CN114050611B - 适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法 - Google Patents

适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例提供了一种适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，涉及电站运行调度技术领域。所述方法包括采用线性化的手段根据抽水蓄能的运行特性建立模型，其中，所述模型包括抽水蓄能机组总数约束、抽水功率约束、发电功率约束、机组启停次数约束、机组状态切换约束、抽水蓄能电站抽水与发电互斥约束、水量平衡约束和抽水蓄能电站库容约束。该方法能够提高建模的精度和高效性，可为抽水蓄能电站并网，并与风电、光伏、常规水电的互补协调运行建模提供模型支撑。

Description

适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法
技术领域
本发明涉及电站运行调度技术领域，具体而言，涉及一种适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法。
背景技术
随着新能源的不断发展，未来风电、光伏等新能源将大规模高比例发展，逐步构建以新能源为主体的新型电力系统，这对灵活性调节电源的需求更加迫切，而抽水蓄能电站是当前及未来一段时期满足电力系统调节需求的关键方式，对保障电力系统安全、促进新能源大规模发展和消纳利用具有重要作用。
发明内容
本发明的目的包括提供一种适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，其能够提高建模的精度和高效性，可为抽水蓄能电站并网，并与风电、光伏、常规水电的互补协调运行建模提供模型支撑。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，所述方法包括采用线性化的手段根据抽水蓄能的运行特性建立模型，其中，所述模型包括抽水蓄能机组总数约束、抽水功率约束、发电功率约束、机组启停次数约束、机组状态切换约束、抽水蓄能电站抽水与发电互斥约束、水量平衡约束和抽水蓄能电站库容约束。
在可选的实施方式中，所述抽水蓄能机组总数约束包括：
根据实际运行工况，将抽水蓄能机组的输出状态分为三类：抽水状态、发电状态以及停机状态，则抽水蓄能机组总数满足公式一：
Figure P_220107172305692_692598001
式中，N为抽水蓄能电站机组总数；k表示时段，k∈[0，1，2，···，K-1] ，K表示总的时段；
Figure M_220107172305739_739473001
为k时段处于抽水状态的机组数目；
Figure M_220107172305786_786366002
为k时段处于发电状态的机组数目；
Figure M_220107172305819_819105003
为k时段处于停止状态的机组数目。
在可选的实施方式中，所述抽水功率约束包括：
抽水总功率满足公式二：
Figure P_220107172305865_865967001
式中，pmax和pmin分别为单台机组抽水功率的上限和下限；
Figure M_220107172305897_897187001
为k时段处于抽水状态的机组数目；pk为k时段抽水总功率。
在可选的实施方式中，所述发电功率约束包括：
发电总功率满足公式三：
Figure P_220107172305928_928429001
式中，gmax和gmin分别为单台机组发电功率的上限和下限；
Figure M_220107172305959_959686001
为k时段处于发电状态的机组数目；gk为k时段发电总功率。
在可选的实施方式中，所述机组启停次数约束包括：
机组启停总数满足公式四：
Figure P_220107172305992_992396001
式中，M为机组启停总数；
Figure M_220107172306024_024107001
为k时段处于停止状态的机组数目。
在可选的实施方式中，所述机组状态切换约束包括：
相邻时段抽水的机组台数满足公式五：
Figure P_220107172306055_055395001
相邻时段发电的机组台数满足公式六：
Figure P_220107172306102_102268001
式中，N为抽水蓄能电站机组总数；k表示时段，k∈[0，1，2，···，K-1]，K表示总的时段；
Figure M_220107172306133_133589001
为k时段处于抽水状态的机组数目；
Figure M_220107172306164_164747002
为k时段处于发电状态的机组数目。
在可选的实施方式中，所述抽水蓄能电站抽水与发电互斥约束包括：
发电功率和抽水功率满足公式七：
Figure P_220107172306197_197634001
式中，pk为k时段抽水总功率；gk为k时段发电总功率。
在可选的实施方式中，所述水量平衡约束包括：
上库的库容满足公式八：
Figure P_220107172306229_229296001
下库的库容满足公式九：
Figure P_220107172306276_276147001
式中，
Figure M_220107172306307_307344001
、
Figure M_220107172306354_354214002
分别表示抽水蓄能电站在
Figure M_220107172306385_385443003
时段的上库和下库的库容；f1（pk，hk）为抽水流量函数，与k时段的抽水总功率pk和水头hk相关；f2（gk，hk）为发电流量函数，与k时段的发电总功率gk和水头hk相关。
在可选的实施方式中，所述抽水蓄能电站库容约束包括：
抽水蓄能电站的上库和下库的库容满足公式十：
Figure P_220107172306418_418749001
式中，
Figure M_220107172306465_465542001
、
Figure M_220107172306496_496788002
分别为抽水蓄能电站上库的最小和最大库容；
Figure M_220107172306543_543247003
、
Figure M_220107172306574_574430004
分别为抽水蓄能电站下库的最小和最大库容；
Figure M_220107172306607_607636005
、
Figure M_220107172306639_639145006
分别为上库和下库的初始库容；
Figure M_220107172306670_670689007
、
Figure M_220107172306717_717548008
分别为
Figure M_220107172306748_748750009
时段上库和下库的库容；δ为上游首末时段的最大可变动库容；
Figure M_220107172306779_779993010
、
Figure M_220107172306813_813195011
分别为k时段抽水蓄能电站上库和下库的库容。
在可选的实施方式中，针对求解所述公式七，提出以下线性化建模方法：引入0-1变量，ak、bk、ck分别表示抽水蓄能电站机组所处的抽水、发电和停机状态，即满足公式十一：
Figure T_220107172306844_844494001
抽水和发电互斥状态下的抽水蓄能电站机组的运行状态应满足以下公式十二：
Figure P_220107172307002_002623001
各时段处于不同状态的机组数应满足满足公式十三：
Figure P_220107172307034_034379001
。
本发明实施例提供的适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法的有益效果包括：
因为含多台机组的抽水蓄能电站在已知初始条件的情况下，任意时刻的运行状态可由其抽水、发电、停机的机组台数，以及抽水功率、发电功率决定。因此，含多台机组的抽水蓄能电站的建模方法可用以下约束描述：抽水蓄能机组总数约束、抽水功率约束、发电功率约束、机组启停次数约束、机组状态切换约束、抽水蓄能电站抽水与发电互斥约束、水量平衡约束和抽水蓄能电站库容约束。这样，采用线性化的手段建模抽水蓄能的运行特性，兼顾了模型建模的精度和高效性，可为抽水蓄能电站并网，并与风电、光伏、常规水电的互补协调运行建模提供模型支撑。
具体实施方式
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
为适应抽水蓄能电站的运行调度需求，精确高效的抽水蓄能电站的运行模型建模至关重要。本实施例提出了一种适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，采用线性化的手段建模抽水蓄能的运行特性，兼顾了模型建模的精度和高效性，可为抽水蓄能电站并网，并与风电、光伏、常规水电的互补协调运行建模提供模型支撑。
具体的，适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法包括采用线性化的手段根据抽水蓄能的运行特性建立模型，其中，所述模型包括抽水蓄能机组总数约束、抽水功率约束、发电功率约束、机组启停次数约束、机组状态切换约束、抽水蓄能电站抽水与发电互斥约束、水量平衡约束和抽水蓄能电站库容约束。以下详细描述各个约束的内容。
（1）抽水蓄能机组总数约束
根据实际运行工况，将抽水蓄能机组的输出状态分为三类：抽水状态、发电状态以及停机状态，则抽水蓄能机组总数满足公式一：
Figure P_220107172307081_081333001
式中，N为抽水蓄能电站机组总数；k表示时段，k∈[0，1，2，···，K-1]，K表示总的时段；
Figure M_220107172307112_112559001
为k时段处于抽水状态的机组数目；
Figure M_220107172307159_159432002
为k时段处于发电状态的机组数目；
Figure M_220107172307192_192073003
为k时段处于停止状态的机组数目。
（2）抽水功率约束
抽水蓄能电站的抽水总功率与抽水机组数、单台机组抽水功率相关，任意时刻，抽水总功率满足公式二：
Figure P_220107172307223_223832001
式中，pmax和pmin分别为单台机组抽水功率的上限和下限；
Figure M_220107172307255_255098001
为k时段处于抽水状态的机组数目，pk为k时段抽水总功率。
（3）发电功率约束
抽水蓄能电站的发电总功率与发电机组数、单台机组发电功率相关，任意时刻，发电总功率满足公式三：
Figure P_220107172307302_302016001
式中，gmax和gmin分别为单台机组发电功率的上限和下限；
Figure M_220107172307348_348826001
为k时段处于发电状态的机组数目；gk为k时段发电总功率。
（4）机组启停次数约束
为提高抽水蓄能电站整体运行寿命，应保证机组总启停次数在一定范围内，机组启停总数满足公式四：
Figure P_220107172307380_380097001
式中，M为机组启停总数；
Figure M_220107172307428_428459001
为k时段处于停止状态的机组数目；K表示时段，k∈[0，1，2，···，K-1]。
（5）机组状态切换约束
如前所述，机组的状态包括抽水、发电以及停机三种状态，为避免同一机组出现上一时段抽水，下一时段立刻发电的情况，或者为避免同一机组出现上一时段发电，下一时段立刻抽水的情况，机组状态切换必须满足：在抽水状态和发电状态之间至少存在一次停机状态，相邻时段抽水的机组台数满足公式五：
Figure P_220107172307459_459728001
相邻时段发电的机组台数满足公式六：
Figure P_220107172307490_490939001
式中，N为抽水蓄能电站机组总数；k表示时段，k∈[0，1，2，···，K-1]，K表示总的时段；
Figure M_220107172307537_537863001
为k时段处于抽水状态的机组数目；
Figure M_220107172307584_584683002
为k时段处于发电状态的机组数目。
（6）抽水蓄能电站抽水与发电互斥约束
抽水蓄能电站同一时段，不可能同时存在发电和抽水的机组，显然地，同时抽水和发电会造成水资源的浪费，且同时抽水和发电功率越大，浪费越严重。因此，任意时刻，发电功率和抽水功率必然有一个为0，发电功率和抽水功率满足公式七：
Figure P_220107172307619_619371001
式中，pk为k时段抽水总功率；gk为k时段发电总功率。
公式七为非线性约束公式，导致可行域空间非凸，给求解带来困难。鉴于此，提出以下线性化建模方法：引入0-1变量，ak、bk、ck分别表示抽水蓄能电站机组所处的抽水、发电和停机状态，即：
Figure T_220107172307650_650658002
因此，抽水和发电互斥状态下的抽水蓄能电站机组的运行状态应满足以下公式八，状态组合如表1所示。
Figure P_220107172307744_744354001
表1：抽水蓄能电站状态表
Figure T_220107172307775_775617003
各时段处于不同状态的机组数应满足以下公式九：
Figure P_220107172308129_129615001
如此线性化建模，满足公式七的抽水与发电的互斥约束。
（7）水量平衡约束
抽水蓄能电站的水库包括上库和下库，各时段的上库与下库的库容满足水量平衡约束，上库的库容满足公式十：
Figure P_220107172308176_176505001
下库的库容满足公式十一：
Figure P_220107172308208_208763001
式中，
Figure M_220107172308240_240455001
、
Figure M_220107172308271_271711002
分别表示抽水蓄能电站在时段
Figure M_220107172308302_302950003
的上库和下库的库容；f1（pk，hk）为抽水流量函数，与时段k的抽水功率pk和水头hk相关；f2（gk，hk）为发电流量函数，与时段k的发电功率gk和水头hk相关。
线性化建模时，可根据抽水蓄能电站的实际运行数据统计运行特性，采用分段线性化方法处理。
（8）抽水蓄能电站库容约束
抽水蓄能电站的上库和下库的库容满足公式十二：
Figure P_220107172308349_349809001
式中，
Figure M_220107172308381_381089001
、
Figure M_220107172308433_433786002
分别为抽水蓄能电站上库的最小和最大库容；
Figure M_220107172308480_480660003
、
Figure M_220107172308511_511952004
分别为抽水蓄能电站下库的最小和最大库容；
Figure M_220107172308558_558836005
、
Figure M_220107172308607_607594006
分别为上库和下库的初始库容；
Figure M_220107172308654_654997007
、
Figure M_220107172308686_686281008
分别表示抽水蓄能电站在时段
Figure M_220107172308748_748738009
的上库和下库的库容；
Figure M_220107172308780_780006010
、
Figure M_220107172308819_819077011
分别为
Figure M_220107172308850_850291012
时段上库和下库的库容；δ为上游首末时段的最大可变动库容。
公式十二中，为表示调度期末水库库容变化约束，提出了以下公式：
Figure P_220107172308974_974881001
目的是保证下一个调度期抽水蓄能电站的调度需求。
综上，含多台机组的抽水蓄能电站线性化模型可用公式一至公式六以及公式八至公式十二描述。
本发明实施例提供的适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法的有益效果包括：
因为含多台机组的抽水蓄能电站在已知初始条件的情况下，任意时刻的运行状态可由其抽水、发电、停机的机组台数，以及抽水功率、发电功率决定。因此，含多台机组的抽水蓄能电站的建模方法可用以下约束描述：抽水蓄能机组总数约束、抽水功率约束、发电功率约束、机组启停次数约束、机组状态切换约束、抽水蓄能电站抽水与发电互斥约束、水量平衡约束和抽水蓄能电站库容约束。这样，采用线性化的手段建模抽水蓄能的运行特性，兼顾了模型建模的精度和高效性，可为抽水蓄能电站并网，并与风电、光伏、常规水电的互补协调运行建模提供模型支撑。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，其特征在于，所述方法包括采用线性化的手段根据抽水蓄能的运行特性建立模型，其中，所述模型包括抽水蓄能机组总数约束、抽水功率约束、发电功率约束、机组启停次数约束、机组状态切换约束、抽水蓄能电站抽水与发电互斥约束、水量平衡约束和抽水蓄能电站库容约束，所述抽水蓄能电站抽水与发电互斥约束包括：
发电功率和抽水功率满足公式七：
gkpk＝0 (公式七)
式中，pk为k时段抽水总功率；gk为k时段发电总功率；
针对求解所述公式七，提出以下线性化建模方法：引入0-1变量，ak、bk、ck分别表示抽水蓄能电站机组所处的抽水、发电和停机状态，即满足公式十一：
Figure FDA0003520778370000011
Figure FDA0003520778370000012
Figure FDA0003520778370000013
抽水和发电互斥状态下的抽水蓄能电站机组的运行状态应满足以下公式十二：
ak+bk≤1
ak+bk+ck≥1
ak+bk+ck≤2 (公式十二)
各时段处于不同状态的机组数应满足公式十三：
Figure FDA0003520778370000021
Figure FDA0003520778370000022
Figure FDA0003520778370000023
式中，N为抽水蓄能电站机组总数；k表示时段，k∈[0，1，2，···，K-1]，K表示总的时段；
Figure FDA0003520778370000024
为k时段处于抽水状态的机组数目；
Figure FDA0003520778370000025
为k时
段处于发电状态的机组数目；
Figure FDA0003520778370000026
为k时段处于停止状态的机组数目。
2.根据权利要求1所述的适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，其特征在于，所述抽水蓄能机组总数约束包括：
根据实际运行工况，将抽水蓄能机组的输出状态分为三类：抽水状态、发电状态以及停机状态，则抽水蓄能机组总数满足公式一：
Figure FDA0003520778370000027
3.根据权利要求1所述的适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，其特征在于，所述抽水功率约束包括：
抽水总功率满足公式二：
Figure FDA0003520778370000028
式中，pmax和pmin分别为单台机组抽水功率的上限和下限；
Figure FDA0003520778370000029
为k时段处于抽水状态的机组数目；pk为k时段抽水总功率。
4.根据权利要求1所述的适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，其特征在于，所述发电功率约束包括：
发电总功率满足公式三：
Figure FDA00035207783700000210
式中，gmax和gmin分别为单台机组发电功率的上限和下限；
Figure FDA0003520778370000031
为k时段处于发电状态的机组数目；gk为k时段发电总功率。
5.根据权利要求1所述的适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，其特征在于，所述机组启停次数约束包括：
机组启停总数满足公式四：
Figure FDA0003520778370000032
式中，M为机组启停总数；k表示时段，k∈[0，1，2，···，K-1]，K表示总的时段；
Figure FDA0003520778370000033
为k时段处于停止状态的机组数目。
6.根据权利要求1所述的适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，其特征在于，所述机组状态切换约束包括：
相邻时段抽水的机组台数满足公式五：
Figure FDA0003520778370000034
相邻时段发电的机组台数满足公式六：
Figure FDA0003520778370000035
式中，N为抽水蓄能电站机组总数；k表示时段，k∈[0，1，2，···，K-1]，K表示总的时段；
Figure FDA0003520778370000036
为k时段处于抽水状态的机组数目；
Figure FDA0003520778370000037
为k时段处于发电状态的机组数目。
7.根据权利要求1所述的适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，其特征在于，所述水量平衡约束包括：
上库的库容满足公式八：
Figure FDA0003520778370000038
下库的库容满足公式九：
Figure FDA0003520778370000041
式中，
Figure FDA0003520778370000042
分别表示抽水蓄能电站在k时段的上库和下库的库容；f1(pk，hk)为抽水流量函数，与k时段的抽水总功率pk和水头hk相关；f2(gk，hk)为发电流量函数，与k时段的发电总功率gk和水头hk相关。
8.根据权利要求1所述的适应含多台机组的抽水蓄能电站运行调度线性化建模方法，其特征在于，所述抽水蓄能电站库容约束包括：
抽水蓄能电站的上库和下库的库容满足公式十：
Figure FDA0003520778370000043
Figure FDA0003520778370000044
Figure FDA0003520778370000045
Figure FDA0003520778370000046
Figure FDA0003520778370000047
式中，
Figure FDA0003520778370000048
分别为抽水蓄能电站上库的最小和最大库容；
Figure FDA0003520778370000049
Figure FDA00035207783700000410
分别为抽水蓄能电站下库的最小和最大库容；
Figure FDA00035207783700000411
分别为上库和下库的初始库容；
Figure FDA00035207783700000412
分别为k＝0时段抽水蓄能电站上库和下库的库容；δ为上游首末时段的最大可变动库容；
Figure FDA00035207783700000413
分别为k时段抽水蓄能电站上库和下库的库容。
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