西南地区大规模水电站群长期跨流域补偿优化调度方法研究

发布时间：2021-03-30 18:54

近年来,我国水电事业发展迅猛,水电装机容量居世界首位。在水能资源丰富的西南地区,已经形成了一批大规模电力互联的跨流域梯级水电站群系统。在电网调度中,这些梯级水电站群规模巨大、送电范围广,其优化调度中面临着系统维数限制、不确定性和跨流域合作等关键技术难点。开展跨流域多梯级水电站群的优化调度方法的研究对提高电网决策效率,有效利用资源,提高经济效益等具有重要的理论指导意义和应用价值。本文以南方电网的澜沧江、红水河、乌江等流域为研究背景,针对跨流域梯级水电站群的调度规则及长期优化调度方法进行研究。主要内容如下：(1)针对枯水期的发电调度决策的问题,提出了梯级水电站系统运行的限制出力规则机会约束优化模型。该模型以随机动态规划得到的水库初始调度规则为基础,建立两点限制出力规则。以各水库最小出力最大为目标,发电破坏率或保证率为约束条件,构建限制出力规则的多目标优化模型。采用凝聚函数替代目标函数,并且通过惩罚函数处理机会约束。利用遗传算法进行求解,其中采用模糊优选方法进行个体评价。以澜沧江梯级水电站群为背景的实例研究结果表明,提出的模型方法可应用于调节性能好的梯级水电站群,以获得新的调度规则或修正已有调度规则,为枯水期发电调度决策提供了有效的解决途径。(2)我国西南地区大规模梯级水电站具有不同的投资和利益主体,在跨流域补偿调度中各主体的利益如何协调是提高发电决策可接受性的重要问题。为此,提出跨流域多主体效益均衡的分布式和集中式合作优化调度规则。分布式规则以各流域系统可发电量为状态变量,流域级的发电决策通过出力分配算法分解至流域内各水库。集中式规则以跨流域系统可发电量为状态变量,并在跨流域系统内分配总出力决策。以跨流域系统总出力最小值最大化为目标,在各流域最小发电量约束下建立集中式和分布式规则优化模型,并采用逐步变可行域的遗传算法求解。南方电网红水河、澜沧江、乌江三个流域梯级系统的实例应用表明,该模型和方法能够在保证流域发电量的基础上,获得很好的跨流域补偿效果,对于跨流域联合调度实践中的效益协调问题具有参考和应用价值。(3)对于大规模跨流域梯级水电站群优化调度问题,提出了跨流域水电站群长期优化调度的可变策略搜索求解算法。该方法以动态规划、离散微分动态规划、逐步优化、逐次逼近动态规划算法为基础,采用深度优先或广度优先方式连续求解两时段子问题,以达到处理复杂的约束条件、降低系统的求解规模和难度、有效降维的目的。中国南方电网实际,提出了跨流域水电站群长期优化调度可变策略搜索方法,构建了求解不同规模和特点的求解策略。以南方电网跨流域水电系统为背景的实例研究表明,提出的可变策略搜索算法可求解不同规模和目标函数形式的跨流域水电系统长期优化调度问题,具有强鲁棒性和适应性。对于跨流域水电站群长期补偿调度计划的制定,发挥跨流域水电站群综合效益提供了有效的方法。最后对全文做了总结,并对有待进一步研究的问题进行了展望。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV737

文章目录

摘要

ABSTRACT

主要符号表

1 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 梯级水电站群长期确定性优化调度方法

1.2.1 梯级水电站群确定性长期优化调度模型

1.2.2 梯级水电站群长期优化调度建模求解方法

1.3 梯级水电站群长期不确定性优化调度方法

1.3.1 随机动态规划方法

1.3.2 水电站优化调度规则曲线优化方法

1.3.3 水电站优化调度函数

1.4 本文主要研究内容及框架

2 相关工程背景

2.1 南方电网

2.1.1 红水河梯级水电站群

2.1.2 乌江梯级水电站群

2.1.3 澜沧江梯级水电站群

2.2 面临的主要问题

2.2.1 水电系统规模庞大、建模复杂

2.2.2 水电跨省跨流域优化调度存在目标和优化方法选择等困难

2.2.3 电网调度大范围资源优化配置难度很大

2.2.4 要适应电网动态发展要求

2.3 实际应用中的关键技术难点

2.3.1 维数灾问题

2.3.2 跨流域跨省级电网水电站群长期联合优化问题

2.3.3 大规模跨省受送电条件下区域电网协调问题

2.3.4 节能发电调度背景下多种电源联合优化调度问题

2.4 本章小结

3 梯级水电站群限制出力规则的机会约束优化模型

3.1 引言

3.2 随机动态规划（SDP）模型

3.2.1 SDP基本原理

3.2.2 SDP模型

3.3 优化限制出力规则模型

3.3.1 限制出力规则

3.3.2 优化模型

3.3.3 遗传算法求解

3.4 应用实例

3.4.1 工程背景

3.4.2 计算结果

3.5 本章小结

4 跨流域多梯级水电站效益均衡的合作优化调度规则

4.1 引言

4.2 调度规则优化模型

4.2.1 模型1-单一梯级系统调度规则优化模型

4.2.2 模型2-分布式合作调度规则优化模型

4.2.3 模型3-集中式合作调度规则优化模型

4.3 基于可发电量的梯级系统出力分配调度规则

4.3.1 可发电量估算

4.3.2 梯级水电站群的出力分配原则

4.4 调度规则优化模型的求解

4.5 应用实例

4.6 本章小结

5 跨流域水电站群优化调度的可变策略搜索求解算法

5.1 引言

5.2 数学模型

5.2.1 问题描述

5.2.2 目标函数

5.2.3 约束条件

5.3 可变策略搜索算法

5.3.1 可变策略搜索算法

5.3.2 计算模式

5.3.3 求解步骤

5.3.4 计算流程

5.4 应用实例

5.4.1 工程背景

5.4.2 梯级算例分析

5.4.3 跨流域算例分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点摘要

6.3 展望

参考文献

攻读博士学位期间科研项目及科研成果

致谢

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