多元市场环境下巨型梯级水电站群短期优化调度方法研究

China has entered a new stage of electricity market reform, Yunnan and Guizhou are selected as first electricity market piloting provinces with hydropower capacity over 70% and 30% respectively. The main problem for hydropower suppliers is the modeling of giant cascaded hydropower stations in electricity market environment. This project presents a short-term optimal operation model of giant cascaded hydropower stations, which adapts to specific characteristics of hydropower in southwest China. The proposed model aims at the short-term operation in multiple electricity market environments. Based on the traditional operation, complicated and complex constraints are taking into consideration, which are power and generation balance considering fluctuation of contracted generation curves, specific high water level forbidden zones, heterogeneous power grid connection, transmission network capacity, and security of tie-lines. This project focuses on three aspects: modeling of short-term optimal operation of giant cascaded hydropower stations, solution methodology of hydropower stations with high water level forbidden zones, and short-term compensation coordination operation of giant cascaded hydropower stations. Research results from this project will provide feasible theoretical and methodological supports for giant cascaded hydropower stations in southwest China to participate in the electricity market, based on the practical feedbacks.

我国已经启动新一轮电力市场改革，水电装机比例分别超过70%和30%的云南、贵州被列为首批综合改革试点省份，如何构建市场环境下梯级水电站群调度模型是水电发电企业关注的重点。本项目拟以水电站群短期调度为研究对象，针对省内和西电东送多元电力交易市场，在传统优化调度的基础上，考虑市场化水电站成交曲线频繁波动下电力电量平衡约束，并结合西南巨型水电站群特有的机组高水头多振动区、电站和机组异构并网、电网输电断面安全约束以及联络线安全限制等复杂约束条件，提出适用于西南水电特点的梯级水电站群短期优化调度模型。拟从梯级短期优化调度建模、水电站高水头多振动区避让策略、水电站群短期补偿协调优化调度方法三个方面开展研究，通过理论和实践反馈，得到切实可行的理论方法体系，为西南地区巨型梯级水电站群参与电力市场提供可行的理论和方法支撑。

2015年开始的新电改极大的改变了原有梯级水电短期调度方式，在原有常规水力、电力耦合约束基础上，叠加了复杂的多元市场电力电量约束，增加了调度难度和风险。另外，近年来风电、光伏等清洁能源大规模快速投产，其间歇性、波动性也要求水电协调运行。如何构建市场环境下巨型梯级水电站群优化调度模型及求解算法，满足多元市场化运行要求，同时发挥水电站灵活的调节能力，适应大规模风电、光伏的投产，对于提高水电发电效益，保障电网安全稳定运行具有重要意义。本项目以我国水电富集的云南为背景，以实现市场环境下水电安全高效运行为目标，聚焦于梯级水电站群优化调度策略、优化调度模型的构建和求解方法的研究，取得了如下成果：（1）提出了水风光短期协调调峰模型。采用核密度估计拟合风、光出力预测误差分布，考虑市场约束，建立了以剩余负荷最大值最小为目标的水风光联合调峰机会约束规划模型，并采用逐步线性规划实现模型求解；（2）提出了水风光协调多电网调峰模型。考虑市场交易约束以及风、光电源不确定性影响，引入直流输电线路阶梯电力约束以及功率调整次数约束，建立了多电网调峰机会约束规划模型，采用混合整数规划求解，以满足本地及多受端电网调峰需求；（3）建立了市场环境下基于信息间隙决策理论的梯级水电站运行风险度量方法。采用信息间隙决策理论进行建模得到下层求解最小/最大售电收益、上层求解变量对应最大/最小波动范围的双层模型，以提供了不同预期收益目标下径流与市场电价波动范围。（4）提出了极端干旱气候下机会约束规划的梯级水电站群调度模型及多核并行求解方法。考虑梯级发电保证率和系统破坏深度，并采用并行随机动态规划进行求解，以获得系统收益最大的梯级水电站调度规则。通过上述问题的研究，为我国大型梯级水电站群参与电力市场提供有效的理论和技术支持。