[发明专利]一种长期跨流域多梯级水电优化运行模拟方法

说明书

本发明涉及一种长期跨流域多梯级水电优化运行模拟方法，其步骤：构建由目标函数及约束条件组成的长期水电群运行模拟模型；建立长期水电优化运行模拟模型的决策变量；建立长期水电群运行模拟模型的目标函数；建立长期水电群运行模拟模型的约束条件；对长期水电群运行模拟模型进行简化与求解：对水电出力转换函数进行非线性处理；处理水库与水库之间、水库与机组之间的空间拓扑联系；采用已有混合整数规划算法求解长期水电群运行模拟模型，实现模拟长期跨流域多梯级水电优化运行。本发明可为水电比例较大的电力系统中水电群的优化调度提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及一种梯级水电的电力系统优化运行模拟领域，特别是关于一种长期跨流域多梯级水电优化运行模拟方法。

背景技术

我国河川众多，水能资源丰富。20世纪70年代末普查统计，水能资源理论总蕴藏量为5.92万亿千瓦时/年，居世界第一。本世纪以来，随着我国经济的高速发展，能源需求日益增加，水能资源得到了快速的开发建设，截止至2016年，我国水电装机总容量为3.32亿kW，居世界第一位。我国快速的水电建设增长给电网对水电的合理消纳、梯级水电站群的合理调度运行提出了挑战。

在电力系统中，与其他化石能源相比，水电资源不仅是碳排放低、可再生的清洁能源，更由于其调节能力灵活、机组启停快、发电成本低廉等特点，因此是电力系统电源结构中重要的组成部分。在电力系统中，水电系统不仅承担着部分电力负荷的供应，还参与了系统的调频调峰、系统备用等任务。在电力系统生产运行中，如何利用水电的特点，优化水电站群的调度运行方式，尽量减少水库弃水，充分发挥水电的经济效益，进而一方面有效降低全系统的运行成本，另一方面提高电力系统的安全可靠性具有重大意义。

在以全系统发电运行成本最小化的优化运行模拟背景下，水电的经济效益取决于以下几方面因素：防止弃水、调峰效益、水库水头效益、同一水头下水电机组的出力效率效益。在四个因素中防止弃水的效益最大，是优化运行计划中首先考虑的因素，其次是调峰效益，然后水头效益次之，效率效益又次之。单独强调系统中比如火电机组的效益或者单独强调水电机组的效益，在经济上都得不到最优运行状态，尤其当系统电源结构中水电比例相对较大时，该问题更加明显。因此，在考虑大规模水电群的全系统优化运行模拟时，更需要合理协调水电机组与其他类型机组的效益，才能实现整个电力系统最大经济效益。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种长期跨流域多梯级水电优化运行模拟方法，其能实现减小发电弃水、提高发电平均水头，最终使得水电群的综合效益最大化。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种长期跨流域多梯级水电优化运行模拟方法，其特征在于包括以下步骤：1)构建由目标函数及约束条件组成的长期水电群运行模拟模型；1.1)建立长期水电优化运行模拟模型的决策变量；1.2)建立长期水电群运行模拟模型的目标函数；1.3)建立长期水电群运行模拟模型的约束条件；2)对长期水电群运行模拟模型进行简化与求解：2.1)对水电出力转换函数进行非线性处理；2.2)处理水库与水库之间、水库与机组之间的空间拓扑联系；2.3)采用已有混合整数规划算法求解长期水电群运行模拟模型，实现模拟长期跨流域多梯级水电优化运行。

进一步，所述步骤1.1)中，长期水电群运行模拟模型中的决策变量分为五种：P_i^t为水电机组i在t时段的出力，单位MW；为水电机组i在t时段的发电用水量，单位m³；为水库k在t时段的库容，单位m³；为水库k在t时段的用水量，单位m³；为水库k在t时段的弃水量，单位m³；

进一步，所述步骤1.2)中，目标函数为：

其中，E为水电系统在模拟优化运行期内所有水电机组发电量，单位MW；Δ_t为系统每个计算时段的长度，单位小时；L为目标优化时段数，模型以月为计算时段；N为水电系统的水电机组数。