短期水電系統(tǒng)發(fā)電調(diào)度優(yōu)化

節(jié)能發(fā)電調(diào)度下的水電短期優(yōu)化調(diào)度方案

調(diào)度的基本原則

短期運(yùn)行調(diào)度對具備短期調(diào)節(jié)性能的水電站具備良好的意義。長期最佳運(yùn)行形勢的制定對具備長期調(diào)節(jié)性能水庫的水電站十分重要。

節(jié)能發(fā)電調(diào)度中水電短期優(yōu)化需要實現(xiàn)的目標(biāo)是需要通過長期優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)方案判斷發(fā)電用水量，并且通過短期水文預(yù)報乃至相應(yīng)電力市場信息進(jìn)行編定，通過口調(diào)節(jié)庫容將水電站的水庫調(diào)節(jié)作用徹底發(fā)揮出來 。

節(jié)能發(fā)電調(diào)度下的水電短期優(yōu)化調(diào)度規(guī)劃

在分析運(yùn)行方案時，應(yīng)當(dāng)先對廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的方案進(jìn)行研究，獲取電廠瞬時最佳運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)。為研發(fā)短期最佳運(yùn)轉(zhuǎn)形式乃至平均最佳運(yùn)轉(zhuǎn)特征給予根據(jù)，再通過平均特征為依照打造長遠(yuǎn)最佳運(yùn)行方案。在執(zhí)行當(dāng)中，需與運(yùn)行方案的研制過程不同。

預(yù)報與調(diào)度成為水電站優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)的重要方面。正確、穩(wěn)定的報道信息，對調(diào)度的決策具有決定性的作用，成為調(diào)度成功的重要保障。

電站短期優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)

將長期優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)向時段的輸入能量在較短時段中有效分配，依照電站逐口、逐小時乃至更短的時段的最佳負(fù)荷分配方案給予工作。短時間運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)度對短時間調(diào)節(jié)性能的水電站更加具有意義。長期最佳運(yùn)轉(zhuǎn)形式的制定對具備長遠(yuǎn)調(diào)節(jié)性能的水電站更加重要。

節(jié)能發(fā)電調(diào)度下的水電短期優(yōu)化調(diào)度分析

對于電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)而言，系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)成為所有方面的基本依據(jù)，發(fā)電量與調(diào)峰均屬于電站發(fā)電調(diào)度的必備要求。因為水電站操控的靈活度，常處在優(yōu)先考量調(diào)峰乃至發(fā)電的位置。對于水電系統(tǒng)的短期發(fā)電調(diào)度而言，調(diào)度是為了在具體狀況的改變下有效運(yùn)轉(zhuǎn)電網(wǎng)。通過對節(jié)能發(fā)電中的水電系統(tǒng)短期調(diào)度運(yùn)轉(zhuǎn)給予分析，對實際運(yùn)轉(zhuǎn)中遭遇的問題進(jìn)行處理 。

所有電站的狀況

通過對汛期代表口的核算，系統(tǒng)所有水電站處理的過程，從結(jié)果來看，在汛期中以發(fā)電效益為目的，所有電站均具有較高的收益，基本狀況依舊為枯水期，調(diào)節(jié)性能良好的電站通常能夠均勻發(fā)電，而調(diào)節(jié)性能不佳的電站，則通過前期儲水，而在后期進(jìn)行發(fā)電。因為汛期具有較大的入庫流量，大電站又轉(zhuǎn)為基荷，所有電站都具有較為明顯的發(fā)電趨勢，特別對于枯期自身具備相應(yīng)的峰谷顯現(xiàn)的一些調(diào)節(jié)性能較差的電站，均呈現(xiàn)出高發(fā)趨勢。一些電站出力波動過大，是因為具有始末水位阻礙等因素。汛期來水過大時，也會產(chǎn)生一些電站全天候停比的狀態(tài)，這是因為下游電站全天有棄水的因素，這一狀況需要通過調(diào)度修改或透過束縛的環(huán)境強(qiáng)行發(fā)電。比如對于平衡電廠而言，其在出力當(dāng)中具有較頻波動，因為發(fā)電量過大且汛期來水十分豐沛，因此具有滿發(fā)比例，高負(fù)荷參與比例過大。

水電系統(tǒng)出力

通過水電系統(tǒng)總出力的過程可以看出，大電站在汛期中均轉(zhuǎn)向基荷，所有電站均勻發(fā)電的趨勢十分突出，剩余負(fù)荷以及系統(tǒng)負(fù)荷相互間的峰型轉(zhuǎn)變較為平行相近。水電總發(fā)電量較高，獲取了較大的發(fā)電量收益，這一收益對于節(jié)能效益、發(fā)電能力乃至經(jīng)濟(jì)效益具有較大的助益。

汛期定電量水電調(diào)峰

通過對汛期代表口采用調(diào)峰用電的最大模型核算，獲得所有水電站發(fā)電的過程，通過這一過程可以發(fā)現(xiàn)，大部分電站的出力均在早晚高峰階段有所增加，而且與谷段以及平段具有十分鮮明的差別，有些電站在谷段則加大出力狀況，這是山于汛期來水豐沛，具有相應(yīng)的水位限制，需提高放水發(fā)電，以免水位過高。并且可以看到有些電站處理當(dāng)中基本不具備頻繁跳動的狀況，這是因為調(diào)度功能內(nèi)的平衡電廠作用，能夠通過人工的方式選擇平衡電廠，用來平衡電站的電廠最大限度參加調(diào)峰，處理當(dāng)中可以具備跳動的狀況，而其余電站在出力時則需負(fù)荷最低持續(xù)時間的束縛。為相關(guān)電站調(diào)峰時產(chǎn)生的微小跳動狀況給予解決，將實際調(diào)度與計算結(jié)果改正產(chǎn)生的矛盾給予平衡。

因為汛期來水過多，眾多電站出力進(jìn)行裝機(jī)，一些電站基本整天滿發(fā)。處于汛期階段，會產(chǎn)生電站全天候停止的狀態(tài)，主要是因為下游電站整天棄水而形成，從而盡可能少棄水而成為束縛的條件，這一狀況中，一些必須通過調(diào)度修正或透過束縛因素強(qiáng)制發(fā)電。汛期入庫流量過大，眾多電站因為滿發(fā)而令調(diào)峰效果受到阻礙。

我國當(dāng)前水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中存在的問題

電力系統(tǒng)作為有機(jī)的整體，在系統(tǒng)中所有主要設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的變更，均會對電力體系造成影響，所以并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的水電站應(yīng)當(dāng)承受并服從電力系統(tǒng)值班調(diào)度員的統(tǒng)一指導(dǎo)。對于水電站而言，值班人員在業(yè)務(wù)方面存在機(jī)、電分離或機(jī)、電不分的狀況，每班均設(shè)有值長，對當(dāng)班進(jìn)行統(tǒng)一運(yùn)行。值班長對于行政方面需通過站長或廠長進(jìn)行指揮，對于運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)方面執(zhí)行系統(tǒng)值班調(diào)度員的調(diào)度指揮 。

據(jù)分析，我國大部分已經(jīng)完成的水電站內(nèi)，大多未進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)，原因較多，比如節(jié)能思想中的問題，體現(xiàn)出不注重水電站運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)節(jié)能，并且有些水電站并不具備節(jié)能的理念，例如技術(shù)水準(zhǔn)過低，嚴(yán)重影響到水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)，雖然有些水電站已經(jīng)將經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中長遠(yuǎn)發(fā)展進(jìn)行了節(jié)能化管理，也對水電站提出了相應(yīng)的要求，可是在真正的操控當(dāng)中，并不具備真正的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，有些未對所有季度或所有月份提出水電站的節(jié)能目標(biāo)，令眾多節(jié)能理念僅處于號召的狀態(tài)。再比如：欠缺相應(yīng)的法律制度，責(zé)任體系模糊。未頒布真正的法律條例進(jìn)行規(guī)劃，節(jié)能僅僅成為模糊的觀念，未明確責(zé)任的主體，即便無法完成節(jié)能的目標(biāo)也不具備責(zé)任問題，并不會存在任何不利結(jié)果，如此會對水電站的運(yùn)行造成影響，不具備較高的節(jié)能積極性，欠缺主動性?？墒窃诩夹g(shù)環(huán)境的束縛中，眾多節(jié)能方法無法良好運(yùn)用，也無法使用新技術(shù)來減少電能的耗費(fèi)。當(dāng)前在水電站經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)的探討方式具備自身的特質(zhì)，對于各種類別的水電站而言，方法的使用也各不相同 。

節(jié)能發(fā)電調(diào)度下的短期優(yōu)化調(diào)度的重要性

水電站優(yōu)化調(diào)度的意義

進(jìn)行水電站優(yōu)化調(diào)度，成為處理資源短缺、能源緊張的一個重要方面，也成為最具意義的一個方式，受到經(jīng)濟(jì)體制改革以及市場機(jī)制競爭的影響，令水電站需要通過廠網(wǎng)分離、競價上網(wǎng)的方式進(jìn)行電力市場的運(yùn)用，從而節(jié)約成本、提升效率 。

在這一狀態(tài)下，實施水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)工作，提升水電站運(yùn)轉(zhuǎn)的管理能力，對提高水電站發(fā)電效益、保障電網(wǎng)安全運(yùn)轉(zhuǎn)具有較大的意義，也是有效運(yùn)用水資源的有效措施。

水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)容

（1）水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)容。大致包含了廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)、短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)及長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。

廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)指的是實時調(diào)度，把相關(guān)小時分配到的負(fù)荷落實于所有機(jī)組當(dāng)中，且依照負(fù)荷的實際轉(zhuǎn)變，協(xié)調(diào)所有機(jī)組的負(fù)荷，執(zhí)行實施操控。在符合電力系統(tǒng)供電所需與不轉(zhuǎn)變當(dāng)前發(fā)電設(shè)施及水工建筑物的條件下，通過充分運(yùn)用水能資源，提升電站以及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)，依照系統(tǒng)分析理論以及最優(yōu)化技術(shù)編制方案進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的工作。短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)需要將長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)分配至本時段的輸入，可以在最短的時段之間進(jìn)行有效搭配，打造出電站短期最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)形式，也就是將短期電站逐口、逐時的負(fù)荷分配以及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行確定。

（3）長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。這是將較長時期中的有限輸入能最佳分配于較短時段，打造出所有電站長期最優(yōu)的運(yùn)轉(zhuǎn)形式。將水庫優(yōu)化調(diào)度作為中心，并執(zhí)行電力系統(tǒng)長期的電力電量平衡，把水電站較長時間內(nèi)的輸入能量有效分配于較短時間當(dāng)中 。

總之，三者不僅為一體，也單獨(dú)存在，從理論而言，研究需要先通過廠內(nèi)出發(fā)，再到短期與長期，而在研究當(dāng)中則將順序顛倒。

總而言之，在電力工程的發(fā)展下，水電系統(tǒng)將山電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用實現(xiàn)最低化而將統(tǒng)一的調(diào)度方式改變成水電體系追尋相互效益最大競爭的形式，為電力市場氛圍中的電站調(diào)度迎來全新的內(nèi)容及挑戰(zhàn)。節(jié)能發(fā)電調(diào)度的制度實施，有利于資源的合理高效利用，有利于加速小火電機(jī)組的淘汰，有利于促進(jìn)電力市場的規(guī)范建設(shè)在原有基礎(chǔ)建設(shè)上，進(jìn)行短期優(yōu)化調(diào)度，使節(jié)能發(fā)電理論發(fā)揮到極致，這對我國能源節(jié)省方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。2100433B

如果電力系統(tǒng)中沒有火電廠,或電力系統(tǒng)的負(fù)荷已經(jīng)在水,火電站間分開(電力市場模式下),水電站系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行仍遵守等相對增率原則.即滿足式(13).此時問題可以表述為:已知系統(tǒng)初始庫水位和入庫徑流過程,在滿足梯級電站各種約束條件下,求各水電站的出力過程,在梯級電站保證出力最大的條件下發(fā)電量最大:

對于獨(dú)立的水電站梯級系統(tǒng),仍然可以按上述有變分原則推求的等相對增率原則安排其運(yùn)行,使得水電站群系統(tǒng)在滿足可靠性要求的前提下運(yùn)行效益最好.但由于水電系統(tǒng)有起自身的特點(diǎn),如一個水文年可以分為汛期和枯水期.在訊期,當(dāng)水電站系統(tǒng)天然出力大于系統(tǒng)負(fù)荷要求,則要安排系統(tǒng)中某些水庫蓄水;在枯水期,當(dāng)水電站系統(tǒng)天然出力不能滿足系統(tǒng)負(fù)荷要求,則需要安排系統(tǒng)中某些水庫供水.這就產(chǎn)生了如何合理安排水庫群系統(tǒng)供,蓄水的問題.對此問題做如下分析:1.供水情況在水電站梯級系統(tǒng)中,當(dāng)各電站按天然流量出力不能滿足電力系統(tǒng)動力平衡要求時,水電站就必須供水.此時,若由某電站供水,理論上則將因上游水位降低而造成后期時段來水不蓄能量的損失.不蓄能量損失的大小取決于天然流量及其分布情況,水庫動力特性和水電站動力設(shè)備特性.為發(fā)出同樣的附加電能,各水電站的不蓄能量損失是不同的,于是便產(chǎn)生了應(yīng)由哪個水電站供水的問題.下面以有n個水電站的組成的梯級系統(tǒng)進(jìn)行說明.設(shè)在時刻這部分附加出力是由自上游起之第級水庫單獨(dú)供水取得,則系統(tǒng)所得附加電能為:

式中為從水庫取用的水量,由于這部分水量流經(jīng)下游水電站時同時發(fā)出能量,所以相應(yīng)的總水頭為().設(shè)庫址處自時刻開始到供水期末天然來水總量為,上游各級水庫時刻的有效蓄水量分別為,,水量將通過水頭增量增發(fā)電能.表示第級水庫死庫容.這是因為在梯級水庫中,上游各庫之蓄水量在供水期末將會全部泄放下來.則由于第級水庫水頭降低引起的能量損失為:則供發(fā)單位電能所引起的能量損失為:在滿足系統(tǒng)要求的條件下,使梯級系統(tǒng)電能損失最小,無疑是我們追求的目標(biāo).因此,供發(fā)單位電能所引起的能量損失最小的水庫供水是有利的,系統(tǒng)中K值小的水庫供水有利.2.蓄水情況水電站系統(tǒng)中各電站按天然流量出力超過電力系統(tǒng)所需要的負(fù)荷時,需要蓄水以滿足系統(tǒng)的動力平衡要求.設(shè)在時刻這部分附加出力是由自上游起之第級水庫蓄水滿足,則系統(tǒng)減發(fā)能量為:由于水庫蓄水而導(dǎo)致水頭增加,將使系統(tǒng)后期來水的不蓄電能增加.設(shè)庫址處自時刻開始到供水期末天然來水總量為,上游各級水庫時刻蓄水量分別為,,這些水量將通過水頭增量增發(fā)電能.其中表示第級水庫的最大可蓄水量.這是因為,庫址處天然來水總量要滿足蓄水期末蓄滿以上各庫庫容,而剩余水量供發(fā)電之用.因此,提高水頭致蓄水期末系統(tǒng)可增發(fā)電能為:單位增加電能表達(dá)式為:在滿足系統(tǒng)要求的條件下,使梯級系統(tǒng)增發(fā)電能越多越好.因此,在蓄水期,系統(tǒng)中K值大的水庫先蓄水有利.上述方法可稱為K判別式法,根據(jù)判別式法原則,在蓄水期,由K值大的蓄水有利,在供水期,由K值小的水庫供水有利.基于和等相對增率法相同的原因,在實際調(diào)度中,并不求方程組的解析解,而是采用和等相對增率法相同的求解過程,來安排純水電系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行安排.從以上可以看出,從數(shù)學(xué)角度用變分原理求得的等相對增率原則和由實際物理角度求得的K判別式原則,有其很大的相通之處.3.判別K法的優(yōu)點(diǎn)與不足不足:①在推導(dǎo)判別式時(以供水情況為例,蓄水期的情況類似),在計算天然不蓄能量損失時,認(rèn)為這部分損失值決定于由該時刻到供水期總的天然來水量和由于該時段供水而產(chǎn)生的落差值即但是這種說法是存在問題的,因為本時段供水后水頭損失了,而下個計算時段或以后的計算時段,水庫根據(jù)最優(yōu)運(yùn)行要求,可能又蓄水增加了水頭,此時,自此時刻起至供水期末的所有天然來水量就并不都因而造成損失.②嚴(yán)格按照判別式規(guī)則運(yùn)行,可能對水電站水庫正常運(yùn)行帶來負(fù)面的影響.需要采用相關(guān)策略對此方法進(jìn)行改進(jìn)(水電站水庫常規(guī)調(diào)度圖).優(yōu)點(diǎn):與其他的從數(shù)學(xué)優(yōu)化(DP,POA等)角度出發(fā)建立數(shù)學(xué)模型,指導(dǎo)水電站水庫運(yùn)行方法相比,該方法物理概念明確(水電站水庫蓄能特性),應(yīng)用方便;在具體使用時候,配合運(yùn)行工作者的實際經(jīng)驗可給出近似正確結(jié)果.2100433B

未來數(shù)小時、一日、一周或數(shù)周的發(fā)電計劃。

（1）火電調(diào)度計劃?；痣姴糠种饡r段的經(jīng)濟(jì)調(diào)度計劃，在滿足系統(tǒng)負(fù)荷和安全約束條件下使發(fā)電費(fèi)用降至最低，為了核電廠運(yùn)行的安全與經(jīng)濟(jì)，多使其帶基本負(fù)荷并盡量減少其出力波動。

（2）機(jī)組經(jīng)濟(jì)組合。確定某一周期舊或周)內(nèi)各時段機(jī)組起停計劃，在滿足負(fù)荷、備用、機(jī)組、系統(tǒng)和環(huán)境等約束條件下。使整個周期發(fā)電和起動費(fèi)用（或成本）降至最低。

（3）水火電調(diào)度計劃。在水火電聯(lián)合系統(tǒng)中。對某周期中各時段進(jìn)行負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配，除滿足負(fù)荷及其他限制條件外，還要滿足各水電站發(fā)電用水條件，使整個周期內(nèi)系統(tǒng)總發(fā)電費(fèi)用（或成本）降至最低。根據(jù)系統(tǒng)情況可分為定水頭、變水頭、梯級和抽水蓄能等類型的水電站的調(diào)度。純水電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)為:發(fā)電用水量最少、棄水最最少、售電價值最高或購電費(fèi)用最少等。

（4）燃料約束調(diào)度。在發(fā)電調(diào)度計劃中考慮某些發(fā)電廠在調(diào)度周期內(nèi)(日或周)消耗規(guī)定的燃料量或發(fā)出規(guī)定的電量。

（5）交換功率計劃。確定某一周期內(nèi)各時段與其他系統(tǒng)(或公司)交換電能計劃.滿足某些約束(如功率或電量限制)條件下獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。

微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度是一種非線性、多模型、多目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的能量供需平衡是優(yōu)化調(diào)度首先要解決的問題。微電網(wǎng)作為一種新型的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)也是如此。微電網(wǎng)能量平衡的基本任務(wù)是指在一定的控制策略下，使微電網(wǎng)中的各分布式電源及儲能裝置的輸出功率滿足微電網(wǎng)的負(fù)荷需求，保證微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，實現(xiàn)微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行。

與傳統(tǒng)的電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度相比，微電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度模型更加復(fù)雜。

首先，微電網(wǎng)能夠為地區(qū)提高熱（冷）/電負(fù)荷，因此，在考慮電功率平衡的同時，也要保證熱（冷）負(fù)荷供需平衡。

其次，微電網(wǎng)中分布式電源發(fā)電形式各異，其運(yùn)行特性各不相同。而風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源也易受天氣因素影響。同時這類電源容量較小，單一的負(fù)荷變化都可能對微電網(wǎng)的功率平衡產(chǎn)生顯著影響。

最后，微電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度不僅僅需要考慮發(fā)電的經(jīng)濟(jì)成本，還需要考慮分布式電源組合的整體環(huán)境效益。這就無形中增加了微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的難度，由原來傳統(tǒng)的單目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變成了一個多目標(biāo)的優(yōu)化問題。

因此，微電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度必須從微電網(wǎng)整體出發(fā)，考慮微電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性，綜合熱（冷）/電負(fù)荷需求、分布式電源發(fā)電特性、電能質(zhì)量要求、需求側(cè)管理等信息，確定各個微電源的處理分配、微電網(wǎng)與大電網(wǎng)間的交互功率以及負(fù)荷控制命令，實現(xiàn)微電網(wǎng)中的各分布式電源、儲能單元與負(fù)荷間的最佳配置。

目前，對含多種分布式電源的微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度問題，國內(nèi)外學(xué)者已做了一些相關(guān)的研究。 2100433B