[發(fā)明專利]一種耦合聚類分析和決策樹的梯級水電站群短期發(fā)電調(diào)度方法

有效

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• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108470249B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申建建;張楠男;程春田;張聰通
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G16Z99/00
• 分類號: G16Z99/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發(fā)明屬于水電調(diào)度運(yùn)行領(lǐng)域，涉及一種耦合聚類分析和決策樹的梯級水電站群短期發(fā)電調(diào)度方法。采用線性回歸確定上下游電站間的電量匹配關(guān)系，以此為基礎(chǔ)，從海量實(shí)際數(shù)據(jù)中聚類得到各電站的典型出力曲線，并將影響發(fā)電調(diào)度的日計(jì)劃電量、庫水位、電網(wǎng)特性等因子，與典型出力過程進(jìn)行分類訓(xùn)練，構(gòu)建梯級發(fā)電調(diào)度決策庫，以便于采用決策樹方法快速確定上下游水電站的聯(lián)合調(diào)度方案，最后引入約束修正策略進(jìn)行出力微調(diào)，以保證結(jié)果可行性。本發(fā)明能夠根據(jù)發(fā)電邊界條件快速得到梯級水電站發(fā)電調(diào)度計(jì)劃，具有較好的實(shí)用性，為“一庫多級”梯級水電站短期發(fā)電調(diào)度提供了新的技術(shù)途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水電調(diào)度運(yùn)行領(lǐng)域，特別涉及一種耦合聚類分析和決策樹的梯級水電站群短期發(fā)電調(diào)度方法。

背景技術(shù)

我國西南特大流域水電系統(tǒng)普遍形成“一庫多級”調(diào)度運(yùn)行局面，其共性特點(diǎn)是以調(diào)節(jié)性能較好的大型水庫為龍頭，下游配以一級或多級水頭高、庫容小、調(diào)節(jié)能力較差的水電站，目的是充分利用“龍頭”水庫的調(diào)蓄作用，提高流域梯級的整體水能利用效率。在“一庫多級”流域中，存在部分流量或水頭敏感性梯級電站，如紅水河干流天生橋一級和二級，由于下游電站對龍頭水庫發(fā)電放水的高敏感性使得梯級短期發(fā)電計(jì)劃編制和實(shí)際調(diào)度運(yùn)行面臨很大困難，主要體現(xiàn)在：1)因下游電站調(diào)節(jié)能力差，龍頭水庫很小的出庫流量變化就可能導(dǎo)致該電站水位的大幅波動(dòng)，例如天生橋一級日內(nèi)平均出庫流量偏差為10m³/s時(shí)，下游二級電站的水位波動(dòng)就高達(dá)1m左右，這一問題的關(guān)鍵在于如何匹配上下游電站的電量和出力過程，匹配不當(dāng)極易導(dǎo)致下游棄水或者庫空；2)西南特大流域梯級通常為高水頭多限制運(yùn)行區(qū)電站，發(fā)電機(jī)組存在多個(gè)不規(guī)則限制區(qū)域，且隨水頭動(dòng)態(tài)變化，由于響應(yīng)復(fù)雜的多電網(wǎng)調(diào)峰需求，日內(nèi)水頭波動(dòng)幅度很大，極易引起后續(xù)時(shí)段和下游水電站群出力、水頭和流量發(fā)生關(guān)聯(lián)和級聯(lián)變化，導(dǎo)致梯級水電站群運(yùn)行工況難以準(zhǔn)確預(yù)測，機(jī)組頻繁跨越振動(dòng)區(qū)或長時(shí)間在限制區(qū)運(yùn)行，威脅電站和電網(wǎng)運(yùn)行安全；3)這些水電站的壩高及水頭很多超過百米甚至200米，發(fā)電效率與流量、出力、水頭的變化密切相關(guān)，為避免水頭損失過大，保持較高的發(fā)電效率，實(shí)際運(yùn)行中對機(jī)組和電廠的計(jì)劃安排提出很高要求，比如出力爬坡和降坡幅度、出力運(yùn)行區(qū)間甚至固定的理想出力值等，大幅增加了優(yōu)化模型的復(fù)雜程度。

許多研究工作已開始關(guān)注上述流量或水頭敏感性梯級水電站調(diào)度問題，研究成果主要包括三個(gè)方面：1)從水電站工程特性出發(fā)，提出水頭敏感性梯級水電站短期調(diào)度模型，重點(diǎn)考慮上下游水力聯(lián)系和電站出力與水頭的非線性變化關(guān)系，但由于將出力效率系數(shù)簡化為水頭的線性函數(shù)、將水頭簡化為上下游水庫庫容的線性函數(shù)、將最大出庫流量簡化為發(fā)電水頭的線性函數(shù)，使得模型在應(yīng)用到其他流域梯級時(shí)極有可能產(chǎn)生較大的簡化誤差，特別是水頭或流量誤差，會(huì)給下游電站調(diào)度產(chǎn)生較大影響；2)針對下游電站日初水位估算問題，采用模糊聚類方法分析了下游日調(diào)節(jié)電站水位與上游龍頭水庫出庫流量的相關(guān)性，提出了實(shí)用的日初水位估算策略，有利于提高下游日調(diào)節(jié)電站的計(jì)劃執(zhí)行水平；3)從數(shù)學(xué)角度出發(fā)，構(gòu)建了這類電站的優(yōu)化調(diào)度模型，并可以通過模型求解直接獲得梯級水電站的發(fā)電計(jì)劃，但由于模型描述與計(jì)劃編制需求的偏差，使得優(yōu)化結(jié)果往往很難準(zhǔn)確反映部分實(shí)際要求，不符合生產(chǎn)調(diào)度習(xí)慣，導(dǎo)致模型在工程應(yīng)用中受到很大限制。事實(shí)上，水電調(diào)度問題是典型的工程問題，結(jié)果的實(shí)用性往往比數(shù)學(xué)上追求最優(yōu)性更為重要，特別是對于流量或水頭敏感性梯級水電站，實(shí)際的需求和經(jīng)驗(yàn)對于編制可執(zhí)行的發(fā)電計(jì)劃非常關(guān)鍵，而通過數(shù)學(xué)方法進(jìn)行建模，通常難以量化抽象的復(fù)雜需求，眾多的約束條件也常常使求解結(jié)果和效率無法適用于實(shí)際工程，因此尋找一種快速、實(shí)用的短期發(fā)電調(diào)度方法顯得尤為重要。

針對以上問題，本發(fā)明提出一種耦合聚類分析和決策樹的梯級水電站群短期發(fā)電調(diào)度方法，并以紅水河干流天生橋“一庫兩級”電站日發(fā)電調(diào)度對其進(jìn)行應(yīng)用測試，結(jié)果顯示本發(fā)明成果能夠根據(jù)發(fā)電邊界條件快速得到梯級水電站發(fā)電調(diào)度計(jì)劃，與實(shí)際運(yùn)行出力相比，準(zhǔn)確率超過90％，具有較好的實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容