梯级水电系统发电优化调度研究及应用

【摘要】： 随着我国电力工业的解制,水电系统从传统的水火电力系统中解放出来,调度目标和约束与传统的水电调度相比发生了很大变化。发电侧调度更多地将注意力投向了提高自身的利益同时兼顾电网的安全、稳定与经济运行。流域梯级电站的逐级开发使得我国的水电规模越来越大,也给水电调度带来了新的挑战,实行流域梯级电站的统一调度,实现梯级的最优开发,提高电网运行效率和效益显得尤为必要。 梯级水电系统由于存在着复杂的水力、电力联系以及受径流不确定性的影响,其优化调度是一个极其复杂的优化问题,依靠调度员的经验来制定发电计划的传统调度方法已无法适应大规模水电系统的联合调度。本文结合“湖南沅水流域梯级电站优化调度系统开发工程”对梯级水电系统发电优化调度的模型和算法进行了研究,取得了一些有意义的研究成果,主要体现在以下几个方面: (1)首先引出本文的研究领域,回顾国内外水电优化调度领域的现状和研究进展,并对优化算法在水电系统优化调度中的应用进行了综述,在此基础上确立本文研究的重点。 (2)考虑径流的不确定性,将自然径流看作受预报影响的白噪声随机变量,通过延长控制期来消除控制期末水库蓄能对水库运行方式的影响。当控制期足够长时,用于优化计算的约束条件和径流概率分布在各年份中趋于相同,基于此提出了当控制期足够长时水库的最优水位过程会出现周期循环的假设,建立了由年循环模型和实时调度模型组成的随机优化调度的数学模型。年循环模型只被离线求解一次,其结果用作实时调度的边界条件;建立了实时调度模型,其调度期包括了受实时信息影响的过渡期。结合实时信息的影响,水库从每时段初的实际水位出发,保证实时调度期末收敛于年循环最优水位,选取实时调度期第一时段的优化结果来指导水库的实际运行,通过各时段的滚动更新来获得水库运行方式,并给出了模型求解流程。 (3)采用分级优化控制的思想,建立了考虑因素较全面的梯级水电系统短期发电优化调度模型。除了考虑常用的水量和电力平衡、库容和流量的上下限以外,还考虑了抽水蓄能电站的扩展,电站的非线性出力特性,水库出库流量变幅,电站出力变幅,电站运行区域的限制以及电站开停机次数和开停机持续时间的限制。对于非线性约束条件和目标函数采用一阶Taylor展开进行线性化处理,基于P分原理通过分解系统耦合出力约束将问题分解到各个梯级,对带上限的约束进行简化以减少约束矩阵的变量个数,求解过程中对人工变量不为零的情况按照预先定义的约束条件破坏优先顺序对不能满足的约束条件进行逐级破坏,确保优化计算总能得到一个有效解。在水库出库和电站出力确定的基础上,考虑电站开停机次数和持续时间约束,采用动态规划求得电站的运行区域计划。并分别给出了混合分解算法求解水电系统调度和动态规划求解电站运行区域计划的详细流程。 (4)研究了长、短期优化调度的协调机制,由长期调度结果经线性插值得到短期调度的边界条件后从水库当前实时状态出发,对长期和短期调度进行滚动计算,实现整个梯级最优运行。 最后通过对沅水流域梯级电站群联合优化调度的仿真,验证了本文提出的优化算法和建立的模型符合工程实际,在求解梯级水电系统发电优化调度问题上是可行且有效的。