CN109508813B - 一种兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，包括：获取电网系统的参数数据；其中，所述参数数据包括时段参数、水电站参数和电网负荷参数；根据所述参数数据构建剩余负荷最大值最小的目标函数；根据所述参数数据构建弃水流量之和最小的目标函数；根据所述剩余负荷最大值最小的目标函数和所述弃水流量之和最小的目标函数，引入分组水电站电量约束条件和水电优化调度的常规约束条件。采用本发明实施例，能够在考虑电网调峰需求和水电弃水控制要求下，合理分解分组水电站群的月度电量。

Description

一种兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法
技术领域
本发明涉及电网规划和调度运行领域，尤其涉及一种兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法。
背景技术
我国电力市场正掀起新一轮改革高潮，西南地区大规模水电积极参与。其中，水电中长期市场与日前现货市场为重要组成部分。
其中，日前现货市场：充分考虑次日电网运行边界条件及物理约束，通过集中优化，以发电费用最低为优化目标，决策次日的机组开机组合及发电出力曲线，实现电力电量平衡、电网安全管理和资源优化配置。日前市场的本质是通过安全经济调度，采用市场机制来制定次日的电网运行方式，是对现行“安全节能调度”、“安全三公调度”的有效承接。通过集中竞争优化，日前市场还将形成不同节点上的分时节点电价信号，真实反映电力商品在不同时间、不同地点的时空价值。
中长期市场：日前现货开市前，都属于中长期市场。和其他普通商品中长期交易一样，买卖双方可以自主修正各自的购售电曲线和价格，充分体现市场主体的意愿，促进市场充分竞争，充分反映电力的普通商品属性。中长期市场交易形成的合约是差价合约，主要作用是帮助市场成员提前确定大部分的交易量并锁定价格，规避现货市场价格波动风险。
水电中长期市场与日前现货市场形成的电力电量曲线周期、时段长度均不同，二者的有效衔接是需要重点关注的环节之一。水电中长期市场为差价合约模式，形成年内分月电量曲线，按中长期价格结算。日前现货市场为全电量出清模式，形成日内分时电力曲线，日前与中长期的偏差电量按照日前价格结算。在市场交易组织过程中，水电中长期交易在前，日前现货交易在后，需要将中长期交易形成的年内分月曲线分解成日内分时曲线，有效衔接中长期交易与现货交易。
西南地区大规模水电作为电网优质的调峰电源，在有效缓解电网调峰压力同时，面临严重的弃水问题，在将中长期交易曲线分解的过程中如何有效考虑电网调峰需求和减少弃水是难点所在。而现有技术中的相关研究成果和文献报道大部分集中于水电年度电量的分解研究，并未涉及到关于兼顾调峰和弃水的水电中长期电量日内优化分解研究，无法考虑电网调峰需求和减少弃水要求。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，能够在考虑电网调峰需求和水电弃水控制要求下，合理分解分组水电站群的月度电量。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，包括：
获取电网系统的参数数据；其中，所述参数数据包括时段参数、水电站参数和电网负荷参数；
根据所述参数数据构建剩余负荷最大值最小的目标函数；其中，所述剩余负荷最大值最小的目标函数为：
Figure BDA0001829124390000021
其中，F1为剩余负荷的最大值；i为水电站编号；I为水电站总数；t为时段编号；T为时段总数；Lt为t时段的电网负荷值；pi，t为水电站i在t时段的出力；
根据所述参数数据构建弃水流量之和最小的目标函数；其中，所述弃水流量之和最小的目标函数为：
Figure BDA0001829124390000022
其中，F2为调度期内弃水流量之和；si，t为水电站i在t时段的弃水流量；ωi，t为0-1整数变量，用于标识水电站i在t时段是否满发，当水电站满发时，ωi，t＝0；当水电站未满发时，ωi，t＝1；
根据所述剩余负荷最大值最小的目标函数和所述弃水流量之和最小的目标函数，引入分组水电站电量约束条件和水电优化调度的常规约束条件；其中，所述分组水电站电量约束条件为：
Figure BDA0001829124390000031
其中，j为发电商编号；Ωj为隶属于发电商j的水电站集合；Δt为计算时段，Δt取15min或1h；Ej为隶属于发电商j的水电站电量要求。
与现有技术相比，本发明公开的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，首先，获取电网系统的参数数据；然后，根据所述参数数据构建剩余负荷最大值最小的目标函数，并根据所述参数数据构建弃水流量之和最小的目标函数；最后，根据所述剩余负荷最大值最小的目标函数和所述弃水流量之和最小的目标函数，引入分组水电站电量约束条件和水电优化调度的常规约束条件，从而构建兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型。解决了现有技术的集中于水电年度电量的分解研究，并未涉及到关于兼顾调峰和弃水的水电中长期电量日内优化分解研究的问题，无法考虑电网调峰需求和减少弃水要求的问题。能够在考虑电网调峰需求和水电弃水控制要求下，合理分解分组水电站群的月度电量。
所述水电优化调度的常规约束条件包括水量平衡约束条件；所述水量平衡约束条件为：
Figure BDA0001829124390000032
其中，vi，t为水电站i在t时段末的库容；Qi，t为水电站i在t时段的入库流量，由其直接上游水库出库汇入；Ii，t为水电站i在t时段的区间入库流量；ui，t为水电站i在t时段的出库流量；qi，t为水电站i在t时段的发电流量。
所述水电优化调度的常规约束条件还包括水位约束条件，所述水位约束条件为：
Zmin，i≤zi，t≤Zmax，i 公式(5)；
其中，zi，t为水电站i在t时段末的水位值；zmax，i为水电站i的水位的上限；zmin，i为水电站i的水位的下限；
所述水电优化调度的常规约束条件还包括起始水位约束条件，所述起始水位约束条件包括：
zi，0＝Zi，0 公式(6)；
其中，zi，0为调度期起始水位；Zi，0为给定的调度期起始水位值。
所述水电优化调度的常规约束条件还包括发电流量约束条件，所述发电流量约束条件为：
Qmin，i≤qi，t≤Qmax，i 公式(7)；
其中，Qmax，i为水电站i的发电流量的上限；Qmin，i为水电站i的发电流量的下限。
所述水电优化调度的常规约束条件还包括弃水流量约束条件，所述弃水流量约束条件为：
0≤si，t≤Smax，i 公式(8)；
其中，Smax，i为水电站i的弃水流量上限。
所述水电优化调度的常规约束条件还包括出库流量约束条件，所述出库流量约束条件为：
Umin，i≤ui，t≤Umax，i 公式(9)；
其中，Umax，i为水电站i的出库流量的上限；Umin，i为水电站i的出库流量的下限。
所述水电优化调度的常规约束条件还包括出力约束条件，所述出力约束条件为：
Pmin，i≤pi，t≤Pmax，i 公式(10)；
其中，Pmax，i为水电站i的出力的上限；Pmin，i为水电站i的出力的下限。
所述水电优化调度的常规约束条件还包括出力爬坡约束条件，所述出力爬坡约束条件为：
|pi，t-pi，t-1|≤ΔPmax，i 公式(11)；
其中，ΔPmax，i为水电站i单时段最大出力升降限制。
所述水电优化调度的常规约束条件还包括电站发电水头约束条件，所述电站发电水头约束条件包括：
Figure BDA0001829124390000051
其中，hi，t为水电站i在t时段的发电水头；zdi，t为水电站i在t时段末的尾水位；
Figure BDA0001829124390000052
为水电站i在t时段的水头损失常数。
所述水电优化调度的常规约束条件还包括水位库容关系约束条件，所述水位库容关系约束条件包括：
zi，t＝fzv(νi，t) 公式(13)；
其中，fzv(·)为水位库容关系函数，即表明zi，t与vi，t具有相关性；
所述水电优化调度的常规约束条件还包括尾水位泄量关系约束条件，所述尾水位泄量关系约束条件包括：
zdi，t＝fzu(ui，t) 公式(14)；
其中，fzu(·)为尾水位泄量关系函数，即表明zdi，t与ui，t具有相关性；
所述水电优化调度的常规约束条件还包括电站动力特性曲线约束条件，所述电站动力特性曲线约束条件包括：
pi，t＝fpqh(qi，t，hi，t) 公式(15)；
其中，fpqh(·)为电站出力、发电流量、发电水头三维关系函数，即表明pi，t、qi，t和hi，t具有相关性。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的一种兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
值得说明的是，兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型通常以15min或1h为计算时段，1月为计算周期，已知电网负荷、水库初始水位、水库入流、分组水电站电量，在满足水库约束和电站约束的条件下，合理将月度电量分解成日内分时曲线，到达有效削峰并减少弃水的目的。
本发明实施例中所述的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，通过引入电网剩余负荷最大值最小和弃水最小的双重目标，引入分组水电站电量约束，平衡电网调峰需求与减少弃水要求，将水电中长期电量分解成日内分时曲线，有效衔接水电中长期交易与现货交易。
参见图1，图1是本发明实施例中提供的一种兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法的流程图；包括：
S1、获取电网系统的参数数据；其中，所述参数数据包括时段参数、水电站参数和电网负荷参数；
S2、根据所述参数数据构建剩余负荷最大值最小的目标函数；
S3、根据所述参数数据构建弃水流量之和最小的目标函数；
S4、根据所述剩余负荷最大值最小的目标函数和所述弃水流量之和最小的目标函数，引入分组水电站电量约束条件和水电优化调度的常规约束条件。
值得说明的是，基于所述剩余负荷最大值最小的目标函数、所述弃水流量之和最小的目标函数、所述分组水电站电量约束条件和所述水电优化调度的常规约束条件即可构建兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型。本发明实施例中所指的水电站包括水库，即一个水电站包括一个与其对应的水库。进一步的，本发明实施例中所指的水位和库容分别指的是所述水库的水位和库容。
具体的，在步骤S1中，所述时段参数包括时段编号和时段总数；所述水电站参数包括水电站编号和水电站总数；所述电网负荷参数包括电网负荷值。
具体的，在步骤S2中，水电机组具有启停迅速、爬坡能力强的优点，是电网优质的调峰电源，当水电参与调峰时，电网负荷经过水电的调节，负荷峰谷差得到有效缩减。具体的，根据所述参数数据构建剩余负荷最大值最小的目标函数；其中，所述剩余负荷最大值最小的目标函数为：
Figure BDA0001829124390000071
其中，F1为剩余负荷的最大值；i为水电站编号；I为水电站总数；t为时段编号；T为时段总数；Lt为t时段的电网负荷值，单位为MW；pi，t为水电站i在t时段的出力，单位为MW。
值得说明的是，假设以1h为计算时段，那么1个月(假设30天)就有720h，即1个计算周期(1个月)就有720个计算时段，那么T＝720，t＝1、2、3…720。
具体的，在步骤S3中，西南水电面临严重的弃水问题，有必要将弃水因素纳入目标函数，当水电机组满发时，若仍发生弃水，此时视为不弃水。具体的，根据所述参数数据构建弃水流量之和最小的目标函数；其中，所述弃水流量之和最小的目标函数为：
Figure BDA0001829124390000072
其中，F2为调度期内弃水流量之和；si，t为水电站i在t时段的弃水流量，单位为m3/s；ωi，t为0-1整数变量，用于标识水电站i在t时段是否满发，当水电站满发时，ωi，t＝0；当水电站未满发时，ωi，t＝1。
具体的，在步骤S4中，根据所述剩余负荷最大值最小的目标函数和所述弃水流量之和最小的目标函数，引入分组水电站电量约束条件和水电优化调度的常规约束条件。
西南水电存在位于同一条流域上的水电站隶属不同发电商的情况，隶属不同发电商水电站的中长期电量不同。为此，根据电站所属发电商对电站进行分组，每组水电站受到月度电量约束限制，其中，所述分组水电站电量约束条件为：
Figure BDA0001829124390000081
其中，j为发电商编号；Ωj为隶属于发电商j的水电站集合；Δt为计算时段，Δt取15min或1h；Ej为隶属于发电商j的水电站电量要求，单位为kWh。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件包括水量平衡约束条件；所述水量平衡约束条件为：
Figure BDA0001829124390000082
其中，νi，t为水电站i在t时段末的库容，单位为m3；Qi，t为水电站i在t时段的入库流量，直接由上游水库出库汇入，单位为m3/s；Ii，t为水电站i在t时段的区间入库流量，单位为m3/s；ui，t为水电站i在t时段的出库流量，单位为m3/s；qi，t为水电站i在t时段的发电流量，单位为m3/s。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括水位约束条件，所述水位约束条件为：
Zmin，i≤zi，t≤Zmax，i 公式(5)；
其中，zi，t为水电站i在t时段末的水位值，单位为m；zmax，i为水电站i的水位的上限；zmin，i为水电站i的水位的下限。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括起始水位约束条件，所述起始水位约束条件包括：
zi，0＝Zi，0 公式(6)；
其中，zi，0为调度期起始水位，单位为m3；Zi，0为给定的调度期起始水位值，单位为m3。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括发电流量约束条件，所述发电流量约束条件为：
Qmin，i≤qi，t≤Qmax，i 公式(7)；
其中，Qmax，i为水电站i的发电流量的上限，单位为m3/s；Qmin，i为水电站i的发电流量的下限，单位为m3/s。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括弃水流量约束条件，所述弃水流量约束条件为：
0≤si，t≤Smax，i 公式(8)；
其中，Smax，i为水电站i的弃水流量上限，单位为m3/s。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括出库流量约束条件，所述出库流量约束条件为：
Umin，i≤ui，t≤Umax，i 公式(9)；
其中，Umax，i为水电站i的出库流量的上限，单位为m3/s；Umin，i为水电站i的出库流量的下限，单位为m3/s。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括出力约束条件，所述出力约束条件为：
Pmin，i≤pi，t≤Pmax，i 公式(10)；
其中，Pmax，i为水电站i的出力的上限；Pmin，i为水电站i的出力的下限。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括出力爬坡约束条件，所述出力爬坡约束条件为：
|pi，t-pi，t-1|≤ΔPmax，i 公式(11)；
其中，ΔPmax，i为水电站i单时段最大出力升降限制，单位为MW。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括电站发电水头约束条件，所述电站发电水头约束条件包括：
Figure BDA0001829124390000091
其中，hi，t为水电站i在t时段的发电水头，单位为m；zdi，t为水电站i在t时段末的尾水位，单位为m；
Figure BDA0001829124390000092
为水电站i在t时段的水头损失常数，单位为m。
其中，水头为水电站上、下游水位的差值；水头损失是指上游水流由取水口(前池或调压井处)经高压管道至蜗壳进口断面这一过程中的局部水头损失和沿程损失之和。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括水位库容关系约束条件，所述水位库容关系约束条件包括：
zi，t＝fzv(νi，t) 公式(13)；
其中，fZv(·)为水位库容关系函数，即表明zi，t与νi，t具有相关性。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括尾水位泄量关系约束条件，所述尾水位泄量关系约束条件包括：
zdi，t＝fzu(ui，t) 公式(14)；
其中，fzu(·)为尾水位泄量关系函数，即表明zdi，t与ui，t具有相关性。
优选的，所述水电优化调度的常规约束条件还包括电站动力特性曲线约束条件，所述电站动力特性曲线约束条件包括：
pi，t＝fpqh(qi，t，hi，t) 公式(15)；
其中，fpqh(·)为电站出力、发电流量、发电水头三维关系函数，即表明pi，t、qi，t和hi，t具有相关性。
与现有技术相比，本发明公开的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，首先，获取电网系统的参数数据；然后，根据所述参数数据构建剩余负荷最大值最小的目标函数，并根据所述参数数据构建弃水流量之和最小的目标函数；最后，根据所述剩余负荷最大值最小的目标函数和所述弃水流量之和最小的目标函数，引入分组水电站电量约束条件和水电优化调度的常规约束条件。
基于公式(1)～(15)即构建了兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型，解决了现有技术的集中于水电年度电量的分解研究，并未涉及到关于兼顾调峰和弃水的水电中长期电量日内优化分解研究的问题，无法考虑电网调峰需求和减少弃水要求的问题。能够在考虑电网调峰需求和水电弃水控制要求下，合理分解分组水电站群的月度电量。
本发明实施例构建的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法在考虑电网调峰需求和水电弃水控制要求下，合理分解分组水电站群的月度电量，优化形成水电站日内分时电力曲线。引入电网调峰和弃水控制双重目标函数，调峰目标为剩余负荷最大值最小，弃水控制为弃水流量之和最小目标，弃水控制目标中引入0-1整数变量，用于表示水电站满发时不计入弃水，以有效发挥水电调峰作用，减少水电弃水。同时引入分组水电站电量约束，差异化设置不同水电群的电量要求，保证曲线分解过程中隶属于不同发电商水电站群的发电量得到满足。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，其特征在于，包括：
获取电网系统的参数数据；其中，所述参数数据包括时段参数、水电站参数和电网负荷参数；
根据所述参数数据构建剩余负荷最大值最小的目标函数；其中，所述剩余负荷最大值最小的目标函数为：
Figure FDA0003205659270000011
其中，F1为剩余负荷的最大值；i为水电站编号；I为水电站总数；t为时段编号；T为时段总数；Lt为t时段的电网负荷值；pi,t为水电站i在t时段的出力；
根据所述参数数据构建弃水流量之和最小的目标函数；其中，所述弃水流量之和最小的目标函数为：
Figure FDA0003205659270000012
其中，F2为调度期内弃水流量之和；si,t为水电站i在t时段的弃水流量；ωi,t为0-1整数变量，用于标识水电站i在t时段是否满发，当水电站满发时，ωi,t＝0；当水电站未满发时，ωi,t＝1；
根据所述剩余负荷最大值最小的目标函数和所述弃水流量之和最小的目标函数，引入分组水电站电量约束条件和水电优化调度的常规约束条件；其中，所述分组水电站电量约束条件为：
Figure FDA0003205659270000013
其中，j为发电商编号；Ωj为隶属于发电商j的水电站集合；Δt为计算时段，Δt取15min或1h；Ej为隶属于发电商j的水电站电量要求；
所述水电优化调度的常规约束条件包括水量平衡约束条件；所述水量平衡约束条件为：
Figure FDA0003205659270000014
其中，νi,t为水电站i在t时段末的库容；Qi,t为水电站i在t时段的入库流量，由其直接上游水库出库汇入；Ii,t为水电站i在t时段的区间入库流量；ui,t为水电站i在t时段的出库流量；qi,t为水电站i在t时段的发电流量；
所述水电优化调度的常规约束条件还包括水位约束条件，所述水位约束条件为：
Zmin,i≤zi,t≤Zmax,i公式(5)；其中，zi,t为水电站i在t时段末的水位值；zmax,i为水电站i的水位的上限；zmin,i为水电站i的水位的下限；
所述水电优化调度的常规约束条件还包括起始水位约束条件，所述起始水位约束条件包括：
zi,0＝Zi,0公式(6)；其中，zi,0为调度期起始水位；Zi,0为给定的调度期起始水位值。
2.如权利要求1所述的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，其特征在于，所述水电优化调度的常规约束条件还包括发电流量约束条件，所述发电流量约束条件为：
Qmin,i≤qi,t≤Qmax,i公式(7)；其中，Qmax,i为水电站i的发电流量的上限；Qmin,i为水电站i的发电流量的下限。
3.如权利要求1所述的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，其特征在于，所述水电优化调度的常规约束条件还包括弃水流量约束条件，所述弃水流量约束条件为：
0≤si,t≤Smax,i公式(8)；其中，Smax,i为水电站i的弃水流量上限。
4.如权利要求1所述的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，其特征在于，所述水电优化调度的常规约束条件还包括出库流量约束条件，所述出库流量约束条件为：
Umin,i≤ui,t≤Umax,i公式(9)；其中，Umax,i为水电站i的出库流量的上限；Umin,i为水电站i的出库流量的下限。
5.如权利要求1所述的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，其特征在于，所述水电优化调度的常规约束条件还包括出力约束条件，所述出力约束条件为：
Pmin,i≤pi,t≤Pmax,i公式(10)；其中，Pmax,i为水电站i的出力的上限；Pmin,i为水电站i的出力的下限。
6.如权利要求1所述的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，其特征在于，所述水电优化调度的常规约束条件还包括出力爬坡约束条件，所述出力爬坡约束条件为：
|pi,t-pi,t-1|≤ΔPmax,i公式(11)；其中，ΔPmax,i为水电站i单时段最大出力升降限制。
7.如权利要求1所述的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，其特征在于，
所述水电优化调度的常规约束条件还包括电站发电水头约束条件，所述电站发电水头约束条件包括：
Figure FDA0003205659270000031
其中，hi,t为水电站i在t时段的发电水头；zdi,t为水电站i在t时段末的尾水位；
Figure FDA0003205659270000032
为水电站i在t时段的水头损失常数。
8.如权利要求7所述的兼顾调峰和弃水的水电电量分解模型建立方法，其特征在于，所述水电优化调度的常规约束条件还包括水位库容关系约束条件，所述水位库容关系约束条件包括：
zi,t＝fzv(νi,t)公式(13)；其中，fzv(·)为水位库容关系函数，即表明zi,t与νi,t具有相关性；
所述水电优化调度的常规约束条件还包括尾水位泄量关系约束条件，所述尾水位泄量关系约束条件包括：
zdi,t＝fzu(ui,t)公式(14)；其中，fzu(·)为尾水位泄量关系函数，即表明zdi,t与ui,t具有相关性；
所述水电优化调度的常规约束条件还包括电站动力特性曲线约束条件，所述电站动力特性曲线约束条件包括：
pi,t＝fpqh(qi,t,hi,t)公式(15)；其中，fpqh(·)为电站出力、发电流量、发电水头三维关系函数，即表明pi,t、qi,t和hi,t具有相关性。
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