市場環(huán)境下梯級水電站間發(fā)電補償效益研究

對梯級水電站之間的水力聯(lián)系和市場競爭中的關(guān)系進行了分析,提出了電力市場環(huán)境下基于水庫特征和市場供求關(guān)系的初級競價策略和綜合考慮上下級水電站之間的影響及競價對水庫優(yōu)化調(diào)度反作用力的高級競價策略,指出了研究和建立梯級水電站群計算機輔助報價決策專家系統(tǒng)的必要性

在傳統(tǒng)水電站調(diào)度模式下，由于電價固定不變，水電站調(diào)度模式的目的是尋求發(fā)電量的最大化，以提高效益。然而在市場競價環(huán)境下，電價會隨著市場的變化而發(fā)生波動，因此，水電站的調(diào)度模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐垣@得盡可能多的利潤為最終目標。市場的不確定性提升了發(fā)電公司報價決策的難度。與火電廠有所不同，水電站不同時段的發(fā)電能力會有所差異，因此，其競價策略十分復雜。隨著競價策略復雜性的提升，梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度的難度也有所增加，增強對市場競價下梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度的研究就顯得尤為重要。

針對電力市場環(huán)境下梯級水電站運行管控問題,提出基于市場出清價的市場力評估指標,并通過構(gòu)建雙層市場仿真與管控模型對不同管控條件下梯級水電站運行方式進行仿真研究。在下層市場競價仿真模型中,通過迭代優(yōu)化算法實現(xiàn)市場仿真運行；在上層市場管控設計模型中,以基數(shù)電量為決策變量實現(xiàn)對梯級水電站運行的管控；上下層通過市場力評估指標與基數(shù)電量形成耦合關(guān)系。最后提出耦合市場仿真運行與多核并行禁忌遺傳算法(mptga)的求解思路對管控方案進行評價優(yōu)選。實例分析表明,基于出清電價的市場力評估指標可有效評估市場中梯級水電站跨交易時段所擁有的市場力,利用雙層市場仿真與管控模型獲得的基數(shù)電量方案可實現(xiàn)市場優(yōu)化管控運行。

針對傳統(tǒng)優(yōu)化算法在求解高維、復雜梯級水電站發(fā)電調(diào)度時易出現(xiàn)“維數(shù)災”，或陷入局部最優(yōu)解的缺陷，本文提出了免疫蛙跳算法（isfla）。該算法將克隆選擇算法嵌入到混洗蛙跳算法框架中，對混合之后的蛙群構(gòu)造子群體執(zhí)行免疫克隆選擇操作，同時使用改進的最差解更新方式提高其局部搜索能力。應用實踐表明，通過將isfla與標準混洗蛙跳算法、粒子群算法以及逐步優(yōu)化方法對比，isfla在求解梯級水電站發(fā)電優(yōu)化問題時具有明顯的優(yōu)越性。

三板溪水電站為沅水干流梯級開發(fā)的控制性工程,對下游梯級的補償效益顯著。由于目前尚未實行梯級補償效益償還機制,三板溪水電站補償效益得不到償還,由此致使自身財務陷入被動的局面。在闡述受益電站一般界定方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合沅水干流徑流特性和補償情況,合理確定了施益電站和受益電站;明確了沅水干流梯級補償效益的界定及計算方法;提出了合理的沅水干流梯級水電站發(fā)電補償效益分配辦法及償付方式。

三板溪水電站為沅水干流梯級開發(fā)的控制性工程,對下游梯級的補償效益顯著。由于目前尚未實行梯級補償效益償還機制,三板溪水電站補償效益得不到償還,由此致使自身財務陷入被動的局面。在闡述受益電站一般界定方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合沅水干流徑流特性和補償情況,合理確定了施益電站和受益電站;明確了沅水干流梯級補償效益的界定及計算方法;提出了合理的沅水干流梯級水電站發(fā)電補償效益分配辦法及償付方式。

在由\"龍頭\"水庫與若干日調(diào)節(jié)或無調(diào)節(jié)水電站組成的梯級水電中,枯水期末和汛期洪水間隔階段,\"龍頭\"水庫根據(jù)下游電站區(qū)間來水情況,在正常發(fā)電流量外實施小流量泄流補償,不僅可以提高\"龍頭\"水庫的防洪安全性、減少無益棄水,而且可以給下游電站提供更多的發(fā)電水量,改善機組的運行效率。文中建立了梯級水電站實時發(fā)電補償調(diào)度風險分析模式,提出了梯級水電站實時補償增益的計算方法、\"龍頭\"水庫不同補償方案下風險的定量化方法以及基于期望增益最大的補償方案選擇方法。實例研究表明所提出的方法是合理、有效的,具有較好的輔助決策價值。

梯級水電站聯(lián)合發(fā)電調(diào)度的優(yōu)化模型的確定在整個電網(wǎng)經(jīng)濟、安全運行中起著非常重要的作用。文中提出一種新的梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度的調(diào)度準則——以單位水體發(fā)電電價最高優(yōu)先發(fā)電,在此基礎(chǔ)上建立梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度模型及其評價方法。首先建立基于四層水體的水庫能的水電站發(fā)電模型,在此基礎(chǔ)上提出單位水體發(fā)電電價的概念。建立優(yōu)化調(diào)度模型時,將電力系統(tǒng)中的負荷變化和在電力市場機制下分時上網(wǎng)電價的影響因素考慮在內(nèi)。該模型能較為客觀地反映梯級水電站運行情況,能給系統(tǒng)調(diào)度員做出最佳調(diào)度決策提供一定的依據(jù)。優(yōu)化仿真計算結(jié)果證明該調(diào)度準則具有可行性和適用性。

對梯級水電站水能計算方程中各要素及梯級電站豐水期、枯水期、平水期的發(fā)電水頭和機組工作情況進行了研究。以某梯級水電站為例,計算了無調(diào)度和有調(diào)度時的發(fā)電效益。結(jié)果表明:在不進行調(diào)節(jié)的情況下,全年發(fā)電總量為316.75億kw.h;在進行調(diào)節(jié)的情況下,全年發(fā)電總量為327.11億kw.h,增發(fā)效益為2.59億元,效益增加近3.3%。

桓仁、回龍山、太平哨3座大中型水電站,為渾江水電梯級開發(fā)的一、二、三級,自投入東北電力系統(tǒng)運行至2007年,共累計發(fā)電335.10×108kw·h,累計產(chǎn)值達26.47×108元,為3座電站固定資產(chǎn)投資原值的5倍,累計創(chuàng)國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值821×108元(按遼寧省1990年每度電創(chuàng)造國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值2.45元計)。在取得發(fā)電效益的同時,還取得了一定的社會綜合效益:保障防洪安全、促進農(nóng)業(yè)增主、加快旅游發(fā)展等。通過效益分析,應用投入、產(chǎn)出效益法比較,得出渾江水電梯級開發(fā)是完全成功的結(jié)論。

利用不確定理論,將入庫徑流量設定為模糊隨機變量,在不確定環(huán)境下研究梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度問題,并建立了相應數(shù)學模型.應用表明,該研究方法具有可行性.

利用不確定理論，將入庫徑流量設定為模糊隨機變量，在不確定環(huán)境下研究梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度問題，并建立了相應數(shù)學模型。應用表明，該研究方法具有可行性。

將蟻群優(yōu)化算法用于求解分時電價下梯級水電站間短期優(yōu)化調(diào)度模型,考慮市場競爭下的電價和電量、水庫存水價值、水流時滯以及設備折舊等因素,建立了利益最大化為優(yōu)化準則的短期優(yōu)化調(diào)度模型.給出了蟻群算法求解梯級短期優(yōu)化調(diào)度模型的數(shù)學描述及算法的求解步驟.最后以某梯級流域中三個水電站的相關(guān)數(shù)據(jù)建立了相應的優(yōu)化調(diào)度模型,運用蟻群算法進行了計算仿真,并與傳統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃法進行對比.仿真結(jié)果證實了所采用算法的有效性和可行性.

以白鶴灘水電站尾水河道整治為例,基于白鶴灘壩址下游河段水文、地形地質(zhì)條件及梯級水電站運行條件,分析了降低水電站尾水位增加發(fā)電量的可行性,通過多種河道整治方案的工程投資和效益對比,確定了合理的河道治理范圍和方式。結(jié)果表明,充分利用梯級水電站間的水位落差,采取合理的工程措施,可有效降低電站下游尾水位、增加發(fā)電量,從而產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。

隨著經(jīng)濟社會不斷發(fā)展,我國能源結(jié)構(gòu)也隨著不斷變化,水電資源作為一項重要能源,其發(fā)展好壞直接關(guān)系到我國的可持續(xù)發(fā)展道路.梯級水電站作為水電的一種關(guān)鍵形式,必須對其進行發(fā)電優(yōu)化調(diào)度,從而保證水資源得到合理利用.本文主要針對梯級水電站的主要特點和未來發(fā)展方向,總結(jié)了我國的一些成果,并深入分析了其運行過程中的主要問題,通過對模型進行改進,對其進行優(yōu)化調(diào)度,提出了新的調(diào)度模型.

本文首先從目標函數(shù)和約束條件兩個方面,介紹了梯級水電站優(yōu)化調(diào)度的各類數(shù)學模型.然后對目前研究比較廣泛的各類優(yōu)化算法進行了綜述.最后指出隨著水電能源的開發(fā),梯級水庫優(yōu)化調(diào)度下一步可能的發(fā)展方向.

提出一種應用搜索法、動態(tài)規(guī)劃法實現(xiàn)梯級水電站日經(jīng)濟運行的數(shù)學模型和算法。它既可用于實時的梯級水電站發(fā)電控制，又可用于控制梯級水電站日發(fā)電計劃。本數(shù)學模型和算法理論上嚴謹、計算時間比較短，能滿足實際運行的需求，此模型和算法應用于東江梯級電站、仿真計算的結(jié)果比較滿意。

介紹了目前國內(nèi)對于梯級水電站優(yōu)化調(diào)度問題的研究和實踐現(xiàn)狀,重點研究了優(yōu)化調(diào)度模型的建立和優(yōu)化算法。

遺傳算法是一種簡單、適用的搜索方法,經(jīng)常用于解決非線性復雜的問題。水庫群的最優(yōu)調(diào)度問題,就是利用搜索算法根據(jù)水庫群進出水和綜合利用情況,把水電站水庫看作一個系統(tǒng),把系統(tǒng)的各元素,輸入/輸出參數(shù)等簡化和假設后建立簡化通用的數(shù)學模型,用搜索算法對該數(shù)學模型進行優(yōu)化仿真,得出最優(yōu)解。

在市場環(huán)境中系統(tǒng)電價和負荷一定的情況下,將效益最大化作為系統(tǒng)優(yōu)化準則,運用水資源價值系數(shù)、設備運行費、折舊費及其他費用等成本因素,建立分時電價梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型;構(gòu)造了求解該模型的層結(jié)構(gòu)蟻群算法,采用啟發(fā)式規(guī)則解決解的多樣性和機組啟停問題,采用精英策略節(jié)約計算內(nèi)存和優(yōu)化時間。最后,運用我國西南地區(qū)某梯級流域中三個連續(xù)水電站的數(shù)據(jù)建立了調(diào)度模型并運用層結(jié)構(gòu)算法進行仿真;并從理論方面分析了仿真結(jié)果中的每一個變化,對精英區(qū)大小的選擇作了討論,分析表明仿真結(jié)果與理論分析保持一致,說明建立的模型是合理的,提出的方法是可行而有效的。

討論市場機制下梯級流域水電站間短期優(yōu)化調(diào)度模型,確定了利益最大化為準則的目標函數(shù)?？紤]市場競爭的電價和電量、水庫存水價值、水流時滯以及設備折舊等因素,給出了相應的約束。重點討論市場機制對棄水量的影響、發(fā)電量和發(fā)電引用流量的函數(shù)關(guān)系式以及存水價值系數(shù)的確定方法。最后給出在梯級電站運行管理中引入競爭機制和加強市場預測研究的建議。

介紹分析梯級電廠水電聯(lián)合調(diào)度的技術(shù)和策略,以及相應的計算機系統(tǒng)的組成原則。