【《梯级水电站与火电、风电以及光伏发电的短期协同调度机制模型分析》5300字】

梯级水电站与火电、风电以及光伏发电的短期协同调度机制模型分析目录TOC\o"1-3"\h\u6201梯级水电站与火电、风电以及光伏发电的短期协同调度机制模型分析 1162381.1梯级水电站短期运行方式 162601.1.1梯级水电站综合利用任务约束 2193631.1.2短期调度机制概述 2145281.1.3思路结构图 3228081.2梯级水电站之间协同调峰 435721.1.1“以水定电”方式下梯级水电站协同调峰调度 417631.1.2目标函数 425601.1.3约束条件 5229421.3水火风光联合调峰调度 6142911.3.1电力系统调峰平衡判别式 6282121.3.2水火电分期和水火风光系统联合调度模式 8285471.3.3目标函数 8307021.3.4约束条件 91.1梯级水电站短期运行方式梯级水电站的短期运行方式受到很多因素的影响，水量的综合利用就是其中一个影响。电力系统中电网的调峰调频这个重大的任务是由梯级水电站来完成的，同时，在梯级水电站的下游需要进行取水，还要保障梯级水电站下游所居住人民的安全以及在梯级水电站下游的进行取水灌溉的要求。各水电站承担的调峰任务跟来水、水库的调节性能、电网负荷以及水电站数目均有密切的关系，因此。如果这些影响因素不同，那么各个水电站所承担的调峰任务也不同；同时由与各大型梯级水电站所负责的相关的综合任务与来水、水库位置、和调节性能也有着不是一般的关系，关系比较密切，所以若是这些影响因素不同，则各个大型水电站所进行负责的综合任务也不一样。具有多个水库水电站的梯级水电站群，想要使梯级水电站组达到经济效益和综合利用效益最大化，那么需要完成的最重要的一点就是协调好各个梯级水电站组的水力、电力联系以及所负责的综合利用任务。1.1.1梯级水电站综合利用任务约束梯级水电站最基本的任务就是完成发电，从而保证梯级水电站的经济效益。但是梯级水电站还有比获得经济效益更重要的任务，比如防止河流解冻的时候冰块阻塞水道、防止洪水灾害、为下游庄稼进行灌溉、向周围供水、为养殖提供水源、进行水上运输等等等等任务。如果河流解冻的时候冰块阻塞水道，或者发生了洪水这种严重的灾害，那么下游住户的生命安全将会受到严重的威胁。并且，早在水库早期建设时，保证生命的安全性就已经是重中之重的前提条件。住在梯级水电站周边的人们的生活与梯级水电站的灌溉和供水任务可以说是息息相关，并且现代社会的文明程度一步步提高，生态环境建设已经得到每个公民的重视，因此，梯级水电站水库调度的基本要求之一就是要保证生态对水需求的合理性。为了让水得到综合利用的同时不影响梯级水电站的发电，各个河流的负责人都提出了一些相应的管理政策。这些管理政策的实施，使梯级水电站所承担的主次任务发生了转换，其中最重要的一点就是要求防止河流解冻的时候冰块阻塞水道、防止洪水灾害、为下游庄稼进行灌溉、向周围供水、为养殖提供水源、进行水上运输等任务优于发电这一基本任务。1.1.2短期调度机制概述我们知道，大规模的风电和光伏不能直接并入电网，因为这会影响电力系统水电和火电的运行情况，除非当前的电力系统满足调峰条件，即具备足够的调峰能力，电力系统的调峰电源有很多，水电和火电是最为常规的，它们承担着整个电力系统主要的调峰任务，尤其是水电，有着清洁高效、削峰填谷以及调节迅速的特点，所以常被作为第一调峰电源，比如在西北电网，几乎全网一半的调峰任务由其水电站所担任。众所周知，风电和光伏极不稳定，其自身所具有的波动性和逆时钟的反调峰特点将会增大电力系统的峰谷差，致使水电和火电面临更加严峻的调峰任务。因此，只有让梯级水电站发挥出其出色的调峰能力，才能允许风电和光伏并入电网。同时，梯级水电站每次进行系统调峰时都是作为一个整体进行的，所以，如果梯级水电站内部出了问题，将会产生巨大的影响，尤其是对水电系统的调度来说。现阶段仍然还没有较好地让风电和光伏并网的方法，所以必须要求整个梯级水电站充分发挥其最大调峰能力来进行调峰。梯级水电站有超短期调度、短期调度和中长期调度，本文将重点关注的一个问题就是梯级水电站短期调度与火电、风电以及光伏发电等的相互配合。本章的主要研究目标就是梯级式水电站，“以水定电”是梯级水电站的一种调度运行方式。那么什么是“以水定电”呢？“以水定电”方式的特点是在调度期各个水电站水库的初末水位和进入水电站的水流条件已知，通过寻求个各目标函数达到最优的水库蓄泄过程以及出力过程。因为调度期水量已经定下，负责的调度人员只需要按照调度优化结果将水量分配到各个时间点，保证可以满足水电的效益最大化来分配即可。在“以水定电”的方式下，梯级水电站发电量/效益最大为通常的调度目标。本文后面所研究内容均是在“以水定电”方式下进行的。1.1.3思路结构图图2-1本文思路结构图1.2梯级水电站之间协同调峰1.1.1“以水定电”方式下梯级水电站协同调峰调度梯级水电站在“以水定电”方式下具有一个很明显的特点，那就是梯级水电站在调度期刚开始和结束时的状态是确定的，而在调度期无论怎么选梯级水电站的调度方式都不会影响电力系统将来的状态，负责的调度人员在分配水量时仅仅需要知道此时电力系统的负荷要求就可以。在这种方式下，梯级水电站的调峰顺序只跟其本身的调节能力的大小、库容和其本身需要担任的任务有关，让这些调峰潜力大的梯级水电站在面对光伏和风电大规模并网时其本身所具有的调峰能力能够充分发挥出来，并且按照梯级水电站调峰能力大小的顺序从大到小依次进行调峰任务，当前面一个水电站调峰能力已经不够时就由调峰能力比它次之的另一个水电站来担任剩余调峰任务，并且这个正在进行调峰任务的水电站的调峰方向与前面已经进行调峰的各水电站调峰方向一致。在这种调峰方式下，梯级水电站系统内部协调有序，使得梯级水电站的调峰能力达到最大化，并且由于其本身控制难度的减小，负责梯级水电站运行的工作人员的任务操作难度也大大减小。。1.1.2目标函数根据上面所描述的梯级水电站的调度方式，本文提出一种梯级水电站的协同调峰原则，即让调峰能力大的梯级水电站先进行调峰，当该水电站调峰能力不足时，再将其余的调峰任务交由其他调峰能力次之的梯级水电站，以此类推。为了表示梯级水电站的调峰能力，本文提出调峰系数，其计算公式可以表示为：(2-1)式中，表示第个水电站的平均出库流量；表示流过第个水电站的最大流量；表示第个水电站调峰能力的大小；梯级水电站的调峰系数越大，则该梯级水电站的调峰能力越弱；反之，梯级水电站的调峰系数越小，则该梯级水电站的调峰能力越强。在进行梯级水电站协同调峰调度时，我们根据规定的调峰原则和根据公式计算得到的调峰系数来确定哪个梯级水电站先进行调峰，哪个梯级水电站后进行调峰。然后在梯级水电站满足调峰任务的情况下，以梯级水电站的剩余负荷均方差作为目标函数来进一步构造梯级水电站的协同调峰调度模型。该模型虽然没有直接提到火电的情况，但是该模型的目标函数却隐含了火电平均出力的要求，该目标函数可以表示为：(2-2)式中，表示第个水电站在第个时段的出力值大小；表示在第个时段的系统负荷的大小；表示在调度期的总时段数；表示所有的梯级水电站的总个数。1.1.3约束条件（1）电力电量平衡：(2-3)式中，表示梯级水电站的编号；表示所有的梯级水电站的总个数；表示第个水电站在第个时段的水电出力值大小；表示第个时段的系统负荷的大小；（2）水电出力约束： (2-4)式中，、表示第个水电站的出库流量上限值与下限值的大小；（3）发电水量约束：(2-5)式中，表示第个水电站在第个时段进行出库的流量大小；表示第个水电站的计划中总共的出库水量的大小；（4）水量平衡约束：(2-6)式中，、分别表示第个水电站在第个和第个时段的库容大小；表示第个水电站在第个时段的入库流量值大小；表示第个水电站在滞留时间为的区间入流水量大小；（5）下泄流量约束：(2-7)式中，、分别表示第个水电站出库流量上限值与下限值的大小；（6）库容约束：(2-8)式中，、分别表示第个水电站库容的上限值与下限值的大小；1.3水火风光联合调峰调度前面已经提到，大规模的风电和光伏不能直接并入电网，因为这会影响电力系统水电和火电的运行情况，除非当前的电力系统满足调峰条件，而要满足电力系统调峰的前提是电力系统调峰平衡。我们知道，风电和光伏极不稳定，其自身所具有的波动性和逆时钟的反调峰特点将会增大电力系统的峰谷差，致使水电和火电面临更加严峻的调峰任务。水电和火电是最为常规的调峰电源，它们承担着整个电力系统主要的调峰任务，当大规模的风电和光伏并网时，由具有削峰填谷的强大的调峰能力的水电系统先进行调峰，当水电调峰能力不足时则由火电系统接手调峰的任务。然而，在汛期来临时，水电系统所具有的强大的调峰能力则被限制。此时，为了减少弃水，大规模风光并网后带来的调峰任务的大部分将由火电系统来承担。1.3.1电力系统调峰平衡判别式当大规模的光伏发电和风电接入电力系统后，水电、火电、风电、光伏发电系统的调峰判别式为：(2-9)(2-10)式中，表示了系统负荷在工作高峰期间所承受的调峰盈余容量的大小；表示在低谷时段系统负荷的调峰盈余容量大小；和分别表示单日最高和单日最低的发电负荷值的大小；和分别表示风电最大和最小出力的大小；和分别表示光伏发电的最大和最小出力的大小；和分别表示水电系统的最大和最小出力的大小；和分别表示火电系统的最大和最小出力的大小；和分别表示电力系统的正旋转备用和负旋转备用。对于常规电源，其可调的有功出力可表示为：(2-11) (2-12)式中，和分别表示了在计划日系统内的所有常规电源在负荷高峰和负荷低谷时段的可调最大出力和可调最小出力值的大小。将公式(2-11)和(2-12)带入(2-9)和(2-10)可得(2-13)(2-14)由此可以得出，如果电力系统同时满足系统负荷在工作高峰期间所承受的调峰盈余容量的大小和低谷时段系统负荷的调峰盈余容量大小，那么说明电力系统的调峰容量平衡，否则，电力系统内承担调峰任务的电源就需要调整其运行方式。当大规模风电和光伏并网时，在负荷高峰和低谷时分别可以计算出电力系统此时的调峰盈余容量，然后根据并网的风电和光伏的出力曲线和电力系统负荷的特点，来进行计算等效负荷，并且还要计算出可控电源的最大和最小可调出力，将其带入到调峰平衡判别式(2-13)和(2-14)中，如果计算出和，则计算调峰盈余，否则需要进行修改后再次来验证。1.3.2水火电分期和水火风光系统联合调度模式水库的下泄水量受到多方面因素的影响，常见的因素有上游来水量的大小、水库的库容和综合利用等因素，由于存在周期性的气候，梯级水电站来水量会有比较明显的季节特征。尤其是北方的河流，不仅需要预防洪水灾害、小心干旱，而且还需要防止河流解冻的时候冰块阻塞水道，对水流产生阻力而引起的江河水位明显上涨的现象。除此之外，还要保证能够灌溉到下游的作物，耕种方式为一年两作的，大规模的灌溉主要集中在春灌和秋灌。综合多方面的影响，现需要对水库进行分期调控，根据预防洪水灾害、预防干旱、防止河流解冻的时候冰块阻塞水道、保证供水的特点，可将调节期分为四个时段，防凌期（12月1日-3月31日）、春灌期（4月1日-6月30日）、防汛期（7月1日-9月30日）、秋浇期（10月1日-11月30日）。当处于供暖期时，火电的出力较大，这样造成的结果是使火电的调峰能力受到很大程度的限制，因此需要将火电分为供暖期和非供暖期，供暖期一般是11月中旬-3月下旬。由于不同调度期的条件不同，所以在不同调度期内水电和火电调节能力不同，使得水火电的调峰能力存在较大差异，为了研究不同调度期的调峰差异，根据上述水火电的分期划分来选取某一天作为典型日来进行水火系统的联合调节。根据光伏发电和风电的消纳，首先运用梯级水电站的调峰能力，来补偿光伏发电和风电带来的巨大峰谷差。当光伏发电和风电的输出功率较大时，减小水电出力；当光伏发电和风电的输出功率较小时，增加水电出力；火电补偿调峰在水电调峰能力不足时进行。1.3.3目标函数由于风电和光伏发电出力较小，所以为了研究水火系统的调峰关系，需要通过按倍比加大风电、光伏发电出力来适度加大风电、光伏发电出力的最大化风光出力，将系统允许接入的风电和光伏发电出力最大作为目标之一，根据水火联调策略，让水电来优先消纳风电光伏，并且尽量减少剩余的负荷波动，即让火电波动最小，同时采取火电出力均方差最小作为另一目标函数。所以可以这样表示目标函数：(2-15)(2-16)式中，表示了光伏发电在第t个时段的出力值大小；表示了风电在第t个时段的出力值大小；表示光伏发电出力的放大比例；表示风电出力的放大比例；表示火电在第t个时段的出力值大小；表示调度期的总时段数，、表示两个函数的均衡系数。1.3.4约束条件（1）电力电量平衡：