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梯级电站优化调度与负荷调整模型及决策方法研究

李荣波  
【摘要】:近年来,我国水电建设的速度持续提高。截止2016年底,水电装机已达3.32亿k W,约占全国发电总装机(16.45亿k W)的20.18%。同时,《电力发展“十三五”规划》指出,由于气候变化形势日益严峻,在大气污染防治力度进一步加强、生态与环保刚性约束趋紧的条件下,在当前和将来一段时期内,加快清洁能源的开发利用和化石能源的清洁化利用已经成为必然趋势,并明确了“积极发展水电,统筹开发与外送”的重点任务。随着我国梯级水电开发的持续推进,流域梯级水库系统的格局正逐渐或已经形成。作为水库运行管理的重要环节,水库调度在防洪减灾和水资源调控等方面发挥着重要作用,因此,水库(群)调度理论方法已成为防洪减灾和水资源高效利用的热点研究问题。此外,随着经济增长速度换挡,工业结构调整加快,节能意识进一步强化,用电增速有了显著放缓,局部地区出现了电力供过于求的现象,供应宽松呈现常态化。因此,统筹水电开发与外送,研究水电消纳问题,减少甚至防止弃水,是当前乃至未来一段时间内水电运行期亟待解决的关键问题之一。基于此,本论文立足于水库(群)兴利功能,重点围绕基于来水不确定性的梯级水电站负荷调整问题,综合运用水利科学、数学科学、智能优化及系统工程等多个学科领域的理论方法,分别从径流预测、优化调度、负荷调整及评价决策等方面开展研究并提出新方法。主要研究工作包括:(1)基于小波分析的投影寻踪自回归预测模型研究。为进一步提高中长期径流预测精度,针对历史径流序列的非线性、随机性的特点,采用对原序列先处理再预测的研究思路,建立基于小波分析的投影寻踪自回归预测模型;利用小波分析将径流序列分解为一个近似信号和多个细节信号,运用投影寻踪自回归技术分别对不同信号建立子模型并进行参数率定,并叠加各信号来获取最终预测结果;以实例计算结果深入分析新模型的预测能力以及分解尺度对预测结果的影响。(2)混合蛙跳算法改进机制研究。针对混合蛙跳算法易早熟收敛的问题,利用混沌技术的遍历性优势对子群最优个体进行变异操作,形成局部精细搜索策略;根据蛙群相对多样性参数来判断算法是否陷入局部最优,引入鲶鱼效应机制对蛙群最优个体进行扰动以提高全局寻优能力,形成全局激励调节策略;耦合两种策略,提出混沌鲶鱼效应蛙跳耦合算法;最后将其应用于梯级水库中长期优化调度,从寻优能力和收敛速度两方面分析新算法的优越性。(3)基于来水不确定性的梯级水电站负荷调整耦合模型研究。针对来水不确定性引起的实际调度要求与原定发电计划的偏差问题,一方面结合风险管理内涵和梯级水电站发电调度操作规程,建立梯级水电站安全运行预警机制,对发电计划进行滚动监测与评估;另一方面,基于误差分析技术和水库调度理论,建立梯级水电站负荷调整耦合模型,包含来流分析、计划制定、负荷调整三个子模块,并以预警结果为时间控制节点,提出一种计及电网安全约束的负荷调整逐层递进求解算法;通过实例应用,验证耦合模型可有效解决来水不确定给水库安全运行带来的不利影响。(4)梯级水电站负荷调整方案评价指标体系及决策方法研究。从安全性和经济性两方面,提出发电风险率、负荷变动风险率、水位越限风险率、出力不足风险率、风险机会损失、增发电量效益等负荷调整过程中的重点关注指标,建立风险效益协同评价指标体系;在传统灰靶决策模型基础上,采用基于矩估计法的组合权重集成技术确定各指标的最优组合权重,并引入马氏距离弥补其忽略指标相关性的不足,定义“灰靶环数”改善其排序结果不明显的弱点,建立基于矩估计赋权的灰靶决策模型;并运用负荷调整耦合模型获取非劣解集,以此为评价样本进行实例应用,验证所建指标体系和决策方法在负荷调整方案优选方面的合理性和有效性。


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