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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明提供了一种考虑水流滞时的梯级水电短期灵活性量化方法，属于新型电力系统调度领域。步骤包括：收集初始计算条件，确定流域来水及水电水位、水流滞时及保障运行库容边界等运行状态及保障要求；构建水电灵活性最大目标函数并给出约束条件；提出水电需承担的随机灵活性需求，设置其满足水电上调与下调灵活性约束；纳入滞时偏差累积效应并基于对偶理论对随机约束进行重构并实现高效求解；可同时获得滞时影响下水电灵活性与响应方式。本发明能够准确量化滞时影响下的梯级水电灵活性，保障灵活性响应过程的安全执行，可应用于实际调度工作。

主权项：1.一种考虑水流滞时的梯级水电短期灵活性量化方法，其特征在于，所述的梯级水电短期灵活性量化方法包括如下步骤：步骤1，收集初始计算条件，包括未来1天逐小时梯级水电与互补风光电源的总计划出力，未来1天逐小时的光伏出力、风电出力，电站运行条件和约束，电力和水力调度需求条件，水电水流滞时；步骤2，定义灵活性与灵活性响应方式，水电的灵活性用以平衡互补风、光电源实际出力与计划出力偏差；灵活性调度过程需在电站层面执行，各电站各个时段的灵活性需求响应比例直接影响水电的灵活性；水电灵活性：设水电t时段的灵活性为其中分别为梯级各电站h在t时段的上调与下调灵活性的累加值；表示电站h在t时段出力爬、降坡的最大可调整量，受出力状态和爬坡能力限制，满足式下： 式中：分别表示电站h在t时段的出力降、爬坡限制，MW；Ph,t为电站h在t时段的出力，MW；分别为电站h在t时段的出力上下限，MW；电力系统灵活性需求：电网在时段t对水电的灵活性需求来源于对波动性、间歇性的风、光出力的预测偏差；表示上调灵活性需求，表示下调灵活性需求；为保障系统供电可靠性与充裕性，电网期望水电承担的灵活性需求应不超过其灵活性，即： 水电灵活性响应方式：梯级水电对电网灵活性需求的响应需要在各电站层面执行，设λh,t、分别为电站h在t时段的对电网灵活性需求的响应比例和响应的灵活性需求值，则满足下式3-4；各电站灵活性响应过程按照λh,t执行，下文称之为水电灵活性响应方式； 式中：h，H为电站编号和电站总数，并规定编号较小者位于上游；t为调度时段编号；如无特殊说明，下文中h，t为下标时，均代表电站及时段；步骤3，建立水电短期灵活性量化模型目标函数，以整个调度期灵活性最大为目标函数： 基于对灵活性需求不确定性及系统各电源协调运行的考虑，电力系统各时段对灵活性的要求可能不同；引入上调、下调灵活性基础值为满足分别建立基础值与各个时段的灵活性的关系为m与其中αmin,max≥0、及由系统根据灵活性需求预测情况确定；目标函数5可以进一步表示为： 式中：αmin,max≥0、及为预设参数；T为总时段数；因此，目标函数可等价转化为： 步骤4，建立水电短期灵活性量化模型计划阶段约束条件，该阶段水电与互补风光电源需执行电网下发发电任务，水电运行需满足常规保障运行约束；水风光出力过程约束： 式中：Ptw为互补风电在t时段的预测出力，MW；Pts为互补光伏在t时段的预测出力，MW；Dt为电网下发的t时段电站群与互补风光发电计划，MW；水电水量平衡约束： 式中：Vh,t为电站h在t时段末的库容，m3；分别为电站h在t时段的区间流量、发电流量和弃水流量，m3s；Δt为调度计算时段的步长；dh-1,h为上游电站到电站h的水流滞时；水电运行边界约束： 式中：10-12分别为电站h在t时段的发电流量、出力与库容边界约束；分别为电站h在t时段的发电流量上下限，m3s；分别为电站h在t时段的库容上下限，m3；水电始末库容约束： 式中：Vh,0为电站h在t时段初始的库容，万m3；Vh,t为电站h在t时段末的库容，万m3；VhEnd分别为电站h给定的调度期初库容控制值与调度期末库容控制值，万m3；水电发电函数：在短期调度中，电站日内水位波动对耗水率影响较小，根据研究对象实际运行情况，采用固定耗水率方式计算出力；电站发电函数表示如下： 式中：wh,t表示电站h在t时段的耗水率，m3kW·h；水电水位与库容关系函数：Zh,t＝fh,tVh,t16式中：Zh,t表示电站h在t时段末的水位，m；fh,tVh,t表示电站h的水位库容关系曲线函数；水电爬坡约束： 步骤5，建立梯级水电短期灵活性响应过程约束条件，受电力系统随机灵活性需求影响，水电灵活性响应过程的运行方式可能与计划值产生随机偏差；电站的出力、发电流量和水位均为随机变量，须满足运行约束；水电灵活性响应过程出力与发电流量约束： 式中：分别为电站h在t时灵活性响应过程的出力与发电流量，MW、m3s；水电灵活性响应过程水量平衡方程：根据常规水量平衡方程式9，得到水电灵活性响应过程的水量平衡方程； 式中：表示电站h在t时段在灵活性响应过程的库容，m3；为灵活性响应过程的弃水项，电站灵活性响应过程，不应造成弃水，因此限制为0m3s，将式20简化为： 水电灵活性响应过程边界约束：与常规运行边界约束相同，水电在灵活性响应过程中，出力、发电流量与库容需分别满足运行边界约束22-24； 水电灵活性响应过程保障库容约束：水电运行承担蓄能保障目标任务，响应随机灵活性需求的同时，应避免影响中长期计划与保障要求；因此，限制灵活性响应过程中期末库容满足保障运行库容要求； 式中：分别表示灵活性响应过程中电站h在调度期末的库容上、下保障运行边界；步骤6，基于对偶理论重构模型，重构水电灵活性响应过程约束22-25，使所有约束不再包含随机变量，易对模型高效求解；灵活性响应过程发电流量与出力约束重构：将式18带入式22可得： 公式26等价于任意情况下，灵活性响应过程出力的极大值小于出力上限，灵活性响应过程出力的极小值大于出力上限；进一步化简可将灵活性响应过程出力边界约束等价重构为27； 同理，灵活性响应过程发电流量边界约束23可等价重构为： 灵活性响应过程库容边界与保障库容约束重构：灵活性响应过程各时段入库、发电流量往往与计划值产生偏差，并不断累积，进而产生期末库容偏差；为表征上述过程，将式19代入式21并多次迭代建立与前序所有时段的关系式29，下文称之滞时偏差累积水量平衡方程； 由于随机灵活性需求满足约束2，因此电站h在t时刻灵活性响应过程库容存在最大值与最小值，分别表示为与任意时刻灵活性响应过程库容的最大值和最小值形成的区间即为灵活性响应过程库容的变化范围；将任意时刻灵活性响应过程库容的最大值最小值分别表示为： 灵活性响应过程库容需分别满足库容运行边界约束24与保障库容约束25；为统一表达，综合约束24与25，令与分别表示灵活性响应过程库容的上、下边界，且需满足： 因此，灵活性响应过程库容上界与下界约束可分别表示为式30是以随机变量为决策变量的线性优化问题，引入对偶理论对其求解；首先根据灵活性需求约束2，将模型30中的可行域转化为约束形式： 式中：分别表示电站h在τ时段的灵活性需求对τ时段灵活性约束的对偶变量；分别为τ时段的灵活性需求；重构思路为：首先建立灵活性响应过程库容的最大值式30的拉格朗日函数，并根据拉格朗日函数构建对偶函数与对偶问题；由于表达式30为线性凸优化模型，基于强对偶理论，对偶问题最优解与原问题最优解一致；通过求解对偶问题可得到原问题的最优解，据此得到灵活性响应过程库容上边界约束30的等价约束35； 灵活性响应过程的库容下界约束重构方法与上界约束重构方法相同，重构结果如36所示； 式中：分别表示电站h在τ时段的灵活性需求对τ时段灵活性约束的对偶变量；步骤7，灵活性量化求解策略，模型输入决策变量及各项参数，进行迭代求解，步骤如下：第一步，选择一个初始区间[a,b]，确保当分别取区间的两个端点时，模型优化结果分别为有解与无解，这样才能确保满足约束条件的的最大值在区间内；第二步，计算区间中点c＝a+b2；当取a与c时，模型优化结果分别为有解与无解，则满足约束条件的的最大值在区间[a,c]内，更新b＝c；当取b与c时，模型优化结果分别为有解与无解，则满足约束条件的的最大值在区间[c,b]内，更新a＝c；重复第二步，直到满足区间精度要求，得到使模型有解的区间某端点为满足约束条件的的最大值，最终由αmin,max≥0、及计算得到水电各时段灵活性；步骤8，综合步骤3至步骤6构建的不含随机变量的线性规划模型，通过步骤7提供方法调用求解器进行模型求解，即可获取水电短期灵活性量化结果。

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百度查询： 大连理工大学 一种考虑水流滞时的梯级水电短期灵活性量化方法