一种基于数据驱动的省级电网日前发电计划编制方法

1.本发明涉及电力系统发电调度领域，特别涉及一种基于数据驱动的省级电网日前发电计划编制方法。


背景技术：

2.过去二十年，我国水电实现了大规模集中开发与投产，西南地区形成了两个水电规模最大的省级电网，分别是云南电网、四川电网，单个省级电网的水电装机均超过7500万kw，参与省调平衡的电站数量超过200座，同时还包括数百座风电站和光伏电站，由于径流的不确定性和新能源电站发电的波动性和随机性，这类电网的调度管理极大不同于以火电为主的电网，日前发电计划的编制面临很大难题与挑战。
3.例如云南电网，统调180座水电站分布在多个流域，包括多种调节类型，如多年调节、年调节、季调节、周调节、日调节、径流式等，不同调节性能电站的运行特点互不相同，入库流量以及面临的调度要求也有较大差异，使得其在负荷图中的工作位置也不尽相同，同时考虑煤电、风电、光伏各类差异化特性电源，采用传统的优化调度建模方法如发电量最大、调峰电量最大等，难以得到实用的发电运行计划，而且由于电站规模庞大，维数灾问题突出，使得计算效率也非常低。因此，有必要针对这类电网的日前发电调度平衡问题，设计高效、实用的调度方法。
4.为此，本发明以云南电网统调300余座电站为背景，依托国家自然科学基金(52079014)，针对高比例水电省级电网日前负荷平衡问题开展研究，基于负荷和发电长系列数据驱动，提出了具有重要实用价值的省级电网日前发电计划编制方法。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种基于数据驱动的省级电网日前发电计划编制方法，利用负荷相似性确定电站的初始出力计划，采用定出力检验初始出力过程的可行性；根据历史电量相似性，进一步更新出力计划，最后选择调节性能较好的水电站作为平衡电站实现电网的日负荷平衡，这种方式极大地提高了计算效率和结果的实用性，为高比例水电的省级电网日前发电调度提供了可行的技术手段。
6.本发明的技术方案为：
7.一种基于数据驱动的省级电网日前发电计划编制方法，按照下述步骤1
‑
5完成电网日前发电计划的编制：
8.步骤1.电网负荷比较，确定各电站的初始出力计划。输入计划日的预测负荷过程和长系列电网历史负荷数据，进行预测负荷与历史负荷的比较分析，具体如下式，找出负荷最相近的日期，并将该日的出力过程作为各电站的初始出力。
9.10.式中：coe
n
为预测负荷与实际负荷的相关系数；c
t
′
是电网在时段t的历史负荷，单位mw；是实际负荷均值，单位mw；是预测负荷均值，单位mw。
11.步骤2.电站来水分析。输入每一个水电站计划日的预测入库流量，以上述得到的出力过程为目标，逐时段进行定出力计算，分析各电站在预测来水情况下能否满足初始的计划出力。
12.p
m,t
＝n(z
m,t
‑1,q
m,t
,q
m,t
,ql
m,t
,δt)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
13.式中：p
m,t
为水库m在t时段的出力；n(
·
)是根据水位、流量计算电站出力的函数；z
m,t
‑1为水库m在t
‑
1时段的水位；q
m,t
，q
m,t
，ql
m,t
分别是水库m在t时段的入库流量、发电流量、
14.弃水流量；δt为t时段包含的小时个数。
15.步骤3.电站发电量分析。对于无法满足计划出力过程的电站，根据电站得到的出力过程统计可发电量，具体如下式：
[0016][0017]
步骤4.更新电站的初始计划。根据步骤3得到的部分电站的发电量，从历史发电量数据中找出电量最接近的日期，并将该日期的发电过程作为电站的更新计划。
[0018]
步骤5.进行电网负荷平衡。从电网初始负荷中扣除电站初始的计划出力过程，得到未平衡的电量需求，选择部分调节性能较好的水电站作为平衡电站，按照利用小时数相等(见式(4))确定每个电站的发电量，计算公式见式(5)。根据该发电量，采用切负荷方法按照上下游顺序逐次确定每个电站的出力过程。
[0019][0020][0021]
式中：j为选择的平衡电站的数量；是m
j
号电站的最大出力；为m
j
号电站的出力；为m
c
号电站的平均负荷率。
[0022]
对比现有技术，实施本发明的技术方案，可实现如下有益效果：本发明提出的方法可利用长系列负荷、出力、电量等数据避免构建复杂的电网发电调度优化模型和求解算法，这种方式以电网和电站历史运行数据为驱动，极大地简化了发电调度的复杂性，同时提高了电网日前计划编制的效率和计划的实用性。与传统的以发电量最大、调峰电量最大等为目标的优化模型相比，本发明能够极大地减少优化计算规模、提高计算效率、改善电站日计划的可行性，是一种切实实用的日前计划编制方法。
附图说明
[0023]
图1是省级电网负荷平衡图；
[0024]
图2是小湾平衡电站的出力过程图；
[0025]
图3是漫湾平衡电站的出力过程图；
[0026]
图4是大朝山平衡电站的出力过程图。
具体实施方式
[0027]
本发明涉及一种基于数据驱动的省级电网日前发电计划编制方法，以下结合附图和实例对本发明作进一步的描述。
[0028]
一次完整的基于数据驱动的省级电网日前发电计划编制方法可通过如下步骤表述：
[0029]
(1)电网负荷比较，确定各电站的初始出力计划。
[0030]
输入计划日的预测负荷过程和长系列电网历史负荷数据，进行预测负荷与历史负荷的比较分析，找出负荷最相近的日期，并将该日的出力过程作为各电站的初始出力。
[0031]
步骤1：采用下式进行算两种负荷数据序列的比较系数
[0032][0033]
步骤2：找出系数最大值对应日期，并提取上述日期各电站的出力过程作为该计划日的初始出力过程。
[0034]
(2)电站来水分析。输入每一个水电站计划日的预测入库流量，以上述得到的出力过程为目标，逐时段进行定出力计算，分析各电站在预测来水情况下能否满足初始的计划出力。
[0035]
步骤1：以日初水位作为电站的初始水位，以预测入库流量作为来水，采用下式逐时段计算电站的出力，并同时可得到电站各时段的发电流量、弃水流量、时段末水位。
[0036]
p
m,t
＝n(z
m,t
‑1,q
m,t
,q
m,t
,ql
m,t
,δt)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0037]
步骤2：比较步骤1得到的出力与初始的计划出力，若二者相等，则预测的入库流量可以满足电站的初始出力计划，若前者小于后者，则不满足。
[0038]
步骤3：按照前两个步骤方法找出所有无法满足初始计划出力的电站。
[0039]
(3)电站发电量分析。
[0040]
对于无法满足计划出力过程的电站，采用式(8)计算电站的可发电量。
[0041][0042]
(4)更新电站的初始计划。
[0043]
步骤1：从电站历史同类型发电量数据中匹配与e
m
最近的日期；
[0044]
步骤2：提取该日期的电站出力过程，并将其更新为电站的计划出力过程。
[0045]
(5)进行电网负荷平衡。
[0046]
步骤1：从电网初始负荷中扣除电站初始的计划出力过程，得到未平衡的电量需求；
[0047]
步骤2：选择部分调节性能较好的水电站作为平衡电站，一般选择调节性能较好的水电站；
[0048]
步骤3：按照利用小时数相等，确定每个电站的发电量；
[0049]
步骤4：根据该发电量，采用切负荷方法按照上下游顺序逐次确定每个电站的出力过程。
[0050]
当结果无法平衡时，需要进一步调整平衡电站，然后重新按照上述步骤，直到实现电网全周期的电力平衡。
[0051]
应用实例：
[0052]
现以云南电网190座水电站、火电站、风电站和光伏电站为例进行发电平衡，以验证本发明方法。历史负荷、出力、电量数据采用近一年的实际运行数据，以制作某日的96点发电出力计划为例进行分析。表1中列出了电网的原始负荷数据，和各类电站的出力过程数据。
[0053]
从图1可知，利用本发明提供的数据驱动的负荷平衡方法，能够保证水电站、火电站、风电站和光伏电站的发电出力完全满足系统的负荷需求，即实现了计划日96点的电力平衡。图2
‑
4给出了三个代表性平衡电站的出力过程，可以看出，这些水电站的出力运行过程合理，作为电网的平衡电厂，通过利用自动发电机组有效平衡的系统的负荷波动，这一点通过图中平衡电站的出力波动可以得到有效佐证，验证了结果的合理性。根据表1可知，水电系统的总出力和主要调节水电站均发挥了较好调峰作用，在早高峰、晚高峰时段的出力均明显高于低谷时段，调峰效果显著，满足了电网的高峰电力平衡要求。
[0054]
此外，本发明方法计算耗时较小，多次计算比传统方法平均减少约50％，完全满足电网实际生产中发电调度计划编制的时效性要求。
[0055]
表1电网负荷平衡数据
[0056]
[0057]
[0058]