梯级水电站系统的有功功率最优分配模型研究

优化有功功率在梯级电站中的分配，建立电网稳态运行状况下的优化和调整模型，对于提高梯级系统整体效益、保证电能质量等具有非常重要的意义。目前，由于梯级电站间复杂的水力和电力联系，加上库群间水流滞后影响，普通水电站群描述模型往往无法准确反映负荷与梯级系统的交互行为，制约了该模型在梯级水电站系统上的推广应用。因此，本项目拟采用理论研究和实测资料分析相结合的手段，以三峡梯级-清江梯级混联水电站群为研究对象，分析梯级系统的发电特点，特别是负荷不断变化情况下机组的复杂响应过程特点和机理；研究机组的合理组合模式，合理分配有功功率负荷，建立优化有功功率分配过程的数学模型和计算方法。选择机组联合发电的典型实例，对建立的模型和计算方法进行检验。本项目研究成果旨在深入理解负荷变化及电站、机组的组合模式对发电效率的影响，为梯级实时发电优化调度模型设计和发电效益评估提供技术支持。

本项目研究的技术路线为：首先，通过资料分析、数值模拟，并以机组效率试验为辅助，建立最基本的水机系统模型，研究机组的合理组合模式，从机理层面上避免系统并网后造成的低频振荡问题。然后，以电力系统稳态运行的基本原理为基础，对梯级电站水力发电过程宏观层面的关键性参量和过程进行深入研究，最后达到揭示发电特点、完善研究方法，为梯级系统实时发电模型设计奠定应用层面的基础。本项目研究成果包括四部分：（1）采用理论研究和实测资料分析相结合的手段，从厂网协调发电的角度出发分析了电网AGC与电站AGC的耦合关系，分别研究了三峡梯级、清江梯级和三峡-清江梯级联合发电特点，定量描述了梯级间的水力和电力约束。（2）在系统总结以往关于机组组合发电和负荷分配技术研究成果基础上，采用并改进了多种群蚁群算法和遗传算法，建立了稳态运行工况下的有功功率最优分配模型和计算方法。（3）针对梯级系统发电中经常存在的低频振荡问题，本项目通过维持区域联络线交换功率为计划值来使电网频率维持50Hz额定值恒定，以消除电力系统中由于负荷波动所引起的频率偏差以及相邻区域电网的交换功率偏差，同时将能量管理系统发出的指令下达至各电网中承担调频任务的相关电站和机组，实现了电力系统中发电的自动控制，并达到运行成本最小。（4）开展了实例验证工作。应用结果表明，本项目所建立的有功功率分配模型能够优化分配梯级各电站所需承担的系统负荷，以及各级电站的开机机组组合、机组间负荷分配，且有效满足电网实时性要求。此外，仿真计算结果还表明，如采用本项目提出运行控制策略，梯级电站系统发电量能够达到28248万kWh，比当日该电站群实际发电量27968万kWh，增加约1.1%的发电量。本项目研究成果对于梯级水电站系统实时发电优化调度模型设计和发电效益评估具有重要的学术意义和实用价值。研究建立的有功功率分配模型对于深化对梯级电站运行规律、发电特点及负荷-梯级系统的动态交互过程的认识，发展梯级系统的发电优化调度方法，具有重要的理论意义。