一種基于全特性空間曲面建模的梯級負荷經濟分配方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于水電能源優化運行技術領域，更具體地，設及一種基于全特性空間曲 面建模的梯級負荷經濟分配方法。
【背景技術】
[0002] 流域梯級水電站群負荷經濟分配是水電站短期優化調度的重要環節，其在電網調 度中屯、給定梯級發電任務的條件下，綜合考慮水電站間復雜的水力、電力聯系，在保障水電 站和電網安全與穩定運行的前提下，通過充分發揮梯級水電站間的水文、庫容和電力補償 效應，實現梯級總負荷在各水電站間的合理、經濟分配。梯級負荷經濟分配的目的是制定 各水電站在調度期內的最優運行方式，但由于梯級水電站群受上下游水庫調節性能多樣、 水電站并網方式及送電區域各異、不同等級輸電斷面對機組上網出力限制不同等因素的制 約，使得梯級負荷經濟分配成為一類高維度、多約束、強禪合的復雜非線性規劃問題。
[0003] 目前，傳統求解方法在進行梯級負荷分配時多W機組為最小調度單元，該方法雖 在水電站廠內經濟運行問題的求解中取得了很好的應用效果，但隨著梯級水電站規模和機 組容量的持續擴大，其帶來的頻繁機組組合運算會導致計算規模巨大，嚴重影響求解效率； 并且，電力系統負荷的頻繁變化將引起水電站時段發電水頭和出力的頻繁波動，使得機組 頻繁跨越振動區，進一步降低了求解效率和精度。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的W上缺陷或改進需求，本發明提供一種基于全特性空間曲面建模 的梯級負荷經濟分配方法，通過構建水電站全特性空間曲面，將機組的動力特性轉換為水 電站的動力特性，進而W水電站作為梯級負荷分配的基本計算單元，并通過組合振動區直 接推求水電站的出力可行域，在兼顧求解精度的前提下，有效提高計算效率，實現梯級總負 荷在各水電站間的合理分配，保證梯級水電站群的安全、穩定、經濟運行。
[0005] 本發明提供一種基于全特性空間曲面建模的梯級負荷經濟分配方法，包括W下步 驟：
[0006] 步驟1建立W梯級總蓄能最大為目標的梯級負荷分配模型：
[0007]
[0008] 其中，E表示調度期內的梯級總蓄能；0乃:表示水電站i在t時段的入庫流量； 表示水電站i在t時段的出庫流量;Ai表示水電站i的綜合出力系數；巧'表示水電站 i在t時段的水頭；Ti表示水電站i與上游水電站之間的水流時滯；N表示梯級水電站總 個數；T表示調度時段個數；
[0009] 步驟2根據水電站各機組的動力特性，構建水電站全特性空間曲面，包括W下子 步驟：
[0010] (2-1)w-定步長對水電站的運行水頭范圍和出力區間分別進行離散，并確定所 有可能的機組組合；
[0011] (2-2)選擇某一固定的水頭和機組組合作為輸入條件，根據各機組的饑明曲線和 振動區數據，確定當前水頭下各機組的出力上下限和穩定運行區間，W發電耗水量最小為 目標，利用動態規劃法進行固定機組間的負荷優化分配，得到當前水頭和機組組合下的最 優負荷分配方案；
[0012] (2-3)重復所述步驟（2-2)，遍歷求解所有離散水頭和機組組合條件下的水電站 最優負荷分配方案，即為所述水電站全特性空間曲面；
[0013] 步驟3根據水電站各機組的振動區，運用組合理論，推求水電站的組合振動區；
[0014] 步驟4根據所述步驟2得到的水電站全特性空間曲面和所述步驟3得到的水電 站組合振動區，運用差分進化算法求解所述梯級負荷分配模型，得到最優梯級負荷分配方 案；
[0015] 步驟5將所述最優梯級負荷分配方案下發至各水電站。
[0016] 總體而言，通過本發明所構思的W上技術方案與現有技術相比，具有W下有益效 果：
[0017] (1)本發明提出一種水電站全特性空間曲面建模方法，將機組的動力特性轉換為 整個水電站的動力特性，進而W水電站作為梯級負荷分配模型的基本計算單元，解決了傳 統方法面臨的計算規模大、求解效率低等難題，既保證了模型的計算精度，又滿足了實際電 力生產對于模型求解的時效性要求；
[0018] (2)本發明提出一種基于全特性空間曲面建模的梯級負荷經濟分配方法，能夠實 現梯級總負荷在各水電站間的合理、經濟分配，為梯級水電站群的實際發電運行提供技術 支持和決策參考。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明基于全特性空間曲面建模的梯級負荷經濟分配方法的流程圖；
[0020] 圖2為本發明求解梯級負荷分配模型的流程圖；
[0021] 圖3為本發明實施例錦屏一級入庫流量過程示意圖；
[0022] 圖4為本發明實施例雅蒼江下游梯級負荷分配結果圖；
[0023] 圖5(a)~5(c)為本發明實施例各水電站實際出力過程和計算出力過程示意圖；
[0024] 圖6 (a)~6 (C)為本發明實施例各水電站計算水位過程和下泄流量過程示意圖；
[0025] 圖7為本發明實施例錦屏一級水電站機組全開時的全特性空間曲面圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所設及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可W相互組合。
[0027] 圖1所示為本發明基于全特性空間曲面建模的梯級負荷經濟分配方法的流程圖， 包括W下步驟：
[0028] 步驟1建立W梯級總蓄能最大為目標的梯級負荷分配模型，具體包括W下子步 驟：
[0029] (1-1)確定調度對象。調度對象為梯級水電站群，且至少包括一個具有調節能力的 水電站；
[0030] (1-2)建立梯級負荷分配模型。由于梯級總蓄能最大準則考慮了相同耗水量在不 同水頭下的發電效益不同，通過抬高發電水頭，降低發電耗水量W達到增加梯級總蓄能的 目的，較梯級總耗水量最小準則更為合理。因此，綜合考慮梯級水電站間的水力、電力聯系 W及各水電站安全穩定運行約束，建立W梯級總蓄能最大為目標的梯級負荷分配模型，其 數學描述如下：
[0031]
[003引其中，E表示調度期內的梯級總蓄能；谷馬表示水電站i在t時段的入庫流量； yC/表示水電站i在t時段的出庫流量;Ai表示水電站i的綜合出力系數；//,'表示水電站 i在t時段的水頭；Ti表示水電站i與上游水電站之間的水流時滯；N表示梯級水電站總 個數；T表示調度時段個數；
[0033] (1-3)確定梯級負荷分配模型的約束條件集合。上述梯級負荷分配模型需滿足的 約束條件為W下公式（2)~（7)所示：
[0034] ①水電站水量平衡約束條件：
[00對V;=V;^hQ!:-QF;-S).^ (2)
[003引其中，K'隸示水電站i在t時段的庫容；、5','分別表示水電站i在t時段的 發電流量和棄水流量；At表示調度時段長度，通常取1小時或15分鐘；
[0037] ②水電站負荷平衡約束條件：
[0038]
[003引其中，卻表示水電站i在t時段承擔的負荷；貨表示水電站i的機組j在t 時段的出力；UNi表示水電站i的機組臺數；
[0040] ⑨水電站水位/水頭/流量限制約束條件：
[0041]
[0042] 其中，《、巧、空分別表示水電站i在t時段的水位及其上下限；巧、 分別表示水電站i在t時段的水頭及其上下限；^分別表示水電站i 在t時段的下泄流量的上下限；
[0043] ④機組流量/出力限制約束條件：
[0044]
[004引其中，0片,、^、^分別表示水電站i的機組j在t時段的發電流量及其 上下限；馬^、這i分別表示水電站i的機組j在t時段的出力上下限；PO冷表示水電站i 的機組j在t時段的振動區范圍；
[0046] ⑥梯級總負荷平衡約束條件：
[0047]
[004引其中，Load嗦示t時段的梯級總負荷；
[0049] ⑧梯級水電站間水量平衡約束條件：
[0050]
[005。其中，表不水電站i在t時段的區間入流。
[005引步驟2根據水電站各機組的動力特性，構建水電站全特性空間曲面，得到整個水 電站的動力特性。水電站全特性空間曲面建模具體包括W下子步驟：
[0053] (2-1) W-定步長對水電站的運行水頭范圍和出力區間分別進行離散，并確定所 有可能的機組組合；
[0054] (2-2)選擇某一固定的水頭和機組組合作為輸入條件，根據各機組的饑明（出力~ 凈水頭~發電流量）曲線和振動區數據，確定當前水頭下各機組的出力上下限和穩定運行 區間，W發電耗水量最小