CN116993130A - 梯级水电站短期发电调度方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

梯级水电站短期发电调度方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种梯级水电站短期发电调度方法、装置、设备和存储介质，其中，该方法包括：构建电站的经济水位带控制模型，获取所述电站的调度约束条件和每一机组的工作效率，按照所述工作效率对所有机组进行排序，并根据所述调度约束条件计算所述电站的生态流量负荷；以单机生态流量负荷作为初始出力，从起始调度时段起逐步向最终调度时段平推计算每一时段的估算水位，并根据所述估算水位调整所述电站的平均出力，直到所述最终调度时段末，所述估算水位符合所述经济水位带控制模型；当任一时段所述电站的负荷大于或等于该电站的最大出力，且该时段末的估算水位大于经济水位带上限时，将多余流量作为弃水。

Description

梯级水电站短期发电调度方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本申请涉及梯级水电站控制领域，特别是涉及梯级水电站短期发电调度方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
在水电站建设过程中，由于自然条件和技术上的原因，需要对河流进行分段开发。即，自河流的上游起，由上而下地拟定一个河段接一个河段的水利枢纽系列、呈阶梯状的分布形式，这样的开发方式称为梯级开发。通过梯级开发方式所建成的一连串的水电站，称为梯级式水电站。
梯级水电站对河流的水能利用特征非常明显：在水头利用上是分级开发、分段利用；在水量利用上是多次开发、重复利用，因此，在上下梯级的水电站之间表现出明显的相互影响、相互制约的关系。由于整个梯级都受到上游来水的影响、下游梯级都受到上游水库调节能力的制约、下一梯级受到上一梯级运行工况的制约，因此梯级电站的调度不仅有各个电站的合理运行调度问题，而且还有整个梯级的优化调度问题。
目前，梯级水电站短期发电调度工作周期通常是24小时，以15分钟为时段安排次日96点各电站的发电负荷计划，对于中小流域的梯级日调节电站，由于调节性能有限，不是电网调峰填谷的主力电站，其调度方式较为灵活。这些梯级日调节电站通常以追求高水头高效率发电为主，因此对电站的水位过程控制有更高的要求。
但是，常规的调度方式主要以控制末水位、控制总电量为目标，以完成单点目标为引导，不注重过程水位的控制，难以兼顾实用性与经济性，即成本较高且利用率低；而以梯级发电量最大、耗水量最小、调峰电量最大等为目标，采用智能算法求解的优化调度方式，在求解方法复杂和约束条件复杂的情况下不易收敛，求解效率不高，甚至寻找到的最优解或局部最优解往往与实际调度过程不符，达不到实用化的要求，不能有效利用水资源。
发明内容
本申请实施例提供了一种梯级水电站短期发电调度方法、装置、设备和存储介质，以至少解决相关技术中不注重过程水位的控制，难以兼顾实用性与经济性的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种梯级水电站短期发电调度方法，包括以下步骤：
构建电站的经济水位带控制模型，所述经济水位带控制模型的目标函数如下：其中，Zi,t表示第i个电站在t时段的估算水位； Zi,down、Zi,up分别表示第i个电站的经济水位带下限和上限，Zi,dead、Zi,fcl分别表示第i个电站 的死水位和汛限水位；Wi,sw表示第i个电站的总弃水量，Qi,t表示第i个电站在t时段的弃水 流量；Δt表示t时段的弃水时长，T表示时段总数；
设置所述电站的调度约束条件；其中，所述调度约束条件包括调度时段总数、起调 水位、生态限制流量、入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约束，所述入 库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约束的要求如下：其中，Qi,fore表示第i个电 站的入库流量集合，Qi,fore1表示第一个时段的入库流量；Qi,enf表示第i个电站的生态限制流 量；Ni,t表示第i个电站在t时段的平均出力，Ni,max表示第i个电站的最大出力；Ni,j,t表示第i 个电站的第j台机组在t时段的平均出力，Ni,j,max表示第i个电站的第j台机组的最大出力；
根据机组工作效率对所有机组进行排序，并从工作效率最高的机组调用，以根据当前调用的机组计算所述电站的生态流量负荷；
将计算得到的生态流量负荷作为初始出力，从起始调度时段起逐步向最终调度时段平推计算每一时段的估算水位，并根据所述估算水位调整所述电站的平均出力，直到所述最终调度时段末，所述估算水位符合所述经济水位带控制模型；
当任一时段所述电站的负荷大于或等于该电站的最大出力，且该时段末的估算水位大于经济水位带上限时，将多余流量作为弃水，根据所述弃水时长来计算所述电站在该时段的弃水流量。
在一实施例中，根据机组工作效率对所有机组进行排序，并从工作效率最高的机组调用，以根据当前调用的机组工作效率计算所述电站的生态流量负荷，具体包括：
根据机组效率曲线确定所有机组在不同水头下的合理负荷区间，并根据所述合理负荷区间将机组效率曲线划分为低效率区、高效率区、限制区，所述低效率区和所述高效率区的分界线为高效率区下限负荷；
根据尾水位泄流曲线获取与所述生态限制流量对应的尾水位；
根据所述起调水位和所述尾水位计算起始调度时段的初始水头；
获取机组的NHQ曲线，根据所述初始水头和所述NHQ曲线得到所述生态流量负荷。
在一实施例中，所述根据所述估算水位调整所述电站的平均出力，包括：
a.当t时段末，若Zi,t≤Zi,down，则向起始调度时段方向的平推计算终止，令所述电站以单台机组运行，且Ni,t+1=Ni,enf，继续向最终调度时段方向平推计算所述估算水位；
b.当t时段末，若Zi,down < Zi,t < Zi,up，则向起始调度时段方向的平推计算终止，令Ni,t+1=Ni,lim，继续向最终调度时段方向平推计算所述估算水位；其中，所述Ni,lim为高效率区下限负荷；
c.当t时段末，若Zi,t≥Zi,up，则按照效率从高到低的顺序，令Ni,t=(1+Δ1)Ni,lim，向起始调度时段方向平推计算所述估算水位；Δ1为第一预设步长；
d.当单机负荷达到机组的最大出力Ni,j,max，且t时段末Zi,t≥Zi,up时，按照所述工作效率从高到低的顺序调用机组，新增一台机组，令Ni,t=（j+1）Ni,lim，重复步骤a-c。
在一实施例中，“当任一时段所述电站的负荷大于或等于该电站的最大出力，且该时段末的估算水位大于经济水位带上限时，将多余流量作为弃水，根据所述弃水时长来计算所述电站在该时段的弃水流量”之前，所述方法还包括：
判断t时段末，是否所有机组都加入；若是，则将所述汛限水位作为新的经济水位带上限，重新从起始调度时段起逐步向最终调度时段平推计算每一时段的估算水位，并根据重新计算的估算水位调整所述电站的平均出力。
在一实施例中，所述将多余流量作为弃水包括：
向起始调度时段方向取第一个平均出力未达上限的时段t，令Nt-1=(1+Δ2)Nt-1，向起始调度时段方向平推计算所述估算水位，直至推算到所述起始调度时段；Δ2为第二预设步长；
若推算到起始调度时段时的估算水位依然高于所述经济水位带上限，则将多余流量作为弃水。
在一实施例中，所述方法还包括扫尾处理，所述扫尾处理包括：
若最终调度时段的估算水位小于所述经济水位带下限时，获取机组前一个平均出力，按照第三预设步长降低所述平均出力，从最终调度时段向起始调度时段方向做平推计算，直至所述估算水位在所述经济水位带的范围内。
在一实施例中，所述根据所述初始水头和所述NHQ曲线得到所述生态流量负荷，包括：
采用二维曲线插值法对所述NHQ曲线进行处理，获得与所述生态限制流量对应的生态流量负荷；
所述初始水头和生态限制流量的计算过程如下公式所示：其中，Zi,beg为起调水位；Zi,wei为与生态限制流 量对应的尾水位；Hi为初始水头；Ni,enf为生态流量负荷。
第二方面，本申请实施例提供了一种梯级水电站短期发电调度装置，运行如上任一实施例所述的梯级水电站短期发电调度方法，包括：
模型构建模块，用于构建电站的经济水位带控制模型，所述经济水位带控制模型 的目标函数如下：其中，Zi,t表示第i个电站在t时 段的估算水位；Zi,down、Zi,up分别表示第i个电站的经济水位带下限和上限，Zi,dead、Zi,fcl分别 表示第i个电站的死水位和汛限水位；Wi,sw表示第i个电站的总弃水量，Qi,t表示第i个电站 在t时段的弃水流量；Δt表示t时段的弃水时长，T表示时段总数；
初始化模块，用于设置所述电站的调度约束条件；其中，所述调度约束条件包括调 度时段总数、起调水位、生态限制流量、入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组 出力约束，所述入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约束的要求如下：其中，Qi,fore表示第i个电 站的入库流量集合，Qi,fore1表示第一个时段的入库流量；Qi,enf表示第i个电站的生态限制流 量；Ni,t表示第i个电站在t时段的平均出力，Ni,max表示第i个电站的最大出力；Ni,j,t表示第i 个电站的第j台机组在t时段的平均出力，Ni,j,max表示第i个电站的第j台机组的最大出力；
数据处理模块，用于根据机组工作效率对所有机组进行排序，并从工作效率最高的机组调用，以根据当前调用的机组工作效率计算所述电站的生态流量负荷；将计算得到的生态流量负荷作为初始出力，从起始调度时段起逐步向最终调度时段平推计算每一时段的估算水位，并根据所述估算水位调整所述电站的平均出力，直到所述最终调度时段末，所述估算水位符合所述经济水位带控制模型；当任一时段所述电站的负荷大于或等于该电站的最大出力，且该时段末的估算水位大于经济水位带上限时，将多余流量作为弃水，根据所述弃水时长来计算所述电站在该时段的弃水流量。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一实施例所述的梯级水电站短期发电调度方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上任一实施例所述的梯级水电站短期发电调度方法。
本申请实施例提供的梯级水电站短期发电调度方法、装置、设备和存储介质至少具有以下技术效果：
通过构建经济水位带控制模型和调度约束条件，并将所有机组按照工作效率的高低来划分，从而在调度过程中，能够通过对出力的灵活调节来完成水位变动，不会出现为了满足发电量而不控制水位的问题；通过优先调用效率高的机组来提高电站资源的利用率，并且只有出力已达上限且水位仍然超范围的情况下再放弃多余水，不会浪费电站设备等资源；即本申请解决了不注重过程水位的控制，难以兼顾实用性与经济性的问题，从而实现了经济水位的动态控制和弃水最小化，兼顾了实用性与经济性。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例的梯级水电站短期发电调度方法流程图；
图2是本申请实施例的机组效率曲线运行划分示意图；
图3是本申请实施例的估算水位较低时的负荷调整示意图；
图4是本申请实施例的估算水位正常时的负荷调整示意图；
图5是本申请实施例的估算水位较高时的负荷调整示意图；
图6是本申请实施例的经济水位带上限上调时的负荷调整示意图；
图7是本申请实施例的弃水和扫尾处理时的负荷调整示意图；
图8是本申请实施例的梯级水电站短期发电调度装置结构框图；
图9是本申请实施例的电子设备的框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块（单元）的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
在本申请实施例提供了一种梯级水电站短期发电调度方法，在本实施例中，设定梯级水电站的电站总数为N，每一电站的机组总数为M，其中，N≥1、M≥1。由于每个电站的要求不同，因此，以下的调度方法需要循环进行，即从上游的第一级电站依次计算至最后一级电站。图1是本实施例梯级水电站短期发电调度的流程图，如图1所示，本发明的梯级水电站短期发电调度方法包括：
步骤S1，构建第i个电站的经济水位带控制模型，所述经济水位带控制模型的目标 函数如公式（1）所示：（1）其中，Zi,t表示第i个电 站在t时段的估算水位；Zi,down、Zi,up分别表示第i个电站的经济水位带下限和上限，Zi,dead、 Zi,fcl分别表示第i个电站的死水位和汛限水位；Wi,sw表示第i个电站的总弃水量，Qi,t表示第 i个电站在t时段的弃水流量；Δt表示t时段的弃水时长，T表示时段总数，i≤N。
本申请的经济水位带控制模型以水位控制为核心，针对梯级各电站设置经济水位带的控制范围，同时考虑电站弃水量最小，在面临弃水时，经济水位带的控制范围可以突破，即一般情况下，在没有产生弃水之前，则以Zi,down、Zi,up作为经济水位带的上限和下限；若推算出水位控制过程需要产生弃水，则工作人员可根据实际情况改变经济水位带的上下限，如以死水位Zi,dead和汛限水位Zi,fcl作为经济水位带新的上下限。在本实施例中，每一电站的Zi,down、Zi,up、Zi,dead、Zi,fcl可以是不相同的，并且，Zi,down、Zi,up、Zi,dead、Zi,fcl是根据每一电站的运行情况、生态要求等限制条件设定的。
步骤S2，设置所述电站的调度约束条件；其中，所述调度约束条件包括调度时段总 数、起调水位、生态限制流量、入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约 束，所述入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约束的要求如下：其中，Qi,fore表示第i个电 站的入库流量集合，Qi,fore1表示第一个时段的入库流量；Qi,enf表示第i个电站的生态限制流 量；Ni,t表示第i个电站在t时段的平均出力，Ni,max表示第i个电站的最大出力；Ni,j,t表示第i 个电站的第j台机组在t时段的平均出力，Ni,j,max表示第i个电站的第j台机组的最大出力。
在本实施例中，所述调度约束条件包括但不限于调度时段总数、起调水位、生态限制流量、入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约束。同理，每一个电站的调度约束条件都是可以不相同的。
具体地，假设某一电站的机组总数为M，j为第i个电站下的第j台机组序号（这里可 以认为已将机组按效率从到低进行排序）。本实施例的电网调度计划以15分钟为时段96点 计划，即设置调度时段总数为96；本实施例的起调水位就是电站当前的水库水位；生态限制 流量是为了满足生态需求（如保证植物、农作物生长）所设定的最小流出量。在本实施例中， 设起始调度时段为T0、最终调度时段为T96、度历时为P96、起调水位为Zi,beg、入库流量过程为 Qi,fore、生态流量限制为Qi,enf、电站出力Ni,t、机组出力Ni,j,t；所述电站的调度约束条件如公 式（2）所示：（2）在公式（2） 中，Qi,fore表示第i个电站的入库流量集合，Qi,fore1表示第一个时段的入库流量；Qi,enf表示第 i个电站的生态限制流量；Ni,t表示第i个电站在t时段的平均出力，Ni,max表示第i个电站的最 大出力；Ni,j,t表示第i个电站的第j台机组在t时段的平均出力，Ni,j,max表示第i个电站的第j 台机组的最大出力。
步骤S3，根据机组工作效率对所有机组进行排序，并从工作效率最高的机组调用，以根据当前调用的机组计算所述电站的生态流量负荷。
在本实施例中，需要对机组进行排序，具体的实现过程如下：
根据机组效率曲线确定所有机组在不同水头下的合理负荷区间（根据机组的历史运行情况而定），根据所述合理负荷区间将机组效率曲线划分为低效率区、高效率区、限制区，效率划分情况参考图2（图中标在中间的数字表示效率，每一条曲线表示一种工作效率）。如图2所示，所述低效率区和高效率区的分界线为高效率区分界线（高效率区下限负荷Ni,lim）；高效率区和限制区之间的分界线为发电机功率限制线和水轮机功率限制线，即限制区的功率都是不合适运行的，因此工作效率处于限制区的机组一般不会被调用。最后将机组按照效率从高到低进行排序，用于在计算所述估算水位的过程中按照效率从高到低调用。
对于机组效率曲线的区间划分，一般是根据工作人员的经验划分的。在推导计算过程中，在高效率区的机组已全被调用的情况下，再调用低效率区的机组，而一般情况下，限制区的机组一般情况下是禁止被调用的。即本申请通过优先调用高效率区的机组，若是仅启动少量机组，就能够保证电站的正常运行、且也能将电站的水位控制在合理范围内，通过减少启用功率低的机组，合理利用资源，达到提高了电站的经济性的目的。
在完成机组排序并确定了生态限制流量后，可以根据当前调用的机组的NHQ曲线 计算生态流量负荷。具体地，获取起始调度时段的起调水位为Zi,beg，然后根据尾水位泄流曲 线获取生态限制流量对应尾水位Zi,wei；根据所述起调水位和尾水位计算得到起始调度时段 的初始水头Hi；根据最先被调用的机组的NHQ曲线（NHQ曲线是表示出力、水头和流量之间关 系的曲线），采用二维曲线插值法获得生态限制流量对应的生态流量负荷Ni,enf，初始水头和 生态流量的计算过程如公式（3）所示：（3）
步骤S4，将计算得到的生态流量负荷作为初始出力，从起始调度时段起逐步向最终调度时段平推计算每一时段的估算水位，并根据所述估算水位调整所述电站的平均出力，直到所述最终调度时段末，所述估算水位符合所述经济水位带控制模型。
具体地，采用单机生态流量负荷（即先选择效率最高的机组，并以生态流量负荷作为该机组的初始负荷），按照水量平衡原则，采用“以电定水”计算方法，从起始时刻起逐步向最终调度时段计算，得到电站最终调度时段的估算水位。在逐步计算过程中，需要根据所述经济水位带控制模型和调度初始条件调整机组的运行负荷或增加机组运行数量，使得在最终调度时段时估算水位在经济水位带内或已经运行了所有机组。
本实施例通过对经济水位带控制进行求解，该求解过程以水位控制为核心，划分机组的效率区，考虑不同机组的效率高低进行调用，通过对出力的灵敏控制，保持水位在水位经济带上下限内波动，从上游电站依次计算至最后一级电站。比如，推导刚开始时是按照生态流量负荷发电，此时出库流量较小，在来水丰富时，水位上涨较快，在水位到达经济水位带上限的时刻，跳过低效率区的机组，从高效区开始按第一预设步长增加平均出力，然后往起始时调度刻平推计算，重新计算估算水位；当某一时段估算水位不再碰触上限后，该时段之后继续按照当前的平均出力平推计算或工作人员根据实际情况调整平均出力；若估算水位碰触到经济水位带下限，则将出力继续调整为单机生态流量负荷运行，直到水位上涨后再增加出力或增加机组。
在本申请一实施例中，对于水位的控制过程（即负荷调整过程），通过以下步骤实现：
步骤S41，当t时段末，若Zi,t≤Zi,down，则向起始调度时段方向的平推计算终止，令所述电站以单台机组运行，且Ni,t+1=Ni,enf，继续向最终调度时段方向平推计算所述估算水位，参考图3；
步骤S42，当t时段末，若Zi,down < Zi,t < Zi,up，则向起始调度时段方向的平推计算终止，令Ni,t+1=Ni,lim，继续向最终调度时段方向平推计算所述估算水位；其中，所述Ni,lim为高效率区下限负荷；当t+n时段末，水位Zi,t+n≤Zi,down时递推暂停，令Ni,t+n=Ni,enf，继续向T96时刻计算，参考图4；
步骤S43，当t时段末，若Zi,t≥Zi,up，则按照效率从高到低的顺序，令Ni,t=(1+Δ1)Ni,lim，向起始调度时段方向平推计算所述估算水位；Δ1为第一预设步长，参考图5；
步骤S44，当单机负荷达到机组的最大出力Ni,j,max，且t时段末Zi,t≥Zi,up时，按照所述工作效率从高到低的顺序调用机组，新增一台机组，令Ni,t=（j+1）Ni,lim，比如加入第2台机组，令Ni,t=Ni,1,lim+Ni,2,lim，重复步骤S31-S34。
如此循环推导计算，直至加入了所有可调用的机组或者T96的估算水位满足Zi,down≤Zi,t≤Zi,up。
步骤S5，在本申请一实施例中，可以利用安全裕度来调整水位上限。判断t时段末是否所有机组都加入，当所有机组都加入、且所述电站的负荷达到其最大出力，所述估算水位依然高于经济水位带上限时，可以根据电站的实际情况来调整经济水位带上限，重新从起始调度时段起逐步向最终调度时段平推计算每一时段的估算水位，并在计算过程中根据估算水位来调整电站的平均出力，直至在最终调度时段末，其估算水位负荷经济水位带控制模型，即在新的经济水位带范围内。若不调整经济水位带上限，可跳过步骤S5，继续执行步骤S6。
比如，利用汛限水位和原经济水位带上限间的安全裕度，对原来的经济水位带上限进行调整。当所有机组都加入、且机组和电站的负荷出力约束上限Ni,max，t时段末估算水位Zi,t依然高于经济水位带上限水位Zi,up时，可以将汛限水位Zi,fcl作为新的经济水位带上限Zi,up，重新执行步骤S4。即，本申请实施例利用安全裕度来调整水位上限。参考图6。
步骤S6，弃水量最小化处理。当任一时段所述电站的负荷大于或等于该电站的最大出力，且该时段末的估算水位大于经济水位带上限时，将多余流量作为弃水，根据所述弃水时长来计算所述电站在该时段的弃水流量。
步骤S61，在重新计算过程中，当t时段末，机组和电站的负荷出力约束上限Ni,max，估算水位仍高于新的经济水位带水位上限时，则向起始调度时段方向取第一个未满发的出力区间段（平均出力未达上限的时段t），令Nt-1=(1+Δ2)Nt-1，增加预设步长后继续推算；其中Δ2为第二预设步长；
步骤S62，若计算后水位仍高于新的经济水位带水位上限，则继续按照预设步长增加出力，直至推算到起始调度时段；
步骤S63，若计算水位依然高于最高水位，则将多余流量作为弃水。
具体地，当某时间段内递推计算负荷率达到全厂100%负荷率，t时段末水位高于汛限水位Zi,fcl，则取多余水量由前取第一个未满发的出力区间段，令Nt-1=(1+Δ2)Nt-1，递增第二预设步长后推算。如计算后水位仍高于汛限水位Zi,fcl，则继续增加步长，直至推算到T0时刻，如计算水位依然高于最高水位，多余流量作为弃水，弃水时段电厂负荷100%，期间如某时刻水位突破最低水位，并降至机组设计最小水头、当单机负荷为死区时，0至该时刻不再增加出力，参考图7。
弃水量的计算过程可以根据用户的需求来确定，本是申请实施例对于弃水流量的计算，可以先获取某一时段需要弃水时的估算水位，根据该估算水位和经济水位带上限可计算得到该时段的弃水流量，然后开始放水，记录放水的时间得到该时段的弃水时长，根据弃水流量和弃水时长可计算的该时段的弃水量，将每一电站的每一时段的弃水量相加，即可得到总弃水量。
步骤S7，“扫尾”处理。具体地，当最终调度时段，若估算水位低于经济水位带下限时，取上一个负荷区间段，按照第三预设步长降低出力（在本申请实施例中，第一预设步长、第二预设步长和第三预设步长可以设置相同的值，也可以设置不同的值），从最终调度时段向起始调度时段做递推计算，直至估算水位处在经济水位带合理区间。当T96时刻，若坝上水位Zi,96≤Zi,down时，取上一个负荷区间段，从向T96时刻平推的时刻Tn时刻，令Ni,t=(1-Δ3)Ni,t，Δ3为第三预设步长，重新做递推计算，直至Zi,96≥Zi,down，参考图7。
综上所述，本申请实施例提供的梯级水电站短期发电调度方法，将机组的不同效率运行区融入到发电计划制作过程中，以电站经济运行、水位控制为核心，考虑不同机组效率高低进行调用，通过对出力的灵活调节响应水位变动，保证水位在经济范围内运行，实现了经济水位带的动态控制和弃水最小化，兼顾实用性与经济性，该调度方法在建模与求解方面与现有研究成果和文献中的短期调度方法存在较大的区别，本成果为日调节梯级水电站群短期发电计划制作提供了新思路和新方式。
第二方面，本申请实施例提供了一种梯级水电站短期发电调度装置，该装置包括模型构建模块81、初始化模块82和数据处理模块83，如图8所示。
其中，模型构建模块，用于构建电站的经济水位带控制模型，所述经济水位带控制 模型的目标函数如下：其中，Zi,t表示第i个电站 在t时段的估算水位；Zi,down、Zi,up分别表示第i个电站的经济水位带下限和上限，Zi,dead、 Zi,fcl分别表示第i个电站的死水位和汛限水位；Wi,sw表示第i个电站的总弃水量，Qi,t表示第 i个电站在t时段的弃水流量；Δt表示t时段的弃水时长，T表示时段总数。
初始化模块，用于设置所述电站的调度约束条件；其中，所述调度约束条件包括调 度时段总数、起调水位、生态限制流量、入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组 出力约束，所述入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约束的要求如下：其中，Qi,fore表示第i个电 站的入库流量集合，Qi,fore1表示第一个时段的入库流量；Qi,enf表示第i个电站的生态限制流 量；Ni,t表示第i个电站在t时段的平均出力，Ni,max表示第i个电站的最大出力；Ni,j,t表示第i 个电站的第j台机组在t时段的平均出力，Ni,j,max表示第i个电站的第j台机组的最大出力。
数据处理模块，用于根据机组工作效率对所有机组进行排序，并从工作效率最高的机组调用，以根据当前调用的机组计算所述电站的生态流量负荷；将计算得到的生态流量负荷作为初始出力，从起始调度时段起逐步向最终调度时段平推计算每一时段的估算水位，并根据所述估算水位调整所述电站的平均出力，直到所述最终调度时段末，所述估算水位符合所述经济水位带控制模型；当任一时段所述电站的负荷大于或等于该电站的最大出力，且该时段末的估算水位大于经济水位带上限时，将多余流量作为弃水，根据所述弃水时长来计算所述电站在该时段的弃水流量。
在本申请实施例中，数据处理模块还可以用于进行弃水量计算和扫尾处理等，需要说明的是，本实施例中装置的具体示例可以参考上述方法实施例，因此，对于装置的实现过程本实施例在此不再赘述。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，图9是根据一示例性实施例示出的电子设备的框图。如图9所示，该电子设备可以包括处理器91以及存储有计算机程序指令的存储器92。
具体地，上述处理器91可以包括中央处理器（CPU），或者特定集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC），或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
其中，存储器92可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器92可包括硬盘驱动器（Hard Disk Drive，简称为HDD）、软盘驱动器、固态驱动器（SolidState Drive，简称为SSD）、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线（Universal SerialBus，简称为USB）驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器92可包括可移除或不可移除（或固定）的介质。在合适的情况下，存储器92可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器92是非易失性（Non-Volatile）存储器。在特定实施例中，存储器92包括只读存储器（Read-Only Memory，简称为ROM）和随机存取存储器（RandomAccess Memory，简称为RAM）。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM（Programmable Read-Only Memory，简称为PROM）、可擦除PROM（Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称为EPROM）、电可擦除PROM（Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称为EEPROM）、电可改写ROM（Electrically Alterable Read-OnlyMemory，简称为EAROM）或闪存（FLASH）或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器（Static Random-Access Memory，简称为SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，简称为DRAM），其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器（Fast Page Mode Dynamic Random Access Memory，简称为FPMDRAM）、扩展数据输出动态随机存取存储器（Extended Date Out Dynamic RandomAccess Memory，简称为EDODRAM）、同步动态随机存取内存（Synchronous Dynamic Random-Access Memory，简称SDRAM）等。
存储器92可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器91所执行的可能的计算机程序指令。
处理器91通过读取并执行存储器92中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种梯级水电站短期发电调度方法。需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
在一实施例中，本申请的电子设备还可包括通信接口93和总线90。其中，如图9所示，处理器91、存储器92、通信接口93通过总线90连接并完成相互间的通信。
通信接口93用于实现本申请实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。通信端口93还可以实现与其他部件例如：外接设备、图像/数据采集设备、数据库、外部存储以及图像/数据处理工作站等之间进行数据通信。
总线90包括硬件、软件或两者，将电子设备的部件彼此耦接在一起。总线90包括但不限于以下至少之一：数据总线（Data Bus）、地址总线（Address Bus）、控制总线（ControlBus）、扩展总线（Expansion Bus）、局部总线（Local Bus）。举例来说而非限制，总线90可包括图形加速接口（Accelerated Graphics Port，简称为AGP）或其他图形总线、增强工业标准架构（Extended Industry Standard Architecture，简称为EISA）总线、前端总线（FrontSide Bus，简称为FSB）、超传输（Hyper Transport，简称为HT）互连、工业标准架构（Industry Standard Architecture，简称为ISA）总线、无线带宽（InfiniBand）互连、低引脚数（Low Pin Count，简称为LPC）总线、存储器总线、微信道架构（Micro ChannelArchitecture，简称为MCA）总线、外围组件互连（Peripheral Component Interconnect，简称为PCI）总线、PCI-Express（PCI-X）总线、串行高级技术附件（Serial AdvancedTechnology Attachment，简称为SATA）总线、视频电子标准协会局部（Video ElectronicsStandards Association Local Bus，简称为VLB）总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线90可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现第一方面中提供的梯级水电站短期发电调度方法。需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行实现第一方面提供的梯级水电站短期发电调度方法的步骤。
其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，所述程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种梯级水电站短期发电调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建电站的经济水位带控制模型，所述经济水位带控制模型的目标函数如下：
其中，Zi,t表示第i个电站在t时段的估算水位；Zi,down、Zi,up分别表示第i个电站的经济水位带下限和上限，Zi,dead、Zi,fcl分别表示第i个电站的死水位和汛限水位；Wi,sw表示第i个电站的总弃水量，Qi,t表示第i个电站在t时段的弃水流量；Δt表示t时段的弃水时长，T表示时段总数；
设置所述电站的调度约束条件；其中，所述调度约束条件包括调度时段总数、起调水位、生态限制流量、入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约束，所述入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约束的要求如下：
其中，Qi,fore表示第i个电站的入库流量集合，Qi,fore1表示第一个时段的入库流量；Qi,enf表示第i个电站的生态限制流量；Ni,t表示第i个电站在t时段的平均出力，Ni,max表示第i个电站的最大出力；Ni,j,t表示第i个电站的第j台机组在t时段的平均出力，Ni,j,max表示第i个电站的第j台机组的最大出力；
根据机组工作效率对所有机组进行排序，并从工作效率最高的机组调用，以根据当前调用的机组工作计算所述电站的生态流量负荷；
将所述生态流量负荷作为初始出力，从起始调度时段起逐步向最终调度时段平推计算每一时段的估算水位，并根据所述估算水位调整所述电站的平均出力，直到所述最终调度时段末，所述估算水位符合所述经济水位带控制模型；
当任一时段所述电站的负荷大于或等于该电站的最大出力，且该时段末的估算水位大于经济水位带上限时，将多余流量作为弃水，根据所述弃水时长来计算所述电站在该时段的弃水流量。
2.根据权利要求1所述的梯级水电站短期发电调度方法，其特征在于，根据机组工作效率对所有机组进行排序，并从工作效率最高的机组调用，以根据当前调用的机组计算所述电站的生态流量负荷，具体包括：
根据机组效率曲线确定所有机组在不同水头下的合理负荷区间，并根据所述合理负荷区间将机组效率曲线划分为低效率区、高效率区、限制区，所述低效率区和所述高效率区的分界线为高效率区下限负荷；
根据尾水位泄流曲线获取与所述生态限制流量对应的尾水位；
根据所述起调水位和所述尾水位计算起始调度时段的初始水头；
获取机组的NHQ曲线，根据所述初始水头和所述NHQ曲线得到所述生态流量负荷。
3.根据权利要求2所述的梯级水电站短期发电调度方法，其特征在于，所述根据所述估算水位调整所述电站的平均出力，包括：
a.当t时段末，若Zi,t≤Zi,down，则向起始调度时段方向的平推计算终止，令所述电站以单台机组运行，且Ni,t+1=Ni,enf，继续向最终调度时段方向平推计算所述估算水位；
b.当t时段末，若Zi,down < Zi,t < Zi,up，则向起始调度时段方向的平推计算终止，令Ni,t+1=Ni,lim，继续向最终调度时段方向平推计算所述估算水位；其中，所述Ni,lim为高效率区下限负荷；
c.当t时段末，若Zi,t≥Zi,up，则按照效率从高到低的顺序，令Ni,t=(1+Δ1)Ni,lim，向起始调度时段方向平推计算所述估算水位；Δ1为第一预设步长；
d.当单机负荷达到机组的最大出力Ni,j,max，且t时段末Zi,t≥Zi,up时，按照所述工作效率从高到低的顺序调用机组，新增一台机组，令Ni,t=（j+1）Ni,lim，重复步骤a-c。
4.根据权利要求1所述的梯级水电站短期发电调度方法，其特征在于，“当任一时段所述电站的负荷大于或等于该电站的最大出力，且该时段末的估算水位大于经济水位带上限时，将多余流量作为弃水，根据所述弃水时长来计算所述电站在该时段的弃水流量”之前，所述方法还包括：
判断t时段末，是否所有机组都加入；若是，则将所述汛限水位作为新的经济水位带上限，重新从起始调度时段起逐步向最终调度时段平推计算每一时段的估算水位，并根据重新计算的估算水位调整所述电站的平均出力。
5.根据权利要求1所述的梯级水电站短期发电调度方法，其特征在于，所述将多余流量作为弃水包括：
向起始调度时段方向取第一个平均出力未达上限的时段t，令Nt-1=(1+Δ2)Nt-1，向起始调度时段方向平推计算所述估算水位，直至推算到所述起始调度时段；Δ2为第二预设步长；
若推算到起始调度时段时的估算水位依然高于所述经济水位带上限，则将多余流量作为弃水。
6.根据权利要求1所述的梯级水电站短期发电调度方法，其特征在于，所述方法还包括扫尾处理，所述扫尾处理包括：
若最终调度时段的估算水位小于所述经济水位带下限时，获取机组前一个平均出力，按照第三预设步长降低所述平均出力，从最终调度时段向起始调度时段方向做平推计算，直至所述估算水位在所述经济水位带的范围内。
7.根据权利要求2所述的梯级水电站短期发电调度方法，其特征在于，所述根据所述初始水头和所述NHQ曲线得到所述生态流量负荷，包括：
采用二维曲线插值法对所述NHQ曲线进行处理，获得与所述生态限制流量对应的生态流量负荷；
所述初始水头和生态限制流量的计算过程如下公式所示：
其中，Zi,beg为起调水位；Zi,wei为与生态限制流量对应的尾水位；Hi为初始水头；Ni,enf为生态流量负荷。
8.一种梯级水电站短期发电调度装置，其特征在于，运行如权利要求1-7任一项所述的梯级水电站短期发电调度方法，包括：
模型构建模块，用于构建电站的经济水位带控制模型，所述经济水位带控制模型的目标函数如下：
其中，Zi,t表示第i个电站在t时段的估算水位；Zi,down、Zi,up分别表示第i个电站的经济水位带下限和上限，Zi,dead、Zi,fcl分别表示第i个电站的死水位和汛限水位；Wi,sw表示第i个电站的总弃水量，Qi,t表示第i个电站在t时段的弃水流量；Δt表示t时段的弃水时长，T表示时段总数；
初始化模块，用于设置所述电站的调度约束条件；其中，所述调度约束条件包括调度时段总数、起调水位、生态限制流量、入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约束，所述入库流量过程、发电流量约束、电站出力约束和机组出力约束的要求如下：
其中，Qi,fore表示第i个电站的入库流量集合，Qi,fore1表示第一个时段的入库流量；Qi,enf表示第i个电站的生态限制流量；Ni,t表示第i个电站在t时段的平均出力，Ni,max表示第i个电站的最大出力；Ni,j,t表示第i个电站的第j台机组在t时段的平均出力，Ni,j,max表示第i个电站的第j台机组的最大出力；
数据处理模块，用于根据机组工作效率对所有机组进行排序，并从工作效率最高的机组调用，以根据当前调用的机组计算所述电站的生态流量负荷；将计算得到的生态流量负荷作为初始出力，从起始调度时段起逐步向最终调度时段平推计算每一时段的估算水位，并根据所述估算水位调整所述电站的平均出力，直到所述最终调度时段末，所述估算水位符合所述经济水位带控制模型；当任一时段所述电站的负荷大于或等于该电站的最大出力，且该时段末的估算水位大于经济水位带上限时，将多余流量作为弃水，根据所述弃水时长来计算所述电站在该时段的弃水流量。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的梯级水电站短期发电调度方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的梯级水电站短期发电调度方法。
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洪华: "石泉水电站优化调度嫫式的探索", 《陕西电力》, vol. 42, no. 4, pages 82 - 85 *

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CN116993130B (zh) 2024-02-06

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