CN110852901B - 一种省级电网水电站群简-详计算交互的日前发电计划制定方法 - Google Patents

一种省级电网水电站群简-详计算交互的日前发电计划制定方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水电站优化调度领域，涉及一种省级电网水电站群简‑详计算交互的日前发电计划制定方法。该将省级电网水电发电计划的制定分解为可以交互和循环的两个步骤：先进行发电计划简制，将一日作为一个时段，通过梯级上下游智能化的联动计算得到初始日电量、末水位等控制条件，而后在这些条件约束下采用优化模型进行96点计划曲线的优化。由于优化结计算较简制更加精细化，优化结果中的日电量、末水位、最大出力等都可能与简制不同，并可直接转化为简制方案。本发明较仅进行简制的方式执行率高、计算条件设置合理、计划制定效率高；调度方案兼容了两种计划制定模式，可根据实际要求发布简制计划，并以详制计划作为参考；或者直接发布详制计划。

Description

一种省级电网水电站群简-详计算交互的日前发电计划制定 方法
技术领域
本发明属于水电站优化调度领域，涉及一种省级电网水电站群简-详计算交互的日前发电计划制定方法。
背景技术
目前我国省级电网日前计划有两种方式，一是由水调部门计算各电站日平均电量、出力限制等，交由方式部门结合日负荷、其他电源的情况进行96电负荷分配；另一种是直接在日负荷、水电带宽等电网约束下优化96点曲线。前者计算简便，但在96点负荷分配中未考虑到水库限制等条件，计划执行偏差度较高；后者约束条件众多、计算复杂，特别在涉及到梯级水电站上下游发电计划匹配、与长中期调度协调的电站末水位等控制条件难以确定。因此，在调度实践中经常出现反复进行控制条件设置，重新优化计算的情况，计划制定效率较低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种省级电网水电站群简-详计算交互的日前发电计划制定方法。本发明将省级电网水电发电计划的制定分解为可以交互和循环的两个步骤：先进行发电计划简制，将一日作为一个时段，通过梯级上下游智能化的联动计算得到初始日电量、末水位等控制条件，而后在这些条件约束下采用优化模型进行96点计划曲线的优化。由于优化结计算较简制更加精细化，优化结果中的日电量、末水位、最大出力等都可能与简制不同，并可直接转化为简制方案。
本发明的技术方案：
一种省级电网水电站群简-详计算交互的日前发电计划制定方法，将省级电网水电发电计划的制定分解为可以交互和循环的两个步骤，简制阶段和详制阶段。首先，将一日作为一个计算时段进行计划简制，此时以日均区间入库流量作为水电站时段区间入库流量；而后将简制计算结果中的末水位等控制条件作为约束，采用优化模型进行计划详制；此时采用日区间流量预测。
(1)、水电群简制发电计划制作：根据电网管控水电站群中电站的调节性能，设置水电站简制发电计划制作中的电站运行控制模式，包括自动计算模式及控制末水位模式，其中自动计算模式以电站的最高最低水位、最大最小发电流量、最大最小出力等为约束，进行定流量、定水位、定出力简制发电计划的制作；控制末水位模式时严格控制电站的运行末水位；同时考虑梯级动态滞时匹配约束进行日前简制发电计划的制作。
(2)、水电群详制发电计划制作：以步骤(1)的简制发电计划得到的各电站日计划电量和出力限制为基础，采用关联搜索算法，选定方案制作的优化目标，进行全网水电的96点发电计划制作，得到日前详制发电计划。
(3)、根据不同日负荷总体情况和相邻日计划变幅情况及电网运行方式部门计划制作模式、运行方式提取相应的详制96点发电计划及辅助参考的简制计划，或直接提取简制发电计划编排96点发电曲线。
本发明的有益效果：本发明的方法较仅进行简制的方式执行率高，较仅进行详制的方式计算条件设置合理，计划制定效率高。调度方案兼容了两种计划制定模式，可根据实际要求发布简制计划，并以详制计划作为参考；或者直接发布详制计划。
附图说明
图1是天生桥二级水电站水位变化过程示意图；
图2是乐滩水电站水位变化过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
将省级电网水电发电计划的制定分解为可以交互和循环的两个步骤，简制阶段和详制阶段。首先，将一日作为一个计算时段进行计划简制，此时以日均区间入库流量作为水电站时段区间入库流量；而后将简制计算结果中的末水位等控制条件作为约束，采用优化模型进行计划详制。此时采用日区间流量预测。具体步骤如下：
(1)简制阶段
步骤1、设定表示各水电站调度方式是否需要调整的变量为ICm＝True，记各水电站日初水位为
Figure BDA0002264414240000031
m为电站标号1≤m≤M，M为水电站数目；设定各水电站简制阶段的控制方式，包括末水位Typem＝L、平均出力Typem＝P和发电流量Typem＝F；对任意水电站m，当Typem＝L时，同时设定水电站日末水位
Figure BDA0002264414240000032
当Typem＝P时，同时设定水电站日平均出力ppm；当Typem＝F时，同时设定水电站日平均发电流量qqm。
步骤2、设当前计算电站标号为m＝1。
步骤3、若ICm＝False，转步骤5。
步骤4、若Typem＝L，对电站m进行固定始末水位分别为
Figure BDA0002264414240000033
和
Figure BDA0002264414240000034
的定水位调节计算；若Typem＝P，对电站m进行固定始水位为
Figure BDA0002264414240000035
出力为ppm的定出力调节计算；若Typem＝F，对电站m进行固定始水位为
Figure BDA0002264414240000036
发电流量为qqm的定流量调节计算；将计算结果作为水电站m的调度计划。
步骤5、若水电站m为日调节或径流式电站，对电站m进行保持始末水位不变的定水位调节计算，否则对水电站m进行保持发电流量不变的定流量调节计算；将计算结果作为水电站m的调度计划。
步骤6、对水电站m在当日初水位和入库流量条件下，以其可用容量Nm进行定出力计算，若可用容量无法达到，则以能够达到的最大出力作为水电站日均出力上限
Figure BDA0002264414240000037
否则以可用容量作为水电站日均出力上限
Figure BDA0002264414240000038
同时计算受阻出力
Figure BDA0002264414240000039
步骤7、设m＝m+1，若m≤M，返回步骤3。
步骤8、进行各水电站发电计划是否需要进一步调整的判断，判断条件包括：a.按照长期水位控制要求，某水电站日末水位过低或过高，即偏离超过日水位计划变幅的20％以上，则该水电站计划需进一步调整；b.某水电站出现弃水，若其上游电站水位有抬高余地，则上游水电站计划需进一步调整；c.若某水电站出力受阻严重，则该水电站计划需进一步调整；对需要进行计划调整的水电站，设其ICm＝True；对其他电站设其ICm＝False。
步骤9、若全部ICm＝False，转步骤11。
步骤10、对需要进行计划调整的水电站，根据需要设定Typem，及与Typem相应的控制方式
Figure BDA0002264414240000041
ppm或qqm，返回步骤2。
步骤11、结束。
(2)详制阶段
步骤12、设定各水电站日末水位Zendm为简制阶段调度计划的计算值。
步骤13、构建96点日计划曲线优化的调峰电量最大模型：
目标函数：
Figure BDA0002264414240000042
其中，f为调峰电量最大目标函数；Ct表示第t时段的系统负荷；
Figure BDA0002264414240000043
为电站m在t时段的出力。
目标函数的约束条件包括：水量平衡、末水位控制、发电流量约束、水电站出力约束、电网水电总出力限制、库水位约束、出库流量限制、水电站振动区约束、最小开机出力、水电站出力爬坡限制、水电站出力波动限制、最小出力升降时段数限制等。
步骤14、采用关联搜索算法求解步骤13构建的调峰电量最大模型，计算各时段最大出力和受阻出力。
步骤15、以步骤14计算得到的调度计划中的发电出力、发电流量、弃水流量、最大出力和受阻出力的均值替换简制计划中的日均发电出力、发电流量、弃水流量、最大出力和受阻出力；以步骤14计算得到的日末水位替换简制计划的日末水位(由于避免发生弃水等原因，优化算法中可以调整末水位，此时优化得到的末水位与设置的约束条件不等)。
步骤16、在计划提交之前，若发生区间流量预测、电网负荷预测的变化，需要修改发电计划，则以更新的简制计划为基础，返回步骤1。
步骤17、结束。
本实施例以广西电网水电站群工程实际情况对本发明的方法进行说明。表1为广西电网辖管水电站基本情况，共6大流域，35座电站，中调调管水电厂中仅右江电站(装机容量540MW)具有年调节能力，网内装机容量最大的岩滩水电厂(装机容量1800MW)仅具有季调节性能，其余水电厂汛期等同于径流电站。特别是汛期各流域集中来水时，因水电整体调节能力不足，电网低谷调峰十分困难，弃水调峰困扰广西水电调度的重要问题，与此同时，不同于南方电网其它水电大省动辄百米甚至二百米以上的高水头电站，广西水电发电水头普遍在50米以下，设计水头最高的右江电站不到90米。由于水头较低，汛期出现洪水时，水电发电受阻情况较为严重，常出现来水大幅增加，但水电发电能力反而下降的情况。实际运行中，如何需要根据来水情况扣减水头受阻容量，精细计算水电发电能力至关重要。
表1广西电网直调水电站基本信息表
Figure BDA0002264414240000051
Figure BDA0002264414240000061
以2019年9月5日的日计划制作为例，按照本发明所提方法进行广西电网水电站群的日发电计划制作，简制方案及详制方案电站群日末水位结果如表2所示：
表2广西电网直调水电站水位计算结果表
电站 简制水位(m) 详制水位(m) 电站 简制水位(m) 详制水位(m)
天一 752.34 752.33 宋村 75.41 75.16
天二 640.53 640.24 牛湾 65.37 67
平班 438.92 438.91 西津 61 61
龙滩 357.94 357.94 仙衣滩 42.36 43.1
岩滩 220.49 220.39 桂航 30.59 30.58
大化 154.11 153.41 下桥 281.54 281.53
百龙滩 125.62 125.45 拉浪 176.51 176.51
乐滩 110.94 110.8 叶茂 139.88 139.88
桥巩 83.11 82.07 洛东 116.45 116.45
左江 108 108.1 麻石 133.89 133.89
山秀 86.37 86.5 浮石 112.55 112.55
驮娘江 669.56 669.56 古顶 101.82 101.82
右江 213.15 213.16 大埔 92.95 92.78
那吉 114.84 114.8 红花 77.38 77.38
鱼梁 99.39 99.37 长洲 19.88 18.6
金鸡滩 88.41 88.41 金牛坪 41.75 41.21
由表2可见，很多电站在采用简制计划得到的末水位控制目标，进行96点曲线优化时，结果的末水位与设定值有偏差，部份水电站偏差较大，原因是一方面梯级上下游电站96点计划匹配、爬坡、出力平稳性等约束条件限制造成末水位与计划设定值可能偏差较大；另一方面，简制计划采用每天一个平均耗水率与实际情况相差较大，特别是对于很多水头敏感性水库更是如此。水调部门若仅使用简制方案作为执行计划，由方式部门在可调节范围内进行96点曲线编制，后者仅考虑到了总电量而没有进行水库调节能力的校核，因此得到的计划执行结果不仅末水位可能偏离较大，而且可能出现弃水、出力受阻等情况，因而执行率较低。
图1和图2为天生桥二级和乐滩两个日调节水电站一日内的计算水位变化过程，由于库容较小，其出力过程较小的变化便可以引起水位剧烈波动，进而造成发电耗水率较大变化，为避免弃水、发挥调峰作用、同时避免自身出力频繁波动，其末水位偏离简制设定值。详制方案计算中考虑了复杂约束条件，控制方式也更符合实际运行情况，其电量和末水位控制结果可能与简制计算结果有不同，说明简制方案有进一步提升的空间。若仍需按照简制方案报送，可由详制方案再次生成简制方案，或者采用详制方案的耗水率、电量、末水位等结果作为初值进行简制方案的调整。虽然简制方案误差较大，但本发明的简制步骤仍然是必要的，因为不通过简制便无法得到末水位合理的控制范围，只能人为设定，其结果可靠性较差。

Claims (1)

1.一种省级电网水电站群简-详计算交互的日前发电计划制定方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)简制阶段
步骤1、设定表示各水电站调度方式是否需要调整的变量为ICm＝True，记各水电站日初水位为
Figure FDA0003501635840000011
m为水电站标号，1≤m≤M，M为水电站数目；设定各水电站简制阶段的控制方式，包括末水位Typem＝L、平均出力Typem＝P和发电流量Typem＝F；对任意水电站m，当Typem＝L时，同时设定水电站日末水位
Figure FDA0003501635840000012
当Typem＝P时，同时设定水电站日平均出力ppm；当Typem＝F时，同时设定水电站日平均发电流量qqm；
步骤2、设当前计算电站标号为m＝1；
步骤3、若ICm＝False，转步骤5；
步骤4、若Typem＝L，对电站m进行固定始末水位分别为
Figure FDA0003501635840000013
和
Figure FDA0003501635840000014
的定水位调节计算；若Typem＝P，对电站m进行固定始水位为
Figure FDA0003501635840000015
出力为ppm的定出力调节计算；若Typem＝F，对电站m进行固定始水位为
Figure FDA0003501635840000016
发电流量为qqm的定流量调节计算；将计算结果作为水电站m的调度计划；
步骤5、若水电站m为日调节或径流式电站，对电站m进行保持始末水位不变的定水位调节计算，否则对水电站m进行保持发电流量不变的定流量调节计算；将计算结果作为水电站m的调度计划；
步骤6、对水电站m在当日初水位和入库流量条件下，以其可用容量Nm进行定出力计算，若可用容量无法达到，则以能够达到的最大出力作为水电站日均出力上限
Figure FDA0003501635840000017
否则以可用容量作为水电站日均出力上限
Figure FDA0003501635840000018
同时计算受阻出力
Figure FDA0003501635840000019
步骤7、设m＝m+1，若m≤M，返回步骤3；
步骤8、进行各水电站发电计划是否需要进一步调整的判断，判断条件包括：a.按照长期水位控制要求，某水电站日末水位偏离超过日水位计划变幅的20％以上，则该水电站计划需进一步调整；b.某水电站出现弃水，若其上游电站水位有抬高余地，则上游水电站计划需进一步调整；c.若某水电站出力受阻严重，则该水电站计划需进一步调整；对需要进行计划调整的水电站，设其ICm＝True；对其他电站设其ICm＝False；
步骤9、若全部ICm＝False，转步骤11；
步骤10、对需要进行计划调整的水电站，根据需要设定Typem，及与Typem相应的控制方式
Figure FDA0003501635840000021
ppm或qqm，返回步骤2；
步骤11、结束；
(2)详制阶段
步骤12、设定各水电站日末水位Zendm为简制阶段调度计划的计算值；
步骤13、构建96点日计划曲线优化的调峰电量最大模型：
目标函数：
Figure FDA0003501635840000022
其中，f为调峰电量最大目标函数；Ct表示第t时段的系统负荷；
Figure FDA0003501635840000023
为电站m在t时段的出力；
目标函数的约束条件包括：水量平衡、末水位控制、发电流量约束、水电站出力约束、电网水电总出力限制、库水位约束、出库流量限制、水电站振动区约束、最小开机出力、水电站出力爬坡限制、水电站出力波动限制和最小出力升降时段数限制；
步骤14、采用关联搜索算法求解步骤13构建的调峰电量最大模型，计算各时段最大出力和受阻出力；
步骤15、以步骤14计算得到的调度计划中的发电出力、发电流量、弃水流量、最大出力和受阻出力的均值替换简制计划中的发电出力、发电流量、弃水流量、最大出力和受阻出力；以步骤14计算得到的日末水位替换简制计划的日末水位；
步骤16、在计划提交之前，若发生区间流量预测或电网负荷预测的变化，需要修改发电计划，则以更新的简制计划为基础，返回步骤1；
步骤17、结束。
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