一種水電富集電網(wǎng)特大規(guī)模電站群短期計(jì)劃編制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行領(lǐng)域，特別涉及一種水電富集電網(wǎng)特大規(guī)模電站群 短期計(jì)劃編制方法。 技術(shù)背景
[0002] 近些年，我國(guó)水電進(jìn)入大規(guī)模集中建設(shè)、投產(chǎn)時(shí)期，西南地區(qū)形成了以云南電網(wǎng)、 四川電網(wǎng)為代表的水電富集電網(wǎng)，其中云南、四川電網(wǎng)水電裝機(jī)已經(jīng)分別達(dá)到5643萬(wàn)kW和 6293萬(wàn)kW，富可敵國(guó)，均超過(guò)世界水電排名第5的日本，且兩省水電裝機(jī)容量和發(fā)電量占全 網(wǎng)的80%左右，統(tǒng)調(diào)水電站數(shù)量超過(guò)100座，再加之風(fēng)電、光伏等大量不可控新能源電站， 其調(diào)度管理極大不同于以火電為主的電網(wǎng)，發(fā)電協(xié)調(diào)控制面臨很大難題與挑戰(zhàn)。以云南電 網(wǎng)為例，統(tǒng)調(diào)及以上水電站119座，分布在瀾滄江、金沙江、怒江、紅河、伊洛瓦底江、珠江多 個(gè)流域，囊括了多年調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)、徑流式多種調(diào)節(jié)類型，運(yùn)行特點(diǎn) 互不相同，來(lái)水以及面臨的電網(wǎng)控制需求也存在很大差異，而且需要與煤電、風(fēng)電、光伏等 性能各異電源進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使得以往的統(tǒng)一建模方法很難適應(yīng)如此特大規(guī)模電站群調(diào)度 問(wèn)題，特別是在每天的短期調(diào)度中，直接優(yōu)化求解得到的調(diào)度結(jié)果以及計(jì)算效率均無(wú)法達(dá) 到目前電網(wǎng)實(shí)際調(diào)度要求。因此，對(duì)具有不同特點(diǎn)和需求的電站進(jìn)行差異化處理，在特大規(guī) 模電網(wǎng)發(fā)電調(diào)度中就變得極為必要與關(guān)鍵，需要結(jié)合問(wèn)題特點(diǎn)設(shè)計(jì)切實(shí)有效的實(shí)用化方法 與策略。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外這方面研究主要集中于數(shù)學(xué)建模方法，以數(shù)學(xué)規(guī)劃和智能算法居多， 目標(biāo)大多采用發(fā)電量最大，這種思路具有一定理論研究?jī)r(jià)值，但與水電富集電網(wǎng)特大規(guī)模 電站群調(diào)度工程實(shí)際不相適應(yīng)，實(shí)用化難度很大。本發(fā)明成果依托國(guó)家自然科學(xué)基金委重 大國(guó)際合作（51210014)，國(guó)家自然科學(xué)基金（51579029)，以云南電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)水電站、火電站、 風(fēng)電站、光伏電站的多電源短期協(xié)調(diào)問(wèn)題為背景，考慮電網(wǎng)日負(fù)荷需求，發(fā)明了具有很強(qiáng)實(shí) 用性和廣泛推廣價(jià)值的特大規(guī)模電站群短期計(jì)劃編制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種水電富集電網(wǎng)特大規(guī)模電站群短期計(jì)劃編 制方法，可根據(jù)水火風(fēng)光多種電源類型和水電站調(diào)節(jié)性能，將電站進(jìn)行分類簡(jiǎn)化處理，并局 部?jī)?yōu)化少量平衡電站，大幅減少計(jì)算規(guī)模，實(shí)現(xiàn)合理高效編制電網(wǎng)日發(fā)電運(yùn)行計(jì)劃。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：本發(fā)明揭示了一種水電富集電網(wǎng)特大規(guī)模電站群短期計(jì)劃 編制方法，包括負(fù)荷分析、水電分析、平衡計(jì)算三大部分，按照下述步驟（1)-(9)完成電網(wǎng) 日前計(jì)劃編制過(guò)程：
[0006] (1)電站分類，將所有電站按照參考計(jì)劃、參考實(shí)際、電站上報(bào)、優(yōu)化計(jì)算四種方式 進(jìn)行歸類；歸類的基本原則是：對(duì)于風(fēng)電站和光伏電站等新能源電站，受天氣因素影響較 大，考慮到電廠用戶能更直接地了解和掌握當(dāng)?shù)靥鞖?，所以一般采用電站上?bào)或者參考實(shí) 際兩種方式；對(duì)于火電站，由于機(jī)組啟停速度和調(diào)節(jié)性能較差，不適宜頻繁開(kāi)關(guān)機(jī)和出力頻 繁波動(dòng)，所以一般采用參考計(jì)劃方式；對(duì)于大多數(shù)水電站，在來(lái)水變化不大的情況下，可以 直接參考?xì)v史計(jì)劃或?qū)嶋H出力，而少量調(diào)節(jié)性能較好的水電站，或者位置相對(duì)獨(dú)立的水電 站，可以根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷需求參與平衡計(jì)算。
[0007] ⑵設(shè)置電網(wǎng)日預(yù)測(cè)負(fù)荷過(guò)程；
[0008] (3)進(jìn)行負(fù)荷分析，采用相關(guān)分析法比較計(jì)劃日預(yù)測(cè)負(fù)荷與最近N天的實(shí)際負(fù)荷， 計(jì)算二者的相關(guān)系數(shù){COEdC0E2,C0ENdC0EN}，其中C0En代表預(yù)測(cè)負(fù)荷與第η天實(shí)際負(fù)荷 的相關(guān)系數(shù)，并將max{COEdC0E2,C0EN ^C0EN}對(duì)應(yīng)日期設(shè)置為參考日；
[0009] (4)設(shè)置初始計(jì)劃，提取參考日出力作為電站初始計(jì)劃，并考慮檢修后限定出力上 限；
[0010] (5)進(jìn)行水電分析，在正常高水位、死水位、以及電站可用容量約束下，采用定出力 方法確定各水電站的日96點(diǎn)水位過(guò)程和出庫(kù)過(guò)程，并根據(jù)棄水和放空情況，均勻增加電站 出力，或者按照負(fù)荷高低安排電站發(fā)電量；
[0011] (6)采用公式（1)計(jì)算電網(wǎng)各時(shí)段未平衡電力偏差；
[0012] ⑴
[0013] 式中：D^t時(shí)段電網(wǎng)未平衡電力值；C^t時(shí)段電網(wǎng)負(fù)荷；PUUW^PS^ 分別為水電站、火電站、風(fēng)電站、光伏電站在t時(shí)段的出力；MH，MT，Mw，Ms分別為水電站、火電 站、風(fēng)電站、光伏電站的數(shù)量；T，t分別是調(diào)度期時(shí)段總數(shù)和時(shí)段編號(hào)。
[0014] (7)選擇平衡電站進(jìn)行局部?jī)?yōu)化計(jì)算，以平衡電力偏差；
[0015] (8)若選擇水電站作為平衡電站，采用等負(fù)荷率原則計(jì)算各電站需調(diào)整電量，并按 照各時(shí)段負(fù)荷偏差，按照調(diào)整電量占未平衡電量比例確定各平衡電站的時(shí)段出力；
[0016] (9)若選擇火電站作為平衡電站，采用節(jié)能減排原則對(duì)其進(jìn)行排序，并反比例分配 各電站機(jī)組電量，進(jìn)而采用改進(jìn)切負(fù)荷方法確定機(jī)組日96點(diǎn)出力過(guò)程。
[0017] 本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下有益效果：本發(fā)明水電富集電網(wǎng)特大規(guī)模電站群短期 計(jì)劃編制方法，分三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)特大規(guī)模電站群短期計(jì)劃快速編制目標(biāo)；第一個(gè)階段，首先 采用相關(guān)分析方法，將預(yù)測(cè)負(fù)荷過(guò)程與歷史實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行對(duì)比分析，按相關(guān)系數(shù)從大到小 排序，確定系數(shù)最大的日期作為參考日；第二階段，將參考日電站出力作為初始計(jì)劃，進(jìn)行 定出力計(jì)算，檢驗(yàn)水庫(kù)棄水或放空情況，并以此為啟發(fā)信息，均勻增加或減少發(fā)電量；第三 階段，針對(duì)水電富集電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按流域調(diào)節(jié)性能和火電站煤耗優(yōu)選少量電站參與 平衡計(jì)算，并采用等負(fù)荷率和節(jié)能原則分別優(yōu)化水電站和煤電站出力，滿足電網(wǎng)電力平衡 要求。對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可充分考慮各類電源及不同類型水電站特點(diǎn)和控制要求，快速 得到比現(xiàn)有方法更加合理實(shí)用的發(fā)電運(yùn)行計(jì)劃，滿足水電富集電網(wǎng)超百座特大規(guī)模電站群 短期調(diào)度需求。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明方法總體求解框圖。
[0019] 圖2是云南電網(wǎng)未平衡電力偏差過(guò)程圖。
[0020] 圖3是云南電網(wǎng)日負(fù)荷平衡圖。
[0021] 圖4(a)是小灣水電站日96點(diǎn)出力過(guò)程。
[0022] 圖4 (b)是漫灣水電站日96點(diǎn)出力過(guò)程。
[0023] 圖4(c)是大朝山水電站日96點(diǎn)出力過(guò)程。
[0024] 圖5(a)是雨汪火電站日96點(diǎn)出力過(guò)程。
[0025] 圖5(b)是陽(yáng)宗?；痣娬驹?6點(diǎn)出力過(guò)程。
[0026] 圖5(c)是昆明火電站日96點(diǎn)出力過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0028] 水電富集電網(wǎng)特大規(guī)模電站群短期調(diào)度與以往的小規(guī)模梯級(jí)水電站調(diào)度以及以 火電為主電網(wǎng)的調(diào)度問(wèn)題有很大不同，由于水電站類型和面臨的控制要求差異極大，且流 域間來(lái)水也互不相同，給以往的統(tǒng)一建模求解方法帶來(lái)很大難度，特別是在電網(wǎng)實(shí)際調(diào)度 中，直接優(yōu)化求解如此特大規(guī)模電站群調(diào)度問(wèn)題，往往很難得到直接可用的優(yōu)化結(jié)果，而已 有的文獻(xiàn)報(bào)道中鮮有針對(duì)水電富集電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和電網(wǎng)的實(shí)際調(diào)度需求，構(gòu)建實(shí)用的 求解方法與策略。本發(fā)明揭示一種水電富集電網(wǎng)特大規(guī)模電站群短期計(jì)劃編制方法，將電 網(wǎng)短期調(diào)度問(wèn)題分解為三個(gè)關(guān)鍵子問(wèn)題（一是進(jìn)行電網(wǎng)負(fù)荷分析，確定負(fù)荷相似日，為確 定電站初始計(jì)劃提供基礎(chǔ)；二是按照參考日出力確定電站初始計(jì)劃，并對(duì)所有水電站進(jìn)行 分析，以適當(dāng)調(diào)整不合理電站出力過(guò)程；三是選擇少量平衡電站進(jìn)行局部?jī)?yōu)化計(jì)算，實(shí)現(xiàn)電 網(wǎng)電力平衡），并針對(duì)這三個(gè)子問(wèn)題，分階段采用相關(guān)分析法、定出力計(jì)算和均勻策略、以及 等負(fù)荷和改進(jìn)切負(fù)荷方法分別求解，滿足電網(wǎng)的負(fù)荷平衡要求。
[0029] 本發(fā)明由負(fù)荷分析、水電分析、平衡計(jì)算三個(gè)階段方法組成。第一階段相關(guān)分析法 比較預(yù)測(cè)負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷過(guò)程，確定計(jì)劃參考日；第二階段以參考日的電站初始計(jì)劃為基 礎(chǔ)，采用定出力方法計(jì)算水電站水位和出庫(kù)過(guò)程，并根據(jù)棄水和放空情況，采用均勻策略調(diào) 整計(jì)劃出力；第三階段選擇少量水電站或者火電站進(jìn)行平衡計(jì)算，其中水電站采用等負(fù)荷 原則計(jì)算，火電站則采用節(jié)能減排原則進(jìn)行發(fā)電排序，進(jìn)而提供改進(jìn)切負(fù)荷方法確定火電 站機(jī)組出力過(guò)程，滿足電網(wǎng)電力平衡。
[0030] 各階段的具體操作方法按照下述過(guò)程（a)-(c)予以實(shí)現(xiàn)：
[0031] (a)負(fù)荷分析
[0032] 負(fù)荷分析旨在對(duì)比預(yù)測(cè)負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷過(guò)程，找出歷史上與計(jì)劃日負(fù)荷條件最相 似的一天。本發(fā)明采用相關(guān)分析法計(jì)算二者的相關(guān)系數(shù)，并將相關(guān)系數(shù)最大的日期作為計(jì) 劃參考日，以提取參考日開(kāi)機(jī)及出力計(jì)劃，作為當(dāng)前日期的初始計(jì)劃值。主要求解步驟如 下：
[0033] 步驟1 :采用公式（2)計(jì)算預(yù)測(cè)負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷的相關(guān)系數(shù)；
[0034]
(2 )
[0035] 式中：Ct'為t時(shí)段電網(wǎng)實(shí)際負(fù)荷'，Ρ分別為預(yù)測(cè)負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷的平均值。
[0036] 步驟2 :對(duì)相關(guān)系數(shù)序列按從大到小排序；
[0037] 步驟3 :將第一序位值對(duì)應(yīng)的日期作為計(jì)劃參考日，并提取參考日計(jì)劃出力；
[0038] (b)水電分析
[0039] 水電分析旨在以參考日出力計(jì)劃為條件，對(duì)所有水電站進(jìn)行調(diào)節(jié)分析，采用定出 力計(jì)算方法，確定初始的水位過(guò)程與出庫(kù)決策，并對(duì)可能出現(xiàn)的棄水和水庫(kù)放空情形進(jìn)行 分析和自動(dòng)處理，其求解過(guò)程包括定出力計(jì)算和出力修正兩個(gè)主要部分：
[0040] (1)定出力計(jì)算。對(duì)于任一時(shí)段t，以電站出力為控制目標(biāo)，以最大和最小發(fā)電流 量為邊界條件，采用二分法進(jìn)行迭代搜索，直至計(jì)算出力與給定出力滿足收斂精度；在搜索 過(guò)程中采用式（3)確定計(jì)算出力。
[0041 ]Pm,t=f(Zn,t 1,Qm,t,Qm,t,Qlm,t,Δt) ⑶
[0042] 式中：f( ·)表示電站的出力、水頭、流量之間的函數(shù)關(guān)系；Ζ"^i為t-1時(shí)段m號(hào) 水庫(kù)的庫(kù)水位；為t時(shí)段m號(hào)水庫(kù)的入庫(kù)流量；qniit為t時(shí)段m號(hào)水庫(kù)的發(fā)電流量；Ql^ 為t時(shí)段m號(hào)水庫(kù)的棄水流量；△t為t時(shí)段的小時(shí)數(shù)。
[0043] (2)進(jìn)行棄水或放空統(tǒng)計(jì)，并修正出力。
[0044] 對(duì)于任一電站m，采用式（4)計(jì)算其調(diào)度期內(nèi)平均棄水流量(?/,,,