响应电网负荷需求的清江梯级水电站日计划编制研究

摘要

在建设资源节约型、环境友好型社会的大背景下，水电迎来了新一轮的发展机遇。国内各大型流域水电公司相继成立梯调中心，充分发挥梯级电站间的水力补偿作用，从而实现水电站效益最大化的日计划编制。然而，随着国家“清洁低碳”能源战略的推进，具有优异调节性能的水电能源势必在电力系统中承担更多的维持电网安全稳定运行的任务，故在水电站日计划编制中考虑电网安全运行需求更加符合电网制定水电站出力计划的实际情形。因此，在与电网调度中心进一步沟通协调的基础上，深入开展电网负荷需求影响下的梯级水电站日计划编制问题研究，对指导水电站实际运行和提高电网安全运行水平都具有重要的工程实用价值。
　　本文以华中电网直调清江梯级水电站为研究对象，综合考虑电网对清江梯级的安全要求，深入研究了电网安全约束提取、水电站发电优化和调峰优化等方面内容。提出了结合机组层面水能效益优化和电站层面调峰优化的日计划编制模型建模思路，并分别针对不同层面的优化问题发展提出了高效合理的求解方法，为清江梯级制定考虑电网安全需求的日计划提供技术支撑。以理论成果为指导，设计并开发了清江梯级日计划编制系统，为调度人员提供信息化决策平台。本文的主要工作和研究成果如下：
　　（1）深入分析清江梯级响应电网指令的工况，尤其是存在“一站多电压等级外送断面”的隔河岩水电站，提取了清江梯级面临的电网安全约束，主要包括调压约束、停机备用约束、旋转备用约束及外送断面限额约束，同时依据清江梯调中心的调度规程和调度经验，将约束抽象为数学表达形式，并确定约束的取值范围。
　　（2）基于提取的电网安全约束，进一步探讨机组负荷分配问题，并以耗流量最小为目标建立了电网安全约束下的机组负荷分配模型，同时针对传统方法处理复杂约束能力弱、求解效率低的不足，提出了基于精细化策略和基于全动力特性曲面的两种负荷分配方法。清江梯级水电站机组负荷分配实例表明，该建模思路能有效地考虑电网安全约束下的机组水能利用效率问题，并且两种负荷方法求解效率均较高，对电网安全约束所有组合情况具有稳定高效的处理能力，可为清江梯级水电站在电网安全约束下的发电效益优化问题研究提供指导。
　　（3）开展面向电网调峰的梯级水电站日计划编制研究，分别建立了电量控制模式和末水位控制模式下响应电网负荷需求的清江梯级水电站日计划编制模型，同时在机组层面优化的基础上，相应地提出启发式逐次切负荷法和逐步粒子群优化混合算法进行电站层面的调峰优化。启发式逐次切负荷法以初始切负荷曲线的水电站出力大小为启发信息处理模型约束修正电站出力计划曲线；而逐步粒子群优化混合算法的思路则是利用POA框架降低粒子群算法决策变量维度和压缩可行域缩小算法搜索空间。清江梯级日计划编制实例表明，整体建模思路能有效平衡电站发电效益和电网调峰效益，所提算法求解效率高、优化结果合理，是一种编制考虑电网安全需求的清江梯级日计划的有效手段。
　　（4）整合上述理论成果，按照“互联网+水利”的思路开发可视化的清江梯级日计划编制系统，系统整体架构利用单页应用的开发方式和HTML5离线技术，实现了浏览器客户端化以及离线在线开发一体化；前端则搭建基于MVVM设计模式的响应式框架，增加了系统的跨终端和移动互联的属性，而后台采用MVC框架，增强了系统的稳定性和可扩展性。系统的整体设计思路可为清江梯级乃至更大型水电站群的信息化建设工作提供参考和借鉴。

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英文摘要

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1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容和章节安排

2 清江梯级工程背景

2.1 清江流域概况

2.2 清江梯级水电站概况

2.3 电网对清江梯级约束概况

2.4 本章小结

3 电网安全约束下的机组负荷分配方法研究

3.1 引言

3.2 电网对清江梯级约束分析

3.3 数学模型

3.4 模型求解方法研究

3.5 清江梯级机组实例研究与分析

3.6 本章小结

4 响应电网负荷需求的清江梯级日计划编制方法研究

4.1 引言

4.2 电量控制模式

4.3 末水位控制模式

4.4 本章小结

5 清江梯级日计划编制系统设计与实现

5.1 引言

5.2 系统架构及关键技术

5.3 系统功能展示

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间参与的科研项目

附录2 攻读硕士期间发表的论文