Optimal Scheduling Strategy for Energy Consumption Minimization of Hydro-Thermal Power Systems

A comparison analysis based method for computing the water consumption volume needed for electric energy production of optimal scheduling in hydro-thermal power systems is presented in this paper. The electric energy produced by hydroelectric plants and coal-fired plants is divided into 4 components: potential energy, kinetic energy, water-deep pressure energy and reservoir energy. A new and important concept, reservoir energy, is proposed, based on which is divided into a number of water bodies, for example 3 water bodies, and a reservoir is analyzed in a new way. This paper presents an optimal scheduling solution of elec-tric energy production of hydro-thermal power systems based on multi-factors analytic method, in which some important factors, such as load demand, reservoir in-flow, water consumption volume increment rate of hydroelectric plants or converted from coal-fired plants, and so on are given to model the objective function and the constraints. A study example with three simulation cases is carried out to illustrate flexibility, adapta-bility, applicability of the proposed method.

考虑可再生能源配额的风水火多能源电力系统年度调度模型

通过分析配额制的实施对购电策略的影响,建立考虑可再生能源配额的风水火多能源电力系统的年度调度模型。为减小计算负担,将月度的负荷与风电用数个典型场景及其占比来表示。提出能够自动选择最佳聚类数的改进k-means算法,并应用于典型场景生成过程中。将同一天的负荷与风电的历史数据曲线拼接为一条功率曲线,并基于改进k-means算法进行聚类,得到考虑负荷与风电时序相关性的典型场景。仿真结果表明:(1)所提典型场景生成方法对年度电量刻画的精度平均提高了12.7%,由其所生成典型场景的平均符合率提高了20.25%,所提方法具有更好的年度电量刻画效果和更高的平均场景符合率;(2)当绿色证书的价格高于风电与火电价格差值时,实施配额制后能够提高风电的消纳量,这对绿色证书价格的确定具有重要参考价值。

考虑碳交易的火风光蓄联合系统随机经济调度

双碳背景下,碳排放交易机制与多种能源互补发电机制是中国实现碳减排目标和可持续发展的重要机制,提出了一种计及碳交易的多能源系统优化模型,在缓解火电机组调峰压力的同时,减少二氧化碳的排放。首先,根据碳排放量构建碳交易成本模型,同时考虑煤耗成本、投油和损耗成本以及环境成本,形成最优目标函数,并将其分段线性化。其次,构建火风光蓄联合优化调度模型。第一阶段,以净负荷波动最小为目标,利用蛾群搜索算法计算出各梯级水电站的发电量,优化日负荷出力曲线;第二阶段,以综合成本最小为目标,并借助场景法描述风电随机性,构建考虑碳交易机制的火风光蓄联合优化调度模型。最后,在修改的IEEE7机57节点系统中验证所提模型的有效性。

基于蒙特卡罗模拟技术的风水火电发电系统的可靠性评估

基于顺序蒙特卡罗模拟(MCS)技术,将风能、水电和火电之间的协调纳入系统可靠性的评估中。首先,引入适当的能源指标来评估协调系统运行中可再生能源的利用率;其次,建立了由水力和火力单元组成IEEE-RTS79作为测试系统,将风电场集成在水电和火电的IEEE-RTS79系统中;最后,测试评估了风电、水力和火力机组的协调对整个系统的可靠性以及对风力和水力利用量的影响。研究结果表明:系统的可靠性和水库的储水量及水电机组数量有关,同时系统的可靠性随着风力渗透率的增加而提高。对改进的IEEE-RTS79可靠性系统的评估分析验证了评估模型的有效性,为电网及系统运行方式的规划提供重要参考。

大规模水-火电力系统最优潮流的现代内点算法实现

讨论了如何将现代内点非线性规划算法具体实现的问题。首先,定义了简约修正方程的变量和行的排列顺序,对简约修正方程进行行列变换,导出了一种由4T4T(T是调度周期)块状对角子矩阵组成的新的数据结构。此数据结构与节点导纳矩阵的结构相似,从而原问题的结构得到了充分利用,使得HTOPF问题易于编程与求解。为了清楚起见, 以一个4节点的简单电力系统为例展示了简约修正方程实现的过程。仿真结果表明: 所提算法具有良好的收敛特性和合理的计算时间,对于求解大规模系统问题具有广泛的应用前景。

基于可信性理论的水火电机组检修计划

水电机组同时存在着水电电量模糊性和机组强迫停运的随机性这两类不同的不确定性,因此水火电机组检修计划本质上是一个具有随机模糊双重不确定性的混合整数优化问题。但是,因概率论与模糊论在基础数学领域内是相互独立的理论体系,传统的机组检修计划只能对随机性或模糊性这两类不确定性中的一类进行建模,然后采用随机规划或模规划来求解。可信性理论是2004年基础数学领域完成的数学分支,它给出了基于测度论的模糊论公理化体系,并提糊供了随机性与模糊性综合评估的严格数学基础。文中基于可信性理论,建立了水、火电机组检修计划的混合整数随机模糊双重不确定性优化模型(原始模型),并在这一个模型中同时考虑随机性与模糊性2种不确定性。利用Benders分解法,将原始模型分解为多目标整数规划(主问题)和随机模糊规划(运行子问题)2大问题进行分散协调,利用改进Balas算法求解主问题,综合利用可信性理论与半不变量法求解运行子问题。对吉林电力系统中的95台机组安排了全年的检修计划,结果表明:该算法和软件在实际系统中应用是可行、有效的。

基于自适应混合差分进化算法的水火电力系统短期发电计划优化

针对水火电力系统发电计划优化问题,引入差分进化(differential evolution,DE)算法,提出了一种自适应混合差分进化算法(adaptive hybrid differential evolution,AHDE)。该算法在计算过程中自适应调整交叉算子,保持了种群的多样性,提高了算法的全局搜索能力,克服了DE在寻优过程中容易早熟收敛的缺点。同时针对AHDE难以处理实际工程中复杂约束条件问题,提出了一种适合AHDE的约束处理方法。将AHDE应用于求解某水火电力系统的发电计划优化问题,与其他求解方法的对比表明,AHDE求解精度高、计算速度快。

基于合作博弈论和工程方法的调峰费用分摊

枯水期,水电装机比重较大的水火电系统的调峰任务基本上由水电承担。然而,在市场机制尚没有建立的前提下,水电调峰价值没有细化在政府核定的上网电价中。以我国西北电网枯水期的调峰问题为研究背景,基于合作博弈论提出水电机组调峰费用分摊方法,分析了分摊机制的单调性、超加特性、凸博弈特性,提出若干方法克服Shapley值计算中的组合爆炸问题;基于工程方法提出水电机组调峰费用分摊方法,该机制在统计机组调峰里程的基础上给出对各机组的调峰费用分摊。最后,通过对某4机8节点系统以及西北电网的仿真分析验证了分摊方法的有效性。

区域电网水火电系统短期协调控制方法及应用实践

以我国水电主要受端华东电网为背景,提出了特高压直流水电和区内多电源混联的水火电系统短期协调控制方法,以多电网调峰为优化目标,耦合逐次关联搜索、改进切负荷以及直流水电网间协调分配方法和抽水蓄能电站状态交替搜索方法,优化水电、火电、直流联络线和抽蓄电站等电源出力,并以峰荷差异合理分配网间受电,满足多个省网调峰要求。所提方法已集成到华东网调水火电协调优化系统,并通过华东电网某年实际调度数据验证了方法的可行性和实用性。

有抽水蓄能电站的联合电力系统优化调度模型和算法

本文介绍了一组有抽水蓄能电厂的电力系统优化调度的模型和算法，包括机组的最优起停。用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ松弛法将问题分解为多个子系统，对协调级建议一种灵敏系数法代替常规的次梯度法、速度快适应性好；火电机组组合采用分解的方法，对抽水蓄能电厂的模型作了详细的描述，考虑了上、下游水库水位变化的影响。提出一种最大增益网的算法，可最优选择日抽水量。相应的模型和算法已成功地用于实际系统，并用于运行计划及效益分析的计算．证明了其合理性及有效性。

求解水火电力系统短期发电计划的粒子群优化算法研究

提出求解水火电力系统短期发电计划的新方法———粒子群优化算法。实例研究表明,该方法优化能力高于遗传算法和进化规划。同时对全局搜索粒子群优化算法和局部搜索粒子群优化算法在求解水火电力系统短期发电计划时的动态收敛特性和计算效率等进行了对比研究,结果显示,局部搜索粒子群优化算法更适合求解水火电力系统短期发电计划的复杂问题。

水火电力系统多目标环境经济调度模型及其求解算法研究

通过综合考虑发电费用最小及污染气体排放量最小这两个调度目标建立了水火电力系统多目标环境经济调度模型,并提出一种混合多目标差分进化算法对模型进行求解。该算法针对多目标优化问题的特点对差分进化算法的算子进行了修正,并基于混沌序列提出一种参数自适应调整策略以克服算法参数率定的难题。设计了一种二次变异算子来防止算法陷入局部最优。针对不同类型约束特性提出一种约束处理方法。实例计算结果及对比分析验证了所提方法的可行性和有效性,为实现水火电力系统实现经济与减排双目标均衡优化提供了一条崭新途径。

三峡电力市场优化调度系统及算法

介绍了用于三峡电力市场优化调度的数学模型、算法和部分应用结果。三峡—葛洲坝大型梯级水电站与三大区、八省 (市 )的电力系统相连 ,模型考虑了各种水力和电力约束 (水头变化、回水影响、航运约束等要求 ) ,采用了新的可加速收敛的夹逼可行方向法和可以从不可行初始解处开始计算的广义 out- of- kilter算法 ,并利用了大型线性规划问题可分的特性 ,使该超大型的复杂非线性规划问题变得容易求解。文中用此模型和算法研究了三峡电力市场面临的多种决策问题 。

水火联合电力系统中期经济调度系统的研究

根据大型电力系统的特点采用了多阶梯负荷模型,并采用相应的非线性网流法求解水火联合电力系统的中期经济调度问题。在调度系统设计中考虑了实际电网的各种特殊运行情况,并具有能够进行跨月滚动计算等实用功能,所使用的模型和算法可用于统一调度及电力市场。实践证明该系统是实用和有效的。

机组调峰的价值量化与费用补偿

在水风火复合系统,水电调峰对系统经济运行具有重要价值。建立了水风火复合系统的经济调度模型,将该经济调度模型建模为混合整数线性规划问题,使得提出的水风火复合系统经济调度模型可以采用商业优化软件GAMS高效求解。根据经济调度模型量化机组调峰价值,最后基于Shapley值方法和调峰峰里程方法进行机组调峰的费用补偿。通过对某5机8节点系统的仿真分析验证了机组调峰价值量化方法和调峰费用补偿方法的有效性。

水火电联合系统中水轮机及其调速系统对低频振荡的影响

以水火电三机联合系统为例,提出了多机系统的低频振荡研究模型,综合考虑了励磁调节系统、汽轮机调速系统和水轮机及其调速系统的作用,对不同状态下的特征根进行了比较,并做了振荡模式的相关性和灵敏度分析,结果表明了水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡模式的影响不可忽略.

水火发电系统随机生产模拟的两阶段定区间等效电量函数法

针对等效电量函数有效区间在随机生产模拟过程中不断变化的性质,通过平移变换得到了固定的有效区间,提高了计算效率。基于等效电量函数法误差来源的分析,提出了两阶段定区间等效电量函数法。第一阶段进行水火电带负荷位置的协调优化,根据系统负荷及各机组容量的"最大公因子"确定尽可能大的模拟间隔,以在不损失精度要求的前提下提高计算效率;第二阶段仅对存在空闲容量的水电厂进行模拟,采用较小的间隔以提高失负荷概率(LOLP)指标的计算精度。采用IEEE-RTS 79修正及扩大系统的仿真分析表明,相比于传统的等效电量函数法,所提方法在相同的精度要求下具有更高的计算效率,特别适用于对LOLP指标精度要求较高的场合。

基于模糊优化和内点法的水火电系统短期经济调度

针对传统水火电系统短期经济调度模型在经济上的保守性,分析了在市场环境下考虑来水量不确定性的必然性和重要性,总结了目前水火电系统短期经济调度的常用方法,并指出这些方法的不足之处。在此基础上,将模糊集理论应用于来水量不确定性分析,提出了一种水火电系统短期经济调度的新方法。该方法考虑了来水量的不确定因素,用隶属度函数将来水量模糊化,以水火电系统中火电燃料费用最小和水电用水量偏差最小作为优化目标,采用模糊优化方法进行平衡,兼顾了火电和水电2个方面,并采用原对偶内点法求解该多目标模糊最优问题,具有较好的收敛性能。与传统方法相比,提出的方法较好地提高了系统的经济性。在一个测试系统的应用效果表明了该方法的有效性。

水火电力系统短期实用化调度模型及求解方法

以某电网的大型水火电力系统为研究对象,从节能降耗及与生产实际接轨的角度出发,基于水火电力系统的解耦机制,将水火联合调度问题建模为2个具有优化时序的子优化问题。在火电优化子问题中,在考虑常规约束的基础上,提出火电机组出力升降走向约束及相邻时段火电总负荷波动阈值约束,以保证火电机组出力平滑;在水电优化子问题中,考虑水电厂日平均出力约束及振动区约束,以保证水电的充分利用。采用改进的具有柔性更新策略的教与学优化算法依次求解2个子优化问题,并针对2个子优化问题中呈现强耦合性的复杂约束,设计不同的启发式约束处理方法。对含有15座火电厂和29座水电厂的某水火电力系统的日前调度进行仿真测试,验证了所提调度模型的可行性和实用性及求解方法的有效性。

计及潮流约束的水火电力系统机组组合问题的分解–协调算法

针对传统机组组合研究中因模型不够完善、约束过于简化而引起的计算准确度低和系统安全性差的缺陷,建立了考虑潮流方程和水电精确出力的水火机组组合(hydrothermal unit commitment,HTUC)模型。围绕该模型,文中首先采用广义Benders分解算法将其划分为一个混合整数线性规划主问题和一个非线性规划子问题;然后将该子问题按时段进一步分解为T个规模较小的子问题,T为调度周期。其中,主问题对应于传统的水火联合调度(hydrothermal scheduling,HTS),子问题则是包含电压、无功等变量的约束潮流(constrained power flow,CPF)。主子问题之间通过可行割进行协调,并以交替迭代的方式获得原问题的解。最后对含有46台火电机组、8个梯级水电厂的IEEE 118节点系统进行计算,测试结果表明所提算法能在较少的时间内获得高质量的解,从而为大规模机组组合问题的求解提供参考。