CN117791663B - 一种梯级混合式抽水蓄能电站调控方法、系统及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种梯级混合式抽水蓄能电站调控方法、系统及电子设备,涉及抽水蓄能电站调控领域,方法包括:获取梯级混合式抽水蓄能电站的峰谷系数、两部制系数和节点边际系数;根据峰谷系数、两部制系数和节点边际系数,利用以最大效能为目标函数,以水量平衡约束和库容关系约束为约束的梯级混合式抽水蓄能电站调控模型,确定梯级混合式抽水蓄能电站在各场景下的出力;目标函数包括抽蓄按节点边际系数结算的场景、抽蓄按两部制系数结算的场景、水电按节点边际系数结算的场景和水电按峰谷系数结算的场景;梯级混合式抽水蓄能电站根据在各场景下的出力进行调控。本发明实现了混合式抽水蓄能电站在不同场景下的稳定调控。
Description
技术领域
本发明涉及抽水蓄能电站调控领域,特别是涉及一种梯级混合式抽水蓄能电站调控方法、系统及电子设备。
背景技术
混合式抽水蓄能电站,其上水库具有天然径流汇入,来水流量已达到能安装常规水轮发电机组来承担系统的负荷。因而其电站厂房内所安装的机组,一部分是常规水轮发电机组,另一部分是抽水蓄能机组。相应地这类电站的发电量也由两部分构成,一部分为抽水蓄能发电量,另一部分为天然径流发电量。混合式抽水蓄能电站分为常规混合式和梯级混合式两种。常规混合式抽水蓄能电站是利用常规梯级混合式抽水蓄能电站水库做上水库或下水库,修建一个下水库或上水库,同时增建可逆机组或抽水泵而建成的抽水蓄能电站;梯级混合式抽水蓄能电站是利用同一流域的两座梯级梯级混合式抽水蓄能电站,通过增建可逆机组或抽水泵而建成的抽水蓄能电站。与新建抽水蓄能电站相比,将常规梯级混合式抽水蓄能电站改建成混合式抽水蓄能电站,具有投资小、建设快、水库淹没环境影响小等优点。因此,有必要对中国现有梯级混合式抽水蓄能电站和梯级电站的资源条件进行普查,将具备条件的梯级混合式抽水蓄能电站开发建设成混合式抽水蓄能电站,推动抽水蓄能跨越式发展。如今,随着可开发利用水利资源日趋枯竭,以及人们对环境保护、生态保护要求的不断增高,电网中水电比例日趋下降;此时,在常规梯级混合式抽水蓄能电站中增加可逆机组以形成混合式抽水蓄能电站,有着明显优势。动态效益所占比重的增加使混合式电站的经济效益有了进一步的保障,自身建设对环境的“零”污染使其更容易立项,建设周期的大大缩短使其更易于满足电网的需要。现阶段,这类梯级混合式抽水蓄能电站应用除了调峰填谷和承担系统事故备用等任务外,还有常规发电和满足综合利用要求等任务。此外,往往结合水电资源进行对水资源的梯级开发。如:某地区的梯级抽水蓄能电站开发能大大提高对xx电站的水能利用率。现对xx河干流长蓄混合式的水电开发也正进行探索。
水电的调度很大程度上受天然径流的影响,调度的灵活性不高。抽水蓄能电站的兴建,由于引入了抽水这一人工径流调节,在很大程度上提高了调度的灵活性,但往往只是单纯的抽发过程,且上游缺少水量的补给。混合式抽水蓄能是在常规电站的基础上引入可逆式机组,集成了常规电站和抽水蓄能电站的优点,既有上游丰富的来水作为天然径流,又有从下游抽水的人工径流,具有很好的容量效益和发电效益,对其优化调度可以更加灵活地发挥梯级混合式抽水蓄能电站的发电和调峰、调频等功能。
在多元市场环境下,对于混合式抽水蓄能电站,要同时考虑常规水电机组和抽水蓄能机组的发电策略和收益模式,如何优化自身收益模式,制定合理的发电调度计划,使自身效益最大化,是市场环境下混合式抽水蓄能电站发展亟需解决的难点问题。
目前,各国学者对常规梯级混合式抽水蓄能电站水库的优化调度的研究已经较为成熟,而抽水蓄能梯级混合式抽水蓄能电站水库优化调度问题,由于抽水的加入,约束条件更多,优化问题更为复杂,需要分多时段制订优化调度方案,以满足电力系统和水利系统的要求。在水库优化模型上,发电量最大模型是最常用的调度模型。该模型常用于水库中长期/短期优化调度中,目的是为充分利用水库调蓄能力,最大限度地利用水能资源。在市场环境下,水电竞价上网,在发电量最大模型的基础上加入了系数因子,构成了发电效益最大模型,以实现系统在调度期内发电收益最大。为满足水电系统实际调度需求,确保其安全稳定高效运行,一些研究中将调度期末蓄能最大模型用于水库优化调度中。最小出力最大模型可使调度期内水电出力相对均匀,增大枯水期水电发电量,对天然径流时空分布不均匀造成的不利影响起到了很好的补偿作用。以电网剩余负荷峰值最小/余荷均方差最小为目标函数的调峰模型常用于解决单电网/多电网调峰问题,充分利用了水电机组启停迅速灵活的特点,使系统余荷曲线尽量平滑。
综上,在水库的优化调度策略的研究中,多为针对单一常规梯级混合式抽水蓄能电站或者抽水蓄能电站,对混合式抽水蓄能电站的研究较少,且在少有的研究混合式抽水蓄能电站的文献中,鲜少考虑多元市场的电能耦合。
发明内容
本发明的目的是提供一种梯级混合式抽水蓄能电站调控方法、系统及电子设备,以实现混合式抽水蓄能电站在不同场景下的稳定调控。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:一种梯级混合式抽水蓄能电站调控方法,包括:获取梯级混合式抽水蓄能电站的峰谷系数、两部制系数和节点边际系数;其中,所述节点边际系数是根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定的。
根据所述峰谷系数、所述两部制系数和所述节点边际系数,利用以最大效能为目标函数,以水量平衡约束和库容关系约束为约束的梯级混合式抽水蓄能电站调控模型,确定梯级混合式抽水蓄能电站在各场景下的出力;所述目标函数包括抽蓄按节点边际系数结算的场景、抽蓄按两部制系数结算的场景、水电按节点边际系数结算的场景和水电按峰谷系数结算的场景。
所述梯级混合式抽水蓄能电站根据在各场景下的出力进行调控。
可选地,根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定节点边际系数,具体包括:利用公式,确定第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的节点边际系数;其中,/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的节点边际系数;λn,t为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的实时系数;ΩLD为节点负荷集合;k为节点负荷集合中的节点;Gk-i为节点功率转移分布因子;δ1i,t和δ2i,t为拉格朗日函数的拉格朗日乘子。
可选地,所述目标函数为:。
其中,B为梯级混合式抽水蓄能电站设定时间段内的效能;为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的节点边际系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组参加现货市场时发电的出力;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组参加现货市场时抽水的出力;Δt为时间间隔;λT为容量系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站参与两部制系数的容量;/>为t时刻的节点边际系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组参加现货市场时的出力;/>为t时刻的峰谷系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数计算时的出力;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组平均发电水头;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组平均抽水扬程;/>为建设在第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组t时刻发电消耗水量;/>为建设在第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组t时刻发电抽水水量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组发电效率;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组抽水效率;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的发电流量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数结算时的发电流量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的平均净水头;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数结算时的平均净水头;δn为第n个梯级混合式抽水蓄能电站常规水电机组的出力系数。
可选地,所述水量平衡约束为:;;/>。
其中,Sn,t为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的总库容;Sn,t-1为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t-1时刻的总库容;Kn,t表示第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的下泄流量;In,t表示t时刻第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站和第n个梯级混合式抽水蓄能电站之间的联系流量,Δt为时间间隔;为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电消耗水量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的发电流量;Vn,t为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的弃水流量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的发电流量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电抽水水量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电消耗水量;Vn-1,t为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的弃水流量;/>表示t时刻第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站和第n个梯级混合式抽水蓄能电站之间的区间流量。
可选地,所述库容关系约束为:;。
其中,Sn,t为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的总库容;Sn,max为第n个梯级混合式抽水蓄能电站库容上限;第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电抽水水量;Sn+1,t为第n+1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的总库容;Sn+1,min为第n+1个梯级混合式抽水蓄能电站库容下限。
一种梯级混合式抽水蓄能电站调控系统,包括:数据获取模块,用于获取梯级混合式抽水蓄能电站的峰谷系数、两部制系数和节点边际系数;其中,所述节点边际系数是根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定的。
出力情况确定模块,用于根据所述峰谷系数、所述两部制系数和所述节点边际系数,利用以最大效能为目标函数,以水量平衡约束和库容关系约束为约束的梯级混合式抽水蓄能电站调控模型,确定梯级混合式抽水蓄能电站在各场景下的出力;所述目标函数包括抽蓄按节点边际系数结算的场景、抽蓄按两部制系数结算的场景、水电按节点边际系数结算的场景和水电按峰谷系数结算的场景。
调控模块,用于所述梯级混合式抽水蓄能电站根据在各场景下的出力进行调控。
一种电子设备,包括:存储器及处理器,所述存储器用于存储计算机程序,所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的梯级混合式抽水蓄能电站调控方法。
可选地,所述存储器为可读存储介质。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明提供的梯级混合式抽水蓄能电站调控方法、系统及电子设备,通过获取梯级混合式抽水蓄能电站的峰谷系数、两部制系数和节点边际系数;其中,节点边际系数是根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定的;根据峰谷系数、两部制系数和节点边际系数,利用以最大效能为目标函数,以水量平衡约束和库容关系约束为约束的梯级混合式抽水蓄能电站调控模型,确定梯级混合式抽水蓄能电站在各场景下的出力;目标函数包括抽蓄按节点边际系数结算的场景、抽蓄按两部制系数结算的场景、水电按节点边际系数结算的场景和水电按峰谷系数结算的场景;梯级混合式抽水蓄能电站根据在各场景下的出力进行调控。本发明实现了混合式抽水蓄能电站在不同场景下的稳定调控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的梯级混合式抽水蓄能电站调控方法流程图。
图2为本发明提供的径流场景筛选流图。
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做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。
本发明的目的是提供一种梯级混合式抽水蓄能电站调控方法、系统及电子设备,以实现混合式抽水蓄能电站在不同场景下的稳定调控。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一:本发明所提出的梯级混合式抽蓄电站在多场景环境下的调控方法,为使梯级混合式抽水蓄能电站获得最大效能,划分为三个场景:抽水蓄能机组参与两部制电价、水电参与峰谷电价、水电参与现货市场,其中,一天中,水电只能选择一种场景。
水电径流具有不确定性,根据24个时刻的径流平均值得到24个时刻的随机值,在考虑径流不确定性的前提下,梯级混合式抽蓄电站在给定不同场景下进行日内分时电功率优化。
本实施例提出一种多场景下梯级混合式抽蓄电站调控方法(梯级混合式抽水蓄能电站调控方法),考虑径流不确定性,通过建立模型调控梯级混合式抽水蓄能电站的出力情况,达到梯级混合式抽水蓄能电站获得最大效能的目标。
多场景环境包括两部制系数、峰谷系数和节点边际系数。两部制系数由容量系数和电量系数构成。其中,电量系数体现梯级混合式抽水蓄能电站提供调峰服务的价值,梯级混合式抽水蓄能电站通过电量系数回收抽水、发电的运行成本;容量系数体现梯级混合式抽水蓄能电站提供调频、调压、系统备用和黑启动等辅助服务的价值,梯级混合式抽水蓄能电站通过容量系数回收抽发运行成本外的其他成本并获得合理收益。峰谷系数是按高峰用电和低谷用电分别计算电费的一种系数制度。高峰用电,一般指用电单位较集中,供电紧张时的用电,如在白天,收费标准较高;低谷用电,一般指用电单位较少、供电较充足时的用电,如在夜间,收费标准较低。节点边际系数是电力现货的一种定价模型。这种定价模型设计的合理或者精妙之处在于将市场与系统运营相结合,依赖电网的物理模型(潮流模型),遵从安全约束机组组合和安全约束经济调度程序,提倡按边际成本报价,对诚实投标者予以激励以防止市场博弈,最终以市场化手段保障电力实时平衡的同时实现了经济调度(购电成本最小)。
如图1所示,本发明提供的梯级混合式抽水蓄能电站调控方法,包括:步骤101-步骤103。
步骤101:获取梯级混合式抽水蓄能电站的峰谷系数、两部制系数和节点边际系数;其中,所述节点边际系数是根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定的。
作为一种可选地实施方式,根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定节点边际系数,具体包括:利用公式,确定第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的节点边际系数;其中,/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的节点边际系数;λn,t为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的实时系数;ΩLD为节点负荷集合;k为节点负荷集合中的节点;Gk-i为节点功率转移分布因子;δ1i,t和δ2i,t为拉格朗日函数的拉格朗日乘子。
在实际应用中,峰谷系数和两部制系数是固定的,不需要再额外计算,节点边际系数需要下层模型市场出清计算得到。
下层模型根据上层模型中梯级混合式抽水蓄能电站申报发电量及节点处负荷需求进行出清计算得到节点边际系数。电力市场中参与发电侧竞争的主体包括火电机组、RE发电机组及梯级混合式抽水蓄能电站,分别以火电机组集合ΩG、RE发电机组集合ΩRG、梯级混合式抽水蓄能电站集合ΩMP表示,并以ΩLD、ΩT表示节点负荷及时间集合。
a.火电机组发电系数的目标函数。
(1)。
(2)。
该目标函数仅包含火电机组生产成本。其中,表示火电机组单位生产成本,i为第i个火电机组;/>表示t时刻第i个火电机组的发电功率;Δt表示时间间隔。火电机组单位生产系数/>为功率/>的一次函数,ai和bi为其系数。
b.等式约束条件。
功率平衡约束。
(3)。
其中,表示第i个火电机组t时刻的负荷总量;/>表示第i个火电机组t时刻的可再生能源消耗量;/>为第i个火电机组t时刻水电按峰谷系数结算的电量;/>为第i个火电机组t时刻水电参与现货市场的电量;/>为第i个火电机组t时刻抽蓄按两部制系数结算的量;/>为第i个火电机组t时刻的抽蓄按现货结算的量。
c.互补松弛条件。
(4)。
(5)。
(6)。
(7)。
(8)。
(9)。
(10)。
δvi,t为拉格朗日乘子。式(4)和式(5)由线路潮流约束式(11)得到,其中表示最大线路潮流,/>为第k条线路最大潮流;/>为第i个火电机组t时刻的抽蓄按两部制系数结算的量;Gk-i表示节点功率转移分布因子;/>为火电机组上爬坡能力;/>表示第i个火电机组t-1时刻的发电功率;/>为火电机组下爬坡能力;/>为表示火电机组的发电功率下限;/>为表示火电机组的发电功率上限。
(11)。
式(6)和式(7)分别由机组爬坡约束式(12)和式(13)得到,其中、/>表示火电机组上下爬坡能力。
(12)。
(13)。
式(8)和式(9)由机组运行上下限约束式(14)得到。
(14)。
d.拉格朗日函数。
(15)。
其中,μ为拉格朗日乘数。拉格朗日函数由目标函数、等式约束条件和互补松弛条件构成。
e.最优解处:。
(16)。
其中,L为拉格朗日函数;为梯度。
f.得到节点边际系数。
(17)。
式(17)描述的节点边际系数计算公式可以通过市场出清优化中的功率平衡及线路潮流约束的拉格朗日乘子得到。
步骤102:根据所述峰谷系数、所述两部制系数和所述节点边际系数,利用以最大效能为目标函数,以水量平衡约束和库容关系约束为约束的梯级混合式抽水蓄能电站调控模型,确定梯级混合式抽水蓄能电站在各场景下的出力;所述目标函数包括抽蓄按节点边际系数结算的场景、抽蓄按两部制系数结算的场景、水电按节点边际系数结算的场景和水电按峰谷系数结算的场景。
在实际应用中,首先进行不确定径流的计算,在确定库容的天然来水量,即I(n,t)。
在水库优化调度过程中,调度模型(梯级混合式抽水蓄能电站调控模型)的结果往往受到诸多因素的影响。水库入库流量、用水的方式以及水库自身特征等不确定性条件,使得优化调度结果很难在实际调度中使用。为了更好刻画入库径流随机性的动态过程,使水库调度结果更符合实际需求,本发明决定将此不确定性转化为多场景进行处理,根据径流的相关性特性生成水库的随机径流场景并进行筛选。
1、场景的生成。
根据入库径流历史数据,得到各时间段入库径流历史数据的期望值和方差。利用matlab软件生成相应的正态分布函数,取一千组生成的入库径流数据,需满足0.75p<m<1.25p。其中,m为生成的入库径流数据;p为入库径流历史数据的期望值。
2、场景的筛选。
预先指定初始聚类数以及k个初始聚类中心,按照样本之间的距离大小,把样本集(一千组生成的入库径流数据)划分为簇,根据数据对象与聚类中心之间的相似度,不断更新聚类中心的位置,不断降低类簇的误差平方和(Sum of Squared Error,SSE),当SSE不再变化或目标函数收敛时,聚类结束,得到最终结果。
K-Meais算法的核心思想:首先从样本集中随机选取k个初始聚类中心Ci(i≤1≤k),计算其余数据对象与聚类中心Ci的欧氏距离,找出离目标数据对象最近的聚类中心Ci,并将数据对象分配到聚类中心Ci所对应的簇中。然后计算每个簇中数据对象的平均值作为新的聚类中心,进行下一次迭代,直到聚类中心不再变化或达到最大的迭代次数时停止。如图2所示,具体步骤如(1)-(4)。
(1)对于需要聚类的数据为,N为样本容量,M为每个样本观测指标。令/>,选取L个初始凝聚点/>。
(2)计算每个样本与凝聚点之间的欧式距离。求得m满足下列公式。
。
则样本数据Zi属于Cm类;将所有样本归类后完成初始聚类,每类中样本数量用ηj表示。
(3)重新计算L个新的聚类中心。
。
式中为第j类样本中的数据,ηj为样本数量。
(4)则聚类结束,否则t=t+1,返回(1)。
在实际应用中,将径流随机性考虑在内,已知梯级混合式抽蓄电站初蓄水状态和各类约束条件的情况下,以1h为调度时长,共24个时段,确定梯级混合式抽蓄电站的调度策略。用场景法考虑随机径流,计算一天之内电站的最大效能。
以电站最大效能为目标构建随机优化调度模型(梯级混合式抽水蓄能电站调控模型),需满足水库各时段的水量平衡约束、库容关系约束。梯级混合式抽水蓄能电站参加现货市场,同时,常规水电部分考虑两种场景,峰谷系数和现货市场;抽蓄部分考虑两部制系数,根据径流的随机特性,求解电站最大效能,求出在最大效能下梯级混合式抽水蓄能电站各场景的出力情况并使梯级混合式抽水蓄能电站在此场景下运行达到调控的目的。
构建的目标函数为公式(18)。
(18)。
(19)。
(20)。
(21)。
(22)。
式(18)目标函数包括四个场景,第一部分为抽蓄按节点边际系数结算的场景,第二部分为抽蓄按两部制系数结算的场景,第三部分为水电按节点边际系数/>结算的场景,第四部分为水电按峰谷系数/>结算的场景。
其中,B为梯级混合式抽水蓄能电站设定时间段内的效能;为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的节点边际系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组参加现货市场时发电的出力,单位为kw;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组参加现货市场时抽水的出力,单位为kw;Δt为时间间隔;λT为容量系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站参与两部制系数的容量,单位为kw;/>为t时刻的节点边际系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组参加现货市场时的出力,单位为kw;/>为t时刻的峰谷系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数计算时的出力,单位为kw。
式(19)-式(20)描述抽蓄机组出力与水库库容容量的关系,为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组平均发电水头,单位为m;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组平均抽水扬程,单位为m;/>为建设在第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组t时刻抽蓄机组发电消耗水量,单位为m3;/>为建设在第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组t时刻抽蓄机组发电抽水水量,单位为m3;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组发电效率;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组抽水效率。
式(21)-式(22)描述常规水电机组出力与水库库容容量的关系,为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的发电流量,单位为m3/s;为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数结算时的发电流量,单位为m3/s;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的平均净水头,单位为m;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数结算时的平均净水头,单位为m;δn为第n个梯级混合式抽水蓄能电站常规水电机组的出力系数。/>
梯级混合式抽水蓄能电站水量平衡约束为公式(23)。
(23)。
(24)。
(25)。
其中,式(23)表示梯级电站每一级的总库容的实时变化。Sn,t为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的总库容,单位为m3;Sn,t-1为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t-1时刻的总库容;Kn,t表示第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的下泄流量,单位为m3/s;In,t表示t时刻第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站和第n个梯级混合式抽水蓄能电站之间的联系流量,单位为m3/s;为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电消耗水量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的发电流量;Vn,t为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的弃水流量,单位为m3/s;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的发电流量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电抽水水量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电消耗水量;Vn-1,t为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的弃水流量;/>表示t时刻第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站和第n个梯级混合式抽水蓄能电站之间的区间流量,第一级等于天然来水流量,单位为m3/s,其他层级的以上级水库发电流量为主,可以忽略不计。
所述库容关系约束为公式(26)-(27)。
(26)。
(27)。
(28)。
(29)。
(30)。
(31)。
(32)。
(33)。
(34)。
(35)。
式(26)-式(27)表示水库库容上下限的约束;式(28)-式(29)表示抽蓄机组和常规水电机组出力上下限的约束;式(30)-式(33)表示同一级电站抽蓄机组和常规水电机组抽水和发电不能同时进行;式(34)-式(35)表示水电一天中只能选择一种盈利方式。
其中,Sn+1,t为第n+1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的总库容;Sn+1,min为第n+1个梯级混合式抽水蓄能电站库容下限。为抽蓄抽水功率上限;/>为抽蓄发电功率上限;ut为0-1变量;M为足够大的一个数;/>为0-1变量。
步骤103:所述梯级混合式抽水蓄能电站根据在各场景下的出力进行调控。
本发明为了研究在多场景环境下混合式抽水蓄能电站的调度策略,考虑了节点边际系数、常规水电的峰谷系数和抽水蓄能的两部制系数三个场景,以混合式抽水蓄能电站效能最大为目标,建立了计及径流不确定性的梯级混合式抽水蓄能电站调控模型。
在多场景下,考虑径流不确定性,提出以梯级混合式抽水蓄能电站的效能最大为目标的模型。
在梯级电站中考虑常规水电和抽水蓄能电站的异同,通过两级水库库容的约束,厘清两种发电模式的水能耦合和三种价格的电能耦合。
两个梯级混合式抽水蓄能电站联合发电,第一级的梯级混合式抽水蓄能电站的下水库也是第二级梯级混合式抽水蓄能电站的水库的上水库,通过约束条件,得到各自水库的出力情况。
实施例二:为了执行上述实施例一对应的方法,以实现相应的功能和技术效果,下面提供一种梯级混合式抽水蓄能电站调控系统,包括:数据获取模块、出力情况确定模块和调控模块。
数据获取模块,用于获取梯级混合式抽水蓄能电站的峰谷系数、两部制系数和节点边际系数;其中,所述节点边际系数是根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定的。
出力情况确定模块,用于根据所述峰谷系数、所述两部制系数和所述节点边际系数,利用以最大效能为目标函数,以水量平衡约束和库容关系约束为约束的梯级混合式抽水蓄能电站调控模型,确定梯级混合式抽水蓄能电站在各场景下的出力;所述目标函数包括抽蓄按节点边际系数结算的场景、抽蓄按两部制系数结算的场景、水电按节点边际系数结算的场景和水电按峰谷系数结算的场景。
调控模块,用于所述梯级混合式抽水蓄能电站根据在各场景下的出力进行调控。
实施例三:本发明提供了一种电子设备,包括:存储器及处理器,所述存储器用于存储计算机程序,所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行实施例一的梯级混合式抽水蓄能电站调控方法。
作为一种可选地实施方式,所述存储器为可读存储介质。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种梯级混合式抽水蓄能电站调控方法,其特征在于,包括:
获取梯级混合式抽水蓄能电站的峰谷系数、两部制系数和节点边际系数;其中,所述节点边际系数是根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定的;
根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定节点边际系数,具体包括:
利用公式,确定第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的节点边际系数;其中,/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的节点边际系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的实时系数;/>为节点负荷集合;k为节点负荷集合中的节点;/>为节点功率转移分布因子;/>和/>为拉格朗日函数的拉格朗日乘子;
根据所述峰谷系数、所述两部制系数和所述节点边际系数,利用以最大效能为目标函数,以水量平衡约束和库容关系约束为约束的梯级混合式抽水蓄能电站调控模型,确定梯级混合式抽水蓄能电站在各场景下的出力;所述目标函数包括抽蓄按节点边际系数结算的场景、抽蓄按两部制系数结算的场景、水电按节点边际系数结算的场景和水电按峰谷系数结算的场景;
所述目标函数为:
;
其中,B为梯级混合式抽水蓄能电站设定时间段内的效能;为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组参加现货市场时发电的出力;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组参加现货市场时抽水的出力;Δt为时间间隔;/>为容量系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站参与两部制系数的容量;/>为t时刻的节点边际系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组参加现货市场时的出力;/>为t时刻的峰谷系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数计算时的出力;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组平均发电水头;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组平均抽水扬程;/>为建设在第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组t时刻发电消耗水量;/>为建设在第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组t时刻发电抽水水量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组发电效率;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组抽水效率;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的发电流量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数结算时的发电流量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的平均净水头;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数结算时的平均净水头;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站常规水电机组的出力系数;
所述水量平衡约束为:
;
;
;
其中,为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的总库容;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t-1时刻的总库容;/>表示第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的下泄流量;/>表示t时刻第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站和第n个梯级混合式抽水蓄能电站之间的联系流量,Δt为时间间隔;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的弃水流量;为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的发电流量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电抽水水量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电消耗水量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的弃水流量;/>表示t时刻第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站和第n个梯级混合式抽水蓄能电站之间的区间流量;
所述库容关系约束为:
;
;
其中,为第n个梯级混合式抽水蓄能电站库容上限;/>为第n+1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的总库容;/>为第n+1个梯级混合式抽水蓄能电站库容下限;
所述梯级混合式抽水蓄能电站根据在各场景下的出力进行调控。
2.一种梯级混合式抽水蓄能电站调控系统,其特征在于,包括:
数据获取模块,用于获取梯级混合式抽水蓄能电站的峰谷系数、两部制系数和节点边际系数;其中,所述节点边际系数是根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定的;
根据拉格朗日函数的拉格朗日乘子和系数确定节点边际系数,具体包括:
利用公式,确定第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的节点边际系数;其中,/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的节点边际系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的实时系数;/>为节点负荷集合;k为节点负荷集合中的节点;/>为节点功率转移分布因子;/>和/>为拉格朗日函数的拉格朗日乘子;
出力情况确定模块,用于根据所述峰谷系数、所述两部制系数和所述节点边际系数,利用以最大效能为目标函数,以水量平衡约束和库容关系约束为约束的梯级混合式抽水蓄能电站调控模型,确定梯级混合式抽水蓄能电站在各场景下的出力;所述目标函数包括抽蓄按节点边际系数结算的场景、抽蓄按两部制系数结算的场景、水电按节点边际系数结算的场景和水电按峰谷系数结算的场景;
所述目标函数为:
;
其中,B为梯级混合式抽水蓄能电站设定时间段内的效能;为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组参加现货市场时发电的出力;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组参加现货市场时抽水的出力;Δt为时间间隔;/>为容量系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站参与两部制系数的容量;/>为t时刻的节点边际系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组参加现货市场时的出力;/>为t时刻的峰谷系数;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数计算时的出力;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组平均发电水头;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组平均抽水扬程;/>为建设在第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组t时刻发电消耗水量;/>为建设在第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组t时刻发电抽水水量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组发电效率;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站的抽蓄机组抽水效率;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的发电流量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数结算时的发电流量;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的平均净水头;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按峰谷系数结算时的平均净水头;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站常规水电机组的出力系数;
所述水量平衡约束为:
;
;
;
其中,为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的总库容;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t-1时刻的总库容;/>表示第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的下泄流量;/>表示t时刻第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站和第n个梯级混合式抽水蓄能电站之间的联系流量,Δt为时间间隔;/>为第n个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的弃水流量;为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻常规水电机组按节点边际系数结算时的发电流量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电抽水水量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻抽蓄机组发电消耗水量;/>为第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的弃水流量;/>表示t时刻第n-1个梯级混合式抽水蓄能电站和第n个梯级混合式抽水蓄能电站之间的区间流量;
所述库容关系约束为:
;
;
其中,为第n个梯级混合式抽水蓄能电站库容上限;/>为第n+1个梯级混合式抽水蓄能电站t时刻的总库容;/>为第n+1个梯级混合式抽水蓄能电站库容下限;
调控模块,用于所述梯级混合式抽水蓄能电站根据在各场景下的出力进行调控。
3.一种电子设备,其特征在于,包括:存储器及处理器,所述存储器用于存储计算机程序,所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1所述的梯级混合式抽水蓄能电站调控方法。
4.根据权利要求3所述的电子设备,其特征在于,所述存储器为可读存储介质。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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