基于SSA-LSTM模型的水电站能效综合评价方法

随着我国电力体制改革不断深化,水电已告别传统粗放型发展模式,亟需配套更为成熟、通用的能效评价体系指导水电运行调度工作。因此,提出一种基于深度学习的水电站能效综合评价方法,引入长短期记忆网络(LSTM)构建水电站理论发电量模型,对于给定的原始发电序列,利用奇异谱分析(SSA)提取出其趋势项、周期项及噪声,对前二者分别构建LSTM网络模拟后叠加得到理论发电量计算结果,在此基础上提出相对增发效益指标、能效相对提高率指标,利用熵权法得到水电站综合得分值,进而对南部某省12座电站进行能效评价。结果表明,该方法可以充分反映水电在调度运行中的能效特点,研究结果对优化水电站调度策略、提高水电调度水平具有借鉴意义。

多时间尺度嵌套的梯级水电可承载风光资源规模研究

随着双碳目标的提出,我国能源结构正逐步以依赖化石能源转向以可再生清洁能源体系为主。然而以风电和光伏发电为代表的清洁能源因出力波动性与不确定性难以单独运行并网消纳。水电站具有良好的调节能力,可与风电场、光伏电站联合运行,平抑新能源发电的不稳定性。我国西南地区水能资源丰富,建设有大量具有调节性水库的梯级水电站,将梯级水电与流域周边风电、光伏资源互补运行,充分利用梯级水电的调节能力打捆外送优质电能是实现能源转型的重要手段。为量化梯级水电站对风电、光伏资源的承载能力,提出了水电中长期优化调度—水风光短期优化配置的嵌套计算模型。以水电中长期优化调度计算结果确定短期调度计算边界,在短期调度时调整风电、光伏规模,以源荷匹配度最大、发电量最大和弃电率最小为目标进行优化调度,采用分层嵌套策略进行解耦,以计算梯级水电站可承载的风电、光伏资源规模。应用该模型于雅砻江流域梯级水电站群,计算得到雅砻江流域“三库七级”梯级水电站承载风电、光伏资源规模。研究结果表明:考虑2025规划水平年以及5%弃电率约束,雅砻江流域梯级水电可承载风电资源规模139.6万kW、光伏资源规模1074万kW。研究成果对优化流域内水风光多能互补发电系统具有参考价值。

考虑上游来水影响的中长期径流预报

雅砻江流域地面气象站点不足、分布不均,难以获得精确的流域面降雨资料,加之传统中长期径流预报模型泛化能力有限,中长期径流预报存在较大瓶颈。充分考虑流域水库间的物理联系,基于上下游水库流量变化在时空上的相似性,对1957年~2020年锦屏一级水库和二滩水库的历史月径流数据进行主成分分析,使用BP人工神经网络、随机森林和支持向量回归3种机器学习方法建立3种径流预报模型,通过决定系数R^(2),合格率Q R以及平均相对误差MRE三项指标构成的评价体系对预测结果进行评估。结果表明,上游水库对于下游水库的入库流量具有显著影响,且3种模型在二滩水库中长期径流预报上均具有较好的预报效果(R^(2)>0.8、Q R>0.7、MRE<0.2)。随机森林模型模拟效果整体优于BP人工神经网络和支持向量回归模型,3种模型均具有较好的实用性,能为流域水资源精细化调度及科学管理提供数据基础。

水电主导现货市场优化出清研究

针对传统以购电经济性为唯一目标的市场出清中梯级水电一边缺水一边弃水的水-电不匹配问题,本研究结合梯级水电运行特性,提出一种水力、电力、价格3因素耦合的出清方法。首先,梳理了梯级水电出清后缺水和弃水两种水-电不匹配的工况,提出用水-电耦合度指标来度量水量与电量匹配的程度,并给出了水-电耦合度的计算方法。其次,建立了适用于水电主导电力市场的水力、电力和价格耦合出清模型,设计了购电成本最小化和水-电耦合度最大化两个目标函数。为了提高模型求解效率,提出模型结构分层、搜索空间缩减和计算时段合并的模型求解综合降维策略,并基于价格排序-粒子群耦合优化算法实现模型求解。最后,以四川省串并混联开发的“3梯8站”组成的虚拟市场进行日前模拟出清。结果表明:与传统以经济性为唯一目标的出清模型相比,水-电-价耦合出清模型的购电费用不变,但水-电耦合度提高了1.57%,证明水-电耦合度最大化目标的加入不会增加购电成本,但对减少出力不足、提升出清结果的可执行率和降低弃水都有显著成效;所提求解策略降低了模型复杂度,提高了求解效率,为解决梯级水电现货市场出清中水-电-价的不耦合问题提供了新思路。

含混合式抽水蓄能电站的水光蓄日内互补运行研究

在传统水电机组基础上加入可逆式机组构成混合式抽水蓄能电站增加水电调节能力,可与光伏电站联合运行,平抑新能源发电的不稳定性。为研究不同季节典型日下,含混合式抽水蓄能电站的水光蓄互补运行方式,构建以发电量最大和出力波动最小为目标的水光蓄互补运行短期调度模型,提出双层嵌套模型求解思路,考虑光伏出力的波动性,求解不同运行工况下含混合式抽水蓄能电站的水光蓄互补运行短期调度模型。计算结果表明,在不同来水及不同光伏出力过程的前提下,混合式抽水蓄能电站可采取不同运行工况以满足目标函数,不仅可以促进光伏并网消纳,还可增加水电发电量,减少弃水,为大量光伏资源并网下混合式抽水蓄能电站运行方式提供参考。

大规模水能富集电网短期多目标嵌套多能互补运行方式研究

在“双碳”的背景下,亟需深入研究如何促进多能互补系统内不同能源之间的协同作用,促进能源深度融合。针对这一问题,在考虑水能富集地区大规模电网不同断面输送电任务的情况下,提出一种区分内外层,逐层递进优化并尽可能消纳风光清洁能源,且兼顾全网源荷匹配程度的多目标嵌套多能互补模型,两层均采用混合整数线性规划算法(MILP)进行求解。内层立足于断面角度,以通道利用率最大化为目标,将水风光打捆进行互补优化,使其出力最大化,尽可能占满通道。外层立足于全网角度,以源荷匹配最大化为目标,采用全网水风光电源联合调节后的剩余负荷波动最小来表达源荷匹配目标,使剩余负荷平稳。本文以西南某水能富集地区大规模电网为研究对象,包含304座水电站,12个断面,选取夏秋丰水期和冬春枯水期风光峰谷差最大日、风光平均发电日共4个典型日进行模拟计算,得到电网丰水期平均通道利用率约为80%,枯水期平均通道利用率约为40%,丰枯期内全网剩余负荷波动率均小于5%。得出以下结论:在夏秋丰水期,水风光系统可为电网提供更多电能,在冬春枯水期,水风光系统出力过程更为稳定。在风光出力平稳时期可为电网提供更多电能,同时使得电网运行更为稳定。本次研究成果对大规模水能富集地区电网多能互补优化调度运行提供参考。

基于FT-MILP算法的大规模水电中长期优化调度研究

随着国内水利事业的快速发展,水电系统规模不断扩大,已有的模型设计通用性不强,优化调度维数灾问题日益凸显。为此,采用森林结构(FT)描述水电站群拓扑结构,利用混合整数线性规划算法(MILP)对模型中非线性函数进行分段线性插值处理,构建了基于FT-MILP算法的大规模水电系统中长期优化调度模型。以我国四川地区大型水电基地277座水电站为例,将所提FT-MILP算法与传统POA算法进行优化调度计算,并将优化调度结果与实际运行结果相比。结果表明,在丰、平、枯水年,大规模水电场景下,FT-MILP算法的水库群总发电量分别为传统POA算法的99.27%、99.14%、99.55%,计算效率约为传统POA算法的20倍,丰枯电量比分别由实际运行的2.26∶1、2.13∶1、1.98∶1减少为1.79∶1、1.70∶1、1.62∶1。因此FT-MILP算法在牺牲少量理论发电效益的同时,大幅缩短了计算耗时,且优化了丰枯出力结构,对于研究我国巨大规模的水电优化调度问题有一定的借鉴意义。

基于二次分解和JSO-TCN模型的短期光伏功率预测

针对光伏功率数据稳定性低、波动性大以及通过单一模型难以全面捕捉信号非线性特征的问题,提出了一种基于二次分解和JSO-TCN模型的光伏预测模型。该模型首先通过自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)对实际光伏功率数据进行分解;然后分别计算各分量的样本熵,并通过K-means++聚类为高频、中频和低频3个分量,再利用变分模态分解(VMD)对熵值最高的模态分量进行二次分解;最终将处理后的数据输入到时序卷积网络(TCN)中并采用水母优化算法(JSO)对TCN进行参数优选。以西南地区某光伏电站为例,相比于其他模型,本模型在3类指标上均具有优势,决定系数(R 2)为98.29%、平均绝对误差(MAE)为0.481 MW、均方根误差(RMSE)为0.674 MW。由此可知,基于二次分解和JSO-TCN模型预测精度高、误差小,能够为该地区电网调度提供参考。

调节性水电容量补偿方案设计研究

为缓解目前单一制电价政策下调节性水电在电力市场中的不利地位,亟需配置合理的容量补偿机制。研究以调节性水电为对象,结合我国电力系统实际,采用固定容量价格机制下的未补偿成本法作为容量补偿电价核定方法,建立了一套兼具实用性和可操作性的水电容量补偿方案,并对长江流域某地6座新投调节性水电站进行测算,对比验证了方案的实施效果。结果表明,设计的补偿方案意义明确,适应性强,测算结果合理。

分时电价下梯级水电站日优化调度模型的探讨

梯级水电站日优化调度模型在考虑电网负荷要求和梯级水电站各机组的振动区的前提下,采用电网允许的峰平谷负荷比约束日内各时段的出力,达到了减少机组起停次数的目的。模型采用动态定出力求解,以梯级电站发电收入最大化为目标,并用实例对此模型进行了计算。计算过程和结果表明,动态定出力求解时间短,优化结果与目前的电网需求相一致。

基于ROMAX的球轴承转子系统动态性能分析

滚动轴承转子系统在旋转机械系统中得到广泛应用,其动态性能对旋转机械有着重要的影响。基于Romax软件建立球轴承转子系统的动力学分析模型,通过算例分析了工况参数和结构参数对球轴承转子系统动态特性的影响规律,并通过实验结果验证了Romax对轴承性能预测的准确性。研究发现球轴承的接触角、内外圈沟曲率系数与安装位置对轴承的刚度、寿命与转子系统临界转速等动态性能有较大影响。工程中需要选择合适的结构与工况参数以满足转子系统的性能要求。

风光接入下瀑布沟水电站短期调峰优化调度研究

针对水风光一体化清洁能源基地中,风光接入后水电站调峰运行遭遇挑战的问题,文章以瀑布沟水电站及周边风光电站为研究对象,探讨风光接入对于水电站运行情况及调峰能力的影响。建立以源荷匹配最优和弃电量最小为目标的短期调度模型,采用基于电网负荷原则的方法优化初始调度线生成并使用POA算法求解模型。结果表明,接入风光后,瀑布沟水电站午后水位升高;出力过程改变,午间电量存续至夜间发出;调峰能力随径流丰枯有不同程度的削弱。该研究给水电站在异质能源互补运行背景下的优化调度提供参考。

基于联合国CDM评价的梯级电站节能调度效益智能评价系统

介绍了中国节能调度效益评价现状,开发了基于联合国CDM执行理事会效益评价算法的梯级电站节能调度效益智能评价系统,详细阐述了系统设计、系统架构、系统功能和联合国CDM执行理事会梯调效益评价算法。利用Visual Studio.NET2008、Web Services和Oracle数据库技术实现了系统研究并完成了开发设计。系统采用3层B/S结构,通过Internet远程访问和管理,界面友好、移植性强、自动化程度高。效益智能评价系统集数据自动读取、智能计算、管理等功能于一体,并已应用于多个梯级电站,效果良好。

市场环境下梯级水电站间发电补偿效益研究

为解决现有梯级水电发电补偿效益核定及分摊方法的不足,提出基于"等效电量"概念的"核定电量"补偿效益计算法,建立能够同时兼顾各电站主观偏好且保持群体一致性的效益协调分摊模型。新计算法考虑市场环境下的分时电价差异和电网对电站增发电量的吸收限制,且相关参数均由实际运行资料率定而成,使得计算结果更贴近实际值。新模型依据各方协商确定的分摊原则,先以单站分摊比例最大为目标获取个体偏好下的分摊原则权重向量,然后按照群体一致性原理求得各分摊原则的群体权重,最后以距离不同分摊原则的分摊结果最近为目标计算各电站的分摊比例。计算实例表明:补偿效益核定结果公平、合理,符合事实;补偿效益分摊结果更好地反映了梯级中施益电站与受益电站在补偿效益产生中的作用大小,易被各方接受。

流域梯级水电站经济运行效益评价体系研究

针对现行水电站经济运行效益考核办法存在的问题和不足,为合理评价梯级水电站经济运行效益,并为今后工作的改进提供指导,基于现有水电站经济运行评价办法,分析了流域梯级水电站经济运行效益影响因素,构建了一套定性和定量指标相结合的指标体系,并给出了相应的评分办法。该套评价体系选择的指标较全面,避免了采用单一指标评价的片面性,为今后制定梯级水电站经济运行效益评价办法提供了新思路。

BP人工神经网络模型在溪洛渡、向家坝两库联合优化调度规则中的应用

基于BP人工神经网络算法的基本原理,采用水库水位与出力双决策控制,建立了溪洛渡、向家坝两库联合调度函数的BP人工神经网络模型。模拟调度结果表明,该模型能更好地映射调度函数中各变量之间的非线性关系,优化运行轨迹的拟合效果明显提高。

基于POA优化的双江口水电站对下游梯级发电补偿效益研究

为分析大渡河双江口水电站补偿调节对其下游梯级电站的发电补偿效益,建立了发电量最大化兼顾最小出力最大化的中长期水库群优化调度模型,采用逐步优化算法(POA)求解模型,比较分析了有无双江口水电站补偿下的梯级发电情况,研究了双江口水电站对大渡河梯级的发电补偿效益。结果表明,双江口水电站对下游梯级的发电补偿效益显著,其补偿调节可增加大渡河双江口以下24个梯级多年平均发电量约31.2×108kW·h,增加多年平均枯水期电量约60.2×108kW·h,提升多年枯水期平均出力166.6×104kW,提升多年枯水期最小出力205.5×104kW;按照目前上网电价水平,并考虑分期分时电价的情况下,双江口水电站的补偿调节可增加其下游24个梯级收入共计19.101×108元(含税)。

基于小波分析的BP网络预测模型及其在年径流预测中的应用

鉴于小波变换序列中尺度系数系列和小波系数系列变化特征存在较大差异,提出了一种新的小波分析与BP网络结合方式,即建立两个BP网络分别对两类系数系列进行预测,再对各小波变换系数的预测值进行小波重构,获得原序列的预测值。将该模型应用于二滩电站入库年径流量预测,结果表明该模型预测精度高,可为水电站提供可靠的入库年径流预测结果。

基于K值分时段反向率定法的梯级水电站节水增发电考核

针对目前水能利用提高率计算中出力系数K值的选取方法会造成计算结果出现较大误差甚至错误的问题,将考核时段划分为n个分时段,每个分时段取一个K值,提出了K值分时段反向率定法,将其率定的结果应用于梯级水电站节水增发电考核中。结果表明,梯级各电站水能利用提高率计算结果均在合理范围内,同时与采用年均K值计算的结果进行比较,发现两者相差较大,且后者可能造成不合理的计算结果,由此得出K值分时段反向率定法的合理性和有效性。

巨型水电站厂内经济运行及效益分析

目前,水电站厂内经济运行的实际应用在中小型水电站上取得了较好的成效,而在巨型水电站上却缺乏深入的研究。以瀑布沟水电站(发电容量3 600 MW)为研究实例,根据巨型电站的实际生产运行情况,充分考虑了其所担负的电网调峰、调频的任务,增加了避免机组出力大面积转移的约束条件;以水电站耗水量最小为目标,建立了准实时优化分配的数学模型,采用改进的时间-空间动态规划算法进行求解。计算结果显示瀑布沟电厂日发电耗水率由2.652 m3/(kW×h)下至降2.585 m3/(k W×h);厂内经济运行可将经济效益提高近2.5%;平均计算耗时0.168 s。与采用遗传算法(genetic algorithm,GA)计算所得结果对比表明,该模型求解精度高,运算速度快,有较强工程实用价值,是一种提高巨型水电站水能利用率和发电效益的有效方法。