水电富集电网中长期电量多通道互补协调送出方法及系统与流程

本发明涉及水电调度运行领域，具体涉及一种水电富集电网中长期电量多通道互补协调送出方法及系统。

背景技术：

我国水电资源主要集中在西南地区，特别是四川和云南，水电装机容量分别排名第一和第二，但受限于当地负荷需求低，富余水电需要通过特高压输电网架送至华东、华南、华中等负荷中心，所以如何充分利用复杂的外送通道合理安排水电送出计划，对于消纳大规模水电等清洁能源，避免不必要弃水具有重要的现实意义。

以四川电网为例，作为国家电网系统规模最大、运行最复杂的省级枢纽电网，网内500千伏主网覆盖全省各市(州)，负荷中心形成梯格型双环网，省外通过8条超高压交流、4条超/特高压直流线路与华东、华中、西北、西藏、重庆等电网互联，是川电外送的主要通道，形成了金沙江下游、雅砻江下游集中向华东送电的格局，跨省电力输送能力达到了约3000万kw规模。复杂的跨省输电网络结构增加了水电调度的复杂性，特别是多条联络线混合运行，使得水电调度中面临着直流联络线计划制定，联络线计划的协调，以及如何安全经济地在电站间分配联络线送出曲线等新的问题，多通道互补协调送出理论和应用实践是亟需攻克的新难题、新挑战。

在中长期调度中，水电外送需要重点分析各大流域梯级水电站的水位控制策略和发电能力，利用流域梯级间来水和调节性能差异、通道间的输送能力差异，合理布置不同通道的外送电量规模，避免出现通道闲置无电可送、或者通道不足弃水窝电的局面。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是一方面水电富集，一方面通道闲置无电可送或通道不足弃水窝电，造成大量水电资源浪费，目的在于提供一种水电富集电网中长期电量多通道互补协调送出方法及系统，解决利用复杂的外送通道合理安排水电送出计划，消纳大规模水电等清洁能源的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

水电富集电网中长期电量多通道互补协调送出方法，包括以下步骤：s1：根据水电富集电网中主要流域关键水库的水位控制目标，采用发电量最大模型估算水电系统发电能力；s2：分析送端电网水电站群的并网关系及关联的外送通道，描述输电断面拓扑结构并构建断面输电能力的分区递归约束方程，确定各通道外送规模；s3：根据所述水电系统发电能力和所述各通道外送规模，以最小化弃水电量为目标，以受端电网的总受电能力为控制条件，以各通道的输送限制为约束，构建多通道互补协调优化模型；s4：根据所述多通道互补协调优化模型，优化水电外送计划。

本发明通过准确考虑送端水电站群的发电能力和多条联络线通道的能力，利用水文和电力补偿，合理确定各联络线通道的水电送出计划，有效避免通道利用率低和部分通道阻塞引起水电无法送出的问题；采用输电断面拓扑结构和递归约束描述电网外送通道及其输送能力，有助于拓展水电富集电网水电调度中对电网输电控制断面的描述方法，可以给出更加高效的水电外送计划，促进清洁能源规模化消纳。

进一步的，所述步骤s1包括，结合电网调度运行和安全控制要求，确定各控制性水库的期末控制水位目标，并考虑径流预测，采用发电量最大模型估算水电系统发电能力。

进一步的，对于某一输电断面的极限传输容量限制，可表述为：

ps-cs≤ns

式中：ps表示输电断面对应送端区域下全部电站的有功出力之和，cs表示全部负荷的有功值之和，ns为断面极限传输容量限制；将负荷值cs移到不等式右边，也可以看作该区域内电站总出力不得超过cs+ns，即该区域的出力上限。

任一分区i时段t的分区出力上限可表达为：

式中：nsi,t为第t时段分区i对应断面的断面极限传输容量限制；csi,t为第t时段分区i内总用电负荷，用递归函数δ(i,t)表示，包含第t时段分区i直接包含用电负荷ci,t,和分区i内的所有次一级分区用电负荷之和其中dsi为分区i内全部次一级分区的编号集合；

分区i时段t出力psi,t用递归函数表示为：

式中：第t时段分区i的分区出力包含分区i直接包含大中型水电站出力总和,分区i直接包含其他电源的总出力pshi,t以及所有次一级分区受到各自分区出力上限限制下的可行出力总和，其中dhi表示分区i直接包含大中型水电站的编号集合。

进一步的，所述多通道互补协调优化模型，构建如下：

式中：elm,t为电站m在t时段的弃水电量，ω为外送通道关联的水电站集合，el,t为l号通道在t时段的外送电量，为l号通道在t时段的最大外送能力，ert为受端电网在t时段的水电接纳能力，ωl为当前问题的外送通道集合。开展互补协调，建立协调优化模型，提升电量送出规模。

本发明的另一种实现方式，水电富集电网中长期电量多通道互补协调送出系统，包括：水电系统发电能力确定模块：用于根据水电富集电网中主要流域关键水库的水位控制目标，采用发电量最大模型估算水电系统发电能力；通道外送规模确定模块：用于分析送端电网水电站群的并网关系及关联的外送通道，描述输电断面拓扑结构并构建断面输电能力的分区递归约束方程，确定各通道外送规模；优化模块：用于根据所述水电系统发电能力和所述各通道外送规模，以最小化弃水电量为目标，以受端电网的总受电能力为控制条件，以各通道的输送限制为约束，构建多通道互补协调优化模型；输出模块：用于根据所述多通道互补协调优化模型，优化水电外送计划，并输出所述水电外送计划。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、有效协调跨流域梯级水电站群发电，充分利用多条直流联络线通道，合理安排水电外送计划，提高水电富集电网的水电消纳能力。

2、准确考虑送端水电站群的发电能力和多条联络线通道的能力，利用水文和电力补偿，合理确定各联络线通道的水电送出计划，有效避免送出通道利用率低和部分通道阻塞引起水电无法送出的问题。

3、采用分区多级断面理论和递归方法描述电网外送通道及其输送能力，有助于拓展水电富集电网水电调度中对电网输电控制断面的描述方法，可以给出更加高效的水电外送计划，促进清洁能源规模化消纳。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为水电系统的整体发电负荷图；

图2为向送端电网的送电过程。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例1是一种一种水电富集电网中长期电量多通道互补协调送出方法，具体如下：

(1)确定主要流域关键水库的水位控制目标，估算水电系统发电能力。结合电网调度运行和安全控制要求，确定各控制性水库的期末控制水位目标，并考虑径流预测，采用发电量最大模型估算水电系统发电能力。

1)目标函数

2)约束条件

水量平衡方程：保证单站时段维以及上下游电站空间维上的水量平衡，如下：

vm,t+1＝vm,t+hn×(qm,t-qm,t-qlm,t)δt

末水位约束：控制调度期末水位，如下：

发电流量约束：一般考虑上限限制，取决于水轮机的最大过流能力、机组检修计划等，如下：

出库流量约束：在发电调度中时段出库要满足出库流量上下限要求，如下：

电站出力约束：限制电站的发电出力，取决于发电机组的最小技术出力、机组检修容量等指标，如下：

库水位约束：结合实际水库调度方式设定库水位上下限约束，保证水库运行在安全合理的水位范围，如下：

式中：t、t为调度时段编号和总数；m、m为水电站水库编号和总数；表示第m个水库在第t时段的平均出力及其下限和上限，mw；分别为m号电站在第t时段末的上游水位及其上下限，m；表示给定调度期始末水位，m；vm,t为m号电站在第t时段末的有效库容，m³；qm,t为m个水库在时段t的入库流量，m³/s，qnm,t为m个水库在时段t的区间流量，m³/s；ku为m号电站直接上游电站的总个数；为k号电站流入m号电站时段t的总出库流量，为k号电站的发电流量和弃水流量之和，m³/s；qm,t，表示第m个水库在第t时段的发电流量及其上限；sm,t、sm,t、分别为m号电站在时段t的出库流量及其上下限，m³/s；qlm,t为m号电站在时段t的弃水流量，m³/s；δt为t时段长度(单位小时)；hn表示每小时秒数3600。

(2)描述通道能力。首先分析送端电网水电站群的并网关系，以及关联的外送通道，绘制准确的网络拓扑结构，这是分析通道能力的重要基础；其次进行通道的送出能力及总体外送能力分析，对于某一输电断面，其极限传输容量(totaltransfercapability,ttc)限制可表述为：

ps-cs≤ns

式中：ps、cs分别为该输电断面对应送端区域下全部电站的有功出力之和与全部负荷的有功值之和；ns为断面ttc。将负荷值cs移到不等式右边，也可以看作该区域内电站总出力不得超过cs+ns，即该区域的出力上限。对于任一分区i时段t的分区出力上限可表达为：

式中：nsi,t为第t时段分区i对应断面的ttc；csi,t为第t时段分区i内总用电负荷，

用递归函数δ(i,t)表示，包含第t时段分区i直接包含用电负荷ci,t,和分区i内的所有次一级分区用电负荷之和其中dsi为分区i内全部次一级分区的编号集合。

分区i时段t出力psi,t用递归函数表示为：

式中：第t时段分区i的分区出力包含分区i直接包含大中型水电站出力总和,分区i直接包含其他电源的总出力pshi,t以及所有次一级分区受到各自分区出力上限限制下的可行出力总和，其中dhi表示分区i直接包含大中型水电站的编号集合。

(3)综合考虑各通道电源发电能力、通道的输送能力、以及受端电网的受电空间，分析各通道的外送规模以及可能产生的弃水窝电情况。

(4)开展互补协调，建立协调优化模型，提升电量送出规模。以受端电网的总受电能力为控制条件，以各通道的输送限制为约束，建立多个通道的协调优化模型，采用弃水电量最小目标，具体如下式：

式中：elm,t为电站m在t时段的弃水电量，ω为外送通道关联的水电站集合，el,t为l号通道在t时段的外送电量，为l号通道在t时段的最大外送能力，ert为受端电网在t时段的水电接纳能力，ωl为当前问题的外送通道集合。

以四川电网统调主要水电站群为实际工程背景，对本实施例1方法进行检验。四川电网水电资源丰富，2019年水电总装机超过7800万kw，是我国水电装机容量最大的单一省级电网。网内雅砻江、大渡河、金沙江下游干流梯级水电站群发电装机容量都超过了千万kw级规模，其中雅砻江干流规划3库23级，装机容量2885万kw，大渡河规划3库22级，装机容量2340万kw，金沙江下游规划四级巨型水电站，装机容量超过4200万kw，这些大规模干流巨型梯级水电站群均多数需要通过复杂的特高压直流通道送电至华东、华中地区的多个省份，如何协调跨流域梯级水电站群运行、如何协调多个特高压直流联络线通道送电能力，以确定合理的水电送出计划，是四川电网调度运行面临核心问题之一。在实施例1中，锦苏直流通道能力采用7200mw，川渝通道断面能力采用5000mw，如下表所示，给出了主要水电站的中长期发电能力分析结果，总体的发电负荷图如图1所示，向受端电网的送电过程如图2所示。

通过结果可以看出，利用本实施例1方法可以准确分析四川水电系统的各月度发电能力，在考虑多条联络线通道能力的条件下，能够确定合理的水电外送计划。

与以往基于excel办公软件的简单外送计划编制模式和未考虑通道能力限制的计划编制方法相比，本实施例1中长期电量多通道互补协调送出方法能够充分考虑来水、通道限制和复杂的水力联系，并构建发电能力优化模型，利用电源间来水和调节性能差异，以及通道间的互补，实现多电源、多通道的优化协调，为调度管理人员提供更加精细化的计算结果,保证了结果的实用性、有效性和可靠性，从而提升水电富集电网对清洁水电资源的充分消纳和外送水平，减少不必要弃水损失。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上，产生的一种水电富集电网中长期电量多通道互补协调送出系统，包括：水电系统发电能力确定模块、通道外送规模确定模块、优化模块和输出模块。

其中，水电系统发电能力确定模块用于根据水电富集电网中主要流域关键水库的水位控制目标，采用发电量最大模型估算水电系统发电能力；

通道外送规模确定模块用于分析送端电网水电站群的并网关系及关联的外送通道，描述输电断面拓扑结构并构建断面输电能力的分区递归约束方程，确定各通道外送规模；

优化模块用于根据水电系统发电能力和各通道外送规模，以最小化弃水电量为目标，以受端电网的总受电能力为控制条件，以各通道的输送限制为约束，构建多通道互补协调优化模型；

输出模块用于根据多通道互补协调优化模型，优化水电外送计划，并输出水电外送计划。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。