梯级水电站厂间负荷优化分配模型研究与应用

摘要

随着我国水能资源的不断开发，溪洛渡、向家坝等巨型梯级水利枢纽陆续投运，梯级水电站的运行控制日趋复杂，其潜在的效益也使得联合优化运行和管理倍受学术界和工程界关注。然而，传统调度理论与方法在实际工程应用中要实现联合优化调度存在较大困难：数据庞大、计算繁杂，且在通用性和可扩展性上不够完善；模型过于简化，造成发电计划与实际调度产生偏差，不能完全满足电网实际运行需求；调度模型自身具有的局限性，使得调度结果不完全可用。因此，如何在流域梯级复杂水力、电力联系约束下，合理进行梯级水电站厂间负荷优化分配，提高流域梯级电站的水能利用率和综合效益，是亟需解决的关键工程问题。深入开展梯级水电站负荷优化分配研究，不仅是流域水电开发管理的现实需要，对充分综合地利用水能资源同样具有重要的意义和工程应用价值。
　　本文以溪洛渡-向家坝梯级(简称：溪-向梯级)水电站为研究对象，在充分利用已有研究思路和成果的基础上，针对复杂水力、电力联系下，梯级水电站联系密切、调节性能各异、约束复杂的特点，综合考虑电网、电站、水库、机组等不同系统的运行要求，充分发挥各电站的水力、电力补偿调节作用，开展梯级水电站厂间负荷优化分配的研究，以期为梯级短期优化运行和水电能高效转换问题提供可靠的理论指导和技术支持。具体工作如下：
　　首先，本文在分析了厂内经济运行与梯级厂间负荷优化分配问题的耦合关系后，对作为厂间负荷分配前提与基础的厂内经济运行问题的研究现状及相关理论进行了论述。针对溪洛渡及向家坝电站的实际情况和梯级厂间负荷优化分配目标需求，建立了以耗水量最小为目标的电站厂内经济运行调度模型，综合考虑电站约束，提出改进量子进化嵌套动态规划方法的混合优化算法，并结合最短开停机时间修补策略、系统备用容量修补策略对模型进行求解。应用本文方法的向家坝厂内经济运行结果表明：所提方法具有求解迅速，容易收敛，优化结果明显的特点，适用于巨型电站厂内经济运行问题的求解。
　　随后，针对现阶段梯级负荷优化分配问题研究现状及存在的瓶颈，综合比较常用的几种调度模型间的优劣及适用情况，结合溪-向梯级实际情况，确定了基于梯级蓄能最大目标的“先站间后站内的层次化结构解决方案”。针对梯级蓄能最大模型所存在的易放空下游水库的弊端，提出“出力约束廊道”、站间联合躲避振动区等一系列约束处理策略，对寻优过程中水库运行水位、出力、流量等变量进行动态的、有效的控制，使得优化调度结果合理可行；此外，为了使调度方案能综合考虑未来时段的电网负荷需求，减少电站机组的启停次数，同时实现当前时段和余留期负荷的优化分配，本文结合梯级短期负荷预测，建立了“三日负荷模拟分配”模型，并通过差分进化算法进行求解。实例研究表明，本文方法能够合理、高效、经济地解决溪-向梯级水电站厂间负荷优化分配问题，具有一定的工程应用价值。
　　最后，本文设计了“金沙江下游梯级水电站负荷优化分配系统”的架构，论述了各功能模块的设计方案，结合相应项目的研究内容进行开发，并将该系统集成到“金沙江梯级水调管控平台”中，以期为相关单位和部门进行金沙江流域梯级厂间负荷优化分配提供决策支持。

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1 绪 论

1.1选题背景及意义

1.2梯级联合优化调度综述

1.3主要研究内容和章节安排

2 巨型电站厂内经济运行研究

2.1引言

2.2巨型电站厂内经济运行数学模型

2.3厂内经济运行求解方法研究

2.4巨型电站厂内经济运行方案

2.5本章小结

3 梯级水电站厂间负荷优化分配研究

3.1引言

3.2梯级厂间负荷优化分配模型研究

3.3基于梯级蓄能最大目标的厂间负荷优化分配研究

3.4金沙江下游梯级厂间负荷优化分配方案

3.5本章小结

4 金沙江下游梯级水电站负荷优化分配系统实现

4.1引言

4.2金沙江下游梯级电站负荷优化分配系统设计

4.3金沙江下游梯级水电站负荷优化分配系统功能实现

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1工作总结

5.2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