水電富集地區(qū)大小水電協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方法研究及應(yīng)用.pdf

1、水電是我國的第二大電源，同時也是最重要的清潔能源。我國水能資源主要集中在西南地區(qū)，近年來，隨著“西電東送”戰(zhàn)略的深入推進，作為電源基地的西南地區(qū)的水電取得了跨越式發(fā)展，發(fā)電裝機容量實現(xiàn)了持續(xù)快速攀升。同時，在經(jīng)濟發(fā)展需求和相關(guān)政策的導(dǎo)向作用下，西南地區(qū)的小水電也得到了快速開發(fā)，并對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和電力工業(yè)水平的提高起到了十分重要的作用。然而，一方面，水電系統(tǒng)規(guī)模的快速增長使得水電優(yōu)化調(diào)度問題規(guī)模迅速擴大，傳統(tǒng)方法難以適應(yīng)大規(guī)模水電發(fā)展需求

2、;另一方面，由于缺乏合理規(guī)劃和有效管理，西南地區(qū)的小水電長期處于無序開發(fā)狀態(tài)，管理和并網(wǎng)混亂，并隨裝機規(guī)模不斷增長而出現(xiàn)了季節(jié)性小水電供大于求的現(xiàn)象，既定負(fù)荷需求下的小水電與大中型水電之間以及與其它能源之間存在著相互擠占有限發(fā)電空間和輸電通道的問題，導(dǎo)致水電汛期大規(guī)模窩電棄水，并給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成重大影響。
　　針對上述問題，本文以水電富集的西南地區(qū)為研究背景，以大小水電協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度為研究主線，深入分析了大規(guī)模水電站群優(yōu)化調(diào)度

3、特性、大小水電的出力特性以及相互之間的水力和電力聯(lián)系，開展了大規(guī)模水電站群長期優(yōu)化調(diào)度、不同時間尺度下大小水電協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度和大小水電及風(fēng)電的短期協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度問題的研究與分析。主要成果如下:
　　(1)針對大規(guī)模水電站投產(chǎn)導(dǎo)致水電站群優(yōu)化調(diào)度問題規(guī)模急劇增長，傳統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方法求解耗時大幅增加的問題，提出了水電站群長期優(yōu)化調(diào)度多核并行禁忌遺傳算法。該算法以十進制遺傳算法為基礎(chǔ)，將單一種群劃分為多個子種群，并引入多種群遷移策略，避免遺傳

4、算法早熟而陷入局部最優(yōu)解;通過禁忌策略避免適應(yīng)值重復(fù)計算，提高算法搜索的有效性;結(jié)合近年來快速發(fā)展的多核并行技術(shù)，實現(xiàn)遺傳算法并行化計算。以瀾滄江和紅水河為背景的實例研究表明，所提方法能夠有效避免傳統(tǒng)遺傳算法早熟問題，并能夠顯著減少計算耗時，大幅提高求解效率，是求解大規(guī)模水電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問題的一種可行方法。
　　(2)針對水電富集地區(qū)大小水電擠占有限的輸電通道、外送電力不暢的問題，提出了大小水電長期協(xié)調(diào)調(diào)度決策樹模型。首先建立了決

5、策樹數(shù)據(jù)挖掘算法，然后以大小水電長期可消納電量最大為目標(biāo)，采用確定性優(yōu)化方法獲得歷史各年理想調(diào)度過程，在此基礎(chǔ)上，利用決策樹挖掘具有普適性的大小水電長期協(xié)調(diào)調(diào)度規(guī)則。在應(yīng)用階段，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并結(jié)合美國氣象預(yù)測系統(tǒng)(CFS)的降雨預(yù)報信息預(yù)測大中型水電站徑流和小水電發(fā)電能力，并將其作為決策樹輸入，以獲得面臨時段水電調(diào)度決策信息。水電富集的云南德宏地區(qū)應(yīng)用結(jié)果表明，所提方法能夠合理利用大中型水電的調(diào)蓄能力，汛前降低水位、騰出庫容，為小水

6、電汛期外送騰出通道，有效減少窩電棄水，提升水電總體消納量。
　　(3)針對水電富集地區(qū)汛期大小水電搶占有限外送輸電通道資源，造成大規(guī)模窩電棄水的問題，提出了大小水電可消納電量期望值最大協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型。該模型根據(jù)分區(qū)小水電并網(wǎng)特點，將分區(qū)小水電作為整體考慮，首先分析了小水電計劃和實際出力偏差，然后采用模糊聚類分析和輪廓系數(shù)構(gòu)建了小水電出力場景。在此基礎(chǔ)上，采用啟發(fā)式搜索方法和關(guān)聯(lián)搜索算法進行求解。針對可能存在棄電的場景，通過調(diào)整大

7、中型水電站末水位控制條件，實現(xiàn)大小水電協(xié)調(diào)，并將棄電風(fēng)險控制在合理的范圍內(nèi)。以水電富集的滇西南德宏、普洱和版納為背景的實例研究表明，所提模型和方法能夠有效利用大中型水電良好的調(diào)節(jié)能力實現(xiàn)大小水電協(xié)調(diào)，減少棄電，是一種可行的大小水電短期協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方法。
　　(4)針對水電富集地區(qū)風(fēng)電等新能源的大規(guī)模開發(fā)進一步加劇了汛期電力外送壓力的問題，以可消納電量最大為目標(biāo)，構(gòu)建了大中型水電與小水電、風(fēng)電協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型。該模型將小水電和風(fēng)電作

8、為隨機變量，采用非參數(shù)核密度估計方法分析了小水電計劃出力和風(fēng)電預(yù)測出力的誤差分布。在模型求解方面，從初始粒子生成、慣性因子動態(tài)更新并增加粒子間的交叉和變異操作等方面對粒子群優(yōu)化算法進行改進，在此基礎(chǔ)上結(jié)合蒙特卡羅模擬方法進行求解。以滇西北地區(qū)實例研究表明，改進的粒子群優(yōu)化算法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的粒子群優(yōu)化算法和遺傳算法，所提方法能有效考慮小水電和風(fēng)電的不確定性，利用大中型水電協(xié)調(diào)風(fēng)電和小水電運行，并為調(diào)度人員提供運行風(fēng)險與期望消納電量的平衡依