本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)發(fā)電調(diào)度領(lǐng)域，特別涉及一種特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)中短期協(xié)調(diào)調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

隨著我國近些年特高壓交直流輸電工程的快速發(fā)展，西部大規(guī)模電力被輸送到東部以火電為主的地區(qū)，在很大程度上緩解了東部用電緊張局面，但由于低谷時(shí)段饋入規(guī)模急劇增大，受端電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)難度明顯增加，導(dǎo)致電網(wǎng)中短期開機(jī)方式和運(yùn)行計(jì)劃安排難度隨之增大，如何合理安排受端其運(yùn)行方式已成為這些電網(wǎng)面臨的主要難題之一，亟需行之有效的技術(shù)手段。

電力系統(tǒng)中期發(fā)電計(jì)劃是以月為決策周期、以日為計(jì)算時(shí)段，安排機(jī)組每日的開機(jī)方式以及日電量計(jì)劃，目的是避免發(fā)電機(jī)組頻繁啟停，同時(shí)以機(jī)組每日的開機(jī)方式以及日電量計(jì)劃作為短期發(fā)電調(diào)度控制條件，進(jìn)而合理安排短期運(yùn)行計(jì)劃，最終實(shí)現(xiàn)中期和短期發(fā)電計(jì)劃的有效銜接和相互協(xié)調(diào)。關(guān)于電力系統(tǒng)中短期協(xié)調(diào)運(yùn)行問題的研究已受到國內(nèi)外學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注，但研究多側(cè)重于長期與短期發(fā)電計(jì)劃以及短期與實(shí)時(shí)調(diào)度的滾動(dòng)協(xié)調(diào)，對中短期協(xié)調(diào)調(diào)度問題涉及較少，優(yōu)化模型也大多采用“三公”或節(jié)能的單一目標(biāo)。

本發(fā)明成果依托國家自然科學(xué)基金重大計(jì)劃重點(diǎn)支持項(xiàng)目(91547201)、國家自然科學(xué)基金委重大國際合作(51210014)和國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51579029)，以我國“西電東送”受端某省級電網(wǎng)為研究背景，提出了一種以機(jī)組啟停狀態(tài)及日電量計(jì)劃為協(xié)調(diào)因子、耦合“三公”和節(jié)能目標(biāo)的中短期協(xié)調(diào)調(diào)度方法，實(shí)現(xiàn)了中期和短期發(fā)電計(jì)劃的有效銜接和相互協(xié)調(diào)，滿足了電力調(diào)度的“三公”原則，保證了調(diào)度的公平性，同時(shí)兼顧了節(jié)能調(diào)度的需求，具有重要的推廣使用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是對現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn)，提供一種特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)中短期協(xié)調(diào)調(diào)度方法，以實(shí)現(xiàn)中期和短期發(fā)電計(jì)劃的有效銜接和相互協(xié)調(diào)的目的。為此，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。

一種特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)中短期協(xié)調(diào)調(diào)度方法，包括中期發(fā)電計(jì)劃制定和短期計(jì)劃制定，中期發(fā)電計(jì)劃以月為決策周期、以日為計(jì)算時(shí)段，在確保電力系統(tǒng)負(fù)荷需求及電站、機(jī)組自身運(yùn)行參數(shù)的條件下，將月度電量分解到日，并優(yōu)化決策機(jī)組每日的開機(jī)方式；短期計(jì)劃根據(jù)短期負(fù)荷預(yù)測結(jié)果將日電量計(jì)劃形成96點(diǎn)出力計(jì)劃；并根據(jù)負(fù)荷的最新預(yù)測信息和機(jī)組電量實(shí)際完成情況，滾動(dòng)修正原有中期發(fā)電計(jì)劃，以克服中期負(fù)荷預(yù)測的不確定影響，保證中期時(shí)間尺度計(jì)劃在短時(shí)間尺度中能夠順利執(zhí)行；

中短期協(xié)調(diào)調(diào)度方法步驟包括：

1)初始計(jì)算條件，包括發(fā)電站運(yùn)行條件和約束，以及電網(wǎng)日平均、最高負(fù)荷、每一天的96點(diǎn)負(fù)荷曲線；

2)將初始計(jì)算日期編號(hào)t＝1；

3)獲取第t日機(jī)組組合方案的初始解，在初始解的基礎(chǔ)上迭代修正機(jī)組的開機(jī)方式；

4)計(jì)算各電站及機(jī)組第t日的分配電量，并更新電站已完成的月度合同電量；(中期)

5)按照能耗水平由低到高對在第t日安排電量的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行排序，根據(jù)排序先后逐機(jī)安排日內(nèi)96點(diǎn)出力計(jì)劃；

6)采用負(fù)荷重構(gòu)策略，通過多種措施重構(gòu)機(jī)組面臨負(fù)荷過程，措施包括趨勢模擬、等比縮放和爬坡修正；

7)應(yīng)用逐次切負(fù)荷算法進(jìn)行負(fù)荷分配計(jì)算，得到各機(jī)組及電站的出力計(jì)劃；

8)令t＝t+1，若t<＝T，則跳至步驟3；否則，算法搜索終止，輸出中期機(jī)組組合方案及日內(nèi)出力計(jì)劃。

作為對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明還包括以下附加技術(shù)特征。

在制定中期發(fā)電計(jì)劃時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際需求，以“后續(xù)負(fù)荷率相等”原則指導(dǎo)月度電量分解以及月度機(jī)組組合方案；后續(xù)負(fù)荷率是指在整個(gè)決策周期內(nèi)，電站在某個(gè)時(shí)間單元內(nèi)、在當(dāng)前的開機(jī)狀態(tài)下，完成剩余合同電量所要運(yùn)行的負(fù)荷率水平，用下式表示：

R_m,t＝(E_m-F_m,t)/(Q_m,t×T)×100％

式中：E_m為m號(hào)電站的月度合同電量，MWh；F_m,t為m號(hào)電站到t時(shí)段為止時(shí)的已完成發(fā)電量，MWh，不包括t時(shí)段；1≤m≤M，M為電站總數(shù)；1≤t≤T，T為決策周期，一個(gè)月；Q_m,t為m號(hào)電站在t時(shí)段的剩余可調(diào)容量，用下式表示：

式中：N_m為電站m內(nèi)機(jī)組總數(shù)；N_i為電站m內(nèi)第j號(hào)機(jī)組的裝機(jī)容量，MW；RT_i,t為機(jī)組j在決策周期內(nèi)t時(shí)間單元后的剩余檢修時(shí)間；

若電站后續(xù)負(fù)荷率較低，意味著電站內(nèi)的機(jī)組運(yùn)行在較低的負(fù)荷率水平就能輕易的完成合同電量，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)開機(jī)容量充足時(shí)為了減少能耗會(huì)優(yōu)先調(diào)停這部分電站的機(jī)組；反之，若后續(xù)負(fù)荷率較高，表明電站需要運(yùn)行在較高的負(fù)荷率水平才能完成合同電量，屬于較難完成合同電量的類型，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)容量不足時(shí)會(huì)優(yōu)先開啟這些電站內(nèi)的機(jī)組；為了保證各個(gè)電站的電量完成進(jìn)度在任何一個(gè)時(shí)間斷面上盡可能一致，進(jìn)而保證了調(diào)度的公平性，相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)表示為：

進(jìn)一步的，發(fā)電站運(yùn)行條件和約束包括電站和機(jī)組約束、電網(wǎng)約束，所述電站和機(jī)組約束包括機(jī)組檢修約束、機(jī)組最小啟停時(shí)間約束、電站開機(jī)臺(tái)數(shù)約束及邊界條件約束；

a)所述機(jī)組出力約束為：

中期發(fā)電計(jì)劃以日為時(shí)間單元，不考慮機(jī)組日內(nèi)出力的優(yōu)化；機(jī)組日內(nèi)出力均按系統(tǒng)平均負(fù)荷率計(jì)算，機(jī)組出力計(jì)算公式為：

式中：C_t為第t日發(fā)電機(jī)組需要平衡的日平均負(fù)荷，此處指系統(tǒng)扣除聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃出力；I_i,t為機(jī)組i在第t日的開機(jī)狀態(tài)變量，若機(jī)組i開機(jī)則I_i,t＝1，否則I_i,t＝0；

機(jī)組出力P_i,t處于其最大、最小技術(shù)出力范圍之內(nèi)，其約束條件描述為：

I_i,tP_i,min≤P_i,t≤I_i,tP_i,max

式中：P_i,min、P_i,max為機(jī)組i的最小、最大技術(shù)出力；

b)所述機(jī)組檢修約束為：

I_i,t＝0,t∈[α_t,β_t]

式中：α_t、β_t分別表示機(jī)組i在決策周期內(nèi)檢修起始時(shí)間和終止時(shí)間；

c)所述機(jī)組最小啟停時(shí)間約束為：

火電機(jī)組開停機(jī)過程涉及鍋爐熱力系統(tǒng)的緩慢動(dòng)態(tài)過程，完成啟停過程需要較長時(shí)間；根據(jù)火電機(jī)組的物理屬性及實(shí)際運(yùn)行需要，要求火電機(jī)組滿足最小連續(xù)啟停時(shí)間；最小啟停時(shí)間約束可以描述為：

式中：T_i,U、T_i,D為機(jī)組i的最小連續(xù)開機(jī)時(shí)間和最小連續(xù)停機(jī)時(shí)間；為機(jī)組i在第t日時(shí)已經(jīng)連續(xù)開機(jī)的時(shí)候和連續(xù)停機(jī)的時(shí)間；

d)所述電站開機(jī)臺(tái)數(shù)約束為

電站在任意一個(gè)時(shí)間單元內(nèi)都必須保留一部分的機(jī)組出于開機(jī)狀態(tài)，同時(shí)電站的開機(jī)臺(tái)數(shù)也會(huì)受到電站機(jī)組總數(shù)的限制；

式中：I_m,j,t為電站m的第j臺(tái)機(jī)組在第t日的開機(jī)狀態(tài)變量；λ_m、μ_m為電站m最小、最大可開機(jī)機(jī)組數(shù)；

e)所述邊界條件約束為：

各電站計(jì)算周期內(nèi)的開停機(jī)方式需要與上一周期內(nèi)的開停機(jī)方式銜接，在銜接時(shí)段處的機(jī)組啟停方式需要滿足約束c)的最小啟停時(shí)間約束。

進(jìn)一步的，所述電網(wǎng)約束包括負(fù)荷平衡約束、系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束；

f)所述負(fù)荷平衡約束為：

對于每個(gè)時(shí)段t，負(fù)荷平衡約束描述為：

由于機(jī)組出力是按照系統(tǒng)平均負(fù)荷率計(jì)算，因此此項(xiàng)約束自然滿足；

g)所述系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束為：

式中：η_t,mi_n、η_t,max分別為第t日的系統(tǒng)最小、最大旋轉(zhuǎn)備用率；為第t日系統(tǒng)扣除聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃后的最大負(fù)荷，MW。

進(jìn)一步的，在步驟3)中，包括

301)獲取初始解；以前一日系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組開機(jī)方式作為決策日機(jī)組開機(jī)方式的初始狀態(tài)，對于當(dāng)日處于檢修狀態(tài)的機(jī)組，直接置為停機(jī)狀態(tài)，這樣就獲取了當(dāng)日機(jī)組組合方案的初始解；后續(xù)的搜索過程都是以初始解為基礎(chǔ)，只需優(yōu)化部分機(jī)組的開機(jī)方式，其余大部分機(jī)組不需調(diào)整以降低搜索空間；初始狀態(tài)計(jì)算公式為：

302)機(jī)組開機(jī)方式啟發(fā)式搜索；以得到的初始解為基礎(chǔ)，以電站后續(xù)負(fù)荷率作為啟發(fā)信息，以系統(tǒng)備用容量是否充足作為判別條件，當(dāng)系統(tǒng)備用容量不足時(shí)，優(yōu)先開啟后續(xù)負(fù)荷率高的電站中的機(jī)組，這些電站的后續(xù)負(fù)荷率就會(huì)變小接近平均值；當(dāng)系統(tǒng)備用容量充足時(shí)，優(yōu)先調(diào)停后續(xù)負(fù)荷率低的電站中的機(jī)組，直至所有時(shí)段的機(jī)組組合方案搜索完成。

進(jìn)一步的，在步驟4)中，包括：

401)計(jì)算各電站初始后續(xù)負(fù)荷率R_m,t；

402)計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)開機(jī)容量L_t和系統(tǒng)最小備用容量D_t；若|L_t-D_t|＜ε(ε為結(jié)果精度)，則跳至步驟5；若L_t-D_t＞ε，跳至步驟3；L_t-D_t＜ε，則跳至步驟4；

403)系統(tǒng)內(nèi)預(yù)開機(jī)機(jī)組臺(tái)數(shù)過多，需要調(diào)停部分機(jī)組，直至|L_t-D_t|＜ε；調(diào)停的原則為：

①按照R_m,t從小到大的順序?qū)﹄娬具M(jìn)行排序，依次對電站內(nèi)的機(jī)組進(jìn)行預(yù)調(diào)停，每次調(diào)停1臺(tái)機(jī)組，出于節(jié)能性的考慮，先對電站內(nèi)已開機(jī)機(jī)組按照能耗從大到小進(jìn)行排序，優(yōu)先調(diào)停電站中能耗最大的機(jī)組；

②對于R_m,t小于R_set,min(R_set,min為設(shè)定的所能接受的最小后續(xù)負(fù)荷率)的電站，優(yōu)先調(diào)停平均能耗大的電站中的機(jī)組；

③判斷預(yù)調(diào)停機(jī)組的已開機(jī)運(yùn)行持續(xù)天數(shù)(包括上一月度的機(jī)組開機(jī)方式)是否大于該機(jī)組的最小開機(jī)天數(shù)，若是，則改機(jī)組可置為停機(jī)狀態(tài)，否則，轉(zhuǎn)至該電站的下一機(jī)組；若調(diào)停該機(jī)組后電站內(nèi)的開機(jī)機(jī)組臺(tái)數(shù)小于電站的最小運(yùn)行方式或者該電站內(nèi)所有機(jī)組均不滿足最小啟停時(shí)間約束，則放棄對該電站的任何操作；

404)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組開機(jī)容量不足，需要開啟部分機(jī)組，直至|L_t-D_t|＜ε；開機(jī)的原則如下：

①按照R_m,t從大到小的順序?qū)﹄娬具M(jìn)行排序，依次對電站內(nèi)的機(jī)組進(jìn)行預(yù)開機(jī)，每次開啟1臺(tái)機(jī)組，同樣出于節(jié)能性的考慮，優(yōu)先開啟電站中能耗最小的機(jī)組；

②對于R_m,t大于R_set,max(R_set,max為設(shè)定的所能接受的最大后續(xù)負(fù)荷率)的電站，優(yōu)先開啟平均能耗低的電站中的機(jī)組；

③判斷預(yù)開機(jī)機(jī)組的已停機(jī)持續(xù)天數(shù)是否大于該機(jī)組的最小停機(jī)天數(shù)，若是，則改機(jī)組可置為開機(jī)狀態(tài)，否則轉(zhuǎn)至該電站的下一機(jī)組；若該電站內(nèi)所有機(jī)組均不滿足條件，則放棄對該電站的任何操作；

405)計(jì)算機(jī)組平均出力P_i,t，采用公式(15)計(jì)算各電站第t日分配電量E_m,t，采用公式(16)更新電站已完成合同電量；

進(jìn)一步的，在制定短期發(fā)電計(jì)劃時(shí)，以全網(wǎng)煤耗最小為目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：表示第j臺(tái)火電機(jī)組在第t日第tm時(shí)段的出力，MW；表示火電機(jī)組j第t日第tm時(shí)段的煤耗率，g/MWh；

進(jìn)一步的，短期發(fā)電計(jì)劃的計(jì)算基于中期發(fā)電計(jì)劃輸出的機(jī)組組合方案和機(jī)組日電量分配；其約束包括：

a)給定的日電量需求

式中：表示機(jī)組j在第t日的給定電量，由中期發(fā)電計(jì)劃提供；

B)出力限制

式中：分別表示電站j在第t日tm時(shí)段的出力上下限，MW；

c)出力爬(降)坡上限

式中：表示機(jī)組j的單時(shí)段出力爬/降坡上限；

d)出力波動(dòng)控制約束

式中：te_j表示機(jī)組j的出力升降過程中最高或最低點(diǎn)需持續(xù)的最少時(shí)段數(shù)，te_j＞1。

有益效果：本發(fā)明一種電力系統(tǒng)月度火電機(jī)組組合問題的啟發(fā)式搜索方法，針對特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)的中期開機(jī)方式和短期運(yùn)行計(jì)劃安排的難題，提出一種以機(jī)組啟停狀態(tài)及日電量計(jì)劃為協(xié)調(diào)因子、耦合“三公”和節(jié)能目標(biāo)的中短期協(xié)調(diào)調(diào)度方法。本技術(shù)方案以“三公”調(diào)度為目標(biāo)，引入“后續(xù)負(fù)荷率相等”原則優(yōu)化中期發(fā)電機(jī)組開機(jī)組合以及日電量過程，并以此為控制條件，耦合短期節(jié)能目標(biāo)，采用考慮煤耗排序和負(fù)荷重構(gòu)策略改進(jìn)切負(fù)荷方法確定機(jī)組短期運(yùn)行計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了中期和短期發(fā)電計(jì)劃的有效銜接和相互協(xié)調(diào)。以我國“西電東送”受端某省級電網(wǎng)為例，進(jìn)行中短期發(fā)電計(jì)劃編制，結(jié)果顯示在提升電網(wǎng)“三公”調(diào)度水平的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，驗(yàn)證了所提方法合理性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法總體求解框圖；

圖2是采用本發(fā)明方法優(yōu)化計(jì)算的浙江電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)各火電站月度電量完成結(jié)果。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明針對特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)的中期開機(jī)方式和短期運(yùn)行計(jì)劃安排的難題，提出一種以機(jī)組啟停狀態(tài)及日電量計(jì)劃為協(xié)調(diào)因子、耦合“三公”和節(jié)能目標(biāo)的中短期協(xié)調(diào)調(diào)度方法。本方法以“三公”調(diào)度為目標(biāo)，引入“后續(xù)負(fù)荷率相等”原則優(yōu)化中期發(fā)電機(jī)組開機(jī)組合以及日電量過程，并以此為控制條件，耦合短期節(jié)能目標(biāo)，采用考慮煤耗排序和負(fù)荷重構(gòu)策略改進(jìn)切負(fù)荷方法確定機(jī)組短期運(yùn)行計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了中期和短期發(fā)電計(jì)劃的有效銜接和相互協(xié)調(diào)。

中短期協(xié)調(diào)調(diào)度框架如圖1所示。中期發(fā)電計(jì)劃以月為決策周期、以日為計(jì)算時(shí)段，在確保電力系統(tǒng)負(fù)荷需求及電站、機(jī)組自身運(yùn)行參數(shù)的條件下，將月度電量分解到日，并優(yōu)化決策機(jī)組每日的開機(jī)方式。短期(日前)計(jì)劃根據(jù)短期負(fù)荷預(yù)測結(jié)果將日電量計(jì)劃形成96點(diǎn)出力計(jì)劃。月內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃根據(jù)負(fù)荷的最新預(yù)測信息和機(jī)組電量實(shí)際完成情況，滾動(dòng)修正原有中期發(fā)電計(jì)劃，以有效克服中期負(fù)荷預(yù)測的不確定影響，保證中期時(shí)間尺度計(jì)劃在短時(shí)間尺度中能夠順利執(zhí)行。

(a)中期發(fā)電計(jì)劃

“三公”調(diào)度是我國目前最普遍的調(diào)度模式。目前，衡量調(diào)度公平性的指標(biāo)主要是發(fā)電計(jì)劃完成率或者完成電量偏差，這些指標(biāo)一般僅關(guān)注發(fā)電計(jì)劃執(zhí)行的結(jié)果，而較少考慮執(zhí)行的過程，更難以體現(xiàn)機(jī)組檢修以及機(jī)組容量對計(jì)劃執(zhí)行過程的影響。本發(fā)明根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際需求，采用“后續(xù)負(fù)荷率”指標(biāo)描述“三公”調(diào)度，并以“后續(xù)負(fù)荷率相等”原則指導(dǎo)月度電量分解以及月度機(jī)組組合方案。后續(xù)負(fù)荷率是指在整個(gè)決策周期內(nèi)，電站在某個(gè)時(shí)間單元內(nèi)、在當(dāng)前的開機(jī)狀態(tài)下，完成剩余合同電量所要運(yùn)行的負(fù)荷率水平，用下式表示：

R_m,t＝(E_m-F_m,t)/(Q_m,t×T)×100％

式中：E_m為m號(hào)電站的月度合同電量，MWh；F_m,t為m號(hào)電站到t時(shí)段為止(不包括t時(shí)段)時(shí)的已完成發(fā)電量，MWh；1≤m≤M，M為電站總數(shù)；1≤t≤T，T為決策周期，在本技術(shù)方案中為一個(gè)月；Q_m,t為m號(hào)電站在t時(shí)段的剩余可調(diào)容量，用下式表示：

式中：N_m為電站m內(nèi)機(jī)組總數(shù)；N_i為電站m內(nèi)第j號(hào)機(jī)組的裝機(jī)容量，MW；RT_i,t為機(jī)組j在決策周期內(nèi)t時(shí)間單元后的剩余檢修時(shí)間。

若電站后續(xù)負(fù)荷率較低，意味著電站內(nèi)的機(jī)組運(yùn)行在較低的負(fù)荷率水平就能輕易的完成合同電量，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)開機(jī)容量充足時(shí)為了減少能耗會(huì)優(yōu)先調(diào)停這部分電站的機(jī)組；反之，若后續(xù)負(fù)荷率較高，表明電站需要運(yùn)行在較高的負(fù)荷率水平才能完成合同電量，屬于較難完成合同電量的類型，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)容量不足時(shí)會(huì)優(yōu)先開啟這些電站內(nèi)的機(jī)組。為了保證各個(gè)電站的電量完成進(jìn)度在任何一個(gè)時(shí)間斷面上盡可能一致，進(jìn)而保證了調(diào)度的公平性，相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)可表示為：

電網(wǎng)中期發(fā)電計(jì)劃主要考慮以下約束條件：

(1)電站和機(jī)組約束

1)機(jī)組出力約束

中期發(fā)電計(jì)劃以日為時(shí)間單元，因此不考慮機(jī)組日內(nèi)出力的優(yōu)化，機(jī)組日內(nèi)出力均按系統(tǒng)平均負(fù)荷率計(jì)算，機(jī)組出力計(jì)算公式為：

式中：C_t為第t日發(fā)電機(jī)組需要平衡的日平均負(fù)荷，此處指系統(tǒng)扣除聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃出力；I_i,t為機(jī)組i在第t日的開機(jī)狀態(tài)變量，若機(jī)組i開機(jī)則I_i,t＝1，否則I_i,t＝0。

機(jī)組出力P_i,t處于其最大、最小技術(shù)出力范圍之內(nèi)，其約束條件描述為：

I_i,tP_i,min≤P_i,t≤I_i,tP_i,max

式中：P_i,min、P_i,max為機(jī)組i的最小、最大技術(shù)出力。

2)機(jī)組檢修約束

I_i,t＝0,t∈[α_t,β_t]

式中：α_t、β_t分別表示機(jī)組i在決策周期內(nèi)檢修起始時(shí)間和終止時(shí)間。

3)機(jī)組最小啟停時(shí)間約束

火電機(jī)組開停機(jī)過程涉及鍋爐熱力系統(tǒng)的緩慢動(dòng)態(tài)過程，完成啟停過程需要較長時(shí)間。根據(jù)火電機(jī)組的物理屬性及實(shí)際運(yùn)行需要，要求火電機(jī)組滿足最小連續(xù)啟停時(shí)間。最小啟停時(shí)間約束描述為：

式中：T_i,U、T_i,D為機(jī)組i的最小連續(xù)開機(jī)時(shí)間和最小連續(xù)停機(jī)時(shí)間；為機(jī)組i在第t日時(shí)已經(jīng)連續(xù)開機(jī)的時(shí)候和連續(xù)停機(jī)的時(shí)間。

4)電站開機(jī)臺(tái)數(shù)約束

電站在任意一個(gè)時(shí)間單元內(nèi)都必須保留一部分的機(jī)組出于開機(jī)狀態(tài)，同時(shí)電站的開機(jī)臺(tái)數(shù)也會(huì)受到電站機(jī)組總數(shù)的限制。

式中：I_m,j,t為電站m的第j臺(tái)機(jī)組在第t日的開機(jī)狀態(tài)變量；λ_m、μ_m為電站m最小、最大可開機(jī)機(jī)組數(shù)。

5)邊界條件約束

各電站計(jì)算周期內(nèi)的開停機(jī)方式需要與上一周期內(nèi)的開停機(jī)方式銜接，在銜接時(shí)段處的機(jī)組啟停方式需要滿足約束3)的最小啟停時(shí)間約束

(2)電網(wǎng)約束

1)負(fù)荷平衡約束

對于每個(gè)時(shí)段t，負(fù)荷平衡約束描述為：

由于機(jī)組出力是按照系統(tǒng)平均負(fù)荷率計(jì)算，因此此項(xiàng)約束自然滿足。

2)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束

式中：η_t,min、η_t,max分別為第t日的系統(tǒng)最小、最大旋轉(zhuǎn)備用率；為第t日系統(tǒng)扣除聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃后的最大負(fù)荷，MW。

中期發(fā)電計(jì)劃可通過以下步驟進(jìn)行求解：

(1)獲取初始解

電力系統(tǒng)中期優(yōu)化調(diào)度問題的計(jì)算時(shí)段較長，機(jī)組規(guī)模龐大，如果直接計(jì)算機(jī)組組合的話，會(huì)大大降低求解效率。同時(shí)，由于時(shí)段耦合約束的存在，機(jī)組在相鄰時(shí)段的開機(jī)方式并不是相互獨(dú)立的，而是存在著耦合關(guān)系。為應(yīng)對上述問題，本技術(shù)方案以前一日系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組開機(jī)方式作為決策日機(jī)組開機(jī)方式的初始狀態(tài)，對于當(dāng)日處于檢修狀態(tài)的機(jī)組，直接置為停機(jī)狀態(tài)，見公式(12)，這樣就獲取了當(dāng)日機(jī)組組合方案的初始解。后續(xù)的搜索過程都是以初始解為基礎(chǔ)，只需優(yōu)化部分機(jī)組的開機(jī)方式，其余大部分機(jī)組不需調(diào)整，有效降低了搜索空間。

(2)機(jī)組開機(jī)方式啟發(fā)式搜索

由于對各時(shí)段各電站后續(xù)負(fù)荷率方差最小這一目標(biāo)直接進(jìn)行求解比較困難，本技術(shù)方案采用一種啟發(fā)式的思想，通過逐步逼近平均值的方式達(dá)到方差最小的目標(biāo)。主要思路如下：以得到的初始解為基礎(chǔ)，以電站后續(xù)負(fù)荷率作為啟發(fā)信息，以系統(tǒng)備用容量是否充足作為判別條件，當(dāng)系統(tǒng)備用容量不足時(shí)，優(yōu)先開啟后續(xù)負(fù)荷率高的電站中的機(jī)組，這些電站的后續(xù)負(fù)荷率就會(huì)變小接近平均值；同理，當(dāng)系統(tǒng)備用容量充足時(shí)，優(yōu)先調(diào)停后續(xù)負(fù)荷率低的電站中的機(jī)組，直至所有時(shí)段的機(jī)組組合方案搜索完成。

結(jié)合上述思路，以第t日為例，給出詳細(xì)的搜索求解過程：

步驟1：采用公式(1)計(jì)算各電站初始后續(xù)負(fù)荷率R_m,t；

步驟2：分別采用公式(13)、(14)計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)開機(jī)容量L_t和系統(tǒng)最小備用容量D_t。若|L_t-D_t|＜ε(ε為結(jié)果精度)，則跳至步驟5；若L_t-D_t＞ε，跳至步驟3；L_t-D_t＜ε，則跳至步驟4；

步驟3：系統(tǒng)內(nèi)預(yù)開機(jī)機(jī)組臺(tái)數(shù)過多，需要調(diào)停部分機(jī)組，直至|L_t-D_t|＜ε。調(diào)停的原則為：

①按照R_m,t從小到大的順序?qū)﹄娬具M(jìn)行排序，依次對電站內(nèi)的機(jī)組進(jìn)行預(yù)調(diào)停，每次調(diào)停1臺(tái)機(jī)組，出于節(jié)能性的考慮，先對電站內(nèi)已開機(jī)機(jī)組按照能耗從大到小進(jìn)行排序，優(yōu)先調(diào)停電站中能耗最大的機(jī)組；

②對于R_m,t小于R_set,min(R_set,min為設(shè)定的所能接受的最小后續(xù)負(fù)荷率)的電站，優(yōu)先調(diào)停平均能耗大的電站中的機(jī)組；

③判斷預(yù)調(diào)停機(jī)組的已開機(jī)運(yùn)行持續(xù)天數(shù)(包括上一月度的機(jī)組開機(jī)方式)是否大于該機(jī)組的最小開機(jī)天數(shù)，若是，則改機(jī)組可置為停機(jī)狀態(tài)，否則，轉(zhuǎn)至該電站的下一機(jī)組；若調(diào)停該機(jī)組后電站內(nèi)的開機(jī)機(jī)組臺(tái)數(shù)小于電站的最小運(yùn)行方式或者該電站內(nèi)所有機(jī)組均不滿足最小啟停時(shí)間約束，則放棄對該電站的任何操作；

步驟4：系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組開機(jī)容量不足，需要開啟部分機(jī)組，直至|L_t-D_t|＜ε。開機(jī)的原則如下：

①按照R_m,t從大到小的順序?qū)﹄娬具M(jìn)行排序，依次對電站內(nèi)的機(jī)組進(jìn)行預(yù)開機(jī)，每次開啟1臺(tái)機(jī)組，同樣出于節(jié)能性的考慮，優(yōu)先開啟電站中能耗最小的機(jī)組；

②對于R_m,t大于R_set,max(R_set,max為設(shè)定的所能接受的最大后續(xù)負(fù)荷率)的電站，優(yōu)先開啟平均能耗低的電站中的機(jī)組；

③判斷預(yù)開機(jī)機(jī)組的已停機(jī)持續(xù)天數(shù)是否大于該機(jī)組的最小停機(jī)天數(shù)，若是，則改機(jī)組可置為開機(jī)狀態(tài)，否則轉(zhuǎn)至該電站的下一機(jī)組；若該電站內(nèi)所有機(jī)組均不滿足條件，則放棄對該電站的任何操作；

步驟5：按照公式(4)計(jì)算機(jī)組平均出力P_i,t，采用公式(15)計(jì)算各電站第t日分配電量E_m,t，采用公式(16)更新電站已完成合同電量；

(b)短期發(fā)電計(jì)劃

短期發(fā)電調(diào)度以全網(wǎng)煤耗最小為目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：表示第j臺(tái)火電機(jī)組在第t日第tm時(shí)段的出力，MW；表示火電機(jī)組j第t日第tm時(shí)段的煤耗率，g/MWh。

短期發(fā)電計(jì)劃的計(jì)算基于中期發(fā)電計(jì)劃輸出的機(jī)組組合方案和機(jī)組日電量分配。我國電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)以火電為主，水電等優(yōu)質(zhì)調(diào)峰資源稀缺，因此火電必須承擔(dān)系統(tǒng)中大部分的調(diào)峰任務(wù)?；谝陨显?，短期發(fā)電調(diào)度主要考慮的約束如下：

(1)給定的日電量需求

式中：表示機(jī)組j在第t日的給定電量，由中期發(fā)電計(jì)劃提供。

(2)出力限制

式中：分別表示電站j在第t日tm時(shí)段的出力上下限，MW。

(3)出力爬(降)坡上限

式中：表示機(jī)組j的單時(shí)段出力爬/降坡上限。

(4)出力波動(dòng)控制約束

式中：te_j表示機(jī)組j的出力升降過程中最高或最低點(diǎn)需持續(xù)的最少時(shí)段數(shù)，te_j＞1；

短期發(fā)電計(jì)劃的求解步驟如下：

考慮到火電機(jī)組出力增減速率小，且出力頻繁變化會(huì)增加額外的燃料消耗，本節(jié)采用一種基于節(jié)能排序和負(fù)荷重構(gòu)的改進(jìn)切負(fù)荷方法對短期發(fā)電調(diào)度問題進(jìn)行求解。主要求解步驟如下：

(1)機(jī)組節(jié)能排序

同類型機(jī)組按照能耗水平由低到高排序，節(jié)能優(yōu)先；能耗水平相同時(shí)，按照污染物排放水平由低到高排序，污染物排放水平以省級環(huán)保部門最新核定的數(shù)值為準(zhǔn)。排序完成之后，按照排序先后逐次切負(fù)荷。通過排序，能耗小的大機(jī)組主要承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，能耗大的小機(jī)組主要承擔(dān)基荷，可有效降低系統(tǒng)煤耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

(2)負(fù)荷重構(gòu)

逐次切負(fù)荷是一種常用的負(fù)荷調(diào)節(jié)算法，在電量已知的條件下，能夠快速確定機(jī)組在負(fù)荷圖上的工作位置，但一般難以滿足時(shí)段耦合型約束。在切負(fù)荷之前通過采用一種負(fù)荷重構(gòu)策略，通過趨勢模擬、等比縮放和爬坡修正等措施重構(gòu)機(jī)組面臨負(fù)荷過程，為切負(fù)荷算法提供直接可用的系統(tǒng)負(fù)荷，有效兼顧了時(shí)段耦合約束和負(fù)荷深度調(diào)節(jié)需求。關(guān)于負(fù)荷重構(gòu)的具體方法見文獻(xiàn)王嘉陽,申建建,程春田等.基于負(fù)荷重構(gòu)策略的火電切負(fù)荷調(diào)峰方法,中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).2014,34(13):2684-2692。

(3)逐次切負(fù)荷算法

負(fù)荷重構(gòu)的之后的系統(tǒng)日負(fù)荷過程，應(yīng)用逐次切負(fù)荷算法進(jìn)行負(fù)荷分配計(jì)算，有效滿足電站日電量控制需求以及機(jī)組時(shí)段耦合約束，同時(shí)能夠保證機(jī)組出力過程能夠快速響應(yīng)負(fù)荷的高低起伏變化，以滿足整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)峰要求。標(biāo)準(zhǔn)的逐次切負(fù)荷算法的求解步驟見文獻(xiàn)蔡建章，蔡華祥，洪貴平.電力電量平衡算法研究與應(yīng)用[J].云南電力技術(shù)，1994(03)：8-11.，此處不再做過多敘述。

根據(jù)上述思想，一次完整的特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)中短期協(xié)調(diào)調(diào)度過程，按照下述步驟(1)-(8)予以實(shí)現(xiàn)：

(1)初始計(jì)算條件，包括發(fā)電站(發(fā)電機(jī)組)運(yùn)行條件和約束(月度合同電量、各機(jī)組裝機(jī)容量、機(jī)組檢修計(jì)劃等)，以及電網(wǎng)日平均、最高負(fù)荷、每一天的96點(diǎn)負(fù)荷曲線；

(2)將初始計(jì)算日期編號(hào)t＝1；

(3)獲取第t日機(jī)組組合方案的初始解，在初始解的基礎(chǔ)上迭代修正機(jī)組的開機(jī)方式；

(4)計(jì)算各電站及機(jī)組第t日的分配電量，并更新電站已完成的月度合同電量；

(5)按照能耗水平由低到高對在第t日安排電量的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行排序，根據(jù)排序先后逐機(jī)安排日內(nèi)96點(diǎn)出力計(jì)劃；

(6)采用一種負(fù)荷重構(gòu)策略，通過趨勢模擬、等比縮放和爬坡修正等措施重構(gòu)機(jī)組面臨負(fù)荷過程；

(7)應(yīng)用逐次切負(fù)荷算法進(jìn)行負(fù)荷分配計(jì)算，得到各機(jī)組及電站的出力計(jì)劃；

(8)令t＝t+1，若t<＝T，則跳至步驟3；否則，算法搜索終止，輸出中期機(jī)組組合方案及日內(nèi)出力計(jì)劃；

現(xiàn)以某“西電東送”受端省級電網(wǎng)作為研究對象，該電網(wǎng)以火電裝機(jī)為主，統(tǒng)調(diào)火電系統(tǒng)包含26座電站84臺(tái)機(jī)組。本發(fā)明以2015年6月該電網(wǎng)的實(shí)際調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，優(yōu)化決策電統(tǒng)調(diào)火電中短期發(fā)電計(jì)劃，驗(yàn)證本發(fā)明模型和方法有效性與可行性。各電站電量完成情況如圖2、表1所示。由圖分析可知，經(jīng)過本發(fā)明方法優(yōu)化計(jì)算，各電站完成合同電量進(jìn)度最大的為1.06，最小的為0.95，均滿足電網(wǎng)月度電量控制要求。同時(shí)，與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果對比，77％的電站的合同電量完成度均有了不同程度的改善，最高幅度達(dá)到了32％，電量完成度均方差為0.03，比實(shí)際降低了0.13，表明各電站電量完成進(jìn)度趨于一致，更加符合“三公”調(diào)度對公平性的要求。節(jié)煤效益統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示，看出通過本發(fā)明方法對機(jī)組日前出力過程的優(yōu)化，在保證各機(jī)組再月度電量前提下，相對于實(shí)際調(diào)度場景，節(jié)煤總量達(dá)到42kt，節(jié)煤率為0.77％，滿足了節(jié)能減排的需求。

表1

表2

以上所示的一種特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)中短期協(xié)調(diào)調(diào)度方法是本發(fā)明的具體實(shí)施例，已經(jīng)體現(xiàn)出本發(fā)明實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，可根據(jù)實(shí)際的使用需要，在本發(fā)明的啟示下，對其進(jìn)行等同修改，均在本方案的保護(hù)范圍之列。