水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.ppt

二 水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的內(nèi)容1 制定計(jì)劃期 未來(lái)一日或一周內(nèi)多日 的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式 計(jì)劃 以電定水 以水定電 2 短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的實(shí)時(shí)控制與調(diào)整 以所編制的計(jì)劃期內(nèi)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式 計(jì)劃 為指導(dǎo) 根據(jù)面臨時(shí)段及其后時(shí)段負(fù)荷等信息的可能變化 隨時(shí)修正原計(jì)劃 方式 以調(diào)整水電站及其各機(jī)組面臨時(shí)段的決策和剩余計(jì)劃期的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式 調(diào)整方法可以采用以上計(jì)劃制定方法 同時(shí) 還須考慮電力頻率和電壓的變化情況 調(diào)整相應(yīng)的無(wú)功功率 水電站負(fù)荷調(diào)整一般由廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 第二節(jié)水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的 以電定水 模式 一 優(yōu)化課題與準(zhǔn)則 一 優(yōu)化課題 二 優(yōu)化準(zhǔn)則二 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型三 數(shù)學(xué)模型求解方法 一 優(yōu)化課題 以電定水 模式的基本課題是 對(duì)于計(jì)劃期T 總時(shí)段數(shù) 時(shí)間范圍為t0 tT 在已知水電站總負(fù)荷過(guò)程和預(yù)測(cè)入庫(kù)流量過(guò)程等條件下 尋求使所采用的優(yōu)化準(zhǔn)則達(dá)到極值的水電站各時(shí)段工作機(jī)組的最優(yōu)臺(tái)數(shù) 組合及有功負(fù)荷在工作機(jī)組間的最優(yōu)分配 以及相應(yīng)的水庫(kù)蓄泄?fàn)顟B(tài)變化過(guò)程和泄流設(shè)施控制過(guò)程 二 優(yōu)化準(zhǔn)則 常用準(zhǔn)則包括 計(jì)劃期T內(nèi)的水電站輸入能Ein T 最小計(jì)劃期T內(nèi)的水電站效率最大計(jì)劃期T內(nèi)的水電站能量損失 E T 最小計(jì)劃期T內(nèi)的水電站引用水量W T 最小 二 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 一 目標(biāo)函數(shù) 式1 離散形式為 為時(shí)段水電站總的輸入功率 分別為時(shí)段號(hào)機(jī)組的輸入功率 發(fā)電流量 和機(jī)組 段 水頭 表示時(shí)段以秒為單位的時(shí)段長(zhǎng) 為表述方便 用表示時(shí)段以小時(shí)為單位的時(shí)段長(zhǎng) 式2 離散形式為 為時(shí)段水電站總的引用流量 分別為時(shí)段號(hào)機(jī)組的工作流量 啟動(dòng)損失流量 空載流量及調(diào)相損失流量 式3 二 約束條件 1 電力系統(tǒng)約束 產(chǎn)出型約束 2 水庫(kù)特性約束3 水電站特性約束4 綜合利用約束5 初始條件約束6 非負(fù)約束 1 電力系統(tǒng)約束 t時(shí)段水電站總負(fù)荷 出力 第i號(hào)機(jī)組出力 式4 2 水庫(kù)特性約束 1 水庫(kù)水量平衡約束令 則有 t時(shí)段末庫(kù)蓄水量 t時(shí)段初庫(kù)蓄水量 t時(shí)段平均入庫(kù)流量 t時(shí)段平均出庫(kù)流量 t時(shí)段棄水流量 式5 2 庫(kù)容曲線約束 t時(shí)段末水庫(kù)上游水位 庫(kù)容曲線函數(shù) 式6 3 庫(kù)水位或庫(kù)蓄水量約束 t時(shí)段末水庫(kù)上游允許最低水位 t時(shí)段末水庫(kù)上游允許最高水位 t時(shí)段末水庫(kù)上游允許最小蓄水量 t時(shí)段末水庫(kù)上游允許最大蓄水量 式7 4 泄流設(shè)施泄流能力約束 水庫(kù)泄洪設(shè)施個(gè)數(shù) 每種泄洪設(shè)施的孔數(shù) 泄洪設(shè)施的最大泄洪流能力函數(shù) 式8 5 下游水位流量關(guān)系約束 t時(shí)段下游平均水位 下游水位流量關(guān)系函數(shù) 式9 3 水電站特性約束 1 機(jī)組 段 水頭 式10 2 機(jī)組預(yù)想出力限制 式11 3 機(jī)組出力限制 決定于機(jī)組運(yùn)行條件和電力線路限制等 如果電網(wǎng)不給定上線 則取預(yù)想出力值 式12 4 機(jī)組耗流量特性 若采用目標(biāo)函數(shù)式 頁(yè)7 則不需要該約束式 式13 4 綜合利用約束 1 出庫(kù)流量限制 t時(shí)段下游綜合利用要求的最小下泄流量 式14 2 下游航運(yùn)約束 表示為 航運(yùn)要求的水位允許最大日變幅 一般還有水位允許最大1小時(shí)變幅限制 式15 5 初始條件約束 計(jì)劃期初始庫(kù)水位 式16 6 非負(fù)約束 各種變量必須為非負(fù)值 約束條件的類型和數(shù)量主要與水電站的具體情況有關(guān) 除上述比較通用的約束外 對(duì)整個(gè)水電站還可能增加輸電線路過(guò)載能力及水利系統(tǒng)的其他要求等限制條件 為保證機(jī)組和整個(gè)水電站安全可靠工作 還可能對(duì)機(jī)組臺(tái)數(shù) 組合 啟停次序及機(jī)組連續(xù)工作時(shí)間和停機(jī)時(shí)間提出相應(yīng)的約束要求 三 數(shù)學(xué)模型求解方法 一 模型變量分析 長(zhǎng)中短期水電站水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化模型均具有相同的變量特點(diǎn) 為了選擇各種時(shí)間尺度模型求解中的狀態(tài)變量和決策變量 在介紹模型求解方法之前 這里首先討論一下模型變量關(guān)系 并確定關(guān)鍵性變量 1 模型已知數(shù)據(jù) 1 水電站水庫(kù)基本特性 庫(kù)容曲線 下游水位流量關(guān)系 各機(jī)組水頭損失函數(shù)預(yù)想出力函數(shù) 耗流量特性函數(shù)各泄流設(shè)施的最大泄流能力函數(shù) 2 實(shí)時(shí) 或預(yù)測(cè) 數(shù)據(jù) 各時(shí)段 t 1 T 長(zhǎng) 電網(wǎng)給的時(shí)段負(fù)荷和入庫(kù)流量 時(shí)段末水庫(kù)上游允許最低和最高水位 各機(jī)組的最小和最大出力 下游綜合利用要求的最小下泄流量 航運(yùn)要求的下游最低水位和允許最大日變幅 計(jì)劃期初始庫(kù)水位 2 模型未知變量 1 水庫(kù)類變量 各時(shí)段末水庫(kù)上游水位和蓄水量 各時(shí)期段水庫(kù)下游水位 棄水流量 2 水電站機(jī)組類變量 各時(shí)段各機(jī)組水頭損失 水頭 預(yù)想出力 機(jī)組出力及發(fā)電流量 3 模型關(guān)鍵性變量討論 1 時(shí)段末庫(kù)蓄水量 如果已知 查庫(kù)容曲線可以得到 根據(jù)水庫(kù)水量平衡方程式可以反算總出庫(kù)流量 由總出庫(kù)流量查下游水位流量關(guān)系曲線得下游水位 而棄水流量和總發(fā)電流量如何分配 則決定于水電站運(yùn)行方式 即必須知道各機(jī)組出力或發(fā)電流量 所以 水庫(kù)類關(guān)鍵變量是或 2 時(shí)段機(jī)組發(fā)電出力或流量 如果已知各機(jī)組發(fā)電流量 可根據(jù)水庫(kù)類關(guān)鍵變量和式10計(jì)算水頭損失和水頭 由再根據(jù)預(yù)想出力函數(shù)式 11 計(jì)算 并根據(jù)和查機(jī)組耗流量特性式 13 得機(jī)組出力 同樣如果知道 也可以迭代求解和其他變量 所以 水電站類關(guān)鍵變量是機(jī)組出力或機(jī)組發(fā)電流量 由此可見(jiàn) 水庫(kù)類和水電站類關(guān)鍵變量之間具有唯一的轉(zhuǎn)換關(guān)系 無(wú)論以哪個(gè)變量為決策變量 均可以計(jì)算其他系列變量 具體選用哪個(gè)變量為決策變量應(yīng)視模型時(shí)間尺度類型 中長(zhǎng)期或短期 給定負(fù)荷約束或用水量約束 以及計(jì)算的快捷方便程度而定 二 模型求解方法 由于式 3 不考慮機(jī)組啟停水量損失 則用水量最小模型就大為簡(jiǎn)化 因?yàn)椴槐乜紤]時(shí)段之間的關(guān)聯(lián) 可以將該模型分解為T個(gè)獨(dú)立的實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型 分別按照第二章介紹的方法進(jìn)行求解即可 運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型 可以得到任意機(jī)組組合或全廠的最優(yōu)動(dòng)力特性曲線 該曲線是以水頭H為參數(shù)的曲線簇 但由于計(jì)劃期內(nèi)負(fù)荷過(guò)程變動(dòng)或入庫(kù)流量過(guò)程變化較大時(shí)就會(huì)造成水庫(kù)水位或下游尾水位波動(dòng)較大 因此 各時(shí)段水頭可能差別較大 且在沒(méi)有確定出庫(kù)流量之前 無(wú)法計(jì)算水電站或機(jī)組 段 水頭 這就需要采用迭代法進(jìn)行逐時(shí)段計(jì)算 具體步驟如下 1 對(duì)于任一時(shí)段t 假設(shè)出庫(kù)流量 并令總發(fā)電流量 2 根據(jù)水庫(kù)水量平衡方程式 5 計(jì)算時(shí)段末庫(kù)蓄水量V t 1 如果V t 1 則令 且 由V t 1 查庫(kù)容曲線可以得到 由查下游水位流量關(guān)系曲線得下游水位 由式 10 可計(jì)算水電站或機(jī)組 段 水頭 3 根據(jù)和時(shí)段負(fù)荷 查事先編制好的全廠 或調(diào)用計(jì)算軟件制定的制定機(jī)組組合下的 最優(yōu)動(dòng)力特性曲線 可以得到該時(shí)段水電站應(yīng)投入的機(jī)組臺(tái)數(shù) 各機(jī)組編號(hào) 或組合 各機(jī)組所分配的負(fù)荷以及各機(jī)組發(fā)電流量和全廠發(fā)電流量 4 如果 為流量迭代允許誤差 則令 并調(diào)整 應(yīng)注意不小于綜合利用最小下泄流量 重復(fù) 2 3 直至收斂為止 否則 說(shuō)明該時(shí)段迭代計(jì)算已經(jīng)收斂 可以進(jìn)入下個(gè)時(shí)段的優(yōu)化分配 直至所有時(shí)段計(jì)算完成 由于實(shí)際情況非常復(fù)雜 各水電站特性可能差別較大 因此該模型的求解方法也會(huì)差別很大 有些情形比較簡(jiǎn)單 而有些情形則會(huì)造成該模型很難求解 所以需要技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 在保證計(jì)算精度的前提下 進(jìn)行合理概化 并運(yùn)用科學(xué)的優(yōu)化方法進(jìn)行求解 主要難點(diǎn)表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面 不同水電站采用不同的水頭損失計(jì)算方法 水電站機(jī)組類型多 機(jī)組臺(tái)數(shù)多 第三節(jié)水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的 以水定電 模式 一 優(yōu)化課題與準(zhǔn)則二 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型三 數(shù)學(xué)模型求解方法 一 優(yōu)化課題與準(zhǔn)則 一 優(yōu)化課題 以水定電 模式的基本課題是 對(duì)于計(jì)劃期T 總時(shí)段數(shù) 時(shí)間范圍為t0