【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電力系統(tǒng)調(diào)度自動化，尤其涉及一種基于年度水電調(diào)度運行的水電出力函數(shù)網(wǎng)格線性化方法。
技術(shù)介紹
1、水電出力是關(guān)于發(fā)電引用流量和水頭的二元非線性函數(shù)，給年度水電調(diào)度問題的長時間、大規(guī)模的優(yōu)化求解帶來了較大的困難。為處理其非線性特征，現(xiàn)有研究采用如下三種方式對水電出力特性方程進行線性化處理：一是不考慮水頭變化，將水電出力視作關(guān)于發(fā)電流量的一元線性或分段線性函數(shù)。二是采用離散水頭，將水電出力的三維曲面近似表示為關(guān)于發(fā)電流量的若干離散曲線，再進行線性或分段線性化處理。三是采用離散的水頭及發(fā)電流量，對三維曲面進行矩形或三角形網(wǎng)格化處理，然后將水電出力近似為不同網(wǎng)格內(nèi)的關(guān)于流量和水頭的二元線性函數(shù)。
2、在年度水電調(diào)度中，水電在不同運行方式、不同時期下的來水流量和水頭變化較大，若對水電出力方程在全年采用簡易的線性或分段線性化方程進行表示，會引入較大誤差。采用三角形或者矩形柵格化表示水電出力曲面相比其他方法具有最好的擬合精度，隨著離散網(wǎng)格的增多，精度會越來越高，但同時會引入大量的離散變量，不利于長時間、大規(guī)模問題的求解。因此，針對水電出力線性化方法，如何在保持較高求解精度的同時提高年度水電調(diào)度問題的求解效率是目前需要解決的重點和難點問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是：提供一種基于年度水電調(diào)度運行的水電出力函數(shù)網(wǎng)格線性化方法，以實現(xiàn)保持較高求解精度的同時提高年度水電調(diào)度問題的求解效率。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案是：
3、一種基于年度水電調(diào)
4、步驟1、依據(jù)獲得年度水電調(diào)度過程中水電機組的年度運行方式、歷史月度來水流量區(qū)間、月末水位控制區(qū)間分解得到各月的水電機組發(fā)電引用流量范圍以及水頭變化區(qū)間；
5、步驟2、基于水電機組的出力-流量-水頭關(guān)系數(shù)據(jù)通過二元三次多項式擬合得到水電出力特性函數(shù)；
6、步驟3、根據(jù)不同時期下的發(fā)電引用流量和水頭運行區(qū)間對應的水電出力特性曲面的非線性程度，在對應的區(qū)間內(nèi)選取m個發(fā)電引用流量離散點qm(m＝1,…,m)和n個水頭離散點hn(n＝1,…,n)將水電出力的三維曲面劃分為(m-1)*(n-1)個網(wǎng)格區(qū)間，把由四個離散點確定的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的水電出力用一個二元線性平面來近似表示；
7、步驟4、以區(qū)間內(nèi)線性化的各網(wǎng)格平面相對于原非線性出力函數(shù)的誤差最小為目標，在滿足區(qū)間水頭限制、發(fā)電引用流量限制、發(fā)電出力限制、水電二元線性出力約束以及各網(wǎng)格平面在網(wǎng)格頂點處的出力連續(xù)性約束條件下，調(diào)用混合整數(shù)規(guī)劃解算器進行求解，獲得最優(yōu)的網(wǎng)格化線性函數(shù)平面以及各網(wǎng)格內(nèi)二元函數(shù)的系數(shù)取值。
8、步驟1的所需數(shù)據(jù)從實際工程采用的水電調(diào)度手冊中獲得；年度水電調(diào)度計劃是依據(jù)流域歷史水文徑流的統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料，通過對典型來水情況的調(diào)節(jié)計算來研究水庫調(diào)度方式和調(diào)度規(guī)則，繪制水庫調(diào)度圖以及確定水電站在不同時期的月末水位變化區(qū)間來指導水庫運行。
9、水電出力特性函數(shù)的建立方法包括：
10、水電機組的出力描述為：
11、ph＝gηturηgenhhqf??????(10)
12、式中：
13、ph為水電機組的出力[mw]；
14、g為轉(zhuǎn)換常數(shù)[kgm2/s2]，取值為0.981；
15、ηtur為水輪機效率[％]；
16、ηgen為發(fā)電機效率[％]；
17、hh為水電機組的凈水頭，[m]；
18、qf為水電機組的發(fā)電引用流量，[m/s]；
19、發(fā)電機的效率認為是常數(shù)，而水輪機效率則是由水頭和發(fā)電流量決定；水電機組的總效率描述為二次函數(shù)：
20、η＝ηturηgen＝β0+β1hh+β2qf+β3hhqf+β4(hh)2+β5(qf)2????(11)
21、式中，β0...β5為基于水電機組發(fā)電效率-水頭-流量關(guān)系曲面數(shù)據(jù)的擬合系數(shù)；
22、水電機組的出力近似看作關(guān)于凈水頭和發(fā)電引用流量的二元三次函數(shù)，并通過一個二元三次多項式來進行擬合表示，函數(shù)表達式如下：
23、
24、式中，aij(i∈(0,3),j∈(0,3))為基于出力-水頭-流量關(guān)系曲面數(shù)據(jù)的擬合系數(shù)。
25、網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的水電出力用一個二元線性平面來近似表示，方程定義為
26、p＝f2(m,n)(qf,hh)＝a(m,n)qf+b(m,n)hh+c(m,n)????(13)
27、其中，m＝1,…,m-1；n＝1,…,n-1；a(m,n)，b(m,n)，a(m,n)是基于網(wǎng)格內(nèi)對應的非線性出力曲面擬合得到的平面參數(shù)。
28、最優(yōu)的網(wǎng)格化線性函數(shù)平面以及各網(wǎng)格內(nèi)二元函數(shù)的系數(shù)取值的獲得方法包括：為確保各個平面g(m,n)的連續(xù)銜接，需保證在離散點出的水電出力值大小相等，即表示為
29、
30、以區(qū)間內(nèi)線性化的各網(wǎng)格平面相對于原非線性出力函數(shù)的擬合誤差最小為目標，表示為
31、
32、調(diào)用混合整數(shù)規(guī)劃求解器cplex進行求解，獲得最優(yōu)的網(wǎng)格化線性函數(shù)平面以及各網(wǎng)格內(nèi)二元函數(shù)的系數(shù)取值。
33、在年度水電調(diào)度的求解過程中通過引入輔助變量，限制水電機組的出力處于相鄰四個網(wǎng)格點確定的線性平面中；對其中的離散值相應地賦予權(quán)重λm,n，λm,n各行的和記αm，與發(fā)電引用流量離散值對應；λm,n各列的和記為βm，與水頭離散值對應：
34、
35、
36、sos2(α1,α2,α3,...,αm)；sos2(β1,β2,β3,...,βn)?????(18)
37、其中(α1,α2,α3,...,αm)和(β1,β2,β3,...,βn)是sos2集，前者允許至多兩個相鄰的αm取非零值，即λm,n至多在相鄰的兩行取非零值；后者允許至多兩個相鄰的βn取非零值，即λm,n至多在相鄰的兩列取非零值。因此只有最鄰近的組成一個小正方形的λm,n可以取非零值。
38、本專利技術(shù)有益效果是：
39、(1)考慮了水電機組的年度不同時期中水頭控制區(qū)間和來水流量的差異，根據(jù)不同時期下的水電出力特性針對性地進行網(wǎng)格化線性建模，動態(tài)地選取網(wǎng)格數(shù)量，進而減少了離散變量的數(shù)量，有利于提高年度水電調(diào)度的求解效率。
40、(2)相比與傳統(tǒng)基于全運行區(qū)間的網(wǎng)格化線性方法，能夠在同等離散變量規(guī)模下，獲得更精細的網(wǎng)格區(qū)間，提高線性擬合的精度。
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1.一種基于年度水電調(diào)度運行的水電出力函數(shù)網(wǎng)格線性化方法，其特征在于：所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于年度水電調(diào)度運行的水電出力函數(shù)網(wǎng)格線性化方法，其特征在于：步驟1的所需數(shù)據(jù)從實際工程采用的水電調(diào)度手冊中獲得；年度水電調(diào)度計劃是依據(jù)流域歷史水文徑流的統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料，通過對典型來水情況的調(diào)節(jié)計算來研究水庫調(diào)度方式和調(diào)度規(guī)則，繪制水庫調(diào)度圖以及確定水電站在不同時期的月末水位變化區(qū)間來指導水庫運行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于年度水電調(diào)度運行的水電出力函數(shù)網(wǎng)格線性化方法，其特征在于：水電出力特性函數(shù)的建立方法包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于年度水電調(diào)度運行的水電出力函數(shù)網(wǎng)格線性化方法，其特征在于：網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的水電出力用一個二元線性平面來近似表示，方程定義為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于年度水電調(diào)度運行的水電出力函數(shù)網(wǎng)格線性化方法，其特征在于：最優(yōu)的網(wǎng)格化線性函數(shù)平面以及各網(wǎng)格內(nèi)二元函數(shù)的系數(shù)取值的獲得方法包括：為確保各個平面g(m,n)的連續(xù)銜接，需保證在離散點出的水電出力值大小相等，即表示為
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