响应调峰需求的水电系统优化调度方法研究及应用

【摘要】：我国电网普遍面临巨大的调峰压力,特别在火电占绝对支配地位的华东和东北地区,调峰问题更加突出。水电机组因具有启停迅速、运转灵活、跟踪负荷强、近似零污染等优点,一直是电网最优质的调峰电源,因此,开展响应调峰需求的水电系统优化调度方法研究对保障我国电网安全、稳定、经济运行具有重要的理论指导意义和工程实用价值。本文分别从流域侧、电网侧及交直流互联大电网三个不同角度详细阐述了水电系统长短期调峰存在的关键科学问题和技术难题,以运筹学的最优理论为支撑,以调峰问题非常突出的东北电网和华东电网实际工程项目为研究背景,开展了响应调峰需求的跨流域引水梯级水电站群、含混合式抽水蓄能电站的梯级水电站群、区域电网直调抽水蓄能电站群和大规模跨区特高压直流水电优化调度方法研究,取得了一些有理论意义和实用价值的成果,主要内容概括如下： (1)针对跨流域引水梯级水电站群长期调度水力联系复杂且难以考虑调峰的问题,提出了以调峰效益最大为目标的长期优化调度模型及混合搜索算法。利用典型日负荷曲线模拟出调峰利用小时数为横坐标的电价曲线,再以调峰电价为参数构建长期调峰效益最大模型,耦合逐步优化算法、逐次逼近算法和状态逐密离散微分动态规划算法对模型进行求解。东北电网松江河梯级水电站群实例应用结果表明,所提长期调峰效益最大模型能够充分发挥跨流域引水水库的调节与补偿作用,显著提高已有梯级水电站群枯期电量,更加适用于火电占绝对支配地位电网的枯期调峰需求。 (2)为有效求解含有混合式抽水蓄能电站的梯级水电站群长期调度规则问题,结合调峰电价曲线和填谷电价曲线,提出了以调峰效益最大为目标、以保证出力为约束的长期调峰调度规则优化模型。该模型以抽水蓄能电站水-能转换和调峰效益模拟为基础,根据各月历史径流相关性强弱分别采用随机一阶相关动态规划和随机独立动态规划方法求解。东北电网第二松花江梯级水电站群实例应用结果表明,所提模型方法能够考虑径流随机性和时段相关性,同时还能体现电网对水电站保证出力和调峰效益的双重要求,可以有效发挥混合式抽水蓄能电站在电力系统中的枯期调峰潜力。 (3)针对区域电网直调抽水蓄能电站群难以同时响应多个省级电网调峰填谷需求的问题,提出以多个省级电网剩余负荷方差最小为目标的短期多电网调峰方法。该方法分三步进行,首先利用归一化方法将多个电网负荷合并成一条总负荷；其次以这条总负荷曲线的最高、最低点作为启发信息确定电站最优发电、抽水时间及大小；最后采用出力切分和组合优化方法将电站出力合理分配到多个电网,目标函数为多个电网剩余负荷方差最小。华东电网直调抽水蓄能电站群典型日调度结果表明,所提模型方法能够高效地搜索出满足电力和水力约束的电站出力过程,同时还能将电站出力过程合理地分配到各电网,满足各电网调峰填谷负荷需求。 (4)针对我国大规模特高压直流水电跨区跨省输送难题,提出能切实反映实际工程需求的大规模特高压直流水电受端电网多电源短期协调调峰方法。该方法采用大系统分解协调原理,将原问题根据电源种类分解成多个子问题进行求解,其中针对直流水电提出了两种不同输送控制方式：控制电力和控制电量。前者不改变现有的直流水电送电过程,只优化其在多个省级电网的分配过程；后者不改变直流水电输送电量,优化各条直流联络线的送电过程及其在多个省级电网的分配过程,最后以各省级电网剩余负荷为关联因子,通过循环调用各类电源求解子方法来实现多电源协调调峰的目的。华东电网多层级电能一体优化调度系统的应用结果表明,提出的多电源协调调峰方法能够充分发挥直流水电的调峰潜力,显著提高区域电网的调峰率,研究成果为我国现在和将来的水电大规模跨区跨省集中输送提供了切实可行的理论方法。 最后对全文做了总结,并对下一步研究的问题进行了展望。 【关键词】：水电 调峰 大电网 跨流域引水 抽水蓄能 特高压直流
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV737
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-13
• TABLE OF CONTENTS13-17
• 图目录17-19
• 表目录19-20
• 主要符号表20-21
• 1 绪论21-45
• 1.1 我国电网普遍面临巨大的调峰压力21-26
• 1.1.1 电源结构不合理21-22
• 1.1.2 负荷增长过快22-23
• 1.1.3 清洁能源大规模并网23-26
• 1.2 缓解调峰压力的有效措施26-32
• 1.2.1 工程措施26-30
• 1.2.2 技术措施30-32
• 1.3 关键科学问题32-34
• 1.3.1 直调抽水蓄能电站群短期多电网调峰问题33
• 1.3.2 大规模跨区特高压直流水电短期调峰问题33
• 1.3.3 梯级水电站群长期调峰问题33-34
• 1.4 关键技术问题34-35
• 1.4.1 直调抽水蓄能电站群短期调峰问题34
• 1.4.2 大规模跨区特高压直流水电短期调峰问题34-35
• 1.4.3 梯级水电站群长期调峰问题35
• 1.5 国内外相关研究进展35-41
• 1.5.1 国外进展36-39
• 1.5.2 国内进展39-41
• 1.6 开展研究的意义41-42
• 1.7 本文主要研究思路和框架42-45
• 2 研究的工程背景45-59
• 2.1 东北电网45-52
• 2.1.1 松江河跨流域引水梯级水电站群47-49
• 2.1.2 第二松花江梯级水电站群49-52
• 2.2 华东电网52-58
• 2.3 小结58-59
• 3 跨流域引水梯级水电站群长期调峰效益最大方法59-76
• 3.1 引言59-60
• 3.2 数学模型60-61
• 3.2.1 目标函数60
• 3.2.2 约束条件60-61
• 3.3 模型求解61-68
• 3.3.1 调峰电价曲线及调峰效益推求61-64
• 3.3.2 引水流量推求64-65
• 3.3.3 发电计划推求65-67
• 3.3.4 模型求解流程67-68
• 3.4 应用实例68-75
• 3.4.1 工程背景68-69
• 3.4.2 算例分析69-74
• 3.4.3 应用界面74-75
• 3.5 本章小结75-76
• 4 含混合式抽水蓄能电站的梯级水电站群长期调峰调度规则建模方法76-90
• 4.1 引言76-77
• 4.2 数学模型77-79
• 4.2.1 目标函数77-78
• 4.2.2 约束条件78-79
• 4.3 模型求解79-85
• 4.3.1 调峰与填谷电价曲线推求79-80
• 4.3.2 抽水流量动态平衡80-81
• 4.3.3 混合式电站的以水定电算法81-82
• 4.3.4 模型求解82-84
• 4.3.5 模型求解流程84-85
• 4.4 应用实例85-88
• 4.4.1 工程背景85
• 4.4.2 算例分析85-88
• 4.5 本章小结88-90
• 5 大电网平台下抽水蓄能电站群短期多电网启发式调峰方法90-108
• 5.1 引言90-91
• 5.2 数学模型91-94
• 5.2.1 目标函数91
• 5.2.2 约束条件91-94
• 5.3 模型求解94-103
• 5.3.1 重构总负荷94-96
• 5.3.2 抽水蓄能电站群短期优化调度求解96-98
• 5.3.3 电站出力网间分配方法98-100
• 5.3.4 约束处理策略100-102
• 5.3.5 模型求解流程102-103
• 5.4 应用实例103-106
• 5.4.1 工程背景103
• 5.4.2 算例分析103-106
• 5.4.3 应用界面106
• 5.5 本章小结106-108
• 6 大规模跨区特高压直流水电受端电网多电源短期协调调峰方法108-134
• 6.1 引言108
• 6.2 研究背景与建模思路108-111
• 6.2.1 华东电网电源结构108-109
• 6.2.2 华东电网负荷特性分析109-110
• 6.2.3 多源直流水电输送简介110
• 6.2.4 现在的输送方式110
• 6.2.5 新的建模思路110-111
• 6.3 数学模型111-115
• 6.3.1 目标函数111-112
• 6.3.2 约束条件112-115
• 6.4 模型求解115-121
• 6.4.1 重构面临总负荷116
• 6.4.2 抽水蓄能电站群短期启发式搜索算法116
• 6.4.3 常规水电站短期调度求解算法116-117
• 6.4.4 火电站短期调度求解算法117
• 6.4.5 基于电量控制的直流水电送电过程求解方法117-118
• 6.4.6 网间电力分配方法118-120
• 6.4.7 多电源协调优化求解方法120-121
• 6.5 应用实例121-133
• 6.5.1 工程背景121
• 6.5.2 算例分析(1)121-123
• 6.5.3 算例分析(2)123-131
• 6.5.4 应用界面131-133
• 6.6 本章小结133-134
• 7 结论和展望134-137
• 7.1 结论134-135
• 7.2 创新点摘要135-136
• 7.3 展望136-137
• 参考文献137-150
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果150-153
• 致谢153-154
• 作者简介154

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