三峡梯级水电蓄能最大长期优化调度模型

三峡梯级水电蓄能最大长期优化调度模型

1易操作、可应用的水库调度系统三楼三级电系统是连接长江流量的综合水保护系统。具有防洪、发电、交通运输等功能，对中国的电网结构有重大影响。由于存在水力与电力联系,梯级水电厂的优化运行通常比并联的水电厂群的优化运行更为复杂,尽管过去几十年做过很多相关工作,由于理论与实际结合往往不够紧密,还难以达到推广应用的目标,因此研究一个易操作、可应用的水库调度系统有着重要意义。电力系统中具有多个水库的水电能优化调度从本质上说是一个随机优化控制问题。然而,考虑来水的随机性不仅增加了理论上的难度,也会引起较大的计算负担。在实际计算中,由于在整个研究期内已充分研究了三峡水库的调节性能,且各站均建有相当完善的水文监测系统,故可认为各时段的来水均为已知确定性来水条件下的水库群经济运行构成一个非线性优化问题2种及葛洲坝水库弃水问题应中国长江三峡开发总公司的要求,我们完成了三峡梯级调度决策支持系统(DSS)的研发工作,本文的模型是其中的一部分。模型要求在给定一个月的总发电量的前提下,计划三峡和葛洲坝一个月的发电过程,并满足各种物理和设定的约束。考虑到葛洲坝水库是径流式电站,在计算时间单位为一天的情况下,将葛洲坝的前池水位作为常数;而三峡的前池水位与库容呈非线性关系,计算中采用分段线性插值转换或二次曲线拟合。三峡和葛洲坝的水库下游特性与下泻流量有关,均采用二次曲线拟合。优化追求的目标是计划期末各梯级水库蓄能之和最大。由于葛洲坝前池水位在一天内不变,故目标转换为计划期末的三峡前池水位最高,即计划期末的三峡库存水量尽可能大。弃水的来源通常是两部分水量之和,一部分是超过水库容许水位的弃水,另一部分是超过水轮机的最大出力的水量(本文称之为弃出力水量)。考虑到三峡的调节能力较大,为了充分利用水能,水位限制作为硬约束,不容许弃水。弃水仅仅来源于弃出力水量。由于计算时段以天为单位,而三峡到葛洲坝的水流流达时间仅半小时,故计算中不考虑时滞。对于长期优化调度,电站出力可采用公式N=KHQ计算,其中N是电站出力,K是电站的出力系数,H是净水头,Q是发电引用流量。计算中,视三峡电站的出力系数K为水头H的函数,而认为葛洲坝电站的出力系数K与水头无关。综上所述,水库优化调度模型为三峡前池水位上下限约束水库出库流量上下限约束电站出力上下限约束电量平衡方程水量平衡方程电站弃水关系上述模型中的下标1和2分别代表三峡和葛洲坝水库;t为时段标号,t=1,2,…,T;V3计算数学模型3.1lagrange乘子法从上面的模型可以看出,此调度问题涉及的变量与约束均较多,采用大系统分解协调原理求解十分合适。其基本思想是在求解有约束的数学规划问题时,通过引入Lagrange乘子松弛部分或全部约束,然后形成新的最优化的目标式,将原问题分解为多个容易求解的子问题。各子问题之间通过协调变量关联,经过协调变量的迭代计算,收敛于最优值,即可得到原问题的最优解。TT由式(8)可知,对于给定的Lagrange乘子λ,原问题的目标函数等价于上述可分离规划可按时段分解为T个子问题,每一个子问题具有下述非线性规划的形式3.2计算的水景三峡的库容变化较大,其水头葛洲坝前池水位在一天内保持不变,其水头式中Z3.3计算输出系数葛洲坝的出力系数取常数,三峡的出力系数随水头变化,这里采用分段线性逼近计算如下式中H三峡出力系数的计算示意图如图1所示。3.4电气系统总电量不能增在本文的优化问题中,Lagrange乘子λ表示每个时段发1kW功率所消耗的流量,因此当梯级电厂在给定的乘子下所供给的电能大于计划期总电量时,应减小λ;反之,λ将增大。有多种更新Lagrange乘子的方法,次梯度算法因其形式简单和易于利用系统约束的不平衡信息而得到广泛的应用,并能保证迭代收敛的稳定性,其表达式如下式中n是迭代次数;s3.5初始约束条件及总电量e整个模型的求解过程简述如下:(1)输入径流资料,初始水位、各种约束条件及计划总电量E等;(2)n=0,n是迭代次数。设定P(3)假如|P4约束子问题的求解很明显,N由式(9)知R综上所述,对于给定的Lagrange乘子,式(14)仅是变量R由于水位与库存水量具有简单的对应关系,式(2)很容易转换为三峡的库存水量约束则由式(8)可得又由式(4)、(9)可得因此,子问题实质上是一个一维优化问题,可采用黄金分割法求解。假设f是定义在区间[a然后比较f(μ负荷限制在优化过程中得以满足。假如优化中负荷小于下限约束,则加入惩罚项重新寻找可行解。假如出库流量全部用于发电时,负荷超过上限负荷,则表明出库流量中包含了弃水,此时电站以最大出力运行。5月径流、月总电量和月循环时距三峡梯级水电厂蓄能最大长期优化模型是三峡梯级调度决策支持系统(DSS)中的一部分,各输入/输出数据采用人机交互的方式给定。输入数据包括两电站的预报月径流资料,计划的月总电量,电站出力和出库流量的上下限以及三峡的上游水位变化限制过程等;输出数据分别为两电站的出力、发电流量以及三峡的上游水位变化过程等。算例采用了三峡拟运行的资料,表1给出了梯级水电系统运行的典型参数值,水库的基本特性系数为:仿真计算的结果如图2～4所示,图5给出了协调总电量与迭代次数的关系。在优化计算中,三峡和葛洲坝水库均没出现弃水,因此两库的发电流量就是出库流量,且流量过程相同。6月调节运行计算方法梯级水库群联合运行最优化问题,是寻求系统在时间上和空间上(各电站)最优的决策过程,水库间有密切的水力联系,同时还必须保证一定的发电量。在进行水库群长期优化调度时,确定性优化调度模型可能不如考虑随机天然来水的随机性模型符合实际情况。然而,在各水库有较系统的水文观测站时