[發明專利]一種基于電量控制的梯級水電短期調峰模型及求解方法

有效

• 申請號: 201611070380.1
• 申請日: 2016-11-26
• 公開（公告）號: CN106655280B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 程春田;王嘉陽;廖勝利;武新宇;唐建興;蘇華英;汪明清
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;貴州電網有限責任公司電力調度控制中心
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;H02J3/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠;梅洪玉

1.一種基于電量控制的梯級水電短期調峰模型及求解方法，其特征在于如下步驟：

(1)根據單站日優化電量模型將梯級水電站總電量分解，獲得各個水電站的日優化電量；

(2)根據日優化電量，構建梯級水電短期調峰模型；其中，梯級水電短期調峰模型需滿足的約束條件如下：

A.水量平衡約束

v_i,t＝v_i,t-1+(Q_i,t+I_i,t-u_i,t)×Δt×3600

式中：t為時段編號；v_i,t為水庫i在t時段末的庫容，單位為m³；Q_i,t為水庫i在t時段的入庫流量，由其直接上游水庫出庫匯入，單位為m³/s；I_i,t為水庫i在t時段的區間入庫流量，單位為m³/s；u_i,t為水庫i在t時段的出庫流量，單位為m³/s，u_i,t＝q_i,t+s_i,t；q_i,t為電站i在t時段的發電流量，單位為m³/s；s_i,t為電站i在t時段的棄水流量，單位為m³/s；Δt為調度時段步長對應的小時數，單位為h；

B.庫水位限制

式中：Z_i分別為水庫i的水位上、下限；z_i,t為水庫i在t時段的末水位值，單位為m；

C.發電流量限制

式中：Q_i分別為電站i的發電流量上、下限，單位為m³/s；

D.棄水流量限制

式中：為水庫i的棄水流量上限，單位為m³/s；

E.出庫流量限制

式中：U_i分別為水庫i的出庫流量上、下限，單位為m³/s；

F.出力限制

式中：P_i分別為電站i的出力上、下限，單位為MW；p_i,t為水電站i在t時段出力，單位為MW；

G.出力爬坡約束

式中：為電站i單時段最大出力升降限制，單位為MW；

H.出力波動控制約束

(p_i,t-α-p_i,t-α-1)(p_i,t-p_i,t-1)≥0,α＝1,2,...,t_ei-1

式中：α為整數；t_ei為電站i在一輪出力升降過程中最高或最低點需持續的最少時段數，t_ei>1；

I.日優化電量約束

式中：T為調度時段總數；E_i為電站i的日優化電量，單位為kWh；

(3)將梯級水電站按負荷率從小到大排序，令i＝1；

(4)獲取電站i的面臨負荷曲線；

(5)采用多維動態規劃重構電站i的面臨負荷曲線；

選取重構負荷與原負荷二者之間的平方差之和最小作為負荷重構的數學模型的目標函數，數學表達為

式中：x_i,t為電站i在t時段的重構負荷值，單位為MW；X_i,t為電站i在t時段的面臨負荷，單位為MW；

將出力爬坡約束中的和出力波動控制約束中的t_ei納入負荷重構模型，將其作為約束處理，同時，保證每個時段的重構負荷值不大于面臨負荷值，新的約束的數學表達為：

(x_i,t-α-x_i,t-α-1)(x_i,t-x_i,t-1)≥0 α＝1,2,…,t_ei-1

x_i,t≤X_i,t

采用多維動態規劃方法求解該模型，將時段t視為階段，將負荷離散值和負荷狀態k組成二維向量作為狀態變量，n為負荷離散值數目，k＝-t_ei,-(t_ei-1),...,-1,1,...,t_ei，將離散的負荷值變化量和負荷狀態的變化Δk組成的二維向量作為決策變量，其遞推方程、階段效應方程和目標函數方程分別為：

式中：T_t(·)為遞推關系函數；r_t(·)為階段效應函數；M_1,i,t為約束破壞懲罰項；M_2,i,t為約束(x_i,t-α-x_i,t-α-1)(x_i,t-x_i,t-1)≥0 α＝1,2,…,t_ei-1破壞懲罰項；M_3,i,t為約束x_i,t≤X_i,t破壞懲罰項；

(6)根據電站i的日優化電量，采用逐次切負荷方法在重構的負荷圖上確定電站日內出力過程；

(7)令i＝i+1，若i>I，進入步驟(8)；否則，返回步驟(4)；

(8)根據上游電站出庫、區間來水及電站的起調水位，采用以電定水原則逐電站逐時段確定相關水務計算變量；

(9)采用啟發式負荷分配方法修正電站出力，保證計算結果可行；

(10)統計調峰指標值，計算結束。

2.根據權利要求1所述的梯級水電短期調峰模型及求解方法，其特征在于，步驟(1)的單站日優化電量模型以梯級蓄能最大為目標，數學表達為：

式中：i、I分別為電站編號和梯級水電站總數目；ES_i為電站i的蓄能值，單位為kWh；

ES_i＝(VT_i,D+WT_i)/η_i

式中：D為調度時段總數；VT_i,D為電站i調度期末死水位以上的蓄水量，單位為m³；WT_i為電站i的全部上游電站調度期末死水位以上的蓄水量，單位為m³，U_i為電站i的直接上游電站標號數組；k為電站i的直接上游電站編號；K_i為電站i的直接上游電站總數；η_i為電站i的平均耗水率，單位為m³/kWh；

需要滿足的約束如下：

a.水量平衡約束

v_i,d＝v_i,d-1+(Q_i,d+I_i,d-u_i,d)×Δd×3600

式中：d為調度時段編號；v_i,d為水庫i在d時段末的庫容，單位為m³；Q_i,d為水庫i在d時段的入庫流量，由其直接上游水庫出庫匯入，單位為m³/s；I_i,d為水庫i在d時段的區間入庫流量，單位為m³/s；u_i,d為水庫i在d時段的出庫流量，單位為m³/s，u_i,d＝q_i,d+s_i,d；q_i,d為電站i在d時段的發電流量，單位為m³/s；s_i,d為電站i在d時段的棄水流量，單位為m³/s；Δd為調度時段步長對應的天數；

b.庫水位限制

式中：Z_i分別為水庫i的水位上、下限；z_i,t為水庫i在d時段的末水位值，單位為m；

c.發電流量限制

式中：Q_i分別為電站i的發電流量上、下限，單位為m³/s；

d.棄水流量限制

式中：為水庫i的棄水流量上限，單位為m³/s；

e.出庫流量限制

式中：U_i分別為水庫i的出庫流量上、下限，單位為m³/s；

f.出力限制

式中：P_i分別為電站i的出力上、下限，單位為MW；p_i,t為水電站i在d時段出力，單位為MW；

g.梯級水電總電量約束

式中：E'為梯級水電總電量，單位為kWh。