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富水电电网短期与实时节能发电调度控制方法及策略研究

作　者: 李树山
导　师: 程春田
学　校: 大连理工大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 节能发电调度小水电大水电火电调峰自动发电控制振动区
分类号: TM73
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

节能发电调度是电力行业促进完成我国节能减排战略目标的重大举措。我国电网能源结构以水火电为主,节能发电调度的关键是研究行之有效的水火电调度方法,充分体现安全、经济、节能、环保原则。与火电占主导地位的电网不同,富水电电网的特点是水火电能源互补性好,节能减排潜力大,开展富水电电网节能发电调度控制研究,对节约化石能源,促进国家节能减排目标的完成具有重要的理论意义和工程实用价值。本文围绕节能发电调度背景下富水电电网短期和实时调度控制中存在的关键科学问题和技术难题,以运筹学、水电能源学、数学组合等基础理论为支撑,以水电富集的云南电网、贵州电网为工程背景,以节能调度电源发电顺序为主线,开展了大规模小水电发电调度、特大流域梯级水电站群调峰优化调度、火电系统节能优化调度、梯级AGC协调优化控制建模和求解方法研究。取得了一些有理论意义和工程实用价值的成果,主要内容概括如下：(1)通过对小水电调度管理现状和运行特性的分析,提出大规模小水电群多级断面控制负荷分配方法。该方法规范了小水电日前调度计划制定流程,摒弃了由调度机构单方编制计划的传统模式,根据小水电调度关系,对发电计划实行分级制作。在深入分析小水电运行特性基础上,引入自定义调峰规则,提出调度指令负荷分配方法,充分发挥小水电在电网中的调峰作用。采用集合理论对小水电群多级嵌套的并网结构进行描述和解析,并基于公平调度原则,提出多级超载断面计划校正方法,消除超载输电对电网安稳运行的风险。所提方法已在云南电网小水电管理技术支持系统中得到应用(管理电站1789座),德宏地调小水电群的实际调度结果表明,所提方法可以有效提高小水电调度计划的安全性和准确性。(2)针对我国电网负荷峰谷差日趋增大,电网调峰困难的问题,构建特大流域梯级复杂异构并网水电站群短期调峰电量最大模型。该模型以系统剩余负荷最大值最小为目标,为了便于优化求解,采用凝聚函数法建立替代优化目标。对于特大流域梯级水电站群存在的电站与机组分区并网问题,提出以电站和机组为调控对象,耦合改进的逐次切负荷方法、坐标轮换法、逐步优化算法、惩罚函数法、启发式策略的混合优化方法进行求解,充分发挥有调节能力大水电优质调峰作用,使剩余的系统负荷过程满足火电机组高效运行要求。乌江梯级水电站群的计算结果表明,所提模型和求解方法具有良好的调峰效果,是一种切实可行的方法。(3)以富水电电网中燃煤火电为研究对象,构建火电系统耗煤量最小节能发电调度模型,并提出一种动态机组组合与等微增率法相结合的混合求解方法。为了防止火电机组出力过程频繁波动,在模型中引入出力持续时段约束,并结合机组发电排序表设计了动态机组组合算法,为等微增率法在负荷动态分配过程中确定满足持续时段要求的节能机组组合。采用启发式的迭代修正策略对传统等微增率法进行改进,使分配结果满足机组爬坡速率、出力限制、出力变化趋势等复杂不等式约束。所提方法已应用于贵州电网节能发电调度计划生成系统,贵州电网汛期和枯期典型日实际调度结果表明,所提方法具有良好的节能效果,能够切实满足电网实际运行需求。(4)自动发电控制(automatic geration contral,AGC)是短期调度计划得以实施的执行环节。以特大流域梯级AGC协调控制为研究对象,综合考虑AGC中电网安全、振动区、调节速率、机组启停等约束,以梯级各电站日前计划电量为控制目标,构建电网AGC与梯级AGC协调控制模型。针对模型中厂间负荷分配、联合避开振动区、稳定断面超载控制等关键问题,引入AGC投入序位和相对耗水率比例,并结合数学组合和集合运算理论,系统地提出了电网与梯级AGC协调控制策略,主要包括AGC投入序位计算方法、电站组合确定策略、厂间负荷分配方法、组合振动区求解及联合避开策略、超载断面动态校正控制策略。乌江梯级AGC模拟闭环运行结果表明,所提策略是有效的,可以更好地实现实时在线控制与短期离线调度有机衔接,能够满足AGC安全性、时效性、实用性、经济性的要求。最后对全文做了总结,并对有待进一步研究的问题进行了展望。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-29
  1.1 选题背景和研究意义  12-17
    1.1.1 节能发电调度的实施  12-13
    1.1.2 富水电电网节能发电调度的意义  13-15
    1.1.3 面临的关键科学问题  15-16
    1.1.4 工程背景及研究目标  16-17
  1.2 国内外研究现状及发展分析  17-27
    1.2.1 大规模小水电调度管理现状  17-18
    1.2.2 大中型水电系统调度研究综述  18-24
    1.2.3 火电节能发电调度研究进展  24-25
    1.2.4 实时自动发电控制研究现状  25-27
  1.3 论文主要内容与框架结构  27-29
2 大规模小水电群多级断面控制发电负荷分配方法  29-47
  2.1 引言  29-30
  2.2 一体化发电计划制定流程  30-31
    2.2.1 建议计划上报  31
    2.2.2 输电断面校核  31
    2.2.3 计划协调发布  31
  2.3 调度指令负荷分配方法  31-34
  2.4 断面校核及超载断面计划校正方法  34-38
    2.4.1 稳定断面安全校核问题描述  34-35
    2.4.2 一级超载断面计划校正方法  35-36
    2.4.3 多级超载断面计划校正方法  36-38
  2.5 应用实例  38-46
    2.5.1 工程背景  38-39
    2.5.2 算例分析  39-44
    2.5.3 应用界面  44-46
  2.6 本章小结  46-47
3 复杂异构并网水电站群调峰电量最大调度模型  47-70
  3.1 引言  47-48
  3.2 数学模型  48-51
    3.2.1 目标函数  48-49
    3.2.2 约束条件  49-51
  3.3 电站与机组混合优化求解方法  51-58
    3.3.1 坐标轮换法与POA耦合算法  51-54
    3.3.2 滞时流量推求方法  54-56
    3.3.3 初始可行解生成方法  56-57
    3.3.4 末水位修正策略  57-58
    3.3.5 求解流程及步骤  58
  3.4 应用实例  58-69
    3.4.1 工程背景  58-60
    3.4.2 计算结果  60-67
    3.4.3 结果分析  67-68
    3.4.4 应用界面  68-69
  3.5 本章小结  69-70
4 结合动态机组组合与等微增率法的火电节能调度算法  70-87
  4.1 引言  70-71
  4.2 负荷分配模型  71-72
    4.2.1 目标函数  71
    4.2.2 约束条件  71-72
  4.3 模型求解框架  72-78
    4.3.1 动态机组组合算法  73-76
    4.3.2 传统等微增率方法  76-77
    4.3.3 改进等微增率方法  77-78
    4.3.4 求解流程及步骤  78
  4.4 应用实例  78-86
    4.4.1 工程背景  78-79
    4.4.2 汛期算例分析  79-82
    4.4.3 枯期算例分析  82-85
    4.4.4 应用界面  85-86
  4.5 本章小结  86-87
5 电网AGC与梯级AGC协调优化控制策略研究  87-107
  5.1 引言  87-88
  5.2 AGC协调控制问题描述  88-91
    5.2.1 协调控制流程  88-89
    5.2.2 控制目标  89-90
    5.2.3 约束条件  90-91
  5.3 梯级AGC求解策略  91-99
    5.3.1 AGC投入序位计算  91-92
    5.3.2 电站组合确定策略  92-93
    5.3.3 厂间负荷分配方法  93
    5.3.4 电站组合振动区求解  93-95
    5.3.5 联合避开振动区策略  95-97
    5.3.6 超载断面校正控制策略  97-98
    5.3.7 求解流程及步骤  98-99
  5.4 应用实例  99-106
    5.4.1 工程背景  99
    5.4.2 实例模拟  99-102
    5.4.3 结果分析  102-105
    5.4.4 应用界面  105-106
  5.5 本章小结  106-107
6 总结与展望  107-109
  6.1 全文总结  107-108
  6.2 工作展望  108-109
参考文献  109-118
创新点摘要  118-119
攻读博士学位期间参加课题项目情况  119-120
攻读博士学位期间发表学术论文情况  120-122
致谢  122-123
作者简介  123-124

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