[发明专利]一种基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法

权利要求书

1.一种基于电量控制的梯级水电短期调峰模型及求解方法，其特征在于如下步骤：

(1)根据单站日优化电量模型将梯级水电站总电量分解，获得各个水电站的日优化电量；

(2)根据日优化电量，构建梯级水电短期调峰模型；其中，梯级水电短期调峰模型需满足的约束条件如下：

A.水量平衡约束

v_i,t＝v_i,t-1+(Q_i,t+I_i,t-u_i,t)×Δt×3600

式中：t为时段编号；v_i,t为水库i在t时段末的库容，单位为m³；Q_i,t为水库i在t时段的入库流量，由其直接上游水库出库汇入，单位为m³/s；I_i,t为水库i在t时段的区间入库流量，单位为m³/s；u_i,t为水库i在t时段的出库流量，单位为m³/s，u_i,t＝q_i,t+s_i,t；q_i,t为电站i在t时段的发电流量，单位为m³/s；s_i,t为电站i在t时段的弃水流量，单位为m³/s；Δt为调度时段步长对应的小时数，单位为h；

B.库水位限制

式中：Z_i分别为水库i的水位上、下限；z_i,t为水库i在t时段的末水位值，单位为m；

C.发电流量限制

式中：Q_i分别为电站i的发电流量上、下限，单位为m³/s；

D.弃水流量限制

式中：为水库i的弃水流量上限，单位为m³/s；

E.出库流量限制

式中：U_i分别为水库i的出库流量上、下限，单位为m³/s；

F.出力限制

式中：P_i分别为电站i的出力上、下限，单位为MW；p_i,t为水电站i在t时段出力，单位为MW；

G.出力爬坡约束

式中：为电站i单时段最大出力升降限制，单位为MW；

H.出力波动控制约束

(p_i,t-α-p_i,t-α-1)(p_i,t-p_i,t-1)≥0,α＝1,2,...,t_ei-1

式中：α为整数；t_ei为电站i在一轮出力升降过程中最高或最低点需持续的最少时段数，t_ei>1；

I.日优化电量约束

式中：T为调度时段总数；E_i为电站i的日优化电量，单位为kWh；

(3)将梯级水电站按负荷率从小到大排序，令i＝1；

(4)获取电站i的面临负荷曲线；

(5)采用多维动态规划重构电站i的面临负荷曲线；

选取重构负荷与原负荷二者之间的平方差之和最小作为负荷重构的数学模型的目标函数，数学表达为

式中：x_i,t为电站i在t时段的重构负荷值，单位为MW；X_i,t为电站i在t时段的面临负荷，单位为MW；

将出力爬坡约束中的和出力波动控制约束中的t_ei纳入负荷重构模型，将其作为约束处理，同时，保证每个时段的重构负荷值不大于面临负荷值，新的约束的数学表达为：

(x_i,t-α-x_i,t-α-1)(x_i,t-x_i,t-1)≥0 α＝1,2,…,t_ei-1

x_i,t≤X_i,t

采用多维动态规划方法求解该模型，将时段t视为阶段，将负荷离散值和负荷状态k组成二维向量作为状态变量，n为负荷离散值数目，k＝-t_ei,-(t_ei-1),...,-1,1,...,t_ei，将离散的负荷值变化量和负荷状态的变化Δk组成的二维向量作为决策变量，其递推方程、阶段效应方程和目标函数方程分别为：

式中：T_t(·)为递推关系函数；r_t(·)为阶段效应函数；M_1,i,t为约束破坏惩罚项；M_2,i,t为约束(x_i,t-α-x_i,t-α-1)(x_i,t-x_i,t-1)≥0 α＝1,2,…,t_ei-1破坏惩罚项；M_3,i,t为约束x_i,t≤X_i,t破坏惩罚项；

(6)根据电站i的日优化电量，采用逐次切负荷方法在重构的负荷图上确定电站日内出力过程；

(7)令i＝i+1，若i>I，进入步骤(8)；否则，返回步骤(4)；

(8)根据上游电站出库、区间来水及电站的起调水位，采用以电定水原则逐电站逐时段确定相关水务计算变量；

(9)采用启发式负荷分配方法修正电站出力，保证计算结果可行；

(10)统计调峰指标值，计算结束。

2.根据权利要求1所述的梯级水电短期调峰模型及求解方法，其特征在于，步骤(1)的单站日优化电量模型以梯级蓄能最大为目标，数学表达为：

式中：i、I分别为电站编号和梯级水电站总数目；ES_i为电站i的蓄能值，单位为kWh；

ES_i＝(VT_i,D+WT_i)/η_i

式中：D为调度时段总数；VT_i,D为电站i调度期末死水位以上的蓄水量，单位为m³；WT_i为电站i的全部上游电站调度期末死水位以上的蓄水量，单位为m³，U_i为电站i的直接上游电站标号数组；k为电站i的直接上游电站编号；K_i为电站i的直接上游电站总数；η_i为电站i的平均耗水率，单位为m³/kWh；

需要满足的约束如下：

a.水量平衡约束

v_i,d＝v_i,d-1+(Q_i,d+I_i,d-u_i,d)×Δd×3600

式中：d为调度时段编号；v_i,d为水库i在d时段末的库容，单位为m³；Q_i,d为水库i在d时段的入库流量，由其直接上游水库出库汇入，单位为m³/s；I_i,d为水库i在d时段的区间入库流量，单位为m³/s；u_i,d为水库i在d时段的出库流量，单位为m³/s，u_i,d＝q_i,d+s_i,d；q_i,d为电站i在d时段的发电流量，单位为m³/s；s_i,d为电站i在d时段的弃水流量，单位为m³/s；Δd为调度时段步长对应的天数；

b.库水位限制

式中：Z_i分别为水库i的水位上、下限；z_i,t为水库i在d时段的末水位值，单位为m；

c.发电流量限制

式中：Q_i分别为电站i的发电流量上、下限，单位为m³/s；

d.弃水流量限制

式中：为水库i的弃水流量上限，单位为m³/s；

e.出库流量限制

式中：U_i分别为水库i的出库流量上、下限，单位为m³/s；

f.出力限制

式中：P_i分别为电站i的出力上、下限，单位为MW；p_i,t为水电站i在d时段出力，单位为MW；

g.梯级水电总电量约束

式中：E'为梯级水电总电量，单位为kWh。