[发明专利]基于梯级水量匹配的电力系统发电机组有功功率控制方法

摘要

本发明涉及一种基于梯级水量匹配的电力系统发电机组有功功率控制方法，属于电力系统调度技术领域。本发明方法利用中长期电量合约，结合水电机组较多的电力市场的实际情况，充分考虑水电机组的运行特性和梯级水电之间水量匹配的问题，依据电网供需平衡、梯级水量匹配约束、检修计划、系统备用、启停次数等约束，实现基于梯级水量匹配的电力系统发电机组有功功率控制。本发明方法更适用于水电机组较多的电力市场环境，具有针对性高、应用性强等优点，在水电机组较多的电力现货市场中有良好的应用前景。

主权项

1.一种基于梯级水量匹配的电力系统发电机组有功功率控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)根据电力系统调度中心的计划电量和交易主体上报的市场电量，确定电力系统发电机组的电量，确定方法如下：(1‑1)电力系统调度中心与多个发电主体签订计划电量合约；(1‑2)用户侧市场主体与多个发电主体签订市场电量合约，并将该市场电量合约上报至电力系统调度中心；(1‑3)计划电量合约和市场电量合约中约定的计划电量和市场电量之和，得到电力系统发电机组的电量；(2)建立一个电力系统发电机组有功功率控制的优化控制模型，该优化模型的目标函数为：其中，N为发电机组的总台数，D表示优化控制总天数，M_i为第i台发电机组的电量进度偏差罚值，单位为元/兆瓦，设定电力系统中所有发电机组的M_i相等，s_i,+和s_i,‑分别为第i台发电机组电量进度的正偏差和负偏差，F_i,d,U为第i台发电机组在第d天的启动费用；(3)电力系统发电机组有功功率控制的优化控制模型的约束条件，包括：(3‑1)电力系统发电机组电量约束，表达式为：其中，T为优化控制时段总数，T₀为优化控制时段的时间长度，P_i,t为第i台发电机组在优化控制时段t的有功功率，Q_i为第i台发电机组的计划电量与市场电量之和，s_i,+和s_i,‑分别是第i台发电机组电量进度的正偏差和负偏差；(3‑2)电力系统发电机组有功功率上限和下限的约束：使发电机组的有功功率处于其最大和最小范围之内，表达式为：α_i,dP_imin≤P_i,t≤α_i,dP_imax其中，α_i,d为第i台发电机组在第d天的启停状态，P_imin、P_imax分别为发电机组的最小有功功率和最大有功功率，若发电机组停机，则α_i,d＝0，即通过该约束条件将机组有功功率限定为0，若发电机组开机，则α_i,d＝1；(3‑3)电力系统负荷平衡约束：对于优化控制时段t，负荷平衡约束的表达式为：其中D_t为优化控制时段t的电力系统负荷；(3‑4)电力系统正备用容量约束条件表达式为：其中，α_i,d表示第i台发电机组在第d天的启停状态，P_i,max为各发电机组的最大出力，从各发电机的产品铭牌得到，max{D_t,t∈S(d)}表示在第d天的电力系统最大负荷，R_i,U为电力系统的正备用容量，由电力系统调度中心获取；(3‑5)电力系统负备用容量约束，表达式为：其中，α_i,d表示第i台发电机组在第d天的启停状态，P_i,min为各发电机组的最小出力，从各发电机的产品铭牌得到，min{D_t,t∈S(d)}表示第d天的电力系统最小负荷，R_i,D为电力系统负备用容量；(3‑6)发电机组中水电机组振动区约束，表达式：其中，为第i_w台水电机组在优化控制时段t的出力，为第i_w台水电机组振动区，从水电机组产品铭牌获取；(3‑7)电力系统中梯级水电水量匹配约束，表达式为：其中，和分别为发电机组中有梯级关系的水电机组的上游电站和下游电站的有功功率，k_u为梯级关系中的第一分段区间编号，Q_u,t为梯级关系中最上游电站的用于发电的水流量，和分别为第一分段线性拟合参数，第一分段线性拟合参数从电力系统调度中心获取，τ_u,d为梯级关系中任意两个上游电站和下游电站之间的水流时滞，τ_u,d从电力系统调度中心获取，μ_t和ω_t分别为梯级关系中任意两个上游电站和下游电站的出力耦合系数，表达式如下：其中：分别为下游电站有功功率用于发电的水流量的第二分段线性拟合参数，第二分段线性拟合参数从电力系统调度中心获取，k_d为梯级关系中的第二分段区间编号，I_d,t为下游电站天然水流入量(m³/s)，e^γ为上游电站和下游电站之间的河道坦化系数，从电力系统调度中心获取；(3‑8)电力系统发电机组最小连续开停时间约束，表达式为：由于火电机组的物理属性及实际运行需要，要求火电机组满足最小连续开机/停机时间。其中，α_it为第i台发电机组在优化控制时段t的启停状态，T_D、T_U为发电机组的最小连续开机时间和最小连续停机时间，从电力系统调度中心获取，为第i台发电机组在优化控制时段t已经连续开启的时间和连续停机的时间，用状态变量α_i,t，i＝1～N,t＝1～T来表示：(3‑9)电力系统发电机组开机费用约束：定义η_i,d为第i台发电机组在d天的状态变化量，η_i,d满足如下的约束条件：机组的开机费用可表达为：F_i,d,U＝η_i,dK_i其中K_i为第i台发电机组的单次开机费用；(3‑10)发电机组最大启停次数约束：首先定义启动与停机的切换变量，如上所述，η_i,d表示第i台发电机组在d天是否切换到启动状态；同样定义γ_i,d表示第i台发电机组在d天是否切换到停机状态，γ_i,d满足如下条件：相应第i台发电机组的启停次数限制可表达如下：其中，η_i,max、γ_i,max分别为机组i的最大启动和停机次数。(3‑11)电力系统中具有多台发电机组的电厂运行方式约束，表达式：其中，Φ_k是电厂k包含机组的下标集合，是电厂k的最小开机台数；(3‑12)电力系统中线路潮流约束，表达式为：其中，为电力系统中线路l的潮流传输极限，G_l‑i为第i台发电机组所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，K为电力系统的节点数量，G_l‑k为节点k对线路l的发电机输出功率转移分布因子，D_k,t为节点k在优化控制时段t的母线负荷值，以上参数均由电力系统调度中心获取；(3‑13)电力系统断面潮流约束，表达式为：其中，分别为断面L的潮流传输极限，由电力系统调度中心获取，l为属于断面L的线路；(4)利用大规模混合整数规划方法，求解由步骤(2)的目标函数和步骤(3)的约束条件组成的优化控制模型，得到电力系统中各发电机组的有功功率P_i,t，实现基于梯级水量匹配的电力系统发电机组有功功率控制方法。