[发明专利]一种一洞多机的引水式水电站短期负荷分配方法

说明书

本发明属于水电站调度运行领域，涉及一种一洞多机的引水式水电站短期负荷分配方法。一洞多机的引水式水电站不仅具有装机容量大、运行水头高、跟踪负荷快等特点，同时面临机组间水力相互干扰、水头计算困难、机组振动区复杂等问题本发明针对该问题采用两阶段建模求解：第一阶段建立考虑持续时间约束的水电机组开停机优化模型，并应用逐步优化算法结合启发式策略求解最优开机组合方式；以此为基础，第二阶段建立以电定水准则的负荷分配模型，采用动态规划进行固定机组间的负荷最优分配。本发明解决了同一引水隧洞中机组间的水力、电力之间的干扰，为一洞多机的引水式水电站短期负荷分配的求解计算提供了坚实的理论基础。

技术领域

本发明属于水电站调度运行领域，涉及一种一洞多机的引水式水电站短期负荷分配方法。

技术背景

水电是我国大力发展的无污染的绿色能源，在过去的二十年里，尤其是最近的十年中，中国的水力发电发展速度非常迅速，且所占电力资源的比重越来越大，水电系统优化调度问题的研究显得越来越重要，因此在满足水电运行安全优质的前提下，科学合理地安排水电机组的运行，以期提高水电站水能利用率获得更大的经济效益。我国许多大型水电站利用坡降平缓的引水方式与天然水面形成急剧落差，建成长距离引水式电站以充分利用水头发电。由于受地质条件、开发方式及经济比选等影响，这类水电站一般采用“长距离引水+一洞多机”的复杂引水发电系统。“一洞多机”式水电站不但具有装机容量大、运行水头高、机组振动区复杂等特点，同时与常规的单洞单机模式相比，在短期负荷分配时面临更为复杂的问题。首先，一洞多机模式中多台机组共用同一引水隧洞(以下简称隧洞)，机组间水力联系相互干扰，负荷分配时需要考虑复杂的发电流量分配及开机方式；其次，当这些高水头机组进行调峰调频操作、快速响应系统负荷需求变化时，需要考虑如何避免频繁穿越振动区；再次，遭遇恶劣水力工况或电力系统故障时，机组负荷的剧烈波动将引起隧洞内发电流量的剧烈变化，造成大量水能损失，甚至对电站或电网安全运行造成较大的危害。因此，“一洞多机”水电站短期负荷分配既有水量平衡、流量关联等复杂的水力联系，又有电力约束、电量平衡等复杂的电力联系；既要考虑水位、流量、出力限制等单时段约束，又要考虑机组开停机持续时段数、振动区穿越等多时段关联约束，因此是离散、高维、非线性、非凸的数学规划问题，这些问题给“一洞多机”式水电站短期负荷分配优化建模及求解带来巨大的困难。目前国内相关研究成果和文献报道大多针对单洞单机短期负荷分配，常采用混合整数线性规划、动态规划及其改进算法等常规数学方法或遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等智能算法进行求解，尚未见考虑“一洞多机”式水电站短期负荷分配求解方法。

本发明成果依托于国家自然科学基金(91547201)和国家自然科学基金-雅砻江联合基金资助项目(U1765103)，以“一洞多机”引水式水电站短期负荷分配问题为研究背景，以红水河干流天生桥二级“一洞双机”水电站为研究对象，提出了一种一洞多机的引水式水电站短期负荷分配两阶段建模求解方法。本发明方法可以实现一洞多机的引水式水电站耗水量最小的目标，具有很强实用性和广泛推广价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种一洞多机的引水式水电站短期负荷分配方法，充分满足电网运行约束、水库运行工况、电站运行条件、机组运行要求等物理约束或设定条件，进而求出机组组合、开机状态以及机组出力，达到耗水量最小目标。

本发明的技术方案为：

一种一洞多机的引水式水电站短期负荷分配方法，通过两阶段建模实现，第一阶段建立考虑持续时间约束的水电机组开停机优化模型，并应用逐步优化算法结合启发式策略按照下述步骤(1)-(6)求得一洞多机的最优开机组合方式；以第一阶段得出的最优开机组合方式为基础，第二阶段建立以电定水准则的负荷分配模型，即耗水量最小模型，采用动态规划通过步骤(7)进行固定机组间的负荷最优分配；具体步骤如下：

(1)输入系统负荷需求，寻找电站各时段满足开机台数约束的所有机组组合集合S′＝(S₁′,S₂′,...,S_t′,...,S_T′)；时段t机组组合其中为机组全组合数；