两界；
二、计算流程
1)、目标函数的选取原则：
(1)如果是要求达到总弃水量最小的目标，则选择第一类目标函数，其中，若仅按照总弃水量最小，则选择f1(s)；若按照水电厂装机容量等比例弃水最小，则选择f2(s)；若按照水电厂年度计划完成情况等比例弃水最小，则选择f3(s)；若按照电网调度中心自定义比例弃水最小，则选择f4(s)。
(2)如果是要求达到总弃水电量最小的目标，则选择第二类目标函数，其中，若仅按照总弃水电量最小，则选择f3(s)；若按照水电厂装机容量等比例弃水电量最小，则选择f6(s)；若按照水电厂年度计划完成情况等比例弃水电量最小，则选择f7(s)；若按照电网调度中心自定义比例弃水电量最小，则选择f8(s)。
2)、确定可调节机组和固定出力机组
选定火电机组和水电机组为可调节机组，对火电出力和水电出力进行约束，其出力范围分别是 首先要决定哪些机组为可调，哪些机组为不可调，确定之后，各类机组就分为固定出力机组和可调节机组两类。一般火电机组和水电机组功率可调，其余不可调，那么火电出力和水电出力都属于可调节出力。核电出力风电出力光电出力西电云电属于不可调节出力，在模型中均使用预测值，其值固定不变。因此只需要对火电出力和水电出力进行约束即可。
3)、至此，就构建了以f(s)(f1(s)-f8(s))中的任意一个为目标函数，以式(1)-(7)为约束条件的水电厂弃水最小预警协调滚动优化模型，使用内点法求解该模型，得到的和即为调整后的火电出力和水电出力。
作为一种优选方案，步骤S6中输出预警信息包括开始弃水时间、结束弃水时间、从初始时刻到发生弃水的时间、平均弃水流量、弃水电量；优化校正策略包括需要调整的机组出力。
因此，本发明的优点是：结合日前发电计划和当前实际运行情况预判出整个计算周期内是否发生弃水，并在有弃水情况发生时，及时调整各机组出力以使得水电厂的总弃水量最少。解决了传统方法中依靠人为经验调整存在的调整不当的问题。
附图说明
附图1是本发明的一种流程示意图；
附图2是本发明中拟合出的库容和上游水位的二次曲线图；
附图3是本发明中拟合出的下游水位和出库流量的二次曲线图；
附图4是本发明中拟合出的机组出力、水头和发电流量的二元二次曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.根据采集水电厂数据拟合出相关曲线；
拟合的曲线包括：
库容和上游水位的二次曲线，如图2所示，
其中为当前库容，aUi为库容-水位拟合曲线二次项系数，为上游水位，bUi为库容-水位拟合曲线一次项系数，cUi为库容-水位拟合曲线常数项；
下游水位和出库流量的二次曲线，如图3所示，
其中为下游水位，aDi为下游水位-出库流量拟合曲线二次项系数，为发电流量，为弃水流量，bDi为下游水位-出库流量拟合曲线一次项系数，cDi为下游水位-出库流量拟合曲线常数项；
机组出力、水头和发电流量的二元二次曲线，如图4所示，
其中为水电机组出力，ai、bi为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的二次项系数，ci为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的交叉项系数，di、ei为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的一次项系数，fi为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的常数项系数，为水头。
S2.设置滚动计算周期和计算实际间隔，并读入实时水情数据和机组的日前计划出力；具体为：
设置滚动计算周期T和计算时间间隔为Δt，则每个周期包含时段数为T/Δt，机组日前计划出力每次读取T/Δt个值，第一次取1…T/Δt个值，第二次取2…T/Δt+1个值，以此类推；
从数据库和web服务接口分别读入实时水情数据和机组的日前计划出力，水情数据包括上游水位下游水位出库流量入库流量和发电流量
S3.根据各拟合曲线推导出下一时段水情，以此类推出各时段弃水流量；具体步骤包括：
S31.以当前水情为初始状态，当前水情包括上游水位下游水位发电流量入库流量弃水流量
S32.由上游水位得到当前库容
S33.根据库容平衡方程推导出下一时段库容
S34.根据闪游水位和库容的拟合曲线得到下一时段的上游水位
S35.采用牛顿迭代法得到下一时段下游水位和发电流量过程如下：
已知水电机组出力和上游水位水头下游水位计算公式
由出力-水头-流量方程 得到：
进而获得非线性方程的标准形式，
根据牛顿修正方程：
将其中收敛精度设置为1e-6，计算得到下一时段下游水位和发电流量
S36.由得到下下一时段的库容若大于库容上限则t+1时段的弃水流量为
若则不发送弃水，以此类推，推导出各时段弃水流量
S4.根据弃水流量发出相应的弃水预警；具体过程包括：
S41.设初始时刻和弃水开始发生时的时间间隔为tspan，根据tspan值的大小将预警成都分为
重度(1<tspan≤T/3)，
中度(T/3<tspan≤2T/3)，
轻度(tspan>2T/3)；弃水发生时间越近，预警程度越高。
S42.判断水电厂t时段弃水流量是否为正，若为正即则该时段发生弃水，根据弃水发生的时间的尺度即tspan，发出相应的弃水预警，若则为不弃水，不发出弃水预警。
S5.预警发出后，对相应机组出力进行优化校正；具体过程包括：
选定要调节出力的机组，对可调机组在其出力范围内进行调整，根据预警协调数学模型，计算获得校正后的机组出力，模型和计算流程如下：
一、水电厂弃水最小预警协调滚动优化模型，包括目标函数和约束条件：
1)、目标函数
第一类目标函数：弃水量最小
其中，
第t时段i水库的弃水量，st：第t时段总弃水量，T、t0：滚动优化周期和滚动开始时间，n：水电厂数量；
f1(s)：弃水量最小目标；
f2(s)：按水电厂装机容量等比例弃水目标函数，
f3(s)：按水电厂年度计划完成情况等比例弃水目标函数，
f4(s)：按中调自定义比例弃水目标函数，满足
第二类目标函数：弃水电量最小
其中，为第t时段i水库的弃水电量，et为总弃水电量，为i水电厂的耗水率，其余系数与模型一相同；
2)、满足如下约束
(1)功率平衡方程
(2)水电厂库容平衡方程
(3)水电厂水库的运行约束
(4)水电机组的耗水量约束
(5)库容与上游水位的关系约束
(6)下游水位与出库流量关系约束
(7)发电出力约束
其中，
第t时段i水库的弃水和天然来水；
τi,k：第k水电厂到第i水电厂的水流延时；
ri 、第t时段i水库的库容及其两界；
qi ,第t时段i水库的发电流量及其两界；
第t时段i水电厂的水头及水轮机的效率；
第t时段i水电厂的上下游水位；
第t时段风电、光电、核电出力；
第t时段的西电、云电和全系统的总负荷；
PHi ,第t时段i水电厂发电出力及其两界；
PGj ,第t时段j火电厂发电出力及其两界；
二、计算流程
1)、目标函数的选取原则：
(1)如果是要求达到总弃水量最小的目标，则选择第一类目标函数，其中，若仅按照总弃水量最小，则选择f1(s)；若按照水电厂装机容量等比例弃水最小，则选择f2(s)；若按照水电厂年度计划完成情况等比例弃水最小，则选择f3(s)；若按照电网调度中心自定义比例弃水最小，则选择f4(s)。
(2)如果是要求达到总弃水电量最小的目标，则选择第二类目标函数，其中，若仅按照总弃水电量最小，则选择f3(s)；若按照水电厂装机容量等比例弃水电量最小，则选择f6(s)；若按照水电厂年度计划完成情况等比例弃水电量最小，则选择f7(s)；若按照电网调度中心自定义比例弃水电量最小，则选择f6(s)。
2)、确定可调节机组和固定出力机组
选定火电机组和水电机组为可调节机组，对火电出力和水电出力进行约束，其出力范围分别是 首先要决定哪些机组为可调，哪些机组为不可调，确定之后，各类机组就分为固定出力机组和可调节机组两类。一般火电机组和水电机组功率可调，其余不可调，那么火电出力和水电出力都属于可调节出力。核电出力风电出力光电出力西电云电属于不可调节出力，在模型中均使用预测值，其值固定不变。因此只需要对火电出力和水电出力进行约束即可。
3)、至此，就构建了以f(s)(f1(s)-f8(s))中的任意一个为目标函数，以式(1)-(7)为约束条件的水电厂弃水最小预警协调滚动优化模型，使用内点法求解该模型，得到的和即为调整后的火电出力和水电出力。
S6.输出预警信息和优化校正策略。
输出预警信息包括开始弃水时间、结束弃水时间、从初始时刻到发生弃水的时间、平均弃水流量、弃水电量；优化校正策略包括需要调整的机组出力。
本实施例以某电网为例进行具体分析。这个例子中设置滚动计算周期T为2小时，时段长度t为15分钟。设置距离弃水开始时间小于40分钟为重度弃水预警，大于40分钟小于80分钟为中度预警，大于80分钟为轻度弃水预警。如下表1为各水电站由初始时刻00:00时刻计算出的弃水流量。
表1
由表1数据可知，只有3号水电厂弃水，并且从第3时段开始弃水，一直到第8时段，距离弃水发生时间小于40分钟。此时发布重度弃水预警：预警时间为00:00，弃水于30分钟后发生，弃水开始于00:30，结束于02:00，平均弃水流量为2100m3/s，弃水电量为573MW·h。
弃水发生后，根据最少预警协调模型对3号水电厂机组出力进行优化校正，仅设置3号水电厂的可调机组，其他机组仍按计划执行，则3号水电厂计划出力和校正出力数据如表2。
时段 计划出力/MW 校正出力/MW
1 150 150
2 150 150
3 150 287
4 150 588
5 150 580
6 150 578
7 150 578
8 150 578
最后输出预警信息和优化校正策略，预警信息即重度弃水预警，预警时间为00:00，弃水于30分钟后发生，弃水开始于00:30，结束于02:00，平均弃水流量为2100m3/s，弃水电量为573MW·h。机组优化校正策略即表2中校正后出力的值。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据采集水电厂数据拟合出相关曲线；
S2.设置滚动计算周期和计算实际间隔，并读入实时水情数据和机组的日前计划出力；
S3.根据各拟合曲线推导出下一时段水情，以此类推出各时段弃水流量；
S4.根据弃水流量发出相应的弃水预警；
S5.预警发出后，对相应机组出力进行优化校正；
S6.输出预警信息和优化校正策略。
2.根据权利要求1所述的一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法，其特征是步骤S1中拟合的曲线包括：
库容和上游水位的二次曲线
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其中为当前库容，aUi为库容-水位拟合曲线二次项系数，为上游水位，bUi为库容-水位拟合曲线一次项系数，cUi为库容-水位拟合曲线常数项；
下游水位和出库流量的二次曲线
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其中为下游水位，aDi为下游水位-出库流量拟合曲线二次项系数，为发电流量，为弃水流量，bDi为下游水位-出库流量拟合曲线一次项系数，cDi为下游水位-出库流量拟合曲线常数项；
机组出力、水头和发电流量的二元二次曲线
<mrow> <msubsup> <mi>p</mi> <mrow> <mi>H</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mi>t</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>h</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>h</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>h</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>e</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow>
其中为水电机组出力，ai、bi为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的二次项系数，ci为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的交叉项系数，di、ei为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的一次项系数，fi为出力-水头-流量二元二次拟合曲线的常数项系数，为水头。
3.根据权利要求1所述的一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法，其特征是步骤S2的具体过程包括：
设置滚动计算周期T和计算时间间隔为Δt，则每个周期包含时段数为T/Δt，机组日前计划出力每次读取T/Δt个值，第一次取1…T/Δt个值，第二次取2…T/Δt+1个值，以此类推；
从数据库和web服务接口分别读入实时水情数据和机组的日前计划出力，水情数据包括上游水位下游水位出库流量入库流量和发电流量
4.根据权利要求1所述的一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法，其特征是步骤S3的具体步骤包括：
S31.以当前水情为初始状态，当前水情包括上游水位下游水位发电流量入库流量弃水流量
S32.由上游水位得到当前库容
S33.根据库容平衡方程推导出下一时段库容
S34.根据闪游水位和库容的拟合曲线得到下一时段的上游水位
S35.采用牛顿迭代法得到下一时段下游水位和发电流量过程如下：
已知水电机组出力和上游水位水头下游水位计算公式
由出力-水头-流量方程 得到：
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>H</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>e</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
进而获得非线性方程的标准形式，
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>e</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>H</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
根据牛顿修正方程：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;Delta;q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>f</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>q</mi> <mn>0</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msup> <mi>f</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mi>f</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>dh</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mrow> <msubsup> <mi>dq</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>h</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>dh</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mrow> <msubsup> <mi>dq</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>dh</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mrow> <msubsup> <mi>dq</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>e</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>dh</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mrow> <msubsup> <mi>dq</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>b</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
将其中收敛精度设置为1e-6，计算得到下一时段下游水位和发电流量
S36.由得到下下一时段的库容若大于库容上限则t+1时段的弃水流量为
<mrow> <msubsup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>q</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>q</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>;</mo> </mrow>
若则不发送弃水，以此类推，推导出各时段弃水流量
5.根据权利要求1所述的一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法，其特征是所述步骤S4的具体过程包括：
S41.设初始时刻和弃水开始发生时的时间间隔为tspan，根据tspan值的大小将预警成都分为
重度(1<tspan≤T/3)，
中度(T/3<tspan≤2T/3)，
轻度(tspan>2T/3)；
S42.判断水电厂t时段弃水流量是否为正，若为正即则该时段发生弃水，根据弃水发生的时间的尺度即tspan，发出相应的弃水预警，若则为不弃水，不发出弃水预警。
6.根据权利要求1所述的一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法，其特征是步骤S5的具体过程包括：
选定要调节出力的机组，对可调机组在其出力范围内进行调整，根据预警协调数学模型，计算获得校正后的机组出力，模型和计算流程如下：
一、水电厂弃水最小预警协调滚动优化模型，包括目标函数和约束条件：
1)、目标函数
第一类目标函数：弃水量最小
<mrow> <mi>min</mi> <mi> </mi> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>C</mi> </mrow> </msubsup> <msup> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>3</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <msup> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>4</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msubsup> <msup> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
其中，
第t时段i水库的弃水量，st：第t时段总弃水量，T、t0：滚动优化周期和滚动开始时间，n：水电厂数量；
f1(s)：弃水量最小目标；
f2(s)：按水电厂装机容量等比例弃水目标函数，
f3(s)：按水电厂年度计划完成情况等比例弃水目标函数，
f4(s)：按中调自定义比例弃水目标函数，满足
第二类目标函数：弃水电量最小
<mrow> <mi>min</mi> <mi> </mi> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>e</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>5</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>e</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>e</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>6</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>e</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>C</mi> </mrow> </msubsup> <msup> <mi>e</mi> <mi>t</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>7</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>e</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <msup> <mi>e</mi> <mi>t</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>8</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>e</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msubsup> <msup> <mi>e</mi> <mi>t</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
其中，为第t时段i水库的弃水电量，et为总弃水电量，为i水电厂的耗水率，其余系数与模型一相同；
2)、满足如下约束
(1)功率平衡方程
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(2)水电厂库容平衡方程
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(3)水电厂水库的运行约束
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(4)水电机组的耗水量约束
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(5)库容与上游水位的关系约束
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(6)下游水位与出库流量关系约束
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(7)发电出力约束
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其中，
第t时段i水库的弃水和天然来水；
τi,k：第k水电厂到第i水电厂的水流延时；
ri 、第t时段i水库的库容及其两界；
qi ,第t时段i水库的发电流量及其两界；
第t时段i水电厂的水头及水轮机的效率；
第t时段i水电厂的上下游水位；
第t时段风电、光电、核电出力；
第t时段的西电、云电和全系统的总负荷；
PHi ,第t时段i水电厂发电出力及其两界；
P Gj,第t时段j火电厂发电出力及其两界；
二、计算流程
1)、目标函数的选取原则：
(1)如果是要求达到总弃水量最小的目标，则选择第一类目标函数，其中，若仅按照总弃水量最小，则选择f1(s)；若按照水电厂装机容量等比例弃水最小，则选择f2(s)；若按照水电厂年度计划完成情况等比例弃水最小，则选择f3(s)；若按照电网调度中心自定义比例弃水最小，则选择f4(s)。
(2)如果是要求达到总弃水电量最小的目标，则选择第二类目标函数，其中，若仅按照总弃水电量最小，则选择f3(s)；若按照水电厂装机容量等比例弃水电量最小，则选择f6(s)；若按照水电厂年度计划完成情况等比例弃水电量最小，则选择f7(s)；若按照电网调度中心自定义比例弃水电量最小，则选择f8(s)。
2)、确定可调节机组和固定出力机组
选定火电机组和水电机组为可调节机组，对火电出力和水电出力进行约束，其出力范围分别是
3)、至此，就构建了以f(s)(f1(s)-f8(s))中的任意一个为目标函数，以式(1)-(7)为约束条件的水电厂弃水最小预警协调滚动优化模型，使用内点法求解该模型，得到的和即为调整后的火电出力和水电出力。
7.根据权利要求1所述的一种水电厂弃水最小预警协调滚动优化方法，其特征是步骤S6中输出预警信息包括开始弃水时间、结束弃水时间、从初始时刻到发生弃水的时间、平均弃水流量、弃水电量；优化校正策略包括需要调整的机组出力。
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