短期水電系統發(fā)電調度優(yōu)化方案

節(jié)能發(fā)電調度下的水電短期優(yōu)化調度方案

調度的基本原則

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

節(jié)能發(fā)電調度中水電短期優(yōu)化需要實現的目標是需要通過長期優(yōu)化運轉方案判斷發(fā)電用水量，并且通過短期水文預報乃至相應電力市場信息進行編定，通過口調節(jié)庫容將水電站的水庫調節(jié)作用徹底發(fā)揮出來 。

節(jié)能發(fā)電調度下的水電短期優(yōu)化調度規(guī)劃

在分析運行方案時，應當先對廠內經濟運轉的方案進行研究，獲取電廠瞬時最佳運轉特點。為研發(fā)短期最佳運轉形式乃至平均最佳運轉特征給予根據，再通過平均特征為依照打造長遠最佳運行方案。在執(zhí)行當中，需與運行方案的研制過程不同。

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

電站短期優(yōu)化運轉

將長期優(yōu)化運轉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荷分配方案給予工作。短時間運轉調度對短時間調節(jié)性能的水電站更加具有意義。長期最佳運轉形式的制定對具備長遠調節(jié)性能的水電站更加重要。

節(jié)能發(fā)電調度下的短期優(yōu)化調度的重要性

水電站優(yōu)化調度的意義

進行水電站優(yōu)化調度，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，受到經濟體制改革以及市場機制競爭的影響，令水電站需要通過廠網分離、競價上網的方式進行電力市場的運用，從而節(jié)約成本、提升效率 。

在這一狀態(tài)下，實施水電站經濟運轉工作，提升水電站運轉的管理能力，對提高水電站發(fā)電效益、保障電網安全運轉具有較大的意義，也是有效運用水資源的有效措施。

水電站經濟運轉的內容

（1）水電站經濟運轉的內容。大致包含了廠內經濟運轉、短期經濟運轉及長期經濟運轉。

廠內經濟運轉指的是實時調度，把相關小時分配到的負荷落實于所有機組當中，且依照負荷的實際轉變，協調所有機組的負荷，執(zhí)行實施操控。在符合電力系統供電所需與不轉變當前發(fā)電設施及水工建筑物的條件下，通過充分運用水能資源，提升電站以及系統經濟效益的目標，依照系統分析理論以及最優(yōu)化技術編制方案進行運轉。

（2）短期經濟運轉的工作。短期經濟運轉需要將長遠經濟運轉分配至本時段的輸入，可以在最短的時段之間進行有效搭配，打造出電站短期最佳的運轉形式，也就是將短期電站逐口、逐時的負荷分配以及運轉狀態(tài)進行確定。

（3）長期經濟運轉。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)的運轉形式。將水庫優(yōu)化調度作為中心，并執(zhí)行電力系統長期的電力電量平衡，把水電站較長時間內的輸入能量有效分配于較短時間當中 。

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

我國當前水電站經濟運行中存在的問題

電力系統作為有機的整體，在系統中所有主要設施運轉狀態(tài)的變更，均會對電力體系造成影響，所以并網運轉的水電站應當承受并服從電力系統值班調度員的統一指導。對于水電站而言，值班人員在業(yè)務方面存在機、電分離或機、電不分的狀況，每班均設有值長，對當班進行統一運行。值班長對于行政方面需通過站長或廠長進行指揮，對于運轉技術方面執(zhí)行系統值班調度員的調度指揮 。

據分析，我國大部分已經完成的水電站內，大多未進行經濟運轉，原因較多，比如節(jié)能思想中的問題，體現出不注重水電站運轉的經濟節(jié)能，并且有些水電站并不具備節(jié)能的理念，例如技術水準過低，嚴重影響到水電站的經濟運轉，雖然有些水電站已經將經濟運轉當中長遠發(fā)展進行了節(jié)能化管理，也對水電站提出了相應的要求，可是在真正的操控當中，并不具備真正的節(jié)能標準，有些未對所有季度或所有月份提出水電站的節(jié)能目標，令眾多節(jié)能理念僅處于號召的狀態(tài)。再比如：欠缺相應的法律制度，責任體系模糊。未頒布真正的法律條例進行規(guī)劃，節(jié)能僅僅成為模糊的觀念，未明確責任的主體，即便無法完成節(jié)能的目標也不具備責任問題，并不會存在任何不利結果，如此會對水電站的運行造成影響，不具備較高的節(jié)能積極性，欠缺主動性?？墒窃诩夹g環(huán)境的束縛中，眾多節(jié)能方法無法良好運用，也無法使用新技術來減少電能的耗費。當前在水電站經濟優(yōu)化運轉的探討方式具備自身的特質，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)電調度下的水電短期優(yōu)化調度分析

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

所有電站的狀況

通過對汛期代表口的核算，系統所有水電站處理的過程，從結果來看，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，調節(jié)性能良好的電站通常能夠均勻發(fā)電，而調節(jié)性能不佳的電站，則通過前期儲水，而在后期進行發(fā)電。因為汛期具有較大的入庫流量，大電站又轉為基荷，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的峰谷顯現的一些調節(jié)性能較差的電站，均呈現出高發(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度修改或透過束縛的環(huán)境強行發(fā)電。比如對于平衡電廠而言，其在出力當中具有較頻波動，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，高負荷參與比例過大。

水電系統出力

通過水電系統總出力的過程可以看出，大電站在汛期中均轉向基荷，所有電站均勻發(fā)電的趨勢十分突出，剩余負荷以及系統負荷相互間的峰型轉變較為平行相近。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)電能力乃至經濟效益具有較大的助益。

汛期定電量水電調峰

通過對汛期代表口采用調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，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中基本不具備頻繁跳動的狀況，這是因為調度功能內的平衡電廠作用，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峰，處理當中可以具備跳動的狀況，而其余電站在出力時則需負荷最低持續(xù)時間的束縛。為相關電站調峰時產生的微小跳動狀況給予解決，將實際調度與計算結果改正產生的矛盾給予平衡。

因為汛期來水過多，眾多電站出力進行裝機，一些電站基本整天滿發(fā)。處于汛期階段，會產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，一些必須通過調度修正或透過束縛因素強制發(fā)電。汛期入庫流量過大，眾多電站因為滿發(fā)而令調峰效果受到阻礙。

總而言之，在電力工程的發(fā)展下，水電系統將山電力系統運轉費用實現最低化而將統一的調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度迎來全新的內容及挑戰(zhàn)。節(jié)能發(fā)電調度的制度實施，有利于資源的合理高效利用，有利于加速小火電機組的淘汰，有利于促進電力市場的規(guī)范建設在原有基礎建設上，進行短期優(yōu)化調度，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。2100433B

如果電力系統中沒有火電廠,或電力系統的負荷已經在水,火電站間分開(電力市場模式下),水電站系統最優(yōu)運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:

對于獨立的水電站梯級系統,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行,使得水電站群系統在滿足可靠性要求的前提下運行效益最好.但由于水電系統有起自身的特點,如一個水文年可以分為汛期和枯水期.在訊期,當水電站系統天然出力大于系統負荷要求,則要安排系統中某些水庫蓄水;在枯水期,當水電站系統天然出力不能滿足系統負荷要求,則需要安排系統中某些水庫供水.這就產生了如何合理安排水庫群系統供,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中,當各電站按天然流量出力不能滿足電力系統動力平衡要求時,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,于是便產生了應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進行說明.設在時刻這部分附加出力是由自上游起之第級水庫單獨供水取得,則系統所得附加電能為:

式中為從水庫取用的水量,由于這部分水量流經下游水電站時同時發(fā)出能量,所以相應的總水頭為().設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:在滿足系統要求的條件下,使梯級系統電能損失最小,無疑是我們追求的目標.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,系統中K值小的水庫供水有利.2.蓄水情況水電站系統中各電站按天然流量出力超過電力系統所需要的負荷時,需要蓄水以滿足系統的動力平衡要求.設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,則系統減發(fā)能量為:由于水庫蓄水而導致水頭增加,將使系統后期來水的不蓄電能增加.設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可增發(fā)電能為:單位增加電能表達式為:在滿足系統要求的條件下,使梯級系統增發(fā)電能越多越好.因此,在蓄水期,系統中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,來安排純水電系統的優(yōu)化運行安排.從以上可以看出,從數學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)點與不足不足:①在推導判別式時(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,水庫根據最優(yōu)運行要求,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嚴格按照判別式規(guī)則運行,可能對水電站水庫正常運行帶來負面的影響.需要采用相關策略對此方法進行改進(水電站水庫常規(guī)調度圖).優(yōu)點:與其他的從數學優(yōu)化(DP,POA等)角度出發(fā)建立數學模型,指導水電站水庫運行方法相比,該方法物理概念明確(水電站水庫蓄能特性),應用方便;在具體使用時候,配合運行工作者的實際經驗可給出近似正確結果.2100433B

未來數小時、一日、一周或數周的發(fā)電計劃。

（1）火電調度計劃?；痣姴糠种饡r段的經濟調度計劃，在滿足系統負荷和安全約束條件下使發(fā)電費用降至最低，為了核電廠運行的安全與經濟，多使其帶基本負荷并盡量減少其出力波動。

（2）機組經濟組合。確定某一周期舊或周)內各時段機組起停計劃，在滿足負荷、備用、機組、系統和環(huán)境等約束條件下。使整個周期發(fā)電和起動費用（或成本）降至最低。

（3）水火電調度計劃。在水火電聯合系統中。對某周期中各時段進行負荷經濟分配，除滿足負荷及其他限制條件外，還要滿足各水電站發(fā)電用水條件，使整個周期內系統總發(fā)電費用（或成本）降至最低。根據系統情況可分為定水頭、變水頭、梯級和抽水蓄能等類型的水電站的調度。純水電系統的經濟調度目標為:發(fā)電用水量最少、棄水最最少、售電價值最高或購電費用最少等。

（4）燃料約束調度。在發(fā)電調度計劃中考慮某些發(fā)電廠在調度周期內(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。確定某一周期內各時段與其他系統(或公司)交換電能計劃.滿足某些約束(如功率或電量限制)條件下獲得最大經濟效益。

微電網優(yōu)化調度是一種非線性、多模型、多目標的復雜系統優(yōu)化問題。傳統電力系統的能量供需平衡是優(yōu)化調度首先要解決的問題。微電網作為一種新型的電力系統網絡也是如此。微電網能量平衡的基本任務是指在一定的控制策略下，使微電網中的各分布式電源及儲能裝置的輸出功率滿足微電網的負荷需求，保證微電網的安全穩(wěn)定，實現微電網的經濟優(yōu)化運行。

與傳統的電網優(yōu)化調度相比，微電網的優(yōu)化調度模型更加復雜。

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

其次，微電網中分布式電源發(fā)電形式各異，其運行特性各不相同。而風力發(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，單一的負荷變化都可能對微電網的功率平衡產生顯著影響。

最后，微電網的優(yōu)化調度不僅僅需要考慮發(fā)電的經濟成本，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優(yōu)化調度的難度，由原來傳統的單目標優(yōu)化問題轉變成了一個多目標的優(yōu)化問題。

因此，微電網的優(yōu)化調度必須從微電網整體出發(fā)，考慮微電網運行的經濟性與環(huán)保性，綜合熱（冷）/電負荷需求、分布式電源發(fā)電特性、電能質量要求、需求側管理等信息，確定各個微電源的處理分配、微電網與大電網間的交互功率以及負荷控制命令，實現微電網中的各分布式電源、儲能單元與負荷間的最佳配置。

目前，對含多種分布式電源的微電網優(yōu)化調度問題，國內外學者已做了一些相關的研究。 2100433B