面向省级电网的跨流域水电群优化建模与应用研究

【摘要】： 水电群规模不断扩大为复杂的梯级联合调度带来了严峻的挑战,优化计算过程呈现出高维数、强约束、非线性、多阶段等特征给可靠实用的库群优化调度模型建立提出了越来越高的要求。智能算法由于模型结构复杂、参数选择困难、计算结果具有随机性等固有缺点使其实际应用受限,而理论成熟、原理清晰、实现容易且广泛应用的传统优化算法由于计算变量的增加存在维数灾问题,因此在分析传统方法特点的基础上,构建整合多种传统算法的实用最优化模型,用于求解大规模库群优化问题是亟待解决的问题。分别作为库群优化调度的前提条件及优化结果的合理检验方式,电网机组检修优化与电力电量平衡计算同样面临高维次、非凸性、离散性等特点,依靠传统的计算模式与经验已经无法满足实际计算需求。本文以云南电网、福建电网及贵州电网优化运行为背景,主要从跨流域库群联合优化调度建模、应用及其紧密相关问题进行深入研究,旨在结合计算机技术和优化理论为省级电网的库群优化调度及实际运行优化提供可靠实用的技术支持。主要内容概括如下: (1)针对电网备用不足时机组检修安排不合理可能产生大量缺电的情况,提出了基于启发式搜索和逐次逼近优化的机组检修缺电量最小模型,以等备用原则为基础,在系统存在缺电时以缺电量最小为目标,尽量使检修安排后的等效负荷曲线在系统装机容量以下,保证系统安全运行。模型求解过程中,充分结合启发式搜索与逐次逼近算法的优点,以启发式搜索获得的结果作为逐次逼近算法的初始可行解,通过不断迭代逐次寻优,获得满足各类约束的最优解。通过云南电网175台次机组检修优化安排结果表明,模型具有更好的实际应用效果。 (2)针对规模库群的复杂调度要求,结合逐次逼近动态规划(DPSA)可以减少每次参与计算的电站数目,增量动态规划(DDDP)减少离散状态数目,而逐步优化算法(POA)减少计算时段数目等特点,以满足系统上下限带宽的发电量最大为目标,提出耦合DPSA,DDDP及POA的混合求解算法来建立梯级长期优化调度模型。模型以有向图技术描述复杂的梯级结构,并通过深度优先搜索技术从图中自动获得上下游的电站计算顺序,提高优化计算效率。以福建电网44座大型水电站为应用实例的计算结果表明,有向图描述的混合求解算法可以有效地克服维数灾问题和复杂约束条件问题,得到高性能的优化调度结果。 (3)随着我国用电负荷的不断增加,相邻日之间平均负荷差不断扩大,导致两天之内火电开机方式的差异越来越大,给电网计划制作与实际调度带来一定的困难及不必要的经济损耗,针对这种情况提出了基于切负荷方式的库群中期发电优化调度调峰出力最大模型:在给定时间段内,为了让遗留给火电站的日电量尽量均匀,保证火电机组相邻日内的开机方式不变或者变化最少,以此减少火电机组启停期间的额外燃料消耗及磨损,节约发电成本,而使水电机组适应各日间的电量变化,达到中期负荷调峰的目的。模型求解过程中先根据电站调节性能及其在梯级中的位置进行分类,采用逐次切负荷方式确定电站的最优调峰位置,并通过以电定水对梯级水量进行平衡计算,对存在弃水的情况根据系统负荷特性进行修正,以获得接近最优结果的库群初始调度过程。最后以这一过程为基础,通过混合求解算法进行寻优求解。通过福建电网19座具有中期调节性能电站丰枯水期的计算结果显示调峰效果明显。 (4)针对汛期电力系统中,水电在尽量减少或避免弃水的情况下调峰能力不够时,火电参与调峰,但各个时段出力不均匀,提出了基于负荷控制的三段调峰及递级调峰算法,以逐次切负荷法为基础,采用负荷控制的办法,避免了常规算法中对火电站计算结果进行逐个限制的复杂过程。该算法在尽可能减少火电站出力过程中连续开停机及连续升降的情况下,既能保证火电站相邻时段出力差满足爬坡速度要求,又保证了火电站全天各个时段出力尽量均匀,减少火电机组频繁启停或爬坡带来的额外燃料消耗及磨损,节约发电成本。通过云南电网实际运行检验,改进的调峰方式计算结果更为合理,更能满足实际电网的调峰要求。 (5)以多个省级电网跨流域水电群发电优化调度系统为背景,从工程实用性出发,在分析国内外现有库群发电优化调度技术基础之上,运用计算机科学、人工智能技术,提出了能够求解复杂跨流域梯级水电站群发电优化调度系统的时空解析技术,主要包括描述梯级电站拓扑结构的有向图技术,条件约束自动设置的智能记忆方式及脚本控制技术,可扩展的优化算法接口设计及基于共享Model的MVC模式图表联动及梯级联调技术,开发了包括中长期径流预报、长中短期发电优化和实时调度的跨流域水电站群发电优化调度系统,并在福建、云南、贵州三个省级电网得到成功应用。 最后对全文进行了总结,并对有待进一步研究的问题进行了展望。 【关键词】：跨流域 优化调度 混合求解算法 三段调峰 时空解析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TV737
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-28
• 1.1 选题背景和研究意义13-15
• 1.1.1 我国水电及省级电网的发展13
• 1.1.2 省级电网跨流域水电群优化调度的研究意义13-15
• 1.1.3 研究的工程背景15
• 1.2 长期计划检修的研究现状15-16
• 1.3 库群优化调度研究综述16-25
• 1.3.1 传统优化调度方法17-21
• 1.3.2 现代智能优化调度方法21-25
• 1.4 本文的研究内容及框架25-28
• 2 基于启发式搜索和逐次逼近优化的机组检修缺电量最小模型28-47
• 2.1 引言28-30
• 2.2 传统检修优化可靠性模型30-31
• 2.2.1 等备用容量(率)模型30
• 2.2.2 等风险度模型30-31
• 2.3 缺电量最小检修优化模型31-33
• 2.3.1 模型原理及描述31
• 2.3.2 数学符号定义31-32
• 2.3.3 目标函数32
• 2.3.4 约束条件32-33
• 2.4 模型求解33-40
• 2.4.1 总体求解思路33
• 2.4.2 约束的分类及不等式集合处理方式33-34
• 2.4.3 组合机组处理"一库多级"式梯级约束34-35
• 2.4.4 启发式搜索算法及计算流程35-36
• 2.4.5 逐次逼近优化算法36-38
• 2.4.6 结合启发式搜索的逐次逼近算法及求解38-40
• 2.5 应用实例40-46
• 2.5.1 基本资料40-42
• 2.5.2 计算结果分析及比较42-46
• 2.6 本章小结46-47
• 3 有向图描述的库群长期发电优化调度混合求解算法47-71
• 3.1 引言47-48
• 3.2 长期调度发电量最大模型48-50
• 3.2.1 模型原理及描述48
• 3.2.2 数学符号定义48-49
• 3.2.3 目标函数49
• 3.2.4 约束条件49-50
• 3.3 常用的降维动态规划50-53
• 3.3.1 逐次逼近动态规划(DPSA)50
• 3.3.2 增量动态规划(DDDP)50-51
• 3.3.3 状态逐密动态规划51
• 3.3.4 逐步优化算法(POA)51-53
• 3.4 有向图描述梯级拓扑结构及计算顺序的确定53-57
• 3.4.1 基于有向图描述的梯级拓扑结构53-55
• 3.4.2 深度优先搜索(DFS)确定计算顺序55-56
• 3.4.3 确定梯级计算顺序的其它方式56-57
• 3.5 耦合DPSA,DDDP及POA的混合求解算法57-63
• 3.5.1 算法总体设计思路57-59
• 3.5.2 两步等流量方式获得初始解59
• 3.5.3 惩罚函数的选择59-60
• 3.5.4 电站分组及计算顺序的确定60
• 3.5.5 混合求解算法的计算步骤及流程60-63
• 3.6 应用实例63-70
• 3.6.1 基本资料情况63-64
• 3.6.2 计算条件设置64-65
• 3.6.3 计算结果及分析65-70
• 3.7 本章小结70-71
• 4 基于切负荷方式的库群中期发电优化调度调峰出力最大模型71-86
• 4.1 引言71-72
• 4.2 中期调峰出力最大模型72-73
• 4.2.1 模型原理及描述72
• 4.2.2 数学符号定义72
• 4.2.3 目标函数72-73
• 4.2.4 约束条件73
• 4.3 数据准备及前期处理73-74
• 4.3.1 区间入库流量的计算73
• 4.3.2 水电系统带宽的确定73
• 4.3.3 各时段检修容量的处理73-74
• 4.4 模型求解74-79
• 4.4.1 总体求解思路74-75
• 4.4.2 各类电站可调电量的确定75
• 4.4.3 切负荷方式确定初始调度过程75-76
• 4.4.4 以电定水水量平衡76-77
• 4.4.5 结合负荷特征的弃水调整策略77-78
• 4.4.6 混合求解算法寻优78-79
• 4.5 应用实例79-85
• 4.5.1 基本资料情况79
• 4.5.2 丰枯水期的计算条件设置79-81
• 4.5.3 应用结果及比较分析81-85
• 4.6 本章小结85-86
• 5 基于负荷控制的三段调峰和递级调峰算法86-105
• 5.1 引言86
• 5.2 常规电力电量平衡算法86-94
• 5.2.1 基于日电能累计曲线的作图法87-88
• 5.2.2 余荷逐次后移法88-90
• 5.2.3 最优排位法90-91
• 5.2.4 逐次切负荷法91-92
• 5.2.5 改进的逐次切负荷法92-94
• 5.3 常规算法在调峰计算中的缺陷94-95
• 5.4 改进的调峰方式95-98
• 5.4.1 三段调峰算法96-97
• 5.4.2 递级调峰算法97-98
• 5.5 方法的应用98-104
• 5.5.1 算例资料背景98-99
• 5.5.2 计算结果分析及比较99-104
• 5.6 本章小结104-105
• 6 面向省级电网库群发电优化调度系统的关键技术实现105-123
• 6.1 引言105-106
• 6.2 面向对象的库群优化调度系统分析106
• 6.3 面向对象的库群优化调度系统设计106-111
• 6.3.1 通用模块类分类及设计107-108
• 6.3.2 基于合适粗细粒度对象的界面及流程设计108-109
• 6.3.3 抽象系统设计及方法实现109-111
• 6.4 库群优化调度系统设计与实现采用的关键技术111-118
• 6.4.1 有向图技术描述梯级电站拓扑结构111-114
• 6.4.2 条件约束自动设置的智能记忆方式及脚本控制技术114-115
• 6.4.3 可扩展的优化算法接口设计115-116
• 6.4.4 基于共享Model的MVC模式图表联动及梯级联调技术116-118
• 6.5 技术在系统中的应用及界面展示118-122
• 6.6 本章小结122-123
• 结论123-125
• 参考文献125-133
• 创新点摘要133-134
• 攻读博士学位期间参加课题及获奖情况134-135
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况135-137
• 致谢137-138
• 作者简介138-139

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

梯级水电站群中长期多目标优化调度方法    范祥莉

红水河梯级水库群短期优化调度研究与应用    李辉

大型水电站厂内经济运行决策支持系统研究与实现    王珍珍

省地一体化水电管理系统研究及其设计实现    马慧芳

贵州电网统调水火电短期优化调度研究    李善综

基于Web的水库洪水预报调度系统的关键技术    程春田;廖胜利;李刚;李向阳;

模糊数学在工程技术领域中的方法论作用    许士国,陈守煜

基于图论的水库群洪水预报调度系统集成研究    周惠成;彭勇;王国利;

电力系统机组计划检修新模型    吴龙,黄民翔

遗传和模拟退火算法在发电机组检修计划中的应用    陈少华,杨澎,周永旺,何瑞文

基于人工神经网络的梯级水电厂日优化运行    朱敏,王定一

基于混沌进化算法的梯级水电系统短期发电计划    袁晓辉,袁艳斌,权先璋,李承军,张勇传

电力市场下火电厂机组检修计划的研究    全宏兴,刘俊勇

水电系统长期发电优化调度模型及其求解    王金文,石琦,伍永刚,乐玉华,张世钦

电力市场发电机组检修计划的快速算法    冯永青,张伯明,吴文传,李尹,孙宏斌,林鄂华

基于混沌遗传算法的配电网无功补偿优化    邓建斌;叶洪江;

黄山电网小水电经济调度运行方式探析    江建辉;

基于电压风险的电力系统预防控制    余志国;陈为化;王超;朱韬析;

TS-PSO算法在电力系统无功优化中的应用    何芳;丁金嫚;

二层多目标决策问题的等价变换及其全局优化    郭兴众;

水库防洪调度研究    刘卓也;芦晓峰;魏玉成;

南四湖水安全评价研究    梁春玲;张祖陆;牛玉生;

基于聚合分解协调的多水源水资源合理调配研究    刘卫林;

基于马尔可夫模型的南京市年降水量预测试验    梅疏影;

观音阁水库下游段太子河水能分析    林健;孟丽娟;

一种改进的PSO算法    刘羿彤;付梦印;高宏斌;

Tuning of the Structure and Parameters of Wavelet Neural Network Using Improved Chaotic PSO    

一种新的克隆混沌调节算法的研究    洪露;穆志纯;

An Improved Genetic Algorithm for Reactive Power Optimization    

橄榄坝枢纽航运调度辅助系统    何永生;韩兵;梅志宏;

澜沧江梯级电站中长期随机调度    刘双全;李文云;蔡华祥;蔡建章;

小湾电站投运后澜沧江流域梯级电站发电特性分析    刘双全;蔡华祥;蔡建章;涂启玉;李秀峰;

澜沧江梯级电站中长期随机调度    刘双全;李文云;蔡华祥;蔡建章;

小湾电站投运后澜沧江流域梯级电站发电特性分析    刘双全;蔡华祥;蔡建章;涂启玉;李秀峰;

两种改进混沌优化算法的分析与应用    韩芳;陆启韶;

几何约束求解关键问题研究    张杏莉

基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用    孙明

中国水资源配置管理研究    陈旭升

基于计算智能技术的蛋白质结构预测方法研究    孙鹏飞

地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究    张进

讨赖河流域水资源演变及其合理配置研究    王雄师

电容层析成像反问题求解及图像重建算法研究    陈宇

电网可靠性评估方法及可靠性基础理论研究    汪隆君

大型压水堆核电站接入电网的理论和技术研究    施希

水资源公允配置理论研究    王炜

梯级水电站优化运行研究与应用    郑慧涛

基于模糊物元的中小型水电站增容改造方案研究    赵鹏

基于随机动态规划的清江梯级水库发电优化调度规则研究    仇军

农村电力网规划计算机辅助设计系统的研究    张力淼

郑州城区配电网20kV供电方式可行性研究    王晓博

多泥沙河流水库优化调度研究    刘磊

林州产业集聚区电网规划研究    王洪亮

蚁群算法在特种机器人智能控制中的应用研究    荆奇

基于图切的图像纹理合成与尺寸缩减    于帅

基于混沌优化的PID控制器参数调整    王爽

基于正负理想点法的火炮武器系统作战效能评估    管怀建;唐亮;邓志江;

ASP技术在安全监测网络系统中的应用    吕国芳,鲁治国,尤林贤,郑春锋,黄松华

三峡电站初期运行期调峰能力分析    李学贵;张继顺;刘志武;

三峡—葛洲坝梯级水库运行调度    李学贵;

多目标可变模糊优选模型及其在水库调度中的应用    朱小凯;齐兵;

梯级水电站多目标模糊优化调度模型及其求解方法    胡国强;贺仁睦;

《节能发电调度办法》政策解读    李云;霍平;

影响供电煤耗的因素分析    薛润;

一种规范化的处理相关因素的短期负荷预测新策略    康重庆,程旭,夏清,沈瑜

水电系统长期发电优化调度模型及其求解    王金文,石琦,伍永刚,乐玉华,张世钦

大规模水电站群短期联合优化调度研究与应用    申建建

仿射尺度算法及其在水电系统优化调度中的应用研究    曾勇红

省级防汛会商决策支持系统集成化方法及应用研究    何斌

水电站（群）中长期预报及调度的智能方法研究    林剑艺

水火电系统短期节能发电调度研究与应用    李刚

粒子群优化算法试验研究及扩展    余炳辉

梯级水电站群联合优化调度及其决策方法    李英海

中小水电管理技术支持系统的设计与实现    高上上

水电站经济运行算法研究及应用    张蔓

输配电价形成过程中政府的行为及其影响    马永青

梯级水电站短期优化调度的研究和应用    余昕卉

改进微粒群算法在水电站优化调度中的应用    李辉

电力市场建设和电力营销客户支持系统的研究    王伟红

三门峡水库多目标优化调度研究    王利

东深供水工程经济调度研究    王美良

基于.Net的工作流管理系统的设计与实现    秦巧

河南电力市场电力供求均衡问题的研究    罗汉武

适合广西电网水电经济调度的综合策略    党广平;陈标;

梯级水电站群优化调度算法研究    余平;成建军;陈鹏;高志勇;

基于分区产汇流的红水河中下游梯级水电在线流量预报技术研究    陈标;高文建;牟才荣;陆玉忠;

流域水电站群经济运行和优化调度系统设计研究    余平;

处理梯级水电站复杂约束的短期水火电系统环境经济优化调度    刘静;罗先觉;

梯级水电站优化调度系统研究    余平;刘广宇;

余姚市水资源优化调度关键技术研究    叶碎高

福建水库群防洪发电优化调度方法研究    赵凯华

省地县一体化电力调度管理系统通用权限方案    刘晓娟

省级电网电站资料管理系统可扩展设计    刘兴兴

遗传算法在非线性地下水经济管理模型中的应用    邵景力,魏加华,崔亚莉,文唐章

基于GIS的灌区管理信息系统的构建与开发    周鹏;古钟壁;周新志;

一种基于退化混沌变异算子的改进遗传算法及其应用    陈湘州,郑海祥,杨勇,刘祖润

人工神经网络在水库优化调度中的应用    李明,张德福,左海阳,刘岩

基于粒子群游算法的同步发电机参数辨识    龙云,王建全

迳流长期预报的模糊推理模式    陈守煜,周惠成

模糊水文学    陈守煜

基于网络的水库群防洪调度系统应用研究    周惠成,梁国华,王本德,殷峻暹

模糊优选神经网络多目标决策理论    陈守煜

基于PowerBuilder的流域洪水预报系统的应用研究    程春田

两个并联水电站水库补偿优化调度的一种改进方法    梁青福,林翔岳

优化调度　提高灌溉工程抗旱能力    刘福翔

大藤峡水利枢纽建设思路调整与效益分析    胥加仕,吕忠华,郭东浦

潍坊市水资源科学配置与优化调度研究    李成泉;王海霞;

今年六月召开电力系统水电站(群)优化调度科研汇报座谈会    

新河泵站系统节能优化调度    骆辛磊;谭蒲辉;李桂元;杨锡交;

碧口水电站优化调度初探    李长信,路效兴,刘晓青

综合利用水库群多目标优化调度    林翔岳,许丹萍,潘敏贞

太湖周围水利设施的优化调度对太湖水质的影响    方春明,何少苓,刘树坤

配水系统优化调度    孙景浩,赵玉德,安建刚,张勇

城市供水系统宏观优化调度的建模问题    孙伟;赵洪宾;

统计决策方法在多目标水库优化调度中的应用    朱俊林;郑泽厚;

异常工况下的焦炉作业优化调度方法    胡波;吴敏;杨静;朱华琦;

尤溪流域梯级水库优化调度初探    纪艳华;

三峡水库汛前消落期优化调度方式研究    鲍正风;胡晓勇;

多水源城市供水管网系统的优化调度    李光泉;郑丕谔;仲伟俊;

白杨河水库洪水预报优化调度    管白楠;姜卉芳;薛善斌;姜毅;陈亮;

攀钢铁水罐防粘技术与优化调度的系统研究    朱彬;刘建明;

金溪流域梯级电站优化调度探讨    肖树灿;

集约型灌溉农业区供水系统优化调度技术研究    雷晓云;陈惠源;

缓解“江湖”新冲突 关键是优化调度    本报记者 童彤

郴州优化调度大战旱魔    记者 邓明　白培生 通讯员 李秉钧

旱灾大考 三峡优化调度方案欲出    本报记者 聂春林　实习记者 郑升

为什么要推行跨区电力优化调度    记者 常志鹏

优化调度保证供电    本报记者　许志峰

优化调度 科学防控    李坤

浙江电力优化调度促节能减排    钟丽军

降雨丰沛 水电满发    詹学磊张振兴

南网优化调度强化风险管理    肖前

优化调度配置 加强监测保护 全面推进水资源管理工作    湖南省水利厅

水电站（群）优化调度与运行规则研究    谢维

水火风发电系统多周期联合优化调度模型及方法    葛晓琳

城市供水系统优化调度研究    俞亭超

基于改进蚁群算法的梯级水库群优化调度研究    喻杉

多沙河流水库电站优化调度研究    胡明罡

混合流程生产系统优化调度方法研究    牛海军

城市供水系统的优化调度与智能控制研究    黄良沛

物流配送关键技术优化方法研究    王景恒

罩式退火炉优化调度方法及其应用    刘全利

基于生态的水利工程水量水质联合调度及效应评价研究    孙宗凤

城市给水系统的优化调度方法    王俊岭

基于电子地图的车辆优化调度及管理的研究    姜山

舟山本岛供水系统原水优化调度研究    张利娟

大型泵站优化调度及其经济问题探讨    陆一忠

三峡工程施工供水系统优化调度    向波

黄河上游梯级水电站短期优化调度研究    于茜

城市给水系统优化调度模型研究    李红艳

热力系统在线自适应优化调度研究    陈钢

电力市场下AGC辅助服务优化调度理论与实证研究    李璐

洪水资源化利用模式及风险分析    李玮