一种梯级水电站优化调度系统、方法及安全电网系统与流程

本发明涉及电网调度技术领域，尤其涉及一种梯级水电站优化调度系统、调度方法以及一种安全电网系统。

背景技术：

我国能源装机结构主要以火电和水电为主，水电作为技术最成熟、供应最稳定的可再生清洁能源，水电发电量的多少直接影响水电企业的营收，发电量与梯级电站群来水量高度相关，单个水电站的理论发电量主要取决于所处梯级电站群的资源禀赋。近年来，我国西南地区水电弃水严重，对电站而言，消纳形势越发严峻，加之电价持续下调，水电经营压力陡增。

此种环境下，电网调度的公平合理性显得尤为重要。电站受电网调度，电网在调度过程中，如何平衡同一梯级电站群电站之间的弃水风险问题尤为突出。

传统的解决方式是调度员根据经验判断加上手工计算开展风险评估，对电站进行调度。此种方式虽然操作简单，但却有不少问题。首先，同一梯级电站群电站数目多，电站状态受降雨、入库流量实时影响较大，且计算参数较多，致使计算量巨大，计算内容繁复，容易出错。其次，调度员对梯级电站群调度经验认知差异较大，可能存在因调度经验欠缺造成调度过程及结果合理性较差，而合理的调度需要大量的经验积累，调度员才能做出较为合理的调度决策。可见现有的调度技术局限性很大，缺乏客观的、快速的决策手段。

技术实现要素：

本发明主要目的是针对现有的调度技术局限性较大的现状，提供一种操作便捷、响应快速的梯级水电站优化调度系统、调度方法以及安全调度系统。

本发明的一方面在于，提供一种梯级水电站优化调度方法，包括以下步骤：

s1、获取梯级电站群各电站的预测入库流量情况；

s2、依据步骤s1的预测入库流量情况，通过模型对电站的调度过程进行演算，得出优化调度结果；

模型的演算过程包括：

s21、根据当前时段电站的计划出力和入库流量情况对梯级电站群进行初步演算，得到梯级电站群状态；

s22、根据时序对梯级电站群各电站状态顺序进行遍历，若梯级电站群当前时段的状态满足设定要求，则该调度时段的计算完成，若不满足，则执行步骤s23；

s23、根据预弃时间的长短进行弃水风险评估，表示电站已经开始弃水，表示电站还未弃水，且越小则表示弃水风险越大；

s24、将当前时段的梯级电站群各电站的调整处理至临界状态，并对当前时段进行出力调整，出力调整包括：对临界状态下当前时段梯级电站弃水风险进行排序，并对弃水风险高的电站按比例增加出力，弃水风险低的电站减少出力，得到各电站的最新出力

本发明的另一方面在于，提供一种梯级水电站优化调度系统，包括：

数据获取单元：用于获取梯级电站群各电站的水位、水流量、降雨量、出力等数据；

处理单元：包括预报模块和模型演算模块，预报模块用于根据水流量和降雨量预测各电站的入库流量情况；模型演算模块用于基于预报模块的入库流量情况对调度过程进行演算，得出优化调度结果；

数据存储单元：用于存储所述数据获取单元、模型演算模块和预报模块的各项数据；

显示单元：用于数据展示。

本发明另一方面还在于，提供一种完全电网系统，包括上述的梯级水电站优化调度系统，所述梯级水电站优化调度系统经过防火墙后与电网数据系统通信连接。

优选的，梯级水电站优化调度系统与电网数据系统之间的防火墙策略采用非信任与信任模式，即电网数据系统可访问梯级水电站优化调度系统，而梯级水电站优化调度系统则不能访问电网数据系统。

优选的，所述电网数据系统分为电网二区和电网三区两层，电网二区实时接收所属电站的状态信息，所述梯级水电站优化调度系统中的数据获取单元从电网三区进行数据提取；电网三区与电网二区数据完全一致，电网三区数据由电网二区通过正向隔离传输。

现对于现有技术，本发明的显著进步至少体现在：

1)本发明基于对各个电站的风险评估情况，自动重新优化分配各电站出力，给出合理的出力优化分配方案，通过动态实时调整梯级电站群在调度时段内各个电站的出力，使得梯级各电站在整个调度过程中满足梯级整体运行优化的情况下弃水风险均衡、弃水相对合理，优化梯级水电运行，充分利用梯级水能资源。

2)本发明提供的梯级水电优化调度系统，可以实现多个梯级电站动态评估弃水风险、实时弃水风险报警等功能，具有操作便捷、响应快速、滚动计算的特点。

附图说明

图1为本发明实施例的梯级水电站优化调度系统的原理框图；

图2为本发明实施例的电网安全调度系统的原理框图；

图3为本发明实施例的模型演算流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明进行详细的阐述。应该说明的是，本发明的具体可实施方式并不限于以下具体实施例。

参阅图1-3所示，本发明提供如下实施例。

一种梯级水电优化调度方法，包括以下步骤：

s1、获取梯级电站群各电站的预测入库流量情况；

s2、依据步骤s1的预测入库流量情况，通过模型对电站的未来调度过程进行演算，得出优化调度结果；

模型的演算过程包括：

s21、根据当前时段电站的计划总出力和入库流量情况对梯级电站群进行初步演算，得到梯级电站群状态集合；

s22、根据时序对梯级电站群各电站状态顺序进行遍历，若电站当前时段的状态满足设定要求，则该调度时段的计算完成，若不满足，则执行步骤s23；

s23、根据预弃时间的长短进行弃水风险评估，表示电站已经开始弃水，表示电站还未弃水，且越小则表示弃水风险越大；

s24、将当前时段的梯级电站群各电站的调整处理至临界状态，并对当前时段进行出力调整，出力调整包括：对临界状态下当前时段梯级电站弃水风险进行排序，并对弃水风险高的电站按比例增加出力，弃水风险低的电站减少出力，得到各电站的最新出力

作为可选择的，可结合河泄预报与区间预报获得梯级电站群各电站的预测入库流量情况，河泄预报采用时变线性模型，区间预报采用降雨产流模型。即梯级电站群中当前电站的入库流量为降雨产生的流量与上一级电站的出库流量之和。其中，降雨产生的流量可通过水文站或者气象局所采用的现有计算模型计算获得。还应该说明的是，本领域技术人员还可采用其它现有的梯级电站群电站入库流量预报模型进行预报，比如，可通过水文站或者气象局提供的数据来确定梯级电站群各电站的预测入库流量情况，在此不做过多的赘述。

作为优选的，上述步骤s21中，所述的结果状态指梯级电站群电站经过演算过之后梯级电站群各电站的状态，电站状态通常划分为满负荷不弃水、满负荷弃水、不满负荷不弃水、不满负荷弃水四种状态。具体的，通过比较各电站各时段计划出力和装机容量判断是否为满负荷运行，计划出力<装机容量，则为不满负荷运行状态，计划总出力＝装机容量，则为满负荷运行状态；通过比较出库流量和发电流量判断是否处于弃水状态，如果发电流量＝出库流量，那么电站不弃水，如果发电流量<出库流量，那么电站弃水。应该说明的是，根据当前时段电站的计划出力和入库流量情况对梯级电站群进行初步演算时，已知梯级电站群各电站当前状态，假定电站当前时段末水位，入库水量可由预报入库流量与时间可得，根据水量平衡可得出当前时段出库流量，利用出库流量与尾水位流量曲线可得尾水位，进而得出发电水头，再利用nhq曲线查值得到发电流量，若发电流量小于等于出库流量则初步演算完毕，否则重新假定时段末水位进行计算。更为具体的，水量平衡是指，在某一时段内：时段初库容水量+时段入库水量＝时段末库容水量+时段出库水量。时段初库容水量和时段末库容水量均可通过水位库容曲线查值获得，水位库容曲线由水库设计单位提供，为已知静态数据。由此，可通过水量平衡公式得出出库水量。进一步的，由出库水量和时间计算获得出库流量，根据尾水位与出库流量关系曲线，查值获得尾水位；计算发电水头h，h＝(时段初水位+时段末水位)/2-尾水位，发电流量根据nhq曲线查值获得，nhq曲线由出力n、水头h、发电流量q组成，由机组厂商提供，为已知静态数据。

应该说明的是，步骤s23中，所述预弃时间是指电站由不弃水状态到弃水状态的时间，弃水风险根据预弃时间划分。表示电站已经开始弃水，表示电站还未弃水，且越小则表示弃水风险越大。若预弃时间小于0时，出库流量大于入库流量，水库库容越小电站风险越低；预弃时间大于0时，出库流量小于入库流量，预弃时间越小风险越大。

还应该说明的是，步骤s24中，在进行出力调整的目的在于平衡优化梯级电站群各电站之间的弃水风险(即优化预弃时间)。作为一种可选择的方案，调整电站出力的指标为：使得出力调整后预弃时间尽量趋近一致，出力调整后、预弃时间要尽可能长。

作为优选的，所述模型的设定要求为：满足以下任一条件：

梯级电站群各电站的预弃时间无限相等或者相等；

或者，梯级电站群各电站全部弃水时，出力满足np为单个电站装机容量，为单个电站当前状态下的出力，n为梯级电站总装机容量，n总为当前状态下梯级电站总出力。

作为优选的，所述步骤s24还包括：

对比当前状态下梯级电站群梯级总出力n总和临界状态下梯级电站群梯级总出力n'总，若n'总<＝n总,则下个调度时段的处理从步骤s23开始；

若n'总>n总,则将最新出力与原始出力进行对比，若出力变幅则对下个调度时段从步骤s21开始处理，否则直接进行步骤s22。

作为优选的，所述临界状态处理包括：检查电站当前状态，若是满负荷弃水，则当前状态为临界状态；若是不满负荷发电不弃水状态，则对当前电站进行减负荷处理，直至当前电站处于不满负荷发电不弃水的临界状态；若是满负荷不弃水状态，则对当前电站进行减负荷处理，直至当前电站处于不满负荷发电不弃水的临界状态或者满负荷不弃水临界状态。

本发明的另一方面在于，提供一种用于执行以上梯级水电优化调度方法的梯级水电优化调度系统，包括：

数据获取单元：用于提取梯级电站群各电站的水位、水流量、降雨量以及出力等数据；

预报模块：用于根据数据存储单元存储的数据预测各电站未来的入库流量情况，具体的，当前电站的入库流量可根据水流量(即上一级电站的出库流量)与降雨量(降雨产生的流量)之和确定；

或者，可直接通过外部获取入库流量情况；

模型演算模块：基于预报模块的预报结果(入库流量)对未来调度过程进行演算，并将演算结果发送至显示单元和数据存储单元；

数据存储单元：用于存储所述数据获取单元、模型演算模块和预报模块的各项数据。

优选的，所述数据存储单元将梯级电站群各电站数据分门别类的进行存储，所述显示单元的展示形式包括：通过图形分别展示各电站重要数据，通过表格整体展示梯级电站群全部电站的数据，对比展示电站经过模型演算模块计算前后的风险数据，以及展示梯级电站群中高风险电站的报警界面。

本发明的一个方面还在于，提供一种安全电网系统，包括服务器，所述服务器中存储有以上所述的梯级水电优化调度系统。

优选的，所述服务器经过防火墙后与电网系统连接，服务器与电网数据系统之间防火墙策略采用非信任与信任模式，即电网数据系统可访问服务器，而服务器则不能访问电网数据系统；

所述电网系统分为电网二区和电网三区两层，电网二区实时接收所属电站的状态信息，所述服务器中的数据获取单元从电网三区进行数据提取；电网三区与电网二区数据完全一致，电网三区数据由电网二区通过正向隔离传输。

在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。