專利名稱：一種實(shí)時(shí)調(diào)度中優(yōu)化電網(wǎng)水電旋轉(zhuǎn)備用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和電網(wǎng)的節(jié)能調(diào)度領(lǐng)域，特別涉及電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度中水
電機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用容量的確定方法及容量分配的調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)組、變壓器、輸配電線路和用電設(shè)備等很多單元組成，是一個(gè) 分布區(qū)域廣泛的復(fù)雜非線性動(dòng)力系統(tǒng)。目前，隨著全國聯(lián)網(wǎng)、"西電東送"和南北互供的 發(fā)展， 一個(gè)更龐大的電力系統(tǒng)正在逐步形成。電能具有"發(fā)電、輸電、配電、售電和用電" 在同一時(shí)刻完成的特殊性，不能大量的存儲(chǔ)，同時(shí)在整個(gè)電力生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)節(jié)需要保持電網(wǎng) 的穩(wěn)定安全運(yùn)行。配置電網(wǎng)備用容量是為了應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷突然波動(dòng)，調(diào)頻調(diào)峰，發(fā)電 設(shè)備定期檢修以及系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)不對(duì)用戶停電，從而提供合格質(zhì)量的電能，滿足國民經(jīng) 濟(jì)發(fā)展的需要。'
然而，備用容量若留得過多，則會(huì)造成設(shè)備得不到充分利用且單位運(yùn)行能耗增加，電 網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性差；若留得過少，則電網(wǎng)安全可靠性降低。備用可分為發(fā)電側(cè)旋轉(zhuǎn)備用及非旋轉(zhuǎn) 備用和負(fù)荷側(cè)備用。處于旋轉(zhuǎn)備用中的機(jī)組特指已與電網(wǎng)并列運(yùn)行，隨時(shí)可以按調(diào)度指令 增減出力的發(fā)電機(jī)。發(fā)電側(cè)旋轉(zhuǎn)備用又可分為水電旋轉(zhuǎn)備用、火電旋轉(zhuǎn)備用及其他種類發(fā) 電備用。水電旋轉(zhuǎn)備用負(fù)荷響應(yīng)較快，是電網(wǎng)的快速旋轉(zhuǎn)備用，但配置水電旋轉(zhuǎn)備用是以 一定量的水庫棄水為代價(jià)換取的。所以，合理地減少和分配系統(tǒng)的水電旋轉(zhuǎn)備用，對(duì)整個(gè) 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及節(jié)能減排，將起到非常明顯的效果。 目前對(duì)于旋轉(zhuǎn)備用的確定和研究一般采用以下幾類模式
(1)確定性模式。按照某電網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)模預(yù)留足額的備用容量滿足負(fù)荷的波動(dòng)和 設(shè)備的故障停運(yùn)。目前實(shí)際運(yùn)行大都采用此模式，且基本只對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的備用做出確定性 的要求，而對(duì)如何減少備用中的水電旋轉(zhuǎn)備用研究較少?！端娬窘?jīng)濟(jì)運(yùn)行理論及算法實(shí) 現(xiàn)》(徐晨光等，黃河水利出版社，2006年版)提到了單個(gè)水電站如何減少水電旋轉(zhuǎn)備用， 但該書提出的方法中水電旋轉(zhuǎn)備用容量采用的是按各時(shí)段電網(wǎng)所需負(fù)荷備用的比例及電 網(wǎng)負(fù)荷備用分?jǐn)偨o水電廠的比例確定的，也是一種確定性方法，且該方法限于單個(gè)水電廠，未從全網(wǎng)角度進(jìn)行考慮。
(2)基于電力市場(chǎng)下以一定的可靠性及電網(wǎng)購買備用費(fèi)用最少模式。因電力市場(chǎng)在
我國并未全面實(shí)行，該方法在國內(nèi)尚處于理論探索階段，且該類方法未針對(duì)水電機(jī)組如何
確定旋轉(zhuǎn)備用做出研究和探索。
綜上所述，目前關(guān)于水電旋轉(zhuǎn)備用容量的確定并未細(xì)致研究其經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于水電這種
可再生能源，若能合理的確定水電旋轉(zhuǎn)備用容量，則能大幅度地減少空載水電備用，達(dá)到
系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、節(jié)能減排的效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在實(shí)時(shí)調(diào)度中優(yōu)化電網(wǎng)水電旋轉(zhuǎn)備用容量的方法。本發(fā)明的 實(shí)質(zhì)是確定水電旋轉(zhuǎn)備用的容量，以系統(tǒng)總的空載能耗最低為目標(biāo)開出水電機(jī)組進(jìn)行分 配。以該方法確定的容量與傳統(tǒng)確定性方法的容量之差即為減少的水電旋轉(zhuǎn)備用。本方法 利用EMS系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)且預(yù)處理后，進(jìn)行超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)；對(duì)由該實(shí)時(shí)負(fù) 荷及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)組成的序列進(jìn)行基于最小二乘的曲線擬合，得到該序列點(diǎn)與該曲線的最大偏 差絕對(duì)值，將該絕對(duì)值確定為下一區(qū)間段的水電旋轉(zhuǎn)備用；用某一水電機(jī)組當(dāng)前水頭下的 空載引用流量除以滿發(fā)引用流量再乘以滿發(fā)功率(即該機(jī)組的旋轉(zhuǎn)備用容量)，得到空載 能耗開機(jī)排序系數(shù)，通過啟發(fā)式搜索算法得到能耗最小且備用容量滿足要求的機(jī)組組合。
為了對(duì)負(fù)荷的波動(dòng)情況進(jìn)行分析，我們將負(fù)荷曲線分解為平穩(wěn)變化分量和隨機(jī)性波動(dòng) 分量。負(fù)荷的平穩(wěn)變化分量按照某一電網(wǎng)的固有規(guī)律運(yùn)行，是可預(yù)知的；而負(fù)荷的隨機(jī)變 化分量是圍繞該平穩(wěn)分量上下波動(dòng)，偶然性、隨機(jī)性較大。我們認(rèn)為水電快速旋轉(zhuǎn)備用容 量可以定為過去一段時(shí)間如1 2小時(shí)的隨機(jī)分量的某一概率大值；若考慮極端情況，可以 選取過去1~2小時(shí)的隨機(jī)分量的最大值，設(shè)該值為AMox 。
從系統(tǒng)供電可靠性方面考慮，假若系統(tǒng)因?yàn)樵O(shè)備故障導(dǎo)致突然失去某一電源，可以立 即指令處于非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的水電備用機(jī)組事故開機(jī)及緊急調(diào)用系統(tǒng)的火電旋轉(zhuǎn)備用以平 衡系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)。從負(fù)荷備用的充裕性方面考慮，假若系統(tǒng)總的備用不能滿足安全導(dǎo)則的 要求，則本方法提醒開出火電機(jī)組。
容量的分配我們采用機(jī)組排序的方法。水電機(jī)組開出且未帶負(fù)荷實(shí)質(zhì)上是水能的空 耗，但為了系統(tǒng)的合理備用要求又必須空耗一定的能量，所以如何減少空載耗用能量是該 分配方法的出發(fā)點(diǎn)。
我們提出基于水電快速旋轉(zhuǎn)備用AM欲確定后的機(jī)組能耗排序系數(shù)按如下方法獲得—p * "7'空載* y A' 一 p * y〃,，載*丁
式中z'為機(jī)組序號(hào)；i^為當(dāng)前A水頭下機(jī)組的額定容量，即該機(jī)組開出后旋轉(zhuǎn)備用
容量；C"^為當(dāng)前A水頭下機(jī)組未帶負(fù)荷時(shí)的引用流量，單位為W";込,^為當(dāng)前A水 頭下機(jī)組帶&負(fù)荷時(shí)的引用流量，單位為m3/^ r為積分區(qū)間。顯然，/t',的物理含義是
該機(jī)組在積分區(qū)間內(nèi)因承擔(dān)系統(tǒng)備用空耗的能量。因各水電機(jī)組積分區(qū)間T相同，故可消 去，最終得到-
綜上所述，在得到AMOX后，我們的目標(biāo)是如何開機(jī)，能夠使得系統(tǒng)空耗的能量最少。
最終得到的數(shù)學(xué)描述為_F = Mz>j^>,，!' = 1,2,3... ， n為最終需要開出的機(jī)組臺(tái)數(shù)。
約束為t^2AMox,并且同時(shí)滿足水庫運(yùn)行要求，該要求由水庫調(diào)度給出。
用啟發(fā)式算法求得該數(shù)學(xué)描述的解即為水電旋轉(zhuǎn)備用容量的分配方法，即開機(jī)方法， 通過調(diào)度指令系統(tǒng)下令相應(yīng)水電機(jī)組開機(jī)。
該方法的進(jìn)步效果是改變了傳統(tǒng)的按某一負(fù)荷系數(shù)確定水電旋轉(zhuǎn)備用的方法，減少了 水電的空載備用容量；用空載能耗系數(shù)指導(dǎo)水電機(jī)組開機(jī)進(jìn)一步優(yōu)化了水電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
附圖為本發(fā)明方法操作步驟流程圖。 具體實(shí)施例
下面結(jié)合附圖提供的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
本發(fā)明實(shí)時(shí)調(diào)度中確定電網(wǎng)水電旋轉(zhuǎn)備用容量及其分配的方法實(shí)施步驟如下-
(1) 通過EMS系統(tǒng)采集負(fù)荷的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中每T分鐘采集一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，得
至'J :K" _ i), :Kw—2)..._v( —w)序歹!j 。
(2) 設(shè)定固定閥值e判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)巍Ｈ鬳》l少(/7)-y("-i)i，則該采集的數(shù)據(jù):K")是各種原因?qū)е碌膫螖?shù)據(jù)，需要用前面幾個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性外推替代該數(shù)據(jù)。
(3) 利用采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，得到下一個(gè)時(shí)刻(下一個(gè)T分鐘)的
預(yù)測(cè)負(fù)荷Y(n + l)。在本發(fā)明中，超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)采用了負(fù)荷求導(dǎo)、負(fù)荷趨勢(shì)及日周期多 點(diǎn)外推這三種方法的綜合組合模型。
(4) 組合成新的序列y'("):;/(" +1),:K"—1), :K" — 2). - w+1)。
(5) 對(duì)y'(")進(jìn)行基于最小二乘的曲線擬合，得到擬合曲線尸'(")。
(6) 求得Y'(n)序列與P'(")序列的最大偏差的絕對(duì)值A(chǔ)Mox，這個(gè)數(shù)值即為負(fù)荷隨機(jī)
波動(dòng)分量的階段最大值，也就是需要開出的水電快速旋轉(zhuǎn)備用容量。
(7) 檢驗(yàn)當(dāng)前水電備用容量是否滿足要求，若已經(jīng)滿足要求則回到第一步，若不滿 足要求則繼續(xù)。
(8) 在當(dāng)前水頭下確定各待選機(jī)組開機(jī)排序系數(shù)4=&*^^，其中z'為機(jī)組序號(hào)，
^為當(dāng)前A水頭下機(jī)組的額定容量，即該機(jī)組開出后旋轉(zhuǎn)備用容量，^^S為當(dāng)前/2水頭 下機(jī)組未帶負(fù)荷時(shí)的引用流量，單位為/ 3/" a^g為當(dāng)前A水頭下機(jī)組帶^負(fù)荷時(shí)的引
用流量，單位為/723/"
(9) 用啟發(fā)式算法求解目標(biāo)函數(shù)i^M/"IX〖=1,2,3..."，約束為尤i^AMox，并
且同時(shí)滿足水庫要求(該要求由水庫調(diào)度給出)。該步驟又可細(xì)分為
① 以&.從小到大逐步開出待選備用機(jī)組，直到t^2AMox，得到一個(gè)局部最優(yōu)的
初始解，為了得到全局最優(yōu)組合，繼續(xù)進(jìn)行。
② 利用禁忌搜索框架以目標(biāo)函數(shù)F的增量最小或減幅最大進(jìn)行一次開機(jī)或停機(jī)的操 作，得到新的解，并且記錄得到的優(yōu)解。
③ 更新禁忌表、禁忌長(zhǎng)度、迭代次數(shù)減l。
④ 若迭代次數(shù)達(dá)到規(guī)定值，則繼續(xù)⑤，否則返回②
⑤ 從優(yōu)解中搜尋一個(gè)最優(yōu)解，得到最終機(jī)組組合方案。(10) 校驗(yàn)整個(gè)電網(wǎng)負(fù)荷備用容量是否滿足要求，若不滿足，則提示開出火電機(jī)組。
(11) 返回第一步。
禁忌搜索是一個(gè)對(duì)組合問題比較成熟的啟發(fā)式算法，在本發(fā)明中，禁忌長(zhǎng)度為5，迭 代次數(shù)為100次。
通過該方法，確定了水電快速旋轉(zhuǎn)備用容量以及該容量的分配方法，與傳統(tǒng)的以負(fù)荷 百分比系數(shù)確定性給出水電快速備用容量相比，更加經(jīng)濟(jì)，合理，嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于減 少了空載水電旋轉(zhuǎn)備用容量，節(jié)約了空耗的能量，起到了非常明顯的節(jié)能減排效果。
該方法在某一省級(jí)電網(wǎng)的測(cè)試計(jì)算表明，若實(shí)施本發(fā)明方法一年節(jié)約的空耗能量可增 發(fā)水電電量8000萬度，相當(dāng)于節(jié)約2.8萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，少排放2.1萬噸粉塵、7.7萬噸二氧 化碳和2300噸二氧化硫。
權(quán)利要求
1. 一種實(shí)時(shí)調(diào)度中優(yōu)化電網(wǎng)水電旋轉(zhuǎn)備用的方法，其特征是依次采用下列步驟(1)通過EMS系統(tǒng)采集負(fù)荷的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，每T分鐘采集一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，得到y(tǒng)(n)，y(n-1)，y(n-2)...y(n-m)序列；(2)設(shè)定固定閥值ε判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，若ε≥|y(n)-y(n-1)|，則該采集的數(shù)據(jù)y(n)是各種原因?qū)е碌膫螖?shù)據(jù)，需要用前面幾個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性外推替代該數(shù)據(jù)；(3)利用采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，得到下一個(gè)時(shí)刻(下一個(gè)T分鐘)的預(yù)測(cè)負(fù)荷y′(n+1)；(4)組合成新的序列Y′(n):y′(n+1)，y(n)，y(n-1)，y(n-2)...y(n-m+1)；(5)對(duì)Y′(n)進(jìn)行基于最小二乘的曲線擬合，得到擬合曲線P′(n)；(6)求得下一個(gè)T時(shí)間區(qū)間水電旋轉(zhuǎn)備用容量；(7)檢驗(yàn)當(dāng)前水電備用容量是否滿足要求，若已經(jīng)滿足要求則回到第一步，若不滿足要求則繼續(xù)；(8)在當(dāng)前水頭下確定各待選機(jī)組空載能耗排序系數(shù)Ki；(9)求解目標(biāo)函數(shù)約束為并且同時(shí)滿足水庫運(yùn)行要求，該要求由水庫調(diào)度給出；(10)校驗(yàn)整個(gè)電網(wǎng)備用容量是否滿足要求，若不滿足，則提示開出火電機(jī)組；(11)返回第一步。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)調(diào)度中優(yōu)化電網(wǎng)水電旋轉(zhuǎn)備用的方法，其特征是所 述的(6)求得下一個(gè)T時(shí)間區(qū)間水電旋轉(zhuǎn)備用容量的方法是求得y'(w)序列與尸'(")序列的最大偏差的絕對(duì)值A(chǔ)Mox，這個(gè)數(shù)值即為負(fù)荷隨機(jī)波動(dòng)分量的階段最大值，也就是需要 開出的水電快速旋轉(zhuǎn)備用容量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的一種實(shí)時(shí)調(diào)度中確定電網(wǎng)水電旋轉(zhuǎn)備用容量及其分配的方 法，其特征是所述(8)在當(dāng)前水頭下確定各待選機(jī)組空載能耗排序系數(shù)《，&=&*^m，其中/為機(jī)組序號(hào)，A為當(dāng)前^水頭下機(jī)組的額定容量，即該機(jī)組開出后旋轉(zhuǎn)備用容量，"'，為當(dāng)前^水頭下機(jī)組未帶負(fù)荷時(shí)的引用流量，單位為;"3"，仏,^為 當(dāng)前A水頭下機(jī)組帶&負(fù)荷時(shí)的引用流量，單位為/ 3"。
全文摘要
本發(fā)明是一種在實(shí)時(shí)調(diào)度中優(yōu)化電網(wǎng)水電旋轉(zhuǎn)備用的方法。本方法利用EMS系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)且預(yù)處理后，進(jìn)行超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)；對(duì)由該實(shí)時(shí)負(fù)荷及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)組成的序列進(jìn)行基于最小二乘的曲線擬合，得到該序列點(diǎn)與該曲線的最大偏差絕對(duì)值，將該絕對(duì)值確定為下一區(qū)間段的水電旋轉(zhuǎn)備用；用某一水電機(jī)組當(dāng)前水頭下的空載引用流量除以滿發(fā)引用流量再乘以滿發(fā)功率(即該機(jī)組的旋轉(zhuǎn)備用容量)，得到開機(jī)排序系數(shù)，通過啟發(fā)式搜索算法得到能耗最小且備用容量滿足要求的機(jī)組組合。該方法的進(jìn)步效果是改變了傳統(tǒng)的按某一負(fù)荷系數(shù)確定水電旋轉(zhuǎn)備用的方法，減少了水電的空載備用容量；用空載能耗系數(shù)指導(dǎo)水電機(jī)組開機(jī)進(jìn)一步優(yōu)化了水電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
文檔編號(hào)H02J3/46GK101478168SQ200910042508
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者軍 李, 寧 李, 輝 李, 王正綱, 陳輝華 申請(qǐng)人:湖南省電力公司調(diào)度通信局