一种富水电地区窝电分析及上网电量动态调整方法
【专利摘要】本发明涉及电网规划和水库调度运行领域，公开了一种富水电地区窝电分析及上网电量动态调整方法，其将电网网架分析纳入水库调度中，基于不同时间尺度分析电网网架薄弱环节；并在保证电网安全稳定运行的前提下，合理地调整窝电断面下的上网电量。其技术方案为：通过建立基于图论的窝电分析模型，将预测的小水电发电能力及优化计算得到的大中型水电站出力输入到模型中进行窝电分析，确定现行电网网架窝电断面，即薄弱环节；通过“多级断面趋近等受阻比例”方法对窝电断面下上网电量进行调整。本发明的有益效果是前瞻电网未来发展，为未来电网网架建设提供有效建议，均衡各发电企业效益，对水库调度运行、电网运行管理具有重要的垂范意义。
【专利说明】一种富水电地区窝电分析及上网电量动态调整方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电网规划和水库调度运行领域，特别涉及一种富水电地区窝电分析及 上网电量的动态调整方法。 技术背景
[0002] 水电是重要的可再生能源，开发利用丰富的水力资源对提高清洁能源利用比重、 改善能源结构、保证国家能源安全、满足电力增长需求和减少温室气体排放、保护环境等方 面具有重要意义。我国水电资源丰富，主要集中在西部地区，截至2010年底，中国西南地区 水电建设建设规模约4500万kW，占全国在建水电规模的85 %左右。西南地区小水电可开发 量为7952. 9万千瓦，占全国的62. 1%，因其技术成熟、投资少、清洁可再生、可推动农村地 方经济等优点，每年以超过近300万MW的速度进行投产，实现了超常规跨越式发展。然而， 随着国家、政府低碳经济发展模式、产业机构调整和能源战略发展规划等的深入推行，西部 地区用电负荷增速缓慢，电源增长与负荷增长将进一步失衡，大量上网电源无法就地消纳， 需通过大规模、远距离外送进行消纳。但国内电网网架建设之初未考虑到现阶段的大量电 源集中上网的情况，目前结构普遍比较薄弱，加之西部地区地形复杂、保护区众多、生态脆 弱，可供建设输电线路的通道资源十分有限，并且汛期西南地区来水量大且集中，大规模小 水电与大中型水电来水具有同步性。此时电源大量上网汇集，大规模小水电与大中型水电 挤占数量有限的送出通道，导致部分薄弱断面下上网电量超出其极限输送能力，不能通过 断面安全校核，导致电网安全稳定运行受到威胁，产生严重的窝电、弃水现象。
[0003] 本发明成果前瞻电网未来发展，目前国内相关研究成果和文献报道大多针对梯级 水电站的优化调度、大规模小水电的发电计划制作，尚未见过大规模小水电与梯级水电站 的联合调度，尤其是考虑到电网网架限制导致窝电情况下的上网电量协调问题。本成果在 我国富水电地区的水库运行调度、电网运行管理中，具有重要的率先垂范意义。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于图论的电网窝电分析方法和窝电断面 下上网电量动态调整方法，可对不同时间尺度的的电网运行方式进行窝电分析，找到电网 外送电量薄弱环节，并调整受阻断面下各电源上网电量，在保证电网安全稳定运行的前提 下，合理调整各电源上网电量，均衡各发电企业效益。
[0005] 本发明的技术方案为：本发明揭示了一种基于图论的电网窝电分析方法和窝电断 面下上网电量动态调整方法，按照下述步骤（1)-(6)实现一次窝电分析与上网电量动态调 整计算，见图1 :
[0006] (1)通过历史运行资料建立一元线性回归模型预测无径流资料地区小水电发电能 力；
[0007] (2)以总发电量最大为目标建立流域大中型水电群优化模型，并采用逐次逼近思 想进行降维求解出大中型水电站出力；
[0008] (3)基于图论的方法，将地区电网网架抽象成节点和线路各具属性的有向图，制作 地区电网窝电分析模型；
[0009] (4)将地区小水电发电能力、大中型水电站出力当做初始上网电量，连同地区负荷 预测值输入窝电分析模型中；
[0010] (5)采用深度优先遍历（DFS)算法遍历解析窝电分析模型，标记线路等级，计算各 输电断面下上网电量，并对各断面进行安全校核，得出地区电网窝电信息；
[0011] (6)将存在窝电现象的断面按电压等级由低到高排序，采用"多级断面趋近等比例 受阻"的方法对断面下上网电量进行调整，以满足电网安全稳定运行的前提下，合理分配电 网弃水电量，均衡发电企业效益。
[0012] 本发明对比现有技术有如下有益效果：本发明一种基于图论的窝电分析及上网电 量动态调整方法，可图形可视化电网网架拓扑结构，进行窝电分析快速、准确定位电网网架 的薄弱环节，并对断面下上网电量进行调整，在保障电网安全稳定运行的前提下，合理分配 断面下上网电量，均衡各发电企业效益。其技术方案为：基于图论将电网网架图抽象成为节 点和线路各具属性的有向图，建立窝电分析模型，将初始上网电量、本地消纳负荷等数据输 入模型，进行窝电分析，确定窝电受阻断面；并采用"多级断面趋近等比例受阻方法"对窝电 断面下上网电量进行调整。本发明的有益效果是前瞻电网未来发展，在保证电网安全稳定 运行的前提下，合理调整各电源上网电量，均衡各发电企业效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是窝电分析与上网电量调整整体流程。
[0014] 图2是窝电分析模型建立：电网网架图抽象成为有向图。
[0015] 图3是深度优先算法（DFS)遍历解析窝电分析模型流程图。
[0016] 图4是窝电分析模型解析结果。
[0017] 图5是"多级断面趋近等受阻比例"方法上网电量调整流程图。
[0018] 图6是某地区110kV及以上电网网架图。
[0019] 图7是某地区窝电分析模型。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0021] 传统的水电优化调度大多数考虑电站及水力方面约束，没有考虑电网网架对于水 电优化调度的影响，所制作出的发电计划大多不能通过电网安全校核，会对电网的安全稳 定运行造成威胁，发电计划不能直接投入生产运行。本发明基于图论建立电网窝电分析模 型，将电网网架抽象成为节点和线路各具属性的有向图，见图2,并将大中小水电发电计划 当做初始上网电量，连同地区消纳负荷输入模型中，采用深度遍历优先算法解析模型，见图 3,统计各断面下上网电源，并进行断面安全校核，得出电网窝电信息；对于存在窝电情况的 断面，采用"多级断面趋近等受阻比例"方法削减断面下电源的上网电量，使断面在通过安 全校核的前提下，合理地分配受阻电量，均衡发电企业效益。
[0022] 窝电分析具体方法按照下述步骤（1)-(7)予以实现：
[0023] (1)将电网网架图抽象成为窝电分析模型；
[0024] (2)将大中小水电发电计划、地区消纳负荷输入到窝电分析模型中；
[0025] (3)定义节点等级为整个模型中最大层数减去当前节点层数，规定所有叶子节点 的等级均为〇 ;定义线路等级为该条弧起始节点的节点等级；
[0026] (4)选中图中一个节点，对未被标记节点判断是否有孩子节点，孩子节点是否有兄 弟节点，对该节点的孩子节点和兄弟节点进行DFS遍历搜索；
[0027] (5)搜索完成后标记该节点，并判断已标记节点是否与图中节点总数相同，相同执 行步骤6,不相同返回步骤4;
[0028] (6)图中所有节点均被检索过，按步骤1定义，统计各节点等级、线路等级，见图 4 ；
[0029] (7)统计各输电线路下上网电量与地区负荷，并按照线路等级从低到高的顺序进 行断面安全校核，找到没有通过安全校核的电网薄弱环节，为窝电受阻断面。
[0030] 上网电量动态调整是以各输电通道受阻电量ANS为分配目标，采用在单一通道 "等受阻比例"削减基础上的"多级断面趋近等受阻比例"的削减方法。接入输电通道S下 的上网电源集合为Q s，n，负荷节点集合为电源i在t时段的初始发电计划为\t，出 力下限为Q，节点负荷为P」, t，送出通道极限能力为Ns。按"等受阻比例"削减受阻电量的步 骤是：
[0031] ①计算通道S下受阻电量
【权利要求】
1. 一种富水电地区窝电分析及上网电量动态调整方法，其特征在于如下步骤： (1) 通过历史运行资料建立一元线性回归模型预测无径流资料地区小水电发电能力； (2) 以总发电量最大为目标建立流域大中型水电群优化模型，并采用逐次逼近思想进 行降维求解出大中型水电站出力； ⑶基于图论的方法，将地区电网网架图抽象成节点和线路各具属性的有向图，制作地 区电网窝电分析模型；将地区电网网架抽象中的电厂抽象成有向图中具有发电量和本地消 纳负荷属性的节点，将变电站抽象成有向图中具有上网电量和本地消纳负荷的节点，将输 电线路抽象成有向图中具有上网电量和断面输电极限的线； (4) 将地区小水电发电能力、大中型水电站出力当做初始上网电量，连同地区负荷预测 值输入窝电分析模型中； (5) 采用深度优先遍历算法遍历解析窝电分析模型，标记线路等级，计算各输电断面下 上网电量，并对各断面进行安全校核，得出地区电网窝电信息；具体分析步骤为： 1) 将电网网架图抽象成为窝电分析模型； 2) 将大中小水电发电计划、地区消纳负荷输入到窝电分析模型中； 3) 定义节点等级为整个模型中最大层数减去当前节点层数，规定所有叶子节点的等级 均为〇 ;定义线路等级为该条弧起始节点的节点等级； 4) 选中图中一个节点，对未被标记节点判断是否有孩子节点，孩子节点是否有兄弟节 点，对该节点的孩子节点和兄弟节点进行DFS遍历搜索； 5) 搜索完成后标记该节点，并判断已标记节点是否与图中节点总数相同，相同执行步 骤6)，不相同返回步骤4); 6) 图中所有节点均被检索过，按步骤1)定义，统计各节点等级、线路等级； 7) 统计各输电线路下上网电量与地区负荷，并按照线路等级从低到高的顺序进行断面 安全校核，找到没有通过安全校核的电网薄弱环节，为窝电受阻断面； (6) 将存在窝电现象的断面按电压等级由低到高排序，采用"多级断面趋近等比例受 阻"的方法对断面下上网电量进行调整，以满足电网安全稳定运行的前提下，合理分配电网 弃水电量，均衡发电企业效益； "多级断面趋近等受阻比例"方法调整上网电量具体步骤为： ① 解析窝电分析模型，确定通道计算顺序，线路等级由低到高依次计算Sk(k= l，2，...，K)4k= 0; ②k=k+1，接入通道Sk的发电厂集合为Qk，用
iGQSn，jGq检验该通道是否通过安全校核， 其中：Ns,iSt时段，通道Sk下电源i的上网电量； Ps，j为t时段，通道Sk下节点j的负荷； Ns为t时段，通道Sk的送出通道极限输送能力； Qs，n为t时段，通道Sk下上网电源集合。 Ws，q为t时段，通道Sk下负荷集合。 若没有通过安全校核，按
计算窝电量，执行步骤③；若通过安 全校核，执行步骤⑧； ③ 获得该通道下未将发电计划锁定为出力下限的发电厂集合Qk，按〇 =ANi,t/ 计算各发电厂的受阻比例 式中：为t时段电源i的削减电量，N' ^为^时段电源i的允许 上网电量； 并按受阻比例升序排序各电厂，排序后结果为： { 〇 1>t, 〇 2，t,…，〇 r，t，…，〇m，t}，（r= 1，2,…，m)，令r= 0,执行步骤④； ④ 若r=m，执行步骤⑦；否则执行步骤⑤； ⑤r=r+l，如果〇w= 〇rt，t，表示电源r与排序在它后一位的电源受阻比例相同， 他们可以按"等受阻比例"削减，返回步骤④；如果〇m 表示电源r的受阻比例小
于排序在它后一位的电源，不可以按"等受阻比例"削减，获得电源r及之前受阻比例相同 的电源Qx = { 0 1; t, 0 2, t，…，0r，t}执行步骤⑥； ⑥ 试算按受阻比例削减，总削减量为 .如果AP>ANS，表 9 明将\中电源的受阻比例提高到（\t，〇,+1，t)之间，便可以使通道S通过安全校核，则 按"等受阻比例"削减Qx，然后执行步骤②；否则，表示将Qx中电源的受阻比例全部提高 到〇,+1，t后，通道S仍不能通过安全校核，则按〇,+1，t削减Qx，计算剩余窝电负荷AN= ANS_AP，将AN看作下一次计算的ANS，返回执行步骤③； ⑦ 该通道下所有电源的受阻比例均相同，采用"等受阻比例"方法削减各电源，继续执 行步骤②； ⑧ 若k=K，则所有通道均通过安全校核，退出该方法；否则执行步骤②。
【文档编号】G06Q10/06GK104410109SQ201410720729
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】李刚, 陈孚, 程春田, 李秀峰, 蔡华祥 申请人:大连理工大学