大规模混联水电系统长期发电优化调度模型及求解

本文提出了一个求解超大规模水电站群补偿调节调度的“分级多层次法”优化模型,该模型采用大系统递阶理论。应用该模型和软件研究了以三峡水电站为中心的跨大区联网系统中的水电站群补偿调节调度,其中最大的一个水电站群系统达117座水电站和73座长期调节水库,总装机容量达11386万kw。

根据多年调节水库的水文特征，提出了水电站水库长期优化调度的非线性规划模型，并提出了相应的求解方法．算例结果表明，模型正确，具有实用价值．

根据梯级水电站水库来水特点和运行特点,提出一种在一年中从汛期和非汛期两个时间段分别建立不同的多目标长期优化调度模型,采用线性加权法和外点罚函数法将含约束条件多目标问题转化为无约束单目标问题,应用粒子群算法(pso)进行求解.算例表明了该模型的正确性和求解方法的可行性,为梯级水电站优化调度提供了一种更全面、具体的模型.

在建立混联水电站群长期优化调度模型的基础上,应用混沌优化算法对模型进行求解。以水电站群总电能最大为目标函数,根据混沌运动的随机性,由logistic模型产生的混沌变量来进行优化搜索。此方法可避免陷入局部最优点,并取得全局最优。实例计算结果表明,混沌优化算法与逐步优化算法相比,优化结果良好。表明本文算法可以用于求解具有复杂约束条件的非线性混联水电站群水库优化调度问题。

我国水电系统高速发展使得单一电网集中调度的水电站规模超过100座甚至200座,如此大规模水电系统调度亟需切实可行可用的应用系统支撑,以高效科学地完成电网日常发电调度分析和计划编制工作。以水电富集的云南电网为例,从工程实用性出发,通过系统性架构设计,采用时序数据库集群协同数据存储和管理技术、大规模发电调度约束条件分类批量处理技术、调度报表可视化定制技术,开发了水电富集电网大规模电站群发电调度系统,并于2016年4月在云南电网得到了成功应用(包含水电站150余座),自系统投运后,显著提高了发电调度结果的可行性和发电计划编制效率。

针对传统的水电综合效益最大优化调度模型存在的\"平均水价值\"问题,提出了一种基于分时电价的混联水库群优化调度改进模型,综合考虑了分时电价中的日用电时段差别电价(即峰谷电价),加入了调整当前蓄水价值系数的动态因子,并通过研究混联水库的串并联关系以及上下游水库之间的影响,在计算蓄水价值时,能够充分考虑水库间的潜在蓄水价值,从而引导发电流量根据电价的升降而相应改变,提升整个流域的总体效益.最后运用均匀搜索粒子群算法对改进模型进行了仿真计算,并将结果与传统的发电效益最大模型以及综合效益最大模型进行对比,实验结果证实改进模型能更好适应现代峰谷电价的市场,提高了水电站的综合经济效益,更符合水电站调度的需求.

为了能够使水电站开发运行与生态和谐发展,研究满足生态需要的水电站优化调度.通过对水电站生态调度内涵的探讨,建立了生态发电多目标优化调度数学模型.模型以水量指标量化水电站调度的效益函数,在处理多目标时采用权重系数法进行转化.以蒲石河抽水蓄能电站为例,利用遗传算法进行求解验算,通过综合考虑年均发电量及各方案中下游河道生态用水的需求,选择出较优的方案.研究结果表明文中构建的模型是合理的,对生态环境起一定的改善作用.

针对西南水电富集地区大小水电抢占输电通道外送电力的问题,构建了基于决策树的大中型水电与小水电长期协调调度模型,以水电总体可消纳电量最大为目标,以确定性逐次优化方法(poa)对历史长系列水文资料进行模拟调度,在此基础上采用决策树挖掘大小水电长期协调调度规则,在应用阶段,结合cfs降雨预报信息,预报大中型水电站径流和小水电发电能力,并作为决策树输入,以获得面临时段大中型水电站的决策出力。云南省德宏地区大规模大、小水电混合分区实例应用结果表明,该模型能够有效利用具有良好调节能力的大中型水电站协调大小水电运行,提高外送通道利用率,为电力调度部门提供了一种良好的大小水电长期协调调度方法。

水电站水库群长期运行优化模型及其应用,是根据系统工程的思想,应用线性规划的方法建立起来的。它可进行梯级水电站水库群和跨流域水电站水库群的长期运行的优化。应用这一模型和方法,可大幅度提高水电站群的发电效益。

根据梯级水电站不仅具有电力联系而且具有水力联系的运行特点,提出一种以年发电量和一级水电站耗水量为优化目标的梯级水电站多目标长期优化调度模型。通过定义各目标的隶属度函数,将多目标优化问题模糊化;采用最大模糊满意度法将多目标优化问题转化为单目标非线性规划问题;应用协调粒子群算法(cpso)求解单目标优化问题。仿真验证了模型的正确性和求解方法的可行性,为梯级水电站优化调度提供了一种新颖有效的途径。

对国际上短期水电调度中采用的优化技术进行了系统地综述,简述了部分方法的基本思想,分析了各种优化方法在短期水电优化调度中的特点,并探讨了深入研究的难点和可能的方法。

在电力市场环境下,水电站短期优化调度作为优化发电计划、指导市场竞价的重要环节,在水电站生产实践中应用广泛。目前,短期优化研究常侧重于提高算法的精度和计算速度,而忽略了短期优化调度模型本身的合理性和准确性。如短期优化调度模型中的出力系数计算问题的研究就很少,而它都是影响短期优化调度计算精度的重要因素。为此,提出了厂内经济运行为短期优化调度提供出力系数的思想。该方法能提高出力系数的精度,从而达到改善短期优化调度精度的目的,同时它不会增加短期优化调度的计算量,因此具有一定的实用价值。

水力系统与电力系统模型精度失配、缺乏合理全面的水机电数学模型是制约水电系统动态过程仿真质量提高和应用范围扩展的主要原因。本文建立了适用于水机电联合仿真的详细水机电整体模型,该模型包括基于管道结构特征自动建立的复杂水系统弹性水击模型,差动式、阻抗式和圆筒式调压井通用模型,水轮机非线性解析模型,调速器模型,计及阻尼绕组作用的同步发电机与电网模型,励磁系统模型等,提出了联合求解弹性水击波过程和并网机组机电动态过程的数值算法。对具有复杂水系统的单机无穷大系统短路扰动过程进行仿真,结果合理可信,证实了水机电数学模型和数值方法的有效性。

针对大规模跨流域供水水库群联合调度中调水、引水、供水三者之间的复杂性、动态性和不确定性的特点,在二层规划模型的基础上,应用博弈论原理,建立跨流域水库群供水调度规则的三层规划模型,提出调水规则、引水规则和供水规则相结合的跨流域水库群优化调度规则,从深层次揭示跨流域供水水库群之间的主从递阶层次的独立性及相互关联性;并应用基于免疫进化的粒子群算法对模型进行分层优化求解。以滦河下游跨流域水库群为对象进行研究,计算结果表明：1减少了水量损失,提高了水资源的利用率;2提高了供水区唐山、天津的供水保证率,降低了缺水破坏深度。

针对大规模跨流域供水水库群联合调度中调水、引水、供水三者之间的复杂性、动态性和不确定性的特点,在二层规划模型的基础上,应用博弈论原理,建立跨流域水库群供水调度规则的三层规划模型,提出调水规则、引水规则和供水规则相结合的跨流域水库群优化调度规则,从深层次揭示跨流域供水水库群之间的主从递阶层次的独立性及相互关联性;并应用基于免疫进化的粒子群算法对模型进行分层优化求解。以滦河下游跨流域水库群为对象进行研究,计算结果表明：1减少了水量损失,提高了水资源的利用率;2提高了供水区唐山、天津的供水保证率,降低了缺水破坏深度。

以发电效益最大为目标建立了基于发电权交易的梯级水电站中长期优化调度数学模型,并以清江梯级水电站为例,运用三角旋回算法分别对丰水年、枯水年进行优化调度,取得了较好的效果.与传统的以发电总量最大为目标的调度方法相比,该调度方式可以实现梯级水电站发电总效益最大,增加发电总效益.还具体分析了这两种调度过程,并给出了基于发电权交易下的梯级水电站调度模型能有更好的收益的原因,即避免了与他人分享属于自己的合约电量效益,抓住了转让发电权与受让发电权价格的差异,合理调配了水资源.

本文根据逐次渐近法(dpsa)的思想,把n库问题分解为在每次迭代中求解单库问题,进而求解了一个水库群长期联合优化调度。本方法还可以考虑径流的时空相关性,使所求水库的最优放水策略是该库蓄水量和其它电站总出力的函数。该方法被用于求解广东电力系统七库联合优化调度取得了满意的数值结果。

分析影响隧道长期安全的结构因素和环境条件因素,并根据有关规范,设计监测方案。根据监测方案建立隧道长期安全评价模型。其中,对于隧道结构,基于单指标安全等级评价建立隧道结构长期安全的多指标综合评价模型,并引入6位5进制数作为隧道结构长期安全状况综合评分,与安全等级评价相结合,更加详实地反映了隧道结构的安全性。对于环境条件,应用层次分析法确定指标权重,梯形分布隶属函数计算指标隶属度,建立隧道运营安全的模糊综合评价模型。最后,将监测方案和评价模型应用于重庆嘉华隧道,取得良好的效果。

随着我国新一轮电改不断推进,流域梯级水电参与电力市场成为大势所趋。如何在市场环境下安排梯级水电出力计划、合理组织参与各类交易,促进水电大范围消纳成为亟需解决的问题。该文探讨了梯级水电参与现货市场及合约市场的交易框架,并对现货交易及跨价区合约交易面临的风险聚焦分析;构建双层优化模型：上层为中长期优化调度层,根据径流和交易价格预测,及调度规律制定梯级水电站出力计划,挖掘水电效益空间;下层为电量分配风险决策层,组织各时段电量计划参与多种交易,采用多时段条件风险价值模型度量交易组合的价格风险及跨价区交易阻塞风险,寻求收益和风险的合理决策。最后,以乌江干流“4库7梯级”水电系统为例,模拟市场交易场景验证所提模型和方法的有效性,为梯级水电站参与电力市场调度决策和风险评估提供参考。

在现有的水电站群长期优化调度方法的基础上,根据能量转换原理,从实际问题的物理意义出发,提出了一种基于多层神经元网络的水电站群(以两库并联为实例)长期随机优化调度的余留效益统计迭代法(nnrbsi)。该算法仅利用库群随机来水的样本均值和样本协方差矩阵信息,即可进行水电站群长期随机优化调度。

研究在分时电价制度下水电系统短期优化调度问题,建立了优化调度数学模型。采用变分原理,导出其最优性条件,给出了适于梯级水电系统的最优性条件的具体形式。通过分析水电站水价的估计式,得到了具有普遍适用性的、形式统一的最优性条件。特例分析说明所提模型具有广泛的适用性。

以发电量最大为优化调度目标,同时按照生态调度要求设置最小下泄流量作为发电引用流量的约束条件,建立了农村水电生态调度模型。利用电站丰水年、平水年和枯水年的典型径流,采用文化进化算法求解数学模型,进行优化调度仿真,仿真结果说明,单一地追求发电量最大的数学模型有下游断流的危险,而在模型的约束条件中限制发电引用流量,能够满足生态调度要求。无论是枯水年、平水年还是丰水年,优化调度保证了水库均实现相似的水位曲线,且不存在弃水的现象。