CN112232693B - 一种电力系统的超短期运行调度方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力系统的超短期运行调度方法，包括：构建第一水电优化调度约束条件；确定投入超短期运行模拟的灵活资源的种类和数量；根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果；根据所述电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0；若是，输出所述电力系统的开机方式；若否，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额。本发明还公开了相应的调度装置。实施本发明，能有效考虑电力系统的水电调度运行要求，从而在保持经济性最优和水资源优化利用的基础上，有效提高电力系统的灵活性。

Description

一种电力系统的超短期运行调度方法和装置
技术领域
本发明涉及电力系统调度技术领域，尤其涉及一种电力系统的超短期运行调度方法和装置。
背景技术
随着社会工业化和自动化水平的不断提高，社会发展对于能源的需求量越来越大。目前，风能，太阳能、水能等新能源发电已在现代电力系统中占据重要地位，虽然新能源发电产业发展迅猛，但由于存在缺乏规划、无序开发、相关能源政策不完善等问题，新能源发电规划与并网困难问题短期之内很难解决，我国部分省份的弃风弃光弃水现象仍然十分严重。新能源在电力系统中接入的比例逐渐增大，给电力系统的电源规划问题带了极大挑战。传统规划仅仅考虑电力电量平衡，随着可再生能源的比例增加，系统的灵活性需求将逐步凸显。高比例可再生能源的接入，使得统中净负荷在超短期(几分钟)尺度内会剧烈波动，电力系统的调峰和爬坡问题变得愈加突出。
为了避免系统灵活性不足的问题，现有技术提出了对增调灵活资源进行超短期调度和仿真分析，以满足电力系统的调峰、爬坡需求。然而，在实施本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：在水电大规模投产运行背景下，现有技术的超短期运行模拟方案并未考虑日调节水电站水电调度运行要求，日调节水电站水位敏感，容易出现水位越限，产生弃水或发电效率低下的问题。现有技术的方法无法满足水电调度运行要求，电力系统调度结果仍不够优化和灵活。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种电力系统的超短期运行调度方法和装置，其能有效考虑电力系统的水电调度运行要求，从而在保持经济性最优和水资源优化利用的基础上，有效提高电力系统的灵活性。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种电力系统的超短期运行调度方法，其特征在于，包括：
构建第一水电优化调度约束条件；
确定投入电力系统的超短期运行模拟的灵活资源的种类和数量；
根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果；
根据所述电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0；
若是，输出所述电力系统的开机方式；若否，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额。
作为上述方案的改进，所述构建第一水电优化调度约束条件之后，还包括：
对所述第一水电优化调度约束条件进行电站动力特性简化，得到第二水电优化调度约束条件；
则，所述根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果，具体包括：
根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第二水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的第一调度结果；
根据所述第一调度结果，进行水库运行校核计算，以判断水库水位是否越限；
当水库水位越限时，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的第二调度结果，并以所述第二调度结果作为所述电力系统的调度结果；
当水库水位不越限时，以所述第一调度结果作为所述电力系统的调度结果。
作为上述方案的改进，所述第一水电优化调度约束条件包括水量平衡方程、发电流量限制、弃水流量限制、出库流量限制、水位库容限制、初始库容限制、调度期末水位库容限制、电站发电水头、水位库容关系、尾水位泄量关系、电站动力特性曲线；
其中，所述水量平衡方程为：
vj,t＝vj,t-1+(Qj,t+Ij,t-uj,t)×Δt×3600；
uj,t＝qj,t+sj,t；
vj,t为水库j在t时段末的库容；Qj,t为电站j在t时段的入流；Ij,t为水库j在t时段的区间入库流量；uj,t为水库j在t时段的总出库；qj,t为电站j在t时段的发电流量；sj,t为水库j在t时段的弃水流量；
所述发电流量限制为：
Q j分别为电站j的发电流量上、下限；
所述弃水流量限制为：
为水库j的弃水流量上限；
所述出库流量限制为：
U j分别为水库j的出库流量上、下限；
所述水位库容限制为：
V j分别为水库j的库容上、下限；
所述初始库容限制为：
vj,0＝Vj,0；
Vj,0为给定的调度期初库容值；
所述调度期末水位库容限制为：
vj,T＝Vj,T；
Vj,T为给定的调度期末库容值；
所述电站发电水头为：
hj,t为电站j在t时段的发电水头；zj,t为水库j在t时刻的坝前水位；zdj,t为水库j在t时刻的尾水位；为电站j在t时段的水头损失常数；
所述水位库容关系为：
zj,t＝fzv(vj,t)；
fzv(·)为水位库容关系函数；
所述尾水位泄量关系为：
zdj,t＝fzu(uj,t)；
fzu(·)为尾水位泄量关系函数；
所述电站动力特性曲线为：
fpqh(·)为电站出力、发电流量、发电水头三维关系函数。
作为上述方案的改进，所述第二水电优化调度约束条件具体包括：水量平衡方程、发电流量限制、弃水流量限制、出库流量限制、水位库容限制、初始库容限制、调度期末水位库容限制、简化后的电站动力特性曲线；
其中，简化后的电站动力特性曲线为：
rj,t为电站耗水率，Δt为时段长度。
作为上述方案的改进，所述电力系统的超短期运行模拟的目标函数满足表达式：
其中，t为时段编号；T为时段总数；i为常规机组编号；GC为常规机组总数；f(·)为运行费用函数；为常规机组在t时段的出力；ρIL为可中断负荷补偿价格；Pt IL为t时段可中断负荷量；Pt wind、Pt solar分别为风电、光伏在t时段的可用资源量；Pt W、Pt P分别为风电、光伏在t时段的出力；ρw、ρs分别为弃风、弃光惩罚因子；/>分别为系统在t时段的上、下调峰功率松弛；/>分别为系统在t时段的上、下爬坡功率松弛；sj,t为水库在t时段的弃水流量；ρ1～ρ5分别为预设的惩罚因子。
作为上述方案的改进，所述电力系统的超短期运行模拟的约束条件还包括：常规机组的运行约束、新能源机组的运行约束、系统功率平衡约束、风电机组的爬坡约束、灵活资源的调峰容量约束、灵活资源的爬坡容量约束。
作为上述方案的改进，所述常规机组包括火电机组和核电机组。
作为上述方案的改进，所述灵活资源包括但不限于气电机组、水电机组、储能机组、可中断负荷。
本发明实施例还提供了一种电力系统的超短期运行调度装置，包括：
约束条件构建模块，用于构建第一水电优化调度约束条件；
灵活资源参数确定模块，用于确定投入电力系统超短期运行模拟的灵活资源的种类和数量；
调度结果计算模块，用于根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果；
判断模块，用于根据所述电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0；
输出模块，用于当电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额为0时，输出所述电力系统的开机方式；当电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额不为0时，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额。
本发明实施例还提供了一种电力系统的超短期运行调度装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的电力系统的超短期运行调度方法。
与现有技术相比，本发明公开的一种电力系统的超短期运行调度方法和装置，根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果。根据所述电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0；若是，输出所述电力系统的开机方式；若否，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额。采用本发明实施例提供的电力系统的超短期运行调度方法，能够在保持经济性最优及水资源优化利用的基础上，调用灵活资源以提升系统的灵活性，实现用更灵活的资源，例如灵活气电机组、水电机组、储能机组、可中断负荷等，去替代传统的火电和核电机组，进而消除爬坡与调度容量缺额，同时能够保证水库水位不越限，减少水库弃水的现象，有效利用灵活资源启停方便的特点，弥补高比例可再生能源接入的情况下，传统电源规划方案无法有效考虑电力系统灵活性的缺点。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种电力系统的超短期运行调度方法的步骤流程示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种优选的电力系统的超短期运行调度方法的步骤流程示意图；
图3是本发明实施例三提供的一种电力系统的超短期运行调度装置的结构示意图；
图4是本发明实施例四提供的另一种电力系统的超短期运行调度装置的结构示意图。
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。
参见图1，是本发明实施例一提供的一种电力系统的超短期运行调度方法的步骤流程示意图。本发明实施例一提供的电力系统的超短期运行调度方法，通过步骤S11至S15执行：
S11、构建第一水电优化调度约束条件。
S12、确定投入电力系统的超短期运行模拟的灵活资源的种类和数量。
S13、根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果。
S14、根据所述电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0。
S15、若是，输出所述电力系统的开机方式；若否，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额。
在本发明实施例中，为避免系统“灵活性”不足，电力系统的规划方案需要对更短时间尺度进行爬坡验证。针对部分典型超短期时段，比如早晚高峰爬坡时段，以几分钟为时间分辨率，利用灵活资源启停方便的特点，在保持经济性最优以及水电调度运行要求的基础上，调用灵活资源以提升系统的灵活性，用于分析灵活资源的调度方案的短时爬坡缺额和调峰缺额，用于指导灵活资源规划。
在此基础上，为了进一步避免水库水位越限情况发生，在电力系统进行超短期运行模拟的过程中，还需要考虑水电调度运行要求。因此，通过构建第一水电优化调度约束条件，作为电力系统进行超短期运行模拟的约束条件之一。根据电力系统短期运行确定常规机组的开机方式，也即所述原始开机方式，以及新增投入电力系统的超短期运行模拟的灵活资源的种类和数量，进行电力系统的超短期运行模拟，得到电力系统的在超短期运行模拟后的开机方式，以使电力系统的调度结果能够在保持经济性最优和水电调度运行要求的基础上，提升电力系统的灵活性。
需要说明的是，所述常规机组包括火电机组和核电机组。所述灵活资源包括但不限于气电机组、水电机组、储能机组、可中断负荷。
具体地，电力系统超短期运行模拟是一种数学优化模型，超短期运行模拟主要考虑解决爬坡和调峰问题，以及当弃水发生时，尽量减少弃水以高效利用水资源，因此在目标函数中引入虚拟的、高成本的上爬坡容量不足惩罚、下爬坡容量不足惩罚、上调峰容量不足惩罚、下调峰容量不足惩罚、弃水惩罚，将这些变量转换为费用，即系统总成本由火电和核电等常规机组运行费用、可中断负荷补偿、弃风弃光惩罚、上下爬坡不足惩罚、上下调峰容量不足惩罚、弃水惩罚组成。其优化目标为电力系统超短期运行的总成本最低，从而实现经济性最好。基于此，所述电力系统的超短期运行模拟的目标函数满足表达式：
其中，t为时段编号；T为时段总数；i为常规机组编号；GC为常规机组总数；f(·)为运行费用函数；为常规机组在t时段的出力；ρIL为可中断负荷补偿价格；Pt IL为t时段可中断负荷量；Pt wind、Pt solar分别为风电、光伏在t时段的可用资源量；Pt W、Pt P分别为风电、光伏在t时段的出力；ρw、ρs分别为弃风、弃光惩罚因子；/>分别为系统在t时段的上、下调峰功率松弛；/>分别为系统在t时段的上、下爬坡功率松弛；sj,t为水库在t时段的弃水流量；ρ1～ρ5分别为预设的惩罚因子。
所述电力系统的超短期运行模拟的约束条件包括所述第一水电优化调度约束条件。具体地，所述第一水电优化调度约束条件包括水量平衡方程、发电流量限制、弃水流量限制、出库流量限制、水位库容限制、初始库容限制、调度期末水位库容限制、电站发电水头、水位库容关系、尾水位泄量关系、电站动力特性曲线。
其中，所述水量平衡方程为：
vj,t＝vj,t-1+(Qj,t+Ij,t-uj,t)×Δt×3600；
uj,t＝qj,t+sj,t；
式中，vj,t为水库j在t时段末的库容，m3；Qj,t为电站j在t时段的入流，m3/s；Ij,t为水库j在t时段的区间入库流量，m3/s；uj,t为水库j在t时段的总出库流量，m3/s；qj,t为电站j在t时段的发电流量，m3/s；sj,t为水库j在t时段的弃水流量，m3/s。
所述发电流量限制为：
式中， Q j分别为电站j的发电流量上、下限，m3/s。
所述弃水流量限制为：
式中，为水库j的弃水流量上限，m3/s。
所述出库流量限制为：
式中， U j分别为水库j的出库流量上、下限，m3/s。
所述水位库容限制为：
式中， V j分别为水库j的库容上、下限，m3。
所述初始库容限制为：
vj,0＝Vj,0；
式中，Vj,0为给定的调度期初库容值，m3。
所述调度期末水位库容限制为：
vj,T＝Vj,T；
式中，Vj,T为给定的调度期末库容值，m3。
所述电站发电水头为：
式中，hj,t为电站j在t时段的发电水头，m；zj,t为水库j在t时刻的坝前水位，m；zdj,t为水库j在t时刻的尾水位，m；为电站j在t时段的水头损失常数，m。
所述水位库容关系为：
zj,t＝fzv(vj,t)；
式中，fzv(·)为水位库容关系函数。
所述尾水位泄量关系为：
zdj,t＝fzu(uj,t)；
式中，fzu(·)为尾水位泄量关系函数。
所述电站动力特性曲线为：
式中，fpqh(·)为电站出力、发电流量、发电水头三维关系函数。
进一步地，所述电力系统的超短期运行模拟的约束条件还包括：常规机组的运行约束、新能源机组的运行约束、系统功率平衡约束。
需要说明的是，在超短期运行模拟时段内，认为火电和核电等常规机组开机状态不发生变化，因此爬坡约束只需考虑运行爬坡约束。
上述约束条件具体为：
0≤Pt W≤Pt wind；
0≤Pt P≤Pt solar；
式中：
为第i台火电和核电等常规机组在t时段的开机状态；/>分别为第i台火电和核电等常规机组的最小技术出力、最大技术出力；/>分别为第i台火电和核电等常规机组的上、下爬坡容量；/>为第i台燃气机组在t时段的出力；/>为第j个水电站在t时段的出力；/>分别为第i台储能机组在t时段的发电功率和耗电功率；GW、GP、Gg、GS、GH、NIL分别为风电、光伏、燃气、水电站、储能机组和可中断负荷的数目，Pt D为系统在t时段的负荷。
进一步地，由于风机转子具有惯性，风电出力无法瞬时变化，对于风电出力变化也需考虑爬坡约束。因此，所述电力系统的超短期运行模拟的约束条件还包括风电机组的爬坡约束：
式中：分别为风电机组的上、下爬坡容量。
进一步地，对于上调峰容量的不足，需要增加灵活机组的开机，为了不对系统下调峰容量造成影响，需减少火电和核电等常规机组的开机，因此还需要满足灵活资源的上调峰容量约束：
式中，j为灵活机组编号；J为灵活机组总数；xj,t为第j台灵活机组在t时段的开机状态；为第j台灵活机组的最大技术出力；/>为最大上调峰容量缺额。
对于下调峰容量的不足，需要减少火电和核电等常规机组的开机，为了不对系统上调峰容量造成影响，需增加灵活机组的开机，因此还需要满足灵活资源的下调峰容量约束：
式中，I为参与灵活性调节的常规机组数量；为第j台灵活机组的最小技术出力；/>为最大下调峰容量缺额。
由于开停机爬坡往往带来昂贵的费用和机组的损耗，因此系统爬坡容量的不足只考虑用运行爬坡增加来弥补。增加灵活机组开机会使系统运行爬坡容量增加，减少常规机组开机会使系统运行爬坡容量减少，因此还需要灵活资源的爬坡容量约束：
式中，分别为第i台灵活机组的上、下爬坡容量；/>分别为上、下爬坡容量缺额。
需要说明的是，在本发明实施例中，确定投入电力系统的超短期运行模拟的灵活资源的种类和数量的方法可以采用现有技术的方法，并不影响本发明的有益效果。例如，可以根据电力系统短期运行确定常规机组的开机方式，对电力系统进行超短期运行模拟，用以计算上下爬坡、调峰容量缺额，进而根据计算所得的上下爬坡、调峰容量缺额，利用预先设置的灵活资源调用模型计算出需要新增进入超短期优化运行的灵活资源的种类和数量。
本发明实施例一提供了一种电力系统的超短期运行调度方法，根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果。根据所述电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0；若是，输出所述电力系统的开机方式；若否，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额。采用本发明实施例提供的电力系统的超短期运行调度方法，能够在保持经济性最优及水资源优化利用的基础上，调用灵活资源以提升系统的灵活性，实现用更灵活的资源，例如灵活气电机组、水电机组、储能机组、可中断负荷等，去替代传统的火电和核电机组，进而消除爬坡与调度容量缺额，同时能够保证水库水位不越限，减少水库弃水的现象，有效利用灵活资源启停方便的特点，弥补高比例可再生能源接入的情况下，传统电源规划方案无法有效考虑电力系统灵活性的缺点。
参见图2，是本发明实施例二提供的一种优选的电力系统的超短期运行调度方法的步骤流程示意图。由于超短期运行模拟有较高的时效性要求，要求模拟简单、求解快速，在本发明实施例一的水电优化调度约束条件中，水位库容关系、尾水位泄量关系、电站发电水头为非线性关系，电站动力特性曲线的电站出力、发电流量、发电水头具有非线性、非凸、不连续特征，这给模型求解带来很大难度，无法在时间要求内求得调度计划结果。因此，本发明实施例二在上述实施例一的基础上，对所述水电优化调度约束条件进行简化。
具体地，本发明实施例二提供的一种优选的电力系统的超短期运行调度方法，通过步骤S21至S28执行：
S21、构建第一水电优化调度约束条件。
S22、对所述第一水电优化调度约束条件进行电站动力特性简化，得到第二水电优化调度约束条件。
S23、确定投入电力系统的超短期运行模拟的灵活资源的种类和数量。
S24、根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第二水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的第一调度结果。
S25、根据所述第一调度结果，进行水库运行校核计算，以判断水库水位是否越限。
S26、当水库水位越限时，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的第二调度结果，并以所述第二调度结果作为所述电力系统的调度结果。
S27、当水库水位不越限时，以所述第一调度结果作为所述电力系统的调度结果。
S28、根据所述电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0。
S29、若是，输出所述电力系统的开机方式；若否，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额。
下面对第一水电优化调度约束条件的简化过程进一步详细说明。
电站动力特性是多组不同发电水头下的出力-发电流量曲线簇，表征了出力、发电流量、发电水头三者之间的非线性关系。经典的简化方法是将电站动力特性三维曲面简化成若干条由代表的二维曲线，即不同发电水头下的出力-发电流量曲线。即使这样处理，仍会引入大量的0-1整数变量，加重模型的求解负担。
由本发明实施例中，电力系统的超短期运行模拟模型本身的约束和变量已经很庞大，属于大规模求解问题，为保证计算效率，仍需要对电站动力特性曲线进一步简化。首先，采用水头-耗水率曲线来代替电站动力特性曲线。接着，忽略水头变化影响，选取水头-耗水率曲线上具有代表的一点，即耗水率为常数。
通过以上简化，电站动力特性曲线以简化成耗水率常数。电站发电量与耗水率的关系表达式为：
式中，rj,t为电站耗水率，Δt为时段长度。
进一步地，在对电站动力特性简化时，忽略了水头变化，因此，在该模型可不考虑电站发电净水头表达式、水位库容表达式、尾水位泄量表达式。
因此，对所述第一水电优化调度约束条件进行电站动力特性简化，得到的第二水电优化调度约束条件具体包括：水量平衡方程、发电流量限制、弃水流量限制、出库流量限制、水位库容限制、初始库容限制、调度期末水位库容限制、简化后的电站动力特性曲线；
其中，所述水量平衡方程为：
vj,t＝vj,t-1+(Qj,t+Ij,t-uj,t)×Δt×3600；
uj,t＝qj,t+sj,t；
式中，vj,t为水库j在t时段末的库容，m3；Qj,t为电站j在t时段的入流，m3/s；Ij,t为水库j在t时段的区间入库流量，m3/s；uj,t为水库j在t时段的总出库流量，m3/s；qj,t为电站j在t时段的发电流量，m3/s；sj,t为水库j在t时段的弃水流量，m3/s。
所述发电流量限制为：
式中， Q j分别为电站j的发电流量上、下限，m3/s。
所述弃水流量限制为：
式中，为水库j的弃水流量上限，m3/s。
所述出库流量限制为：
式中， U j分别为水库j的出库流量上、下限，m3/s。
所述水位库容限制为：
式中， V j分别为水库j的库容上、下限，m3。
所述初始库容限制为：
vj,0＝Vj,0；
式中，Vj,0为给定的调度期初库容值，m3。
所述调度期末水位库容限制为：
vj,T＝Vj,T；
式中，Vj,T为给定的调度期末库容值，m3。
所述简化后的电站动力特性曲线为：
rj,t为电站耗水率，Δt为时段长度。
本发明实施例二提供的一种电力系统的超短期运行调度方法，根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含简化后的水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果。根据所述电力系统的调度结果，进行水库运行校核计算，若水库水位越限，对所述电力系统进行含详细的水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果，若水库水位不越限，根据电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0；若是，输出所述电力系统的开机方式；若否，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额。采用本发明实施例提供的电力系统的超短期运行调度方法，在进行电力系统的超短期运行模拟过程中，先采用简化后的水电优化调度约束条件进行计算，从而在保证计算结果满足水电调度运行要求的条件下，能够有效减少运行模拟的仿真计算量，满足电力系统超短期运行模拟的时效性要求。
参见图3，是本发明实施例三提供的一种电力系统的超短期运行调度装置的结构示意图。本发明实施例提供的一种电力系统的超短期运行调度装置30，包括约束条件构建模块31、灵活资源参数确定模块32、调度结果计算模块33、判断模块34和输出模块35。其中，
所述约束条件构建模块31，用于构建第一水电优化调度约束条件；
所述灵活资源参数确定模块32，用于确定投入电力系统超短期运行模拟的灵活资源的种类和数量；
所述调度结果计算模块33，用于根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果；
所述判断模块34，用于根据所述电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0；
所述输出模块35，用于当电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额为0时，输出所述电力系统的开机方式；当电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额不为0时，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额。
所述电力系统的超短期运行模拟的目标函数满足表达式：
其中，t为时段编号；T为时段总数；i为常规机组编号；GC为常规机组总数；f(·)为运行费用函数；为常规机组在t时段的出力；ρIL为可中断负荷补偿价格；Pt IL为t时段可中断负荷量；Pt wind、Pt solar分别为风电、光伏在t时段的可用资源量；Pt W、Pt P分别为风电、光伏在t时段的出力；ρw、ρs分别为弃风、弃光惩罚因子；/>分别为系统在t时段的上、下调峰功率松弛；/>分别为系统在t时段的上、下爬坡功率松弛；sj,t为水库在t时段的弃水流量；ρ1～ρ5分别为预设的惩罚因子。
所述第一水电优化调度约束条件包括水量平衡方程、发电流量限制、弃水流量限制、出库流量限制、水位库容限制、初始库容限制、调度期末水位库容限制、电站发电水头、水位库容关系、尾水位泄量关系、电站动力特性曲线；
其中，所述水量平衡方程为：
vj,t＝vj,t-1+(Qj,t+Ij,t-uj,t)×Δt×3600；
uj,t＝qj,t+sj,t；
vj,t为水库j在t时段末的库容；Qj,t为电站j在t时段的入流；Ij,t为水库j在t时段的区间入库流量；uj,t为水库j在t时段的总出库；qj,t为电站j在t时段的发电流量；sj,t为水库j在t时段的弃水流量；
所述发电流量限制为：
Q j分别为电站j的发电流量上、下限；
所述弃水流量限制为：
为水库j的弃水流量上限；
所述出库流量限制为：
U j分别为水库j的出库流量上、下限；
所述水位库容限制为：
V j分别为水库j的库容上、下限；
所述初始库容限制为：
vj,0＝Vj,0；
Vj,0为给定的调度期初库容值；
所述调度期末水位库容限制为：
vj,T＝Vj,T；
Vj,T为给定的调度期末库容值；
所述电站发电水头为：
hj,t为电站j在t时段的发电水头；zj,t为水库j在t时刻的坝前水位；zdj,t为水库j在t时刻的尾水位；为电站j在t时段的水头损失常数；
所述水位库容关系为：
zj,t＝fzv(vj,t)；
fzv(·)为水位库容关系函数；
所述尾水位泄量关系为：
zdj,t＝fzu(uj,t)；
fzu(·)为尾水位泄量关系函数；
所述电站动力特性曲线为：
fpqh(·)为电站出力、发电流量、发电水头三维关系函数。
作为优选的实施方式，电力系统的超短期运行调度装置30，还包括约束条件简化模块36；
所述约束条件简化模块36，用于对所述第一水电优化调度约束条件进行电站动力特性简化，得到第二水电优化调度约束条件；
则，所述调度结果计算模块33，具体用于：
根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第二水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的第一调度结果；
根据所述第一调度结果，进行水库运行校核计算，以判断水库水位是否越限；
当水库水位越限时，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的第二调度结果，并以所述第二调度结果作为所述电力系统的调度结果；
当水库水位不越限时，以所述第一调度结果作为所述电力系统的调度结果。
进一步地，所述第二水电优化调度约束条件具体包括：水量平衡方程、发电流量限制、弃水流量限制、出库流量限制、水位库容限制、初始库容限制、调度期末水位库容限制、简化后的电站动力特性曲线；
其中，简化后的电站动力特性曲线为：
rj,t为电站耗水率，Δt为时段长度。
需要说明的是，本发明实施例提供的一种电力系统的超短期运行调度装置用于执行上述实施例一或实施例二的一种电力系统的超短期运行调度方法的所有流程步骤，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。
参见图4，是本发明实施例四提供的另一种电力系统的超短期运行调度装置的结构示意图。本发明实施例四提供的一种电力系统的超短期运行调度装置40，包括处理器41、存储器42以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例一或实施例二所述的电力系统的超短期运行调度方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
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 (6)

1.一种电力系统的超短期运行调度方法，其特征在于，包括：
构建第一水电优化调度约束条件；
确定投入电力系统的超短期运行模拟的灵活资源的种类和数量；
根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果；
根据所述电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0；
若是，输出所述电力系统的开机方式；若否，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额；
所述电力系统的超短期运行模拟的目标函数满足表达式：
其中，t为时段编号；T为时段总数；i为常规机组编号；GC为常规机组总数；f(·)为运行费用函数；为常规机组在t时段的出力；ρIL为可中断负荷补偿价格；Pt IL为t时段可中断负荷量；Pt wind、Pt solar分别为风电、光伏在t时段的可用资源量；Pt W、Pt P分别为风电、光伏在t时段的出力；ρw、ρs分别为弃风、弃光惩罚因子；/>分别为系统在t时段的上、下调峰功率松弛；/>分别为系统在t时段的上、下爬坡功率松弛；sj,t为水库j在t时段的弃水流量；ρ1～ρ5分别为预设的惩罚因子；
所述电力系统的超短期运行模拟的约束条件还包括：常规机组的运行约束、新能源机组的运行约束、系统功率平衡约束、风电机组的爬坡约束、灵活资源的调峰容量约束、灵活资源的爬坡容量约束；
在超短期运行模拟时段内，认为火电和核电开机状态不发生变化，因此爬坡约束只需考虑运行爬坡约束，具体为：
0≤Pt W≤Pt wind；
0≤Pt P≤Pt solar；
式中：
为第i台火电和核电在t时段的开机状态；/>分别为第i台火电和核电的最小技术出力、最大技术出力；/>分别为第i台火电和核电的上、下爬坡容量；/>为第i台燃气机组在t时段的出力；/>为第j个水电站在t时段的出力；/>分别为第i台储能机组在t时段的发电功率和耗电功率；GW、GP、Gg、GS、GH、NIL分别为风电、光伏、燃气、储能机组、水电站和可中断负荷的数目，Pt D为系统在t时段的负荷；/>为第i台火电和核电在t时段的技术出力；/>为第i台火电和核电在t-1时段的技术出力；Pt wind、Pt solar分别为风电、光伏在t时段的可用资源量；Pt W、Pt P分别为风电、光伏在t时段的出力；/> 分别为第i台风电、第i台光伏、第i台燃气、第i台水电站、第i台可中断负荷在t时段的出力；
所述构建第一水电优化调度约束条件之后，还包括：
对所述第一水电优化调度约束条件进行电站动力特性简化，得到第二水电优化调度约束条件；
则，所述根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果，具体包括：
根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第二水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的第一调度结果；
根据所述第一调度结果，进行水库运行校核计算，以判断水库水位是否越限；
当水库水位越限时，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的第二调度结果，并以所述第二调度结果作为所述电力系统的调度结果；
当水库水位不越限时，以所述第一调度结果作为所述电力系统的调度结果；
所述第二水电优化调度约束条件具体包括：水量平衡方程、发电流量限制、弃水流量限制、出库流量限制、水位库容限制、初始库容限制、调度期末水位库容限制、简化后的电站动力特性曲线；
其中，简化后的电站动力特性曲线为：
rj,t为电站耗水率，Δt为时段长度，qj,t为电站j在t时段的发电流量；为电站j在t时段的出力。
2.如权利要求1所述的电力系统的超短期运行调度方法，其特征在于，所述第一水电优化调度约束条件包括水量平衡方程、发电流量限制、弃水流量限制、出库流量限制、水位库容限制、初始库容限制、调度期末水位库容限制、电站发电水头、水位库容关系、尾水位泄量关系、电站动力特性曲线；
其中，所述水量平衡方程为：
vj,t＝vj,t-1+(Qj,t+Ij,t-uj,t)×Δt×3600；
uj,t＝qj,t+sj,t；
vj,t为水库j在t时段末的库容；Qj,t为电站j在t时段的入流；Ij,t为水库j在t时段的区间入库流量；uj,t为水库j在t时段的总出库；qj,t为电站j在t时段的发电流量；sj,t为水库j在t时段的弃水流量；
所述发电流量限制为：
Q j分别为电站j的发电流量上、下限；
所述弃水流量限制为：
为水库j的弃水流量上限；sj,t为水库j在t时段的弃水流量；st为所有水库在t时段的弃水流量；
所述出库流量限制为：
U j分别为水库j的出库流量上、下限；uj,t为水库j在t时段的总出库；
所述水位库容限制为：
V j分别为水库j的库容上、下限；vj,t为水库j在t时段的库容；
所述初始库容限制为：
vj,0＝Vj,0；
Vj,0为给定的调度期初库容值；
所述调度期末水位库容限制为：
vj,T＝Vj,T；
Vj,T为给定的调度期末库容值；
所述电站发电水头为：
hj,t为电站j在t时段的发电水头；zj,t为水库j在t时刻的坝前水位；zdj,t为水库j在t时刻的尾水位；为电站j在t时段的水头损失常数；
所述水位库容关系为：
zj,t＝fzv(vj,t)；
fzv(·)为水位库容关系函数；
所述尾水位泄量关系为：
zdj,t＝fzu(uj,t)；
fzu(·)为尾水位泄量关系函数；
所述电站动力特性曲线为：
fpqh(·)为电站出力、发电流量、发电水头三维关系函数。
3.如权利要求1所述的电力系统的超短期运行调度方法，其特征在于，所述常规机组包括火电机组和核电机组。
4.如权利要求1所述的电力系统的超短期运行调度方法，其特征在于，所述灵活资源包括但不限于气电机组、水电机组、储能机组、可中断负荷。
5.一种电力系统的超短期运行调度装置，其特征在于，包括：
约束条件构建模块，用于构建第一水电优化调度约束条件；
灵活资源参数确定模块，用于确定投入电力系统超短期运行模拟的灵活资源的种类和数量；
调度结果计算模块，用于根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的调度结果；
判断模块，用于根据所述电力系统的调度结果，判断电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额是否为0；
输出模块，用于当电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额为0时，输出所述电力系统的开机方式；当电力系统的爬坡容量缺额、调峰容量缺额不为0时，输出所述电力系统的爬坡、调峰容量缺额；
所述电力系统的超短期运行模拟的目标函数满足表达式：
其中，t为时段编号；T为时段总数；i为常规机组编号；GC为常规机组总数；f(·)为运行费用函数；为常规机组在t时段的出力；ρIL为可中断负荷补偿价格；Pt IL为t时段可中断负荷量；Pt wind、Pt solar分别为风电、光伏在t时段的可用资源量；Pt W、Pt P分别为风电、光伏在t时段的出力；ρw、ρs分别为弃风、弃光惩罚因子；/>分别为系统在t时段的上、下调峰功率松弛；/>分别为系统在t时段的上、下爬坡功率松弛；sj,t为水库j在t时段的弃水流量；ρ1～ρ5分别为预设的惩罚因子；
所述电力系统的超短期运行模拟的约束条件还包括：常规机组的运行约束、新能源机组的运行约束、系统功率平衡约束、风电机组的爬坡约束、灵活资源的调峰容量约束、灵活资源的爬坡容量约束；
在超短期运行模拟时段内，认为火电和核电开机状态不发生变化，因此爬坡约束只需考虑运行爬坡约束，具体为：
0≤Pt W≤Pt wind；
0≤Pt P≤Pt solar；
式中：
为第i台火电和核电在t时段的开机状态；/>分别为第i台火电和核电的最小技术出力、最大技术出力；/>分别为第i台火电和核电的上、下爬坡容量；/>为第i台燃气机组在t时段的出力；/>为第j个水电站在t时段的出力；/>分别为第i台储能机组在t时段的发电功率和耗电功率；GW、GP、Gg、GS、GH、NIL分别为风电、光伏、燃气、储能机组、水电站、储能机组和可中断负荷的数目，Pt D为系统在t时段的负荷；/>为第i台火电和核电在t时段的技术出力；/>为第i台火电和核电在t-1时段的技术出力；Pt wind、Pt solar分别为风电、光伏在t时段的可用资源量；Pt W、Pt P分别为风电、光伏在t时段的出力；分别为第i台风电、第i台光伏、第i台燃气、第i台水电站、第i台可中断负荷在t时段的出力；
电力系统的超短期运行调度装置，还包括约束条件简化模块；
所述约束条件简化模块，用于对所述第一水电优化调度约束条件进行电站动力特性简化，得到第二水电优化调度约束条件；
则，所述调度结果计算模块，具体用于：
根据电力系统的常规机组的原始开机方式，以及所述灵活资源的种类和数量，对所述电力系统进行含所述第二水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的第一调度结果；
根据所述第一调度结果，进行水库运行校核计算，以判断水库水位是否越限；
当水库水位越限时，对所述电力系统进行含所述第一水电优化调度约束条件的超短期运行模拟，以计算电力系统的第二调度结果，并以所述第二调度结果作为所述电力系统的调度结果；
当水库水位不越限时，以所述第一调度结果作为所述电力系统的调度结果；
所述第二水电优化调度约束条件具体包括：水量平衡方程、发电流量限制、弃水流量限制、出库流量限制、水位库容限制、初始库容限制、调度期末水位库容限制、简化后的电站动力特性曲线；
其中，简化后的电站动力特性曲线为：
rj,t为电站耗水率，Δt为时段长度，qj,t为电站j在t时段的发电流量；为电站j在t时段的出力。
6.一种电力系统的超短期运行调度装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任意一项所述的电力系统的超短期运行调度方法。
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