CN111080152A - 一种梯级水库发电调度补偿电量分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种梯级水库发电调度补偿电量分配方法，属于水库调度技术领域，包括：将设计代表年的径流数据分别输入水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型，计算单库调度和所有水库联合调度时各水库的发电量，以及某一水库为径流且剩余水库联合调度时的总发电量，且计算补偿电量和相对贡献系数；根据各水库补偿电量贡献值计算各水库的相对贡献系数；根据补偿电量、相对贡献系数以及单库调度时各水库的发电量，更新所有水库联合调度时各水库的发电量。本发明可有效的指导梯级补偿电量的分配问题，提高了联合调度的可行性。

Description

一种梯级水库发电调度补偿电量分配方法
技术领域
本发明属于水库调度技术领域，更具体地，涉及一种梯级水库发电调度补偿电量分配方法。
背景技术
目前，随着各个流域的梯级水库群的陆续完工，在相同水库数量的情况下，梯级水库的联合调度由于总发电量相比于单库调度输出的总电量较大，因此，梯级水库的联合调度已成为水库调度的主要研究方向，同时，国内也大力推广梯级水库的联合调度，
虽然梯级水库联合调度相比于单库调度可以产生一定的补偿电量(联合调度总发电量与单库调度总发电量的差值)，但是这部分补偿电量通常是通过以牺牲龙头水库的一部分电量为代价来换取梯级总电量的增加。因此，对于补偿电量如何公平在各水库中分配，是当前急需解决的问题，但是在梯级水库之间合理地分享增加的发电量相对比较困难。如果没有公平合理的补偿电量分配机制，上游龙头水库将不可避免地不愿意参与联合调度，最终导致调度的分散化趋势，无法实现总发电量的最优。
国外对于梯级电站补偿电量的分配研究相对较少，原因在于国外补偿电量的分摊，多通过公约、协议、规则等形式实现。但由于梯级水库补偿效益的分配复杂，且缺乏合理的分配方法，因此在国内尚无统一的合理的机制来实现补偿电量的分配，导致各水库参与梯级联合调度的积极性不高，不仅损失了一定的经济效益，而且严重阻碍了梯级联合调度的推广，梯级联合调度的可行性越来越差。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供了一种梯级水库发电调度补偿电量分配方法，旨在解决现有的梯级水库电量补偿方法无法合理的分配导致梯级调度的可行性较差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种梯级水库发电调度补偿电量分配方法，包括：
(1)建立以发电量最大为目标函数的水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型；
(2)将设计代表年的径流数据分别输入所述水库单库优化调度模型和所述梯级水库联合调度模型，计算单库调度和所有水库联合调度时各水库的发电量，以及第i个水库为径流且剩余水库联合调度时的总发电量；
其中，i＝1,2,...,m；m为总水库数量；
(3)根据单库调度时和所有水库联合调度时各水库的发电量，以及第i个水库为径流且剩余水库联合调度的总电量，计算各水库的相对贡献系数和补偿电量；
(4)根据补偿电量、相对贡献系数以及单库调度时各水库的发电量，更新所有水库联合调度时各水库的发电量。
优选地，设计代表年包括：设计枯水年、设计平水年和设计丰水年。
优选地，水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型的约束条件包括：水量平衡约束、水力约束、蓄水位约束、出力约束、流量约束、边界约束、外送断面限额约束、水头约束和出力系数约束。
优选地，补偿电量为所有水库联合调度的总发电量与单库调度的总电量之间的差值；
优选地，步骤(3)中各水库的相对贡献系数的获取方法为具体包括：
所有水库联合调度时各水库的发电量减去各水库为径流且剩余水库联合调度的总电量，获取各水库的梯级电量贡献值；
将各水库的梯级电量贡献值减去单库调度时各水库的发电量，获取各水库的补偿电量贡献值；
将各水库的补偿电量贡献值与所有水库的补偿电量贡献值的总和做比值，获取各水库的相对贡献系数。
优选地，所有水库联合调度时，更新后的各水库的发电量获取方法为：将补偿电量与各水库的相对贡献系数相乘后，与单库调度时各水库的发电量相加获取。
优选地，水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型的目标函数为：
Figure BDA0002331406120000031
其中，E为梯级水库联合调度期内M个水库的总发电量；T为调度期内的时段数；M为参与梯级水库联合调度的水库数量；Ni,t为在时段t时第i个水库的出力；Ki,t为在时段t时第i个水库的出力系数；Hi,t为在时段t时第i个水库的水头；ΔTt为时段t的时段长度。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
本发明提供的梯级水库发电调度补偿电量分配方法，采用基于补偿电量贡献值的贡献系数计算方法，计算梯级各水库对联合调度的贡献率，得到进行电量分配后梯级联合调度中各水库的发电量，在提高梯级电站总发电量的原则上合理的反映各电站的贡献水平，可有效的指导梯级补偿电量的分配问题，提高了联合调度的可行性。
附图说明
图1是本发明提供的梯级水库发电调度补偿电量分配方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种梯级水库发电调度补偿电量分配方法，包括：
(1)建立以发电量最大为目标函数的水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型；
(2)将设计代表年的径流数据分别输入水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型，计算单库调度和所有水库联合调度时各水库的发电量，以及第i个水库为径流且剩余水库联合调度时的总发电量；
其中，i＝1,2,...,m；m为总水库数量；
(3)根据单库调度时和所有水库联合调度时各水库的发电量，以及第i个水库为径流且剩余水库联合调度的总电量，计算各水库的相对贡献系数和补偿电量；
(4)根据补偿电量、相对贡献系数以及单库调度时各水库的发电量，更新所有水库联合调度时各水库的发电量。
优选地，设计代表年包括：设计枯水年、设计平水年和设计丰水年。
优选地，水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型的约束条件包括：水量平衡约束、水力约束、蓄水位约束、出力约束、流量约束、边界约束、外送断面限额约束、水头约束和出力系数约束。
优选地，补偿电量为所有水库联合调度的总发电量与单库调度的总电量之间的差值；
优选地，步骤(3)中各水库的相对贡献系数的获取方法为具体包括：
采用所有水库联合调度时各水库的发电量减去各水库为径流且剩余水库联合调度的总电量，获取各水库的梯级电量贡献值；
将各水库的梯级电量贡献值减去单库调度时各水库的发电量，获取各水库的补偿电量贡献值；
将各水库的补偿电量贡献值与所有水库的补偿电量贡献值的总和做比值，获取各水库的相对贡献系数。
优选地，更新后的所有水库联合调度时各水库的发电量获取方法为：将补偿电量与各水库的相对贡献系数相乘后，与单库调度时各水库的发电量相加获取。
优选地，水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型的目标函数为：
Figure BDA0002331406120000051
其中，E为梯级水库联合调度期内M个水库的总发电量；T为调度期内的时段数；M为参与梯级水库联合调度的水库数量；Ni,t为在时段t时第i个水库的出力；Ki,t为在时段t时第i个水库的出力系数；Hi,t为在时段t时第i个水库的水头；ΔTt为时段t的时段长度。
具体如下：
如图1所示，本发明提供了一种梯级水库发电调度补偿电量分配方法，包括：
(1)水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型的构建
本实施例为对梯级水库联合调度发电量进行的效益再分配，需要建立水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型，两种模型仅在水库数量上有区别，目标函数和约束条件均相同，以梯级水库联合调度模型为例：
(1.1)目标函数
流域梯级水电站发电调度模型一般以发电量最大或者发电效益最大为优化目标，在本实施例中所建立的梯级水库联合调度模型以发电量最大为调度目标，即：
Figure BDA0002331406120000052
其中，E为梯级水库联合调度期内M个水库的总发电量；T为调度期内的时段数；M为参与梯级水库联合调度的水库数量；Ni,t为在时段t时第i个水库的出力；Ki,t为在时段t时第i个水库的出力系数；Hi,t为在时段t时第i个水库的水头；ΔTt为时段t的时段长度；
(1.2)约束条件
①水量平衡约束
Vi,t+1＝Vi,t+(Ii,t-Qi,t-Si,t)*ΔTt
其中，Vi,t为在时段t初第i个水库的库容；Ii,t为在时段t初第i个水库的入库流量；Qi,t为在时段t初第i个水库的发电流量；Si,t为在时段t初第i个水库的弃水流量；
②水力约束
Figure BDA0002331406120000061
其中，Zi,t为第i个水库的坝前水位；
Figure BDA0002331406120000062
为第i个水库的尾水位；
③蓄水位约束
Figure BDA0002331406120000063
|Zi,t-Zi,t+1|≤ΔZi
其中，
Figure BDA0002331406120000064
与
Figure BDA0002331406120000065
分别为在时段t第i个水库的最小和最大水位限制；ΔZi为第i个水库在时段t内所允许的最大水位变幅；
枯水时期，
Figure BDA0002331406120000066
为正常蓄水位，
Figure BDA0002331406120000067
为消落期最低水位；汛期时，
Figure BDA0002331406120000068
为汛限水位，
Figure BDA0002331406120000069
为死水位；
④出力约束
Figure BDA00023314061200000610
其中，
Figure BDA00023314061200000611
为在时段t第i个水库的最大出力；其中，
Figure BDA00023314061200000612
为柔性约束，保证出力约束，在径流特枯水站消落到最低水位仍不可以满足保证出力的需求时，可以适当降低保证出力的值，或者不考虑保证出力的约束；
⑤流量约束
Figure BDA0002331406120000071
其中，
Figure BDA0002331406120000072
为在时段t时第i个水库的最大下泄流量；
Figure BDA0002331406120000073
则为在时段t时第i个水库的最小下泄流量；
⑥边界约束
Figure BDA0002331406120000074
其中，
Figure BDA0002331406120000075
为第i个水库的起调水位；
Figure BDA0002331406120000076
为第i个水库在调度期末的控制水位；
⑦外送断面限额约束
Figure BDA0002331406120000077
其中，
Figure BDA0002331406120000078
为在时段t时第i个水库的最大出力；
Figure BDA0002331406120000079
为在时段t时第i个水库的外送断面限额；
⑧水头约束
Figure BDA00023314061200000710
其中，
Figure BDA00023314061200000711
为在时段t时第i个水库的水头损失；
⑨出力系数约束
Ki,t＝K(Hi,t，Qi,t)
其中，出力系数Ki,t为在时段t时第i个水库的水头和发电流量的函数。
(2)调度方案计算
(2.1)选择水库设计代表年
选取各水库设计枯水年(即来水频率P＝90％)、设计平水年(即P＝50％)、设计丰水年(P＝10％)作为径流数据输入到水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型；
(2.2)计算调度结果
为分析不同水库参与情况下的梯级水站补偿效益，本实施例以选择的水库设计代表年径流数据作为输入，根据各水库是否参与联合调度，制作三类调度方案：第一类：各水库均进行单库调度；第二类：从上游到下游，依次将各水库看作径流，其余各库联合调度；第三类：所有水库均参与联合调度；分别计算以上三类调度情况下的水库发电调度过程；
(3)补偿电量分析
(3.1)补偿电量计算的非常重要的一个依据是“有”“无”原则，即先计算在无调节的情况下，各水库单独的发电量；在计算所有水库联合调度时，各水库的发电量；比较单库调度和联合调度的发电量，获取水库联合调度产生的补偿电量，具体如下：
分别在单库调度和所有水库联合调度对应的水库发电调度过程中提取各水库的发电量，并采用所有水库联合调度时的总发电量减去单库调度时的总发电量，获取补偿电量；
依次假设第i个水库为径流且剩余水库联合调度对应的水库发电调度过程中提取剩余水库联合调度的总电量；其中，i＝1,2,...,m；m为总水库数量；
(3.2)基于补偿电量贡献值的贡献系数计算步骤：
1)计算梯级电量贡献值：
Ei＝Em-Em-1,i
其中，Em为m个水库联合调度的总发电量，Em-1,i表示将第i个水库看作径流后m-1库联合调度的总发电量；Ei为第i个水库在m个水库联合调度中发电量的梯级电量贡献值；
2)计算补偿电量贡献值
Ec,i＝Ei-Es,i
其中，Ec,i表示第i个水库补偿电量贡献值；Es,i表示单库调度时第i个水库的发电量；
3)计算相对贡献系数：
Figure BDA0002331406120000091
其中，ηi表示第i个水库在m个水库联合调度中发电量的相对贡献系数；
4)计算补偿电量分配后各水库电量：
E′i＝ηiEb+Es,i
其中，Eb为补偿电量；E′i为第i个水库在所有水库联合调度时更新后的发电量；至此，可得到进行补偿电量分配后梯级联合调度中各水库的更新后的发电量。
实施例
以金沙江下游～三峡梯级水库群联合发电调度为例，建立梯级水库联合调度模型和水库单库优化调度模型，采用基于补偿电量贡献值的贡献系数计算方法分析各水库的补偿电量，对梯级补偿电量进行再分配，梯级水库群四座电站特征参数如表1所示。
表1
Figure BDA0002331406120000092
首先按照本发明上述介绍的梯级水库联合调度模型建立金沙江下游～三峡梯级水库群联合发电调度优化模型，选用设计枯水年(即P＝90％)，设计平水年(即P＝90％)、设计丰水年(即P＝90％)作为径流数据，分别计算以下三种方案：
①各水库分别进行单库优化调度；
②从上游至下游，依次将各个水库看作是径流，计算其余各库联合调度发电量；
③所有水库均参与联合调度
采用基于补偿电量贡献值的贡献系数计算方法，根据补偿电量、补偿电量贡献值、相对贡献系数以及单库调度时各水库的发电量，更新所有水库联合调度时各水库的发电量，得到进行电量分配后梯级联合调度中各水库的发电量，各水库补偿电量分配值、相对贡献系数以及更新后各水库发电量如表2(其中，发电量：亿kWh)；
表2
Figure BDA0002331406120000101
对表2进行分析可知，溪洛渡作为金沙江下游～三峡梯级的龙头水库，为保障梯级利益最大化，在各个设计代表年均进行了提前消落，且丰水年相较于平、枯水年提前时段最多，损失的自身电量最多，对梯级做出的贡献最大，因此在丰水年溪洛渡的相对贡献系数较大，达到的补偿电量也最多；三峡作为调节能力极强的大型水电站，在丰水年充分发挥了调节作用，较大的提升了联合调度梯级总电量，而在平、枯水年调蓄作用发挥并不完全，因此在平、枯水年三峡的相对贡献系数较低；虽然三峡调节库容大于溪洛渡，但溪洛渡作为龙头水库，调蓄作用影响了包括三峡的下游全部水库，因此溪洛渡相对贡献系数会高于三峡；在此次分配中，下游的各个水库都得到了补偿电量，能够充分肯定并且反映下游各个电站对联合调度梯级总电量的贡献，与事实相符，证明本发明所提供的方法可作为该梯级补偿电量分配的一种合理的方法。
综上，本发明将基于补偿电量贡献值的贡献系数计算方法应用于金沙江下游～三峡梯级联合调度补偿电量的分析中，验证了基于补偿电量贡献值的贡献系数计算方法在金沙江下游～三峡梯级联合调度电量分配的可行性，分析了补偿电量分配结果的合理性，证明本发明所提供的方法可作为该梯级补偿电量分配的一种合理的方法。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种梯级水库发电调度补偿电量分配方法，其特征在于，包括：
(1)建立以发电量最大为目标函数的水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型；
(2)将设计代表年的径流数据分别输入所述水库单库优化调度模型和所述梯级水库联合调度模型，计算单库调度和所有水库联合调度时各水库的发电量，以及第i个水库为径流且剩余水库联合调度时的总发电量；
其中，i＝1,2,...,m；m为总水库数量；
(3)根据所述单库调度时和所述所有水库联合调度时各水库的发电量，以及所述第i个水库为径流且剩余水库联合调度的总电量，计算各水库的相对贡献系数和补偿电量；
(4)根据所述补偿电量、所述相对贡献系数以及所述单库调度时各水库的发电量，更新所有水库联合调度时各水库的发电量。
2.根据权利要求1所述的梯级水库发电调度补偿电量分配方法，其特征在于，所述设计代表年包括：设计枯水年、设计平水年和设计丰水年。
3.根据权利要求1或2所述的梯级水库发电调度补偿电量分配方法，其特征在于，所述水库单库优化调度模型和所述梯级水库联合调度模型的约束条件包括：水量平衡约束、水力约束、蓄水位约束、出力约束、流量约束、边界约束、外送断面限额约束、水头约束和出力系数约束。
4.根据权利要求1或2所述的梯级水库发电调度补偿电量分配方法，其特征在于，所述补偿电量为所有水库联合调度的总发电量与单库调度的总电量之间的差值。
5.根据权利要求1所述的梯级水库发电调度补偿电量分配方法，其特征在于，所述步骤(3)中各水库的相对贡献系数的获取方法为：
采用所有水库联合调度时各水库的发电量减去各水库为径流且剩余水库联合调度的总电量，获取各水库的梯级电量贡献值；
将所述各水库的梯级电量贡献值减去单库调度时各水库的发电量，获取各水库的补偿电量贡献值；
将各水库的补偿电量贡献值与所有水库的补偿电量贡献值的总和做比值，获取各水库的相对贡献系数。
6.根据权利要求1或5所述的梯级水库发电调度补偿电量分配方法，其特征在于，所述所有水库联合调度时，所述更新后的各水库的发电量获取方法为：
将所述补偿电量与所述各水库的相对贡献系数相乘后，与所述单库调度时各水库的发电量相加获取。
7.根据权利要求1或5所述的梯级水库发电调度补偿电量分配方法，其特征在于，所述水库单库优化调度模型和梯级水库联合调度模型的目标函数为：
Figure FDA0002331406110000021
其中，E为梯级水库联合调度期内M个水库的总发电量；T为调度期内的时段数；M为参与梯级水库联合调度的水库数量；Ni,t为在时段t时第i个水库的出力；Ki,t为在时段t时第i个水库的出力系数；Hi,t为在时段t时第i个水库的水头；ΔTt为时段t的时段长度。
CN201911337655.7A 2019-12-23 2019-12-23 一种梯级水库发电调度补偿电量分配方法 Pending CN111080152A (zh)

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