专利名称：一种实时调度中优化电网水电旋转备用的方法
技术领域：
本发明涉及水电机组的经济运行和电网的节能调度领域，特别涉及电网实时调度中水
电机组旋转备用容量的确定方法及容量分配的调度方法。
背景技术：
现代电力系统由发电机组、变压器、输配电线路和用电设备等很多单元组成，是一个 分布区域广泛的复杂非线性动力系统。目前，随着全国联网、"西电东送"和南北互供的 发展， 一个更庞大的电力系统正在逐步形成。电能具有"发电、输电、配电、售电和用电" 在同一时刻完成的特殊性，不能大量的存储，同时在整个电力生产经营环节需要保持电网 的稳定安全运行。配置电网备用容量是为了应对电力系统负荷突然波动，调频调峰，发电 设备定期检修以及系统发生故障时不对用户停电，从而提供合格质量的电能，满足国民经 济发展的需要。'
然而，备用容量若留得过多，则会造成设备得不到充分利用且单位运行能耗增加，电 网经济性差；若留得过少，则电网安全可靠性降低。备用可分为发电侧旋转备用及非旋转 备用和负荷侧备用。处于旋转备用中的机组特指已与电网并列运行，随时可以按调度指令 增减出力的发电机。发电侧旋转备用又可分为水电旋转备用、火电旋转备用及其他种类发 电备用。水电旋转备用负荷响应较快，是电网的快速旋转备用，但配置水电旋转备用是以 一定量的水库弃水为代价换取的。所以，合理地减少和分配系统的水电旋转备用，对整个 电力系统的经济运行及节能减排，将起到非常明显的效果。 目前对于旋转备用的确定和研究一般采用以下几类模式
(1)确定性模式。按照某电网的经验和规模预留足额的备用容量满足负荷的波动和 设备的故障停运。目前实际运行大都采用此模式，且基本只对整个系统的备用做出确定性 的要求，而对如何减少备用中的水电旋转备用研究较少。《水电站经济运行理论及算法实 现》(徐晨光等，黄河水利出版社，2006年版)提到了单个水电站如何减少水电旋转备用， 但该书提出的方法中水电旋转备用容量采用的是按各时段电网所需负荷备用的比例及电 网负荷备用分摊给水电厂的比例确定的，也是一种确定性方法，且该方法限于单个水电厂，未从全网角度进行考虑。
(2)基于电力市场下以一定的可靠性及电网购买备用费用最少模式。因电力市场在
我国并未全面实行，该方法在国内尚处于理论探索阶段，且该类方法未针对水电机组如何
确定旋转备用做出研究和探索。
综上所述，目前关于水电旋转备用容量的确定并未细致研究其经济性。对于水电这种
可再生能源，若能合理的确定水电旋转备用容量，则能大幅度地减少空载水电备用，达到
系统经济运行、节能减排的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种在实时调度中优化电网水电旋转备用容量的方法。本发明的 实质是确定水电旋转备用的容量，以系统总的空载能耗最低为目标开出水电机组进行分 配。以该方法确定的容量与传统确定性方法的容量之差即为减少的水电旋转备用。本方法 利用EMS系统采集实时电网负荷数据且预处理后，进行超短期负荷预测；对由该实时负 荷及预测数据组成的序列进行基于最小二乘的曲线拟合，得到该序列点与该曲线的最大偏 差绝对值，将该绝对值确定为下一区间段的水电旋转备用；用某一水电机组当前水头下的 空载引用流量除以满发引用流量再乘以满发功率(即该机组的旋转备用容量)，得到空载 能耗开机排序系数，通过启发式搜索算法得到能耗最小且备用容量满足要求的机组组合。
为了对负荷的波动情况进行分析，我们将负荷曲线分解为平稳变化分量和随机性波动 分量。负荷的平稳变化分量按照某一电网的固有规律运行，是可预知的；而负荷的随机变 化分量是围绕该平稳分量上下波动，偶然性、随机性较大。我们认为水电快速旋转备用容 量可以定为过去一段时间如1 2小时的随机分量的某一概率大值；若考虑极端情况，可以 选取过去1~2小时的随机分量的最大值，设该值为AMox 。
从系统供电可靠性方面考虑，假若系统因为设备故障导致突然失去某一电源，可以立 即指令处于非旋转状态下的水电备用机组事故开机及紧急调用系统的火电旋转备用以平 衡系统负荷波动。从负荷备用的充裕性方面考虑，假若系统总的备用不能满足安全导则的 要求，则本方法提醒开出火电机组。
容量的分配我们采用机组排序的方法。水电机组开出且未带负荷实质上是水能的空 耗，但为了系统的合理备用要求又必须空耗一定的能量，所以如何减少空载耗用能量是该 分配方法的出发点。
我们提出基于水电快速旋转备用AM欲确定后的机组能耗排序系数按如下方法获得—p * "7'空载* y A' 一 p * y〃,，载*丁
式中z'为机组序号；i^为当前A水头下机组的额定容量，即该机组开出后旋转备用
容量；C"^为当前A水头下机组未带负荷时的引用流量，单位为W";込,^为当前A水 头下机组带&负荷时的引用流量，单位为m3/^ r为积分区间。显然，/t',的物理含义是
该机组在积分区间内因承担系统备用空耗的能量。因各水电机组积分区间T相同，故可消 去，最终得到-
综上所述，在得到AMOX后，我们的目标是如何开机，能够使得系统空耗的能量最少。
最终得到的数学描述为_F = Mz>j^>,，!' = 1,2,3... ， n为最终需要开出的机组台数。
约束为t^2AMox,并且同时满足水库运行要求，该要求由水库调度给出。
用启发式算法求得该数学描述的解即为水电旋转备用容量的分配方法，即开机方法， 通过调度指令系统下令相应水电机组开机。
该方法的进步效果是改变了传统的按某一负荷系数确定水电旋转备用的方法，减少了 水电的空载备用容量；用空载能耗系数指导水电机组开机进一步优化了水电机组的经济运 行，达到节能减排的目的。
附图为本发明方法操作步骤流程图。 具体实施例
下面结合附图提供的实施例对本发明作详细说明。
本发明实时调度中确定电网水电旋转备用容量及其分配的方法实施步骤如下-
(1) 通过EMS系统采集负荷的实时数据。在本系统中每T分钟采集一个负荷点，得
至'J :K" _ i), :Kw—2)..._v( —w)序歹!j 。
(2) 设定固定阀值e判断数据的真伪。若e》l少(/7)-y("-i)i，则该采集的数据:K")是各种原因导致的伪数据，需要用前面几个点的数据进行线性外推替代该数据。
(3) 利用采集到的数据进行超短期负荷预测，得到下一个时刻(下一个T分钟)的
预测负荷Y(n + l)。在本发明中，超短期负荷预测采用了负荷求导、负荷趋势及日周期多 点外推这三种方法的综合组合模型。
(4) 组合成新的序列y'("):;/(" +1),:K"—1), :K" — 2). - w+1)。
(5) 对y'(")进行基于最小二乘的曲线拟合，得到拟合曲线尸'(")。
(6) 求得Y'(n)序列与P'(")序列的最大偏差的绝对值AMox，这个数值即为负荷随机
波动分量的阶段最大值，也就是需要开出的水电快速旋转备用容量。
(7) 检验当前水电备用容量是否满足要求，若已经满足要求则回到第一步，若不满 足要求则继续。
(8) 在当前水头下确定各待选机组开机排序系数4=&*^^，其中z'为机组序号，
^为当前A水头下机组的额定容量，即该机组开出后旋转备用容量，^^S为当前/2水头 下机组未带负荷时的引用流量，单位为/ 3/" a^g为当前A水头下机组带^负荷时的引
用流量，单位为/723/"
(9) 用启发式算法求解目标函数i^M/"IX〖=1,2,3..."，约束为尤i^AMox，并
且同时满足水库要求(该要求由水库调度给出)。该步骤又可细分为
① 以&.从小到大逐步开出待选备用机组，直到t^2AMox，得到一个局部最优的
初始解，为了得到全局最优组合，继续进行。
② 利用禁忌搜索框架以目标函数F的增量最小或减幅最大进行一次开机或停机的操 作，得到新的解，并且记录得到的优解。
③ 更新禁忌表、禁忌长度、迭代次数减l。
④ 若迭代次数达到规定值，则继续⑤，否则返回②
⑤ 从优解中搜寻一个最优解，得到最终机组组合方案。(10) 校验整个电网负荷备用容量是否满足要求，若不满足，则提示开出火电机组。
(11) 返回第一步。
禁忌搜索是一个对组合问题比较成熟的启发式算法，在本发明中，禁忌长度为5，迭 代次数为100次。
通过该方法，确定了水电快速旋转备用容量以及该容量的分配方法，与传统的以负荷 百分比系数确定性给出水电快速备用容量相比，更加经济，合理，严谨，实质上相当于减 少了空载水电旋转备用容量，节约了空耗的能量，起到了非常明显的节能减排效果。
该方法在某一省级电网的测试计算表明，若实施本发明方法一年节约的空耗能量可增 发水电电量8000万度，相当于节约2.8万吨标准煤，少排放2.1万吨粉尘、7.7万吨二氧 化碳和2300吨二氧化硫。
权利要求
1. 一种实时调度中优化电网水电旋转备用的方法，其特征是依次采用下列步骤(1)通过EMS系统采集负荷的实时数据，每T分钟采集一个负荷点，得到y(n)，y(n-1)，y(n-2)...y(n-m)序列；(2)设定固定阀值ε判断数据的真伪，若ε≥|y(n)-y(n-1)|，则该采集的数据y(n)是各种原因导致的伪数据，需要用前面几个点的数据进行线性外推替代该数据；(3)利用采集到的数据进行超短期负荷预测，得到下一个时刻(下一个T分钟)的预测负荷y′(n+1)；(4)组合成新的序列Y′(n):y′(n+1)，y(n)，y(n-1)，y(n-2)...y(n-m+1)；(5)对Y′(n)进行基于最小二乘的曲线拟合，得到拟合曲线P′(n)；(6)求得下一个T时间区间水电旋转备用容量；(7)检验当前水电备用容量是否满足要求，若已经满足要求则回到第一步，若不满足要求则继续；(8)在当前水头下确定各待选机组空载能耗排序系数Ki；(9)求解目标函数约束为并且同时满足水库运行要求，该要求由水库调度给出；(10)校验整个电网备用容量是否满足要求，若不满足，则提示开出火电机组；(11)返回第一步。
2. 根据权利要求1所述的一种实时调度中优化电网水电旋转备用的方法，其特征是所 述的(6)求得下一个T时间区间水电旋转备用容量的方法是求得y'(w)序列与尸'(")序列的最大偏差的绝对值AMox，这个数值即为负荷随机波动分量的阶段最大值，也就是需要 开出的水电快速旋转备用容量。
3. 根据权利要求l或2所述的一种实时调度中确定电网水电旋转备用容量及其分配的方 法，其特征是所述(8)在当前水头下确定各待选机组空载能耗排序系数《，&=&*^m，其中/为机组序号，A为当前^水头下机组的额定容量，即该机组开出后旋转备用容量，"'，为当前^水头下机组未带负荷时的引用流量，单位为;"3"，仏,^为 当前A水头下机组带&负荷时的引用流量，单位为/ 3"。
全文摘要
本发明是一种在实时调度中优化电网水电旋转备用的方法。本方法利用EMS系统采集实时电网负荷数据且预处理后，进行超短期负荷预测；对由该实时负荷及预测数据组成的序列进行基于最小二乘的曲线拟合，得到该序列点与该曲线的最大偏差绝对值，将该绝对值确定为下一区间段的水电旋转备用；用某一水电机组当前水头下的空载引用流量除以满发引用流量再乘以满发功率(即该机组的旋转备用容量)，得到开机排序系数，通过启发式搜索算法得到能耗最小且备用容量满足要求的机组组合。该方法的进步效果是改变了传统的按某一负荷系数确定水电旋转备用的方法，减少了水电的空载备用容量；用空载能耗系数指导水电机组开机进一步优化了水电机组的经济运行，达到节能减排的目的。
文档编号H02J3/46GK101478168SQ200910042508
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者军 李, 宁 李, 辉 李, 王正纲, 陈辉华 申请人:湖南省电力公司调度通信局