一种基于全特性空间曲面建模的梯级负荷经济分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水电能源优化运行技术领域，更具体地，设及一种基于全特性空间曲 面建模的梯级负荷经济分配方法。
【背景技术】
[0002] 流域梯级水电站群负荷经济分配是水电站短期优化调度的重要环节，其在电网调 度中屯、给定梯级发电任务的条件下，综合考虑水电站间复杂的水力、电力联系，在保障水电 站和电网安全与稳定运行的前提下，通过充分发挥梯级水电站间的水文、库容和电力补偿 效应，实现梯级总负荷在各水电站间的合理、经济分配。梯级负荷经济分配的目的是制定 各水电站在调度期内的最优运行方式，但由于梯级水电站群受上下游水库调节性能多样、 水电站并网方式及送电区域各异、不同等级输电断面对机组上网出力限制不同等因素的制 约，使得梯级负荷经济分配成为一类高维度、多约束、强禪合的复杂非线性规划问题。
[0003] 目前，传统求解方法在进行梯级负荷分配时多W机组为最小调度单元，该方法虽 在水电站厂内经济运行问题的求解中取得了很好的应用效果，但随着梯级水电站规模和机 组容量的持续扩大，其带来的频繁机组组合运算会导致计算规模巨大，严重影响求解效率； 并且，电力系统负荷的频繁变化将引起水电站时段发电水头和出力的频繁波动，使得机组 频繁跨越振动区，进一步降低了求解效率和精度。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于全特性空间曲面建模 的梯级负荷经济分配方法，通过构建水电站全特性空间曲面，将机组的动力特性转换为水 电站的动力特性，进而W水电站作为梯级负荷分配的基本计算单元，并通过组合振动区直 接推求水电站的出力可行域，在兼顾求解精度的前提下，有效提高计算效率，实现梯级总负 荷在各水电站间的合理分配，保证梯级水电站群的安全、稳定、经济运行。
[0005] 本发明提供一种基于全特性空间曲面建模的梯级负荷经济分配方法，包括W下步 骤：
[0006] 步骤1建立W梯级总蓄能最大为目标的梯级负荷分配模型：
[0007]
[0008] 其中，E表示调度期内的梯级总蓄能；0乃:表示水电站i在t时段的入库流量； 表示水电站i在t时段的出库流量;Ai表示水电站i的综合出力系数；巧'表示水电站 i在t时段的水头；Ti表示水电站i与上游水电站之间的水流时滞；N表示梯级水电站总 个数；T表示调度时段个数；
[0009] 步骤2根据水电站各机组的动力特性，构建水电站全特性空间曲面，包括W下子 步骤：
[0010] (2-1)w-定步长对水电站的运行水头范围和出力区间分别进行离散，并确定所 有可能的机组组合；
[0011] (2-2)选择某一固定的水头和机组组合作为输入条件，根据各机组的饥明曲线和 振动区数据，确定当前水头下各机组的出力上下限和稳定运行区间，W发电耗水量最小为 目标，利用动态规划法进行固定机组间的负荷优化分配，得到当前水头和机组组合下的最 优负荷分配方案；
[0012] (2-3)重复所述步骤（2-2)，遍历求解所有离散水头和机组组合条件下的水电站 最优负荷分配方案，即为所述水电站全特性空间曲面；
[0013] 步骤3根据水电站各机组的振动区，运用组合理论，推求水电站的组合振动区；
[0014] 步骤4根据所述步骤2得到的水电站全特性空间曲面和所述步骤3得到的水电 站组合振动区，运用差分进化算法求解所述梯级负荷分配模型，得到最优梯级负荷分配方 案；
[0015] 步骤5将所述最优梯级负荷分配方案下发至各水电站。
[0016] 总体而言，通过本发明所构思的W上技术方案与现有技术相比，具有W下有益效 果：
[0017] (1)本发明提出一种水电站全特性空间曲面建模方法，将机组的动力特性转换为 整个水电站的动力特性，进而W水电站作为梯级负荷分配模型的基本计算单元，解决了传 统方法面临的计算规模大、求解效率低等难题，既保证了模型的计算精度，又满足了实际电 力生产对于模型求解的时效性要求；
[0018] (2)本发明提出一种基于全特性空间曲面建模的梯级负荷经济分配方法，能够实 现梯级总负荷在各水电站间的合理、经济分配，为梯级水电站群的实际发电运行提供技术 支持和决策参考。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明基于全特性空间曲面建模的梯级负荷经济分配方法的流程图；
[0020] 图2为本发明求解梯级负荷分配模型的流程图；
[0021] 图3为本发明实施例锦屏一级入库流量过程示意图；
[0022] 图4为本发明实施例雅蒼江下游梯级负荷分配结果图；
[0023] 图5(a)~5(c)为本发明实施例各水电站实际出力过程和计算出力过程示意图；
[0024] 图6 (a)~6 (C)为本发明实施例各水电站计算水位过程和下泄流量过程示意图；
[0025] 图7为本发明实施例锦屏一级水电站机组全开时的全特性空间曲面图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0027] 图1所示为本发明基于全特性空间曲面建模的梯级负荷经济分配方法的流程图， 包括W下步骤：
[0028] 步骤1建立W梯级总蓄能最大为目标的梯级负荷分配模型，具体包括W下子步 骤：
[0029] (1-1)确定调度对象。调度对象为梯级水电站群，且至少包括一个具有调节能力的 水电站；
[0030] (1-2)建立梯级负荷分配模型。由于梯级总蓄能最大准则考虑了相同耗水量在不 同水头下的发电效益不同，通过抬高发电水头，降低发电耗水量W达到增加梯级总蓄能的 目的，较梯级总耗水量最小准则更为合理。因此，综合考虑梯级水电站间的水力、电力联系 W及各水电站安全稳定运行约束，建立W梯级总蓄能最大为目标的梯级负荷分配模型，其 数学描述如下：
[0031]
[003引其中，E表示调度期内的梯级总蓄能；谷马表示水电站i在t时段的入库流量； yC/表示水电站i在t时段的出库流量;Ai表示水电站i的综合出力系数；//,'表示水电站 i在t时段的水头；Ti表示水电站i与上游水电站之间的水流时滞；N表示梯级水电站总 个数；T表示调度时段个数；
[0033] (1-3)确定梯级负荷分配模型的约束条件集合。上述梯级负荷分配模型需满足的 约束条件为W下公式（2)~（7)所示：
[0034] ①水电站水量平衡约束条件：
[00对V;=V;^hQ!:-QF;-S).^ (2)
[003引其中，K'隶示水电站i在t时段的库容；、5','分别表示水电站i在t时段的 发电流量和弃水流量；At表示调度时段长度，通常取1小时或15分钟；
[0037] ②水电站负荷平衡约束条件：
[0038]
[003引其中，却表示水电站i在t时段承担的负荷；货表示水电站i的机组j在t 时段的出力；UNi表示水电站i的机组台数；
[0040] ⑨水电站水位/水头/流量限制约束条件：
[0041]
[0042] 其中，《、巧、空分别表示水电站i在t时段的水位及其上下限；巧、 分别表示水电站i在t时段的水头及其上下限；^分别表示水电站i 在t时段的下泄流量的上下限；
[0043] ④机组流量/出力限制约束条件：
[0044]
[004引其中，0片,、^、^分别表示水电站i的机组j在t时段的发电流量及其 上下限；马^、這i分别表示水电站i的机组j在t时段的出力上下限；PO冷表示水电站i 的机组j在t时段的振动区范围；
[0046] ⑥梯级总负荷平衡约束条件：
[0047]
[004引其中，Load嗦示t时段的梯级总负荷；
[0049] ⑧梯级水电站间水量平衡约束条件：
[0050]
[005。其中，表不水电站i在t时段的区间入流。
[005引步骤2根据水电站各机组的动力特性，构建水电站全特性空间曲面，得到整个水 电站的动力特性。水电站全特性空间曲面建模具体包括W下子步骤：
[0053] (2-1) W-定步长对水电站的运行水头范围和出力区间分别进行离散，并确定所 有可能的机组组合；
[0054] (2-2)选择某一固定的水头和机组组合作为输入条件，根据各机组的饥明（出力~ 净水头~发电流量）曲线和振动区数据，确定当前水头下各机组的出力上下限和稳定运行 区间，W发电耗水量最小