节能发电调度下的水电短期优化调度分析

对于电力系统的运转而言，系统的稳定、安全、经济成为所有方面的基本依据，发电量与调峰均属于电站发电调度的必备要求。因为水电站操控的灵活度，常处在优先考量调峰乃至发电的位置。对于水电系统的短期发电调度而言，调度是为了在具体状况的改变下有效运转电网。通过对节能发电中的水电系统短期调度运转给予分析，对实际运转中遭遇的问题进行处理 。

所有电站的状况

通过对汛期代表口的核算，系统所有水电站处理的过程，从结果来看，在汛期中以发电效益为目的，所有电站均具有较高的收益，基本状况依旧为枯水期，调节性能良好的电站通常能够均匀发电，而调节性能不佳的电站，则通过前期储水，而在后期进行发电。因为汛期具有较大的入库流量，大电站又转为基荷，所有电站都具有较为明显的发电趋势，特别对于枯期自身具备相应的峰谷显现的一些调节性能较差的电站，均呈现出高发趋势。一些电站出力波动过大，是因为具有始末水位阻碍等因素。汛期来水过大时，也会产生一些电站全天候停比的状态，这是因为下游电站全天有弃水的因素，这一状况需要通过调度修改或透过束缚的环境强行发电。比如对于平衡电厂而言，其在出力当中具有较频波动，因为发电量过大且汛期来水十分丰沛，因此具有满发比例，高负荷参与比例过大。

水电系统出力

通过水电系统总出力的过程可以看出，大电站在汛期中均转向基荷，所有电站均匀发电的趋势十分突出，剩余负荷以及系统负荷相互间的峰型转变较为平行相近。水电总发电量较高，获取了较大的发电量收益，这一收益对于节能效益、发电能力乃至经济效益具有较大的助益。

汛期定电量水电调峰

通过对汛期代表口采用调峰用电的最大模型核算，获得所有水电站发电的过程，通过这一过程可以发现，大部分电站的出力均在早晚高峰阶段有所增加，而且与谷段以及平段具有十分鲜明的差别，有些电站在谷段则加大出力状况，这是山于汛期来水丰沛，具有相应的水位限制，需提高放水发电，以免水位过高。并且可以看到有些电站处理当中基本不具备频繁跳动的状况，这是因为调度功能内的平衡电厂作用，能够通过人工的方式选择平衡电厂，用来平衡电站的电厂最大限度参加调峰，处理当中可以具备跳动的状况，而其余电站在出力时则需负荷最低持续时间的束缚。为相关电站调峰时产生的微小跳动状况给予解决，将实际调度与计算结果改正产生的矛盾给予平衡。

因为汛期来水过多，众多电站出力进行装机，一些电站基本整天满发。处于汛期阶段，会产生电站全天候停止的状态，主要是因为下游电站整天弃水而形成，从而尽可能少弃水而成为束缚的条件，这一状况中，一些必须通过调度修正或透过束缚因素强制发电。汛期入库流量过大，众多电站因为满发而令调峰效果受到阻碍。

节能发电调度下的水电短期优化调度方案

调度的基本原则

短期运行调度对具备短期调节性能的水电站具备良好的意义。长期最佳运行形势的制定对具备长期调节性能水库的水电站十分重要。

节能发电调度中水电短期优化需要实现的目标是需要通过长期优化运转方案判断发电用水量，并且通过短期水文预报乃至相应电力市场信息进行编定，通过口调节库容将水电站的水库调节作用彻底发挥出来 。

节能发电调度下的水电短期优化调度规划

在分析运行方案时，应当先对厂内经济运转的方案进行研究，获取电厂瞬时最佳运转特点。为研发短期最佳运转形式乃至平均最佳运转特征给予根据，再通过平均特征为依照打造长远最佳运行方案。在执行当中，需与运行方案的研制过程不同。

预报与调度成为水电站优化运转的重要方面。正确、稳定的报道信息，对调度的决策具有决定性的作用，成为调度成功的重要保障。

电站短期优化运转

将长期优化运转向时段的输入能量在较短时段中有效分配，依照电站逐口、逐小时乃至更短的时段的最佳负荷分配方案给予工作。短时间运转调度对短时间调节性能的水电站更加具有意义。长期最佳运转形式的制定对具备长远调节性能的水电站更加重要。

节能发电调度下的短期优化调度的重要性

水电站优化调度的意义

进行水电站优化调度，成为处理资源短缺、能源紧张的一个重要方面，也成为最具意义的一个方式，受到经济体制改革以及市场机制竞争的影响，令水电站需要通过厂网分离、竞价上网的方式进行电力市场的运用，从而节约成本、提升效率 。

在这一状态下，实施水电站经济运转工作，提升水电站运转的管理能力，对提高水电站发电效益、保障电网安全运转具有较大的意义，也是有效运用水资源的有效措施。

水电站经济运转的内容

（1）水电站经济运转的内容。大致包含了厂内经济运转、短期经济运转及长期经济运转。

厂内经济运转指的是实时调度，把相关小时分配到的负荷落实于所有机组当中，且依照负荷的实际转变，协调所有机组的负荷，执行实施操控。在符合电力系统供电所需与不转变当前发电设施及水工建筑物的条件下，通过充分运用水能资源，提升电站以及系统经济效益的目标，依照系统分析理论以及最优化技术编制方案进行运转。

（2）短期经济运转的工作。短期经济运转需要将长远经济运转分配至本时段的输入，可以在最短的时段之间进行有效搭配，打造出电站短期最佳的运转形式，也就是将短期电站逐口、逐时的负荷分配以及运转状态进行确定。

（3）长期经济运转。这是将较长时期中的有限输入能最佳分配于较短时段，打造出所有电站长期最优的运转形式。将水库优化调度作为中心，并执行电力系统长期的电力电量平衡，把水电站较长时间内的输入能量有效分配于较短时间当中 。

总之，三者不仅为一体，也单独存在，从理论而言，研究需要先通过厂内出发，再到短期与长期，而在研究当中则将顺序颠倒。

我国当前水电站经济运行中存在的问题

电力系统作为有机的整体，在系统中所有主要设施运转状态的变更，均会对电力体系造成影响，所以并网运转的水电站应当承受并服从电力系统值班调度员的统一指导。对于水电站而言，值班人员在业务方面存在机、电分离或机、电不分的状况，每班均设有值长，对当班进行统一运行。值班长对于行政方面需通过站长或厂长进行指挥，对于运转技术方面执行系统值班调度员的调度指挥 。

据分析，我国大部分已经完成的水电站内，大多未进行经济运转，原因较多，比如节能思想中的问题，体现出不注重水电站运转的经济节能，并且有些水电站并不具备节能的理念，例如技术水准过低，严重影响到水电站的经济运转，虽然有些水电站已经将经济运转当中长远发展进行了节能化管理，也对水电站提出了相应的要求，可是在真正的操控当中，并不具备真正的节能标准，有些未对所有季度或所有月份提出水电站的节能目标，令众多节能理念仅处于号召的状态。再比如：欠缺相应的法律制度，责任体系模糊。未颁布真正的法律条例进行规划，节能仅仅成为模糊的观念，未明确责任的主体，即便无法完成节能的目标也不具备责任问题，并不会存在任何不利结果，如此会对水电站的运行造成影响，不具备较高的节能积极性，欠缺主动性。可是在技术环境的束缚中，众多节能方法无法良好运用，也无法使用新技术来减少电能的耗费。当前在水电站经济优化运转的探讨方式具备自身的特质，对于各种类别的水电站而言，方法的使用也各不相同 。

总而言之，在电力工程的发展下，水电系统将山电力系统运转费用实现最低化而将统一的调度方式改变成水电体系追寻相互效益最大竞争的形式，为电力市场氛围中的电站调度迎来全新的内容及挑战。节能发电调度的制度实施，有利于资源的合理高效利用，有利于加速小火电机组的淘汰，有利于促进电力市场的规范建设在原有基础建设上，进行短期优化调度，使节能发电理论发挥到极致，这对我国能源节省方面做出了巨大的贡献。2100433B

如果电力系统中没有火电厂,或电力系统的负荷已经在水,火电站间分开(电力市场模式下),水电站系统最优运行仍遵守等相对增率原则.即满足式(13).此时问题可以表述为:已知系统初始库水位和入库径流过程,在满足梯级电站各种约束条件下,求各水电站的出力过程,在梯级电站保证出力最大的条件下发电量最大:

对于独立的水电站梯级系统,仍然可以按上述有变分原则推求的等相对增率原则安排其运行,使得水电站群系统在满足可靠性要求的前提下运行效益最好.但由于水电系统有起自身的特点,如一个水文年可以分为汛期和枯水期.在讯期,当水电站系统天然出力大于系统负荷要求,则要安排系统中某些水库蓄水;在枯水期,当水电站系统天然出力不能满足系统负荷要求,则需要安排系统中某些水库供水.这就产生了如何合理安排水库群系统供,蓄水的问题.对此问题做如下分析:1.供水情况在水电站梯级系统中,当各电站按天然流量出力不能满足电力系统动力平衡要求时,水电站就必须供水.此时,若由某电站供水,理论上则将因上游水位降低而造成后期时段来水不蓄能量的损失.不蓄能量损失的大小取决于天然流量及其分布情况,水库动力特性和水电站动力设备特性.为发出同样的附加电能,各水电站的不蓄能量损失是不同的,于是便产生了应由哪个水电站供水的问题.下面以有n个水电站的组成的梯级系统进行说明.设在时刻这部分附加出力是由自上游起之第级水库单独供水取得,则系统所得附加电能为:

式中为从水库取用的水量,由于这部分水量流经下游水电站时同时发出能量,所以相应的总水头为().设库址处自时刻开始到供水期末天然来水总量为,上游各级水库时刻的有效蓄水量分别为,,水量将通过水头增量增发电能.表示第级水库死库容.这是因为在梯级水库中,上游各库之蓄水量在供水期末将会全部泄放下来.则由于第级水库水头降低引起的能量损失为:则供发单位电能所引起的能量损失为:在满足系统要求的条件下,使梯级系统电能损失最小,无疑是我们追求的目标.因此,供发单位电能所引起的能量损失最小的水库供水是有利的,系统中K值小的水库供水有利.2.蓄水情况水电站系统中各电站按天然流量出力超过电力系统所需要的负荷时,需要蓄水以满足系统的动力平衡要求.设在时刻这部分附加出力是由自上游起之第级水库蓄水满足,则系统减发能量为:由于水库蓄水而导致水头增加,将使系统后期来水的不蓄电能增加.设库址处自时刻开始到供水期末天然来水总量为,上游各级水库时刻蓄水量分别为,,这些水量将通过水头增量增发电能.其中表示第级水库的最大可蓄水量.这是因为,库址处天然来水总量要满足蓄水期末蓄满以上各库库容,而剩余水量供发电之用.因此,提高水头致蓄水期末系统可增发电能为:单位增加电能表达式为:在满足系统要求的条件下,使梯级系统增发电能越多越好.因此,在蓄水期,系统中K值大的水库先蓄水有利.上述方法可称为K判别式法,根据判别式法原则,在蓄水期,由K值大的蓄水有利,在供水期,由K值小的水库供水有利.基于和等相对增率法相同的原因,在实际调度中,并不求方程组的解析解,而是采用和等相对增率法相同的求解过程,来安排纯水电系统的优化运行安排.从以上可以看出,从数学角度用变分原理求得的等相对增率原则和由实际物理角度求得的K判别式原则,有其很大的相通之处.3.判别K法的优点与不足不足:①在推导判别式时(以供水情况为例,蓄水期的情况类似),在计算天然不蓄能量损失时,认为这部分损失值决定于由该时刻到供水期总的天然来水量和由于该时段供水而产生的落差值即但是这种说法是存在问题的,因为本时段供水后水头损失了,而下个计算时段或以后的计算时段,水库根据最优运行要求,可能又蓄水增加了水头,此时,自此时刻起至供水期末的所有天然来水量就并不都因而造成损失.②严格按照判别式规则运行,可能对水电站水库正常运行带来负面的影响.需要采用相关策略对此方法进行改进(水电站水库常规调度图).优点:与其他的从数学优化(DP,POA等)角度出发建立数学模型,指导水电站水库运行方法相比,该方法物理概念明确(水电站水库蓄能特性),应用方便;在具体使用时候,配合运行工作者的实际经验可给出近似正确结果.2100433B

未来数小时、一日、一周或数周的发电计划。

（1）火电调度计划。火电部分逐时段的经济调度计划，在满足系统负荷和安全约束条件下使发电费用降至最低，为了核电厂运行的安全与经济，多使其带基本负荷并尽量减少其出力波动。

（2）机组经济组合。确定某一周期旧或周)内各时段机组起停计划，在满足负荷、备用、机组、系统和环境等约束条件下。使整个周期发电和起动费用（或成本）降至最低。

（3）水火电调度计划。在水火电联合系统中。对某周期中各时段进行负荷经济分配，除满足负荷及其他限制条件外，还要满足各水电站发电用水条件，使整个周期内系统总发电费用（或成本）降至最低。根据系统情况可分为定水头、变水头、梯级和抽水蓄能等类型的水电站的调度。纯水电系统的经济调度目标为:发电用水量最少、弃水最最少、售电价值最高或购电费用最少等。

（4）燃料约束调度。在发电调度计划中考虑某些发电厂在调度周期内(日或周)消耗规定的燃料量或发出规定的电量。

（5）交换功率计划。确定某一周期内各时段与其他系统(或公司)交换电能计划.满足某些约束(如功率或电量限制)条件下获得最大经济效益。

微电网优化调度是一种非线性、多模型、多目标的复杂系统优化问题。传统电力系统的能量供需平衡是优化调度首先要解决的问题。微电网作为一种新型的电力系统网络也是如此。微电网能量平衡的基本任务是指在一定的控制策略下，使微电网中的各分布式电源及储能装置的输出功率满足微电网的负荷需求，保证微电网的安全稳定，实现微电网的经济优化运行。

与传统的电网优化调度相比，微电网的优化调度模型更加复杂。

首先，微电网能够为地区提高热（冷）/电负荷，因此，在考虑电功率平衡的同时，也要保证热（冷）负荷供需平衡。

其次，微电网中分布式电源发电形式各异，其运行特性各不相同。而风力发电、光伏发电等可再生能源也易受天气因素影响。同时这类电源容量较小，单一的负荷变化都可能对微电网的功率平衡产生显著影响。

最后，微电网的优化调度不仅仅需要考虑发电的经济成本，还需要考虑分布式电源组合的整体环境效益。这就无形中增加了微电网优化调度的难度，由原来传统的单目标优化问题转变成了一个多目标的优化问题。

因此，微电网的优化调度必须从微电网整体出发，考虑微电网运行的经济性与环保性，综合热（冷）/电负荷需求、分布式电源发电特性、电能质量要求、需求侧管理等信息，确定各个微电源的处理分配、微电网与大电网间的交互功率以及负荷控制命令，实现微电网中的各分布式电源、储能单元与负荷间的最佳配置。

目前，对含多种分布式电源的微电网优化调度问题，国内外学者已做了一些相关的研究。 2100433B