基于弃电指标跟踪监视的梯级水光互补电站优化调度方法

技术领域

本发明属于电网能源调度技术领域，尤其涉及一种基于弃电指标跟踪监视的梯级水光互补电站优化调度方法。

背景技术

近年来我国新能源装机规模迅速发展，截至2021年底，风电装机容量约3.28亿千瓦，同比增长16.6％；太阳能发电装机容量约3.06亿千瓦，同比增长20.9％，分别占全国总发电装机容量的13.8％和12.9％。而以风电、光伏为代表的新能源的出力具有随机性、波动性和不确定性，大规模风光新能源接入电网对调度运行的稳定性和安全性提出了巨大挑战，需要灵活性电源进行调节。水电作为大规模的清洁电源，具有启停迅速，调节灵活，响应时间短的特性，截至2021年底，我国水电装机约为391GW，约占全国发电总装机容量的16.4％，新能源的大规模接入对其消纳能力提出了挑战，由于消纳能力有限，加之外送通道建设滞后，在新能源发电集中的时段，电网调峰能力短缺，影响了电网安全运行，只能被迫弃电。新能源的弃电率是电网对调度部门的重要考核指标，在水-光互补系统中，需要在控制新能源弃电率的条件下进行梯级电站的复杂调度，对电站的调度提出了巨大挑战。

针对以上问题，本发明提出了基于弃电指标跟踪监视的梯级水光互补电站优化调度方法，对弃电指标进行描述与量化，建立弃电指标约束，结合调峰目标函数和水电站、光伏电站的常规运行约束建立混合整数线性规划模型。选用中国西南地区某流域水光互补系统作为研究对象对本发明提出的方法进行应用测试。结果显示，上述方法可以有效对弃电指标进行跟踪约束，并根据指标要求值进行梯级水电站的优化调度，提高新能源的消纳效率和电网运行的安全性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于弃电指标跟踪监视的梯级水光互补电站优化调度方法，在满足水光互补系统弃电率考核的要求下获得较好的调峰效果，提高电力系统调度的经济性和安全性。

本发明技术方案：

一种基于弃电指标跟踪监视的梯级水光互补电站优化调度方法，所述方法包括：对弃电指标进行描述与量化，建立弃电指标约束，结合调峰目标函数和水电站、光伏电站的常规运行约束建立混合整数线性规划模型，模型求解，对弃电指标进行跟踪约束，并根据指标要求值进行梯级水电站的优化调度。

所述方法包括：

步骤1、计算初始边界条件，包括梯级水电站的运行参数特性、梯级水力联系、流域天然来水特性、光伏出力预测值以及水电站运行的常规约束；

步骤2、以梯级水电站和光伏电站组成的水光互补系统为研究对象，考虑对电网的调峰作用；采用系统剩余负荷二阶矩最小为系统短期优化调度的目标函数，水电站常规运行约束包括水量平衡约束、梯级电站上下游关系水力联系、水库水位-库容关系曲线、尾水位-泄量关系曲线、出力特性曲线、水库库容、出力、流量上下限约束再加上动态调整的弃电指标约束；

步骤3、将模型中的非线性目标函数和约束条件进行线性化，构建混合整数线性规划模型；

步骤4、以梯级水电站和光伏电站为研究对象，用电侧负荷扣减水电和光伏出力剩余部分为剩余负荷

步骤5、采用优化求解器Gurobi 9.5对建立的MILP模型进行求解计算。

步骤2中常规运行约束包括：

步骤2.1、常规运行约束：

A.水量平衡方程

其中，V

其中，q

C.库容约束

其中，V

D.水电站出力上下限约束

其中，

E.水电站发电流量约束

其中，

F.水电站出库流量约束

其中，

G.梯级水力联系

其中，

H.水电站水位-库容关系

Z

其中，Z

其中，ZD

其中，h

r

其中，r

L.电站出力特性约束

M.光伏出力上下限

其中，

步骤2.2、弃电指标限制动态调整

水光互补系统的弃电指标包括弃水率和弃光率两部分，弃水率根据汛期和枯期进行动态调整，弃光率根据时间进行指标裕度的动态调整，调整公式为：

其中，

步骤2.3、弃电指标约束包括：

弃电指标中的弃水率和弃光率计算公式如下：

其中，

弃电指标约束如下式：

步骤3具体实现方法包括：

步骤3.1、目标函数线性化

目标函数为剩余负荷的距平绝对值平均值，对目标函数进行线性化

其中，G

步骤3.2、约束曲线线性化：

以水位-库容曲线为例，坝前水位-库容关系是一条二维非线性曲线，将该约束线性化为以下公式

γ

VA

其中，γ

步骤4中剩余负荷计算公式如下：

其中，L

本发明有益效果：

本发明提出了基于弃电指标跟踪监视的梯级水光互补电站优化调度方法，对弃电指标进行描述与量化，建立弃电指标约束，结合调峰目标函数和水电站、光伏电站的常规运行约束建立混合整数线性规划模型；上述方法可以有效对弃电指标进行跟踪约束，并根据指标要求值进行梯级水电站的优化调度，提高新能源的消纳效率和电网运行的安全性。

本发明通过对水光互补系统的弃电指标进行跟踪监视，以系统调峰为目标，建立了梯级水光互补短期优化调度模型；通过对弃电考核指标进行动态调整和实际运行指标的跟踪计算建立约束条件，结合水电站常规运行约束，建立混合整数线性规划模型(MILP模型)，采用Gurobi 9.5求解器进行计算，其调度结果可以响应电网的负荷特性，调峰效果较好，可以满足电力系统调度的经济性和安全性，也能促进新能源的高效消纳。

附图说明

图1是本发明方法总体流程图；

图2是本发明具体实施方式系统负荷分配结果；

图3是本发明具体实施方式梯级弃水出力过程；

图4是本发明具体实施方式光伏出力接入过程。

具体实施方式

本发明提出了一种基于弃电指标跟踪监视的梯级水光互补调峰优化调度方法，主要包括：考虑弃电率的水光互补调峰模型构建，模型线性化，模型求解三部分。按照下述步骤进行系统短期调度：

(1)计算初始边界条件，包括梯级水电站的运行参数特性、梯级水力联系、流域天然来水特性、光伏出力预测值以及水电站运行的常规约束；

(2)以梯级水电站和光伏电站组成的水光互补系统为研究对象，考虑其对电网的调峰作用。采用系统剩余负荷二阶矩最小为系统短期优化调度的目标函数，水电站常规运行约束包括水量平衡约束，梯级电站上下游关系水力联系，水库水位-库容关系曲线，尾水位-泄量关系曲线，出力特性曲线(水头-耗水率关系曲线)，水库库容、出力、流量上下限约束，再加上动态调整的弃电指标约束。详细步骤介绍如下：

Step1.系统常规运行约束

A.水量平衡方程

其中，V

B.出库流量关系

其中，q

C.库容约束

其中，V

D.水电站出力上下限约束

其中，

E.水电站发电流量约束

其中，

F.水电站出库流量约束

/>

其中，

G.梯级水力联系

其中，

H.水电站水位-库容关系

Z

其中，Z

I.水电站尾水位-泄量关系

其中，ZD

J.水电站净水头约束

其中，h

K.水电站水头-耗水率关系

r

其中，r

L.电站出力特性约束

M.光伏出力上下限

其中，

Step2.弃电指标限制动态调整

水光互补系统的弃电指标包括弃水率和弃光率两部分，弃水率根据汛期和枯期进行动态调整，弃光率根据时间进行指标裕度的动态调整。调整公式如下：

其中，

Step3.弃电指标约束

弃电指标中的弃水率和弃光率计算公式如下：

其中，

弃电指标约束如下式：

(3)将模型中的非线性目标函数和约束条件进行线性化，构建混合整数线性规划模型(MILP模型)。

Step1.目标函数线性化

目标函数为剩余负荷的距平绝对值平均值，由于线性规划难以处理绝对值，这里对目标函数进行线性化。

其中，G

Step2.约束曲线线性化

以水位-库容曲线为例，坝前水位-库容关系是一条二维非线性曲线，将该约束线性化为以下公式

γ

VA

其中，γ

(4)负荷处理：

以梯级水电站和光伏电站为研究对象，用电侧负荷扣减水电和光伏出力剩余部分为剩余负荷，目标函数为该部分波动最小，剩余负荷计算公式如下：

其中，L

(5)采用优化求解器Gurobi 9.5对建立的MILP模型进行求解计算。

下面结合说明书附图和实际算例对本发明进行进一步描述。

本部分以贵州省牛栏江的四座梯级电站和并网的光伏电站组成的梯级水光互补系统，对该系统采用本发明描述模型建立方法进行验证。

水电站的计算参数见表1

(6)表1电站基本参数

本发明对一日24小时负荷进行分配，时间步长1h，选定8月15日天然来水、系统负荷以及光伏出力预测过程，采用模型进行计算，计算结果如附图2-4。

图2是系统负荷分配结果图，从图中可以看出剩余负荷各时段相同，为469.7MW，采用该模型可以对系统负荷有效调峰，平滑负荷和新能源出力的波动性。

图3是梯级水电站的总弃水出力过程，可以看到由于处于汛期，天然来水量较大，会产生弃水，但由于增加了弃水率指标，累计的弃水率为3.76％，汛期的弃水率上限动态设定为4％，满足设定的弃水率要求。

图4是光伏处理的接入过程，相较于光伏预测出力，在15时段的出力高峰产生了弃光，累计弃光率为4.1％，该日弃光率上限动态设定为4.62％，满足弃光率要求。