考虑新能源消纳的黄河上游水电站群生态优化调度研究

为降低黄河上游水电站群调度中新能源消纳对河流径流情势和生态完整度的影响,以河流径流情势变化最小、水电站群发电量最大、发电出力平稳性最高为目标,建立了风水光多能互补系统生态调度模型,采用多目标进化算法求解,探讨了多能互补系统发电出力、新能源消纳及河流生态保护之间的均衡关系。结果表明:水电站群发电量和河流生态保护目标之间呈现明显的竞争关系,多能互补系统的发电出力波动越大,水电站群发电量越大,径流情势变化也越大;入库径流量越大,水电站群生态调度对径流情势的影响越小;多能互补系统生态调度对径流情势的影响主要集中在年发生高/低流量脉冲次数和流量平均增加率/减少率这两项指标,在枯水年发电量最大的调度结果中,年发生低流量脉冲次数和流量平均减少率指标的变化最大。

兼顾本地与直流受端电网调峰需求的水电站群短期优化调度模型

面对巨型水电站群高压直流送端电网和受端电网日益严峻的调峰压力,建立了一种兼顾本地与直流受端电网调峰需求的梯级水电站群短期优化调度模型。模型以多电网剩余负荷最大值最小为目标,考虑常规梯级水电站群水力、电力约束,以及复杂高压直流输电线路运行约束,并引入直流线路与水电站之间耦合运行约束。在模型求解阶段,引入辅助变量将目标函数、水电运行约束、直流运行约束线性化,并采用大M法对直流线路与水电站之间双向区间耦合约束进行线性化,将原模型转换为混合整数线性规划模型。以中国西南地区某巨型水电站群冬季和夏季典型日为实例研究,结果表明:送端电网负荷峰谷差降幅高达100%,受端电网负荷峰谷差降幅分别达28.1%和31.6%。所提模型能够利用高压直流输电线路共享水电灵活性,有效实现多电网调峰,并保证直流输电线路运行在安全区间,可以为巨型梯级水电站群短期多电网调峰提供参考和借鉴。

基于蝙蝠算法的梯级水电站群优化调度研究

水电作为重要的清洁可再生能源,在清洁低碳发展的背景下,如何实现我国逐渐形成的大型梯级水电站群的调度运行具有十分重要的意义。水电开发持续投入的今天,不断增加同一梯级中水电站数目,传统寻优算法动态规划算法和逐步优化算法存在“维数灾”和计算时间过长问题,不断增加的梯级水电站数量对优化算法的条件难以实现。为此,引入蝙蝠算法运算梯级水电站群优化调度模型,并将其应用于浑江流域桓仁、太平哨和回龙山梯级水电站的优化调度。通过与逐步优化算法求解结果的比较分析,蝙蝠算法计算速度快、收敛效果好,优化结果令人满意。

流域梯级水电站群联合发电优化调度分析

为了提升流域梯级水电站群联合发电效率,设计了一种流域梯级水电站群联合发电优化调度方法。首先,介绍了该模型的构建原理,然后利用随机分型搜索算法(SFS)与逐步优化算法(POA)提出该模型的求解方法,最后,以QJ梯级水电站群为例,实验分析了该模型的实际应用效果。通过实验分析可知:各时间段负荷分配合理的基础上,降低了梯级水电站群的总用水量。由此表明该调度发放达到了预期要求,可将该优化调度方法推广到我国流域梯级水电站群联合发电领域。

改进量子粒子群算法在水电站群优化调度中的应用

针对量子粒子群算法求解水电站群优化调度问题存在的早熟收敛、寻优能力欠佳等缺陷,从种群初始化、进化和变异等方面提出了改进量子粒子群算法。该方法引入混沌搜索增强初始种群质量;通过加权更新种群最优位置中心改善种群进化模式并提升收敛速度;利用邻域变异搜索增加种群多样性避免早熟收敛。同时依据问题特点设计了矩阵实数编码方式与复杂约束处理方法。乌江梯级综合对比分析表明所提方法能切实保证快速获得高质量优化调度结果,有效提高梯级水能利用率,如长序列模拟调度较逐步优化算法分别减少8.9%的弃水和72.3%的耗时,是一种适用于大规模水电站群优化调度的高效实用方法。

梯级水电站群中长期优化调度的正交离散微分动态规划方法

我国特大流域梯级水电站群正在形成,这些梯级水电站群普遍具有装机规模大、级数众多的特点。随着巨型梯级水电站的集中投产,其优化调度计算规模不断增加,维数灾问题日益凸显。在分析离散微分动态规划(discrete differential dynamic programming,DDDP)算法的基础上,提出了正交试验设计和DDDP相结合的正交离散微分动态规划方法(orthogonal discrete differential dynamic programming,ODDDP)。该方法以DDDP为基础,采用正交试验设计选取具有"均衡分散,整齐可比"性质的部分状态组合,以减少方法所需存储量与计算量,进而提高计算的规模和效率。乌江干流梯级水电站群仿真调度结果表明,ODDDP在大幅缩短计算耗时的同时可获得与DDDP相近的优化结果,系统求解效率和计算规模显著提高。

大规模水电站群短期优化调度方法Ⅰ:总体概述

大规模、跨流域、跨省、跨区域已经成为我国水电调度的显著特征,并成为制约我国电网安全和经济运行的重大因素随之产生了很多新的复杂调度和运行难题,如巨型电站多振动区、跨省跨区调峰、调度运行中的复杂应用需求和应用系统中实用化求解方法问题等。本文结合工程实践经验,阐述了中国水电调度与运行管理面临的新问题和挑战,针对工程实际中出现的新问题,提出了求解大规模复杂水电站群短期优化调度的总体框架及其求解方法体系。所提出的方法已在背景电网中得到了实际应用,发挥了很好的作用。

复杂时段耦合型约束水电站群短期变尺度优化调度方法

复杂时段耦合型约束是制约大规模水电短期优化调度高效求解的主要因素之一。提出了一种水电站群变尺度优化调度方法,旨在通过增大时段步长,以弱化甚至消除时段耦合型约束,进而提高算法搜索效率,改善优化调度质量。在求解过程中,首先将原问题转换为多个具有相同调度周期、相同目标和控制需求但不同步长的水电站群优化调度问题,并按照步长从大到小的顺序依次求解各问题,面临问题的初始解由前一阶段大步长问题的优化出力结果确定,直至完成最小步长问题即原问题的优化求解。所提方法通过云南电网水电站群仿真调度实例得到验证,与单一尺度优化方法相比,结果质量和计算效率均得到不同程度地改善。

两阶段粒子群算法在水电站群优化调度中的应用

以水电站群最小出力约束下的发电量最大为目标建立了水电站群优化调度数学模型,采用两阶段粒子群算法求解。在按目标函数进行进化计算之前,先进行以最小平均出力最大为目标的第一阶段优化,并在粒子群中引入初始可行解,以提高粒子群的质量和求解效率。以云南电网统调的7库14站主力水电站群系统为例进行了计算,结果表明,该算法能有效克服“维数灾”问题,能得到高性能的优化调度结果。

三峡电力系统大型水电站群与三峡电站联合运行优化补偿调度运行方式研究

在对三峡电力系统及电网内大型水电站特性分析的基础上,以提高水电站群整体调峰能力为目标,建立了水电站群优化补偿调度计算模型;并应用该模型对三峡电力系统水电站群与三峡电站联合运行进行了优化补偿调度研究。引入了水电站群“电能价值最高”的概念,为优化目标的度量和优化模型的建立奠定了基础。研究结果表明,三峡电力系统大型水电站群 与三峡电站之间存在明显的优化补偿效益,在优化补偿调度方式下,水电站群的整体调峰能力有明显提高。

大规模水电站群短期优化调度方法Ⅱ:高水头多振动区问题

高水头多振动区是我国干流巨型梯级水电站群面临的突出运行问题之一。由于水电站需要响应复杂的系统负荷变化,导致发电水头频繁波动且幅度较大,使得机组运行要频繁跨越多个不规则振动区,严重影响水电站群及电网的安全。针对此问题,提出了求解高水头多振动区的水电站群短期调峰优化方法。该方法以机组组合为基础,分别利用动态规划技术与组合数学理论生成各组合机组的发电特性曲线与振动区,并将振动区避开策略引入逐步优化算法来进行模型求解,较好地解决了高水头多振动区调峰问题,能够高效地得到满足工程实际运行需要的计算结果,已在红水河等流域得到实际应用。

改进粒子群优化算法在水电站群优化调度中的应用研究

为克服常规粒子群优化算法易早熟、后期收敛慢且易陷入局部最优解的缺点,本文提出一种新的惯性权重系数更新策略——自适应指数惯性权重系数(SEIWC)代替线性递减惯性权重系数(LDIWC),同时,将遗传算法中的染色体交叉、变异思想引入粒子的更新策略,提高粒子的多样性,增强算法的全局搜索能力。使用Rosenbrock函数和Schaffer函数验证了改进粒子群优化算法的有效性。以福建电网闽江流域水电站群优化调度为例,建立基于改进粒子群优化算法的库群长期优化调度模型。计算结果表明,该模型的调度结果显著优于常规粒子群优化算法,与逐步优化算法结果水平相当。

三峡梯级和清江梯级水电站群联合调度研究

为了计算三峡和清江两梯级水库群联合调度的补偿效益,为流域管理模式提供决策依据,本文以发电量最大和保证出力最大为目标,建立了梯级单独调度和系统联合调度二个数学模型。在相同计算条件下,采用一维、二维离散微分动态规划法,以及大系统分解协调法分别进行求解。计算结果表明,系统联合调度后增加电量1 826×106kW.h,增加保证电力440MW,补偿效益很显著。

分时电价下水电站群短期优化调度模型研究

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。

基于支持向量机的梯级水电站群中长期调度计划制定及评价

针对国内外水电站实际调度水平与优化调度理论间差距普遍较大的现状,基于确定性优化调度成果,运用支持向量机理论建立了水库水电站实际运行的中长期调度计划,以提高水电站实际运行调度水平。结合决策变量与相关因子筛选、训练样本与预测样本划分、模型参数优选等技术处理,将调度计划应用于金沙江—长江中游水电站群中的4座月调节性能以上水电站,预测结果表现出了良好的拟合精度。进一步模拟调度计划,指导梯级水电站群长系列调度运行,结果表明,模拟运行较好地继承了确定性优化调度在发电量、发电保证率及发电过程方面的效益,证实了该方法的可行性和有效性,为梯级水电站群实际优化运行提供了有力的技术支撑和决策支撑。

水电富集电网大规模水电站群短期实用化调度方法

超大规模水电站群优化调度"维数灾"和结果实用性问题是水电和电网运行面临的重大理论和实践难题。该文以我国西南水电富集电网百座级水电系统为工程背景,提出考虑调度特征降维的水电短期实用化调度方法。结合系统层级、空间属性、任务要求、计划特殊性等调度特征进行水电站分类分组降维求解,提出基于调峰响应的弃水修正策略和低谷时段负荷均衡削减策略,实现固定调度方式电站的校核分析与出力调整;针对中小流域梯级水电站,以总出力过程为控制条件,以总耗水最小为目标,优化梯级电站间负荷分配;针对大型流域梯级和主要水电站,构建调峰调度模型,提出平衡电站等负荷率调度方法,实现系统调峰响应和全时段负荷平衡。通过云南电网162座水电站日前计划编制实例验证,该方法能够快速给出合理的水电调度结果,满足电网实际运行的时效性和实用性要求。

水电站群联合调峰调度均匀逐步优化方法

由于受到系统规模逐年扩大、调度要求日趋精细和约束集合日渐庞杂等诸多因素影响,如何快速制定合理的发电调度计划是水电站群联合调度面临的关键科学难题,集中体现在初始解的快速生成机制、决策空间的科学辨识模式以及行之有效的优化调度方法等3个方面。为此,从工程实用化角度出发,提出求解水电站群联合调峰调度问题的均匀逐步优化方法。该方法首先依据水电系统相邻日运行工况估算各水电站可能发电能力,并由上游到下游依次采用切负荷方法来快速生成初始解;然后将多阶段决策问题分解为若干两阶段子问题进行求解,并将均匀试验设计耦入各阶段决策变量集合的构造工作,指导算法优选少数富有代表性的决策变量,大幅减少运算量与存储量,进而降低方法的计算复杂度;同时,在寻优过程中将多重复杂运行约束统一集成至指定约束,以动态辨识可行搜索空间,进而降低算法的计算消耗。工程应用结果表明,所提方法可快速获得满意调度结果,能够切实服务于水电调度运行工作的开展。

梯级水电站群长期发电优化调度多核并行机会约束动态规划方法

随着巨型梯级水电站群陆续竣工,水电在电力系统中的比例进一步提升,极端干旱天气对电力系统的安全性影响越来越大。为此,提出同时考虑系统发电保证率和出力破坏深度的梯级水电站群长期发电优化调度多核并行机会约束动态规划方法。该方法将发电保证率和出力破坏深度约束处理成余留效益函数中的拉格朗日项和惩罚项,应用Fork/Join多核并行框架实现单时段内所有离散变量组合并行求解。通过动态更新的拉格朗日乘子和惩罚系数迭代生成多组调度规则,根据模拟调度结果选取最优调度规则。以澜沧江下游梯级水电站群为研究背景,在不同配置环境下开展方法验证,得到的调度规则可以同时满足保证率和破坏深度控制要求,且计算耗时大幅度缩减,为更深入了解梯级水电站群调度运行规律提供更高效的手段。

梯级水电站群蓄能控制优化调度方法

近些年频发的极端干旱气候条件对特大流域水电系统提出了更精细化的蓄能控制要求。该文考虑蓄能轨迹约束,提出一种基于等蓄能线的梯级水电站群蓄能控制优化调度方法。引入可行域预压缩策略,采用数学组合理论和等蓄能线,依蓄能控制指标建立各时段梯级水库可行水位组合曲面,将蓄能控制下的优化问题转化为无约束问题,并采用动态规划实现高效求解。澜沧江中下游梯级水电站群调度结果表明,通过精细化控制梯级蓄能可以有效提高发电效益,降低供电破坏风险,与常规约束优化方法相比,所提方法高效快速、切实可行。

按日负荷图运行的梯级水电站群短期效益比较

为了适应电力市场环境下电网的需求,最大限度地发挥梯级水电站群的效益潜力,建立了按日负荷图调度的梯级水电站日调度模型,采用丰、平、枯三个典型年的日流量过程,计算某流域梯级水电站群在不同投产期下的各电站组合的单独运行与联合运行效益,在此基础上进行综合效益对比分析。结果表明,梯级水电站群短期联合运行效益较单独运行增幅明显,且随着投产期的推进电站组合中电站数量的增多,增幅有递增的趋势,经济效益显著,对落实国家节能减排政策以及促进环境保护低碳发展具有重要意义。