市場(chǎng)環(huán)境下梯級(jí)水電站間發(fā)電補(bǔ)償效益研究

對(duì)梯級(jí)水電站之間的水力聯(lián)系和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的關(guān)系進(jìn)行了分析,提出了電力市場(chǎng)環(huán)境下基于水庫(kù)特征和市場(chǎng)供求關(guān)系的初級(jí)競(jìng)價(jià)策略和綜合考慮上下級(jí)水電站之間的影響及競(jìng)價(jià)對(duì)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度反作用力的高級(jí)競(jìng)價(jià)策略,指出了研究和建立梯級(jí)水電站群計(jì)算機(jī)輔助報(bào)價(jià)決策專家系統(tǒng)的必要性

在傳統(tǒng)水電站調(diào)度模式下，由于電價(jià)固定不變，水電站調(diào)度模式的目的是尋求發(fā)電量的最大化，以提高效益。然而在市場(chǎng)競(jìng)價(jià)環(huán)境下，電價(jià)會(huì)隨著市場(chǎng)的變化而發(fā)生波動(dòng)，因此，水電站的調(diào)度模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐垣@得盡可能多的利潤(rùn)為最終目標(biāo)。市場(chǎng)的不確定性提升了發(fā)電公司報(bào)價(jià)決策的難度。與火電廠有所不同，水電站不同時(shí)段的發(fā)電能力會(huì)有所差異，因此，其競(jìng)價(jià)策略十分復(fù)雜。隨著競(jìng)價(jià)策略復(fù)雜性的提升，梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度的難度也有所增加，增強(qiáng)對(duì)市場(chǎng)競(jìng)價(jià)下梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度的研究就顯得尤為重要。

針對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下梯級(jí)水電站運(yùn)行管控問(wèn)題,提出基于市場(chǎng)出清價(jià)的市場(chǎng)力評(píng)估指標(biāo),并通過(guò)構(gòu)建雙層市場(chǎng)仿真與管控模型對(duì)不同管控條件下梯級(jí)水電站運(yùn)行方式進(jìn)行仿真研究。在下層市場(chǎng)競(jìng)價(jià)仿真模型中,通過(guò)迭代優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)仿真運(yùn)行；在上層市場(chǎng)管控設(shè)計(jì)模型中,以基數(shù)電量為決策變量實(shí)現(xiàn)對(duì)梯級(jí)水電站運(yùn)行的管控；上下層通過(guò)市場(chǎng)力評(píng)估指標(biāo)與基數(shù)電量形成耦合關(guān)系。最后提出耦合市場(chǎng)仿真運(yùn)行與多核并行禁忌遺傳算法(mptga)的求解思路對(duì)管控方案進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選。實(shí)例分析表明,基于出清電價(jià)的市場(chǎng)力評(píng)估指標(biāo)可有效評(píng)估市場(chǎng)中梯級(jí)水電站跨交易時(shí)段所擁有的市場(chǎng)力,利用雙層市場(chǎng)仿真與管控模型獲得的基數(shù)電量方案可實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)優(yōu)化管控運(yùn)行。

針對(duì)傳統(tǒng)優(yōu)化算法在求解高維、復(fù)雜梯級(jí)水電站發(fā)電調(diào)度時(shí)易出現(xiàn)“維數(shù)災(zāi)”，或陷入局部最優(yōu)解的缺陷，本文提出了免疫蛙跳算法（isfla）。該算法將克隆選擇算法嵌入到混洗蛙跳算法框架中，對(duì)混合之后的蛙群構(gòu)造子群體執(zhí)行免疫克隆選擇操作，同時(shí)使用改進(jìn)的最差解更新方式提高其局部搜索能力。應(yīng)用實(shí)踐表明，通過(guò)將isfla與標(biāo)準(zhǔn)混洗蛙跳算法、粒子群算法以及逐步優(yōu)化方法對(duì)比，isfla在求解梯級(jí)水電站發(fā)電優(yōu)化問(wèn)題時(shí)具有明顯的優(yōu)越性。

三板溪水電站為沅水干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的控制性工程,對(duì)下游梯級(jí)的補(bǔ)償效益顯著。由于目前尚未實(shí)行梯級(jí)補(bǔ)償效益償還機(jī)制,三板溪水電站補(bǔ)償效益得不到償還,由此致使自身財(cái)務(wù)陷入被動(dòng)的局面。在闡述受益電站一般界定方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合沅水干流徑流特性和補(bǔ)償情況,合理確定了施益電站和受益電站;明確了沅水干流梯級(jí)補(bǔ)償效益的界定及計(jì)算方法;提出了合理的沅水干流梯級(jí)水電站發(fā)電補(bǔ)償效益分配辦法及償付方式。

三板溪水電站為沅水干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的控制性工程,對(duì)下游梯級(jí)的補(bǔ)償效益顯著。由于目前尚未實(shí)行梯級(jí)補(bǔ)償效益償還機(jī)制,三板溪水電站補(bǔ)償效益得不到償還,由此致使自身財(cái)務(wù)陷入被動(dòng)的局面。在闡述受益電站一般界定方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合沅水干流徑流特性和補(bǔ)償情況,合理確定了施益電站和受益電站;明確了沅水干流梯級(jí)補(bǔ)償效益的界定及計(jì)算方法;提出了合理的沅水干流梯級(jí)水電站發(fā)電補(bǔ)償效益分配辦法及償付方式。

在由\"龍頭\"水庫(kù)與若干日調(diào)節(jié)或無(wú)調(diào)節(jié)水電站組成的梯級(jí)水電中,枯水期末和汛期洪水間隔階段,\"龍頭\"水庫(kù)根據(jù)下游電站區(qū)間來(lái)水情況,在正常發(fā)電流量外實(shí)施小流量泄流補(bǔ)償,不僅可以提高\(yùn)"龍頭\"水庫(kù)的防洪安全性、減少無(wú)益棄水,而且可以給下游電站提供更多的發(fā)電水量,改善機(jī)組的運(yùn)行效率。文中建立了梯級(jí)水電站實(shí)時(shí)發(fā)電補(bǔ)償調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)分析模式,提出了梯級(jí)水電站實(shí)時(shí)補(bǔ)償增益的計(jì)算方法、\"龍頭\"水庫(kù)不同補(bǔ)償方案下風(fēng)險(xiǎn)的定量化方法以及基于期望增益最大的補(bǔ)償方案選擇方法。實(shí)例研究表明所提出的方法是合理、有效的,具有較好的輔助決策價(jià)值。

梯級(jí)水電站聯(lián)合發(fā)電調(diào)度的優(yōu)化模型的確定在整個(gè)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行中起著非常重要的作用。文中提出一種新的梯級(jí)水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度的調(diào)度準(zhǔn)則——以單位水體發(fā)電電價(jià)最高優(yōu)先發(fā)電,在此基礎(chǔ)上建立梯級(jí)水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度模型及其評(píng)價(jià)方法。首先建立基于四層水體的水庫(kù)能的水電站發(fā)電模型,在此基礎(chǔ)上提出單位水體發(fā)電電價(jià)的概念。建立優(yōu)化調(diào)度模型時(shí),將電力系統(tǒng)中的負(fù)荷變化和在電力市場(chǎng)機(jī)制下分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)的影響因素考慮在內(nèi)。該模型能較為客觀地反映梯級(jí)水電站運(yùn)行情況,能給系統(tǒng)調(diào)度員做出最佳調(diào)度決策提供一定的依據(jù)。優(yōu)化仿真計(jì)算結(jié)果證明該調(diào)度準(zhǔn)則具有可行性和適用性。

對(duì)梯級(jí)水電站水能計(jì)算方程中各要素及梯級(jí)電站豐水期、枯水期、平水期的發(fā)電水頭和機(jī)組工作情況進(jìn)行了研究。以某梯級(jí)水電站為例,計(jì)算了無(wú)調(diào)度和有調(diào)度時(shí)的發(fā)電效益。結(jié)果表明:在不進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下,全年發(fā)電總量為316.75億kw.h;在進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下,全年發(fā)電總量為327.11億kw.h,增發(fā)效益為2.59億元,效益增加近3.3%。

桓仁、回龍山、太平哨3座大中型水電站,為渾江水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的一、二、三級(jí),自投入東北電力系統(tǒng)運(yùn)行至2007年,共累計(jì)發(fā)電335.10×108kw·h,累計(jì)產(chǎn)值達(dá)26.47×108元,為3座電站固定資產(chǎn)投資原值的5倍,累計(jì)創(chuàng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值821×108元(按遼寧省1990年每度電創(chuàng)造國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值2.45元計(jì))。在取得發(fā)電效益的同時(shí),還取得了一定的社會(huì)綜合效益:保障防洪安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)增主、加快旅游發(fā)展等。通過(guò)效益分析,應(yīng)用投入、產(chǎn)出效益法比較,得出渾江水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)是完全成功的結(jié)論。

利用不確定理論,將入庫(kù)徑流量設(shè)定為模糊隨機(jī)變量,在不確定環(huán)境下研究梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題,并建立了相應(yīng)數(shù)學(xué)模型.應(yīng)用表明,該研究方法具有可行性.

利用不確定理論，將入庫(kù)徑流量設(shè)定為模糊隨機(jī)變量，在不確定環(huán)境下研究梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題，并建立了相應(yīng)數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用表明，該研究方法具有可行性。

將蟻群優(yōu)化算法用于求解分時(shí)電價(jià)下梯級(jí)水電站間短期優(yōu)化調(diào)度模型,考慮市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下的電價(jià)和電量、水庫(kù)存水價(jià)值、水流時(shí)滯以及設(shè)備折舊等因素,建立了利益最大化為優(yōu)化準(zhǔn)則的短期優(yōu)化調(diào)度模型.給出了蟻群算法求解梯級(jí)短期優(yōu)化調(diào)度模型的數(shù)學(xué)描述及算法的求解步驟.最后以某梯級(jí)流域中三個(gè)水電站的相關(guān)數(shù)據(jù)建立了相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度模型,運(yùn)用蟻群算法進(jìn)行了計(jì)算仿真,并與傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行對(duì)比.仿真結(jié)果證實(shí)了所采用算法的有效性和可行性.

以白鶴灘水電站尾水河道整治為例,基于白鶴灘壩址下游河段水文、地形地質(zhì)條件及梯級(jí)水電站運(yùn)行條件,分析了降低水電站尾水位增加發(fā)電量的可行性,通過(guò)多種河道整治方案的工程投資和效益對(duì)比,確定了合理的河道治理范圍和方式。結(jié)果表明,充分利用梯級(jí)水電站間的水位落差,采取合理的工程措施,可有效降低電站下游尾水位、增加發(fā)電量,從而產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展,我國(guó)能源結(jié)構(gòu)也隨著不斷變化,水電資源作為一項(xiàng)重要能源,其發(fā)展好壞直接關(guān)系到我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展道路.梯級(jí)水電站作為水電的一種關(guān)鍵形式,必須對(duì)其進(jìn)行發(fā)電優(yōu)化調(diào)度,從而保證水資源得到合理利用.本文主要針對(duì)梯級(jí)水電站的主要特點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展方向,總結(jié)了我國(guó)的一些成果,并深入分析了其運(yùn)行過(guò)程中的主要問(wèn)題,通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn),對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度,提出了新的調(diào)度模型.

本文首先從目標(biāo)函數(shù)和約束條件兩個(gè)方面,介紹了梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度的各類數(shù)學(xué)模型.然后對(duì)目前研究比較廣泛的各類優(yōu)化算法進(jìn)行了綜述.最后指出隨著水電能源的開(kāi)發(fā),梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度下一步可能的發(fā)展方向.

提出一種應(yīng)用搜索法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法實(shí)現(xiàn)梯級(jí)水電站日經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型和算法。它既可用于實(shí)時(shí)的梯級(jí)水電站發(fā)電控制，又可用于控制梯級(jí)水電站日發(fā)電計(jì)劃。本數(shù)學(xué)模型和算法理論上嚴(yán)謹(jǐn)、計(jì)算時(shí)間比較短，能滿足實(shí)際運(yùn)行的需求，此模型和算法應(yīng)用于東江梯級(jí)電站、仿真計(jì)算的結(jié)果比較滿意。

介紹了目前國(guó)內(nèi)對(duì)于梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的研究和實(shí)踐現(xiàn)狀,重點(diǎn)研究了優(yōu)化調(diào)度模型的建立和優(yōu)化算法。

遺傳算法是一種簡(jiǎn)單、適用的搜索方法,經(jīng)常用于解決非線性復(fù)雜的問(wèn)題。水庫(kù)群的最優(yōu)調(diào)度問(wèn)題,就是利用搜索算法根據(jù)水庫(kù)群進(jìn)出水和綜合利用情況,把水電站水庫(kù)看作一個(gè)系統(tǒng),把系統(tǒng)的各元素,輸入/輸出參數(shù)等簡(jiǎn)化和假設(shè)后建立簡(jiǎn)化通用的數(shù)學(xué)模型,用搜索算法對(duì)該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化仿真,得出最優(yōu)解。

在市場(chǎng)環(huán)境中系統(tǒng)電價(jià)和負(fù)荷一定的情況下,將效益最大化作為系統(tǒng)優(yōu)化準(zhǔn)則,運(yùn)用水資源價(jià)值系數(shù)、設(shè)備運(yùn)行費(fèi)、折舊費(fèi)及其他費(fèi)用等成本因素,建立分時(shí)電價(jià)梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型;構(gòu)造了求解該模型的層結(jié)構(gòu)蟻群算法,采用啟發(fā)式規(guī)則解決解的多樣性和機(jī)組啟停問(wèn)題,采用精英策略節(jié)約計(jì)算內(nèi)存和優(yōu)化時(shí)間。最后,運(yùn)用我國(guó)西南地區(qū)某梯級(jí)流域中三個(gè)連續(xù)水電站的數(shù)據(jù)建立了調(diào)度模型并運(yùn)用層結(jié)構(gòu)算法進(jìn)行仿真;并從理論方面分析了仿真結(jié)果中的每一個(gè)變化,對(duì)精英區(qū)大小的選擇作了討論,分析表明仿真結(jié)果與理論分析保持一致,說(shuō)明建立的模型是合理的,提出的方法是可行而有效的。

討論市場(chǎng)機(jī)制下梯級(jí)流域水電站間短期優(yōu)化調(diào)度模型,確定了利益最大化為準(zhǔn)則的目標(biāo)函數(shù)?？紤]市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的電價(jià)和電量、水庫(kù)存水價(jià)值、水流時(shí)滯以及設(shè)備折舊等因素,給出了相應(yīng)的約束。重點(diǎn)討論市場(chǎng)機(jī)制對(duì)棄水量的影響、發(fā)電量和發(fā)電引用流量的函數(shù)關(guān)系式以及存水價(jià)值系數(shù)的確定方法。最后給出在梯級(jí)電站運(yùn)行管理中引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和加強(qiáng)市場(chǎng)預(yù)測(cè)研究的建議。

介紹分析梯級(jí)電廠水電聯(lián)合調(diào)度的技術(shù)和策略,以及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成原則。