考虑分时电价的水电站调度图优化研究

杨峰峰

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006)

考虑分时电价的水电站调度图优化研究

杨峰峰

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006)

本文以狮子滩水电站为例，将分时电价理论加入到水电站调度图理论进行研究，建立了考虑分时电价的水电站优化调度模型，应用改进的遗传算法进行优化模型计算。结果表明:考虑分时电价的水电站调度总发电量减少，峰电增加，可减少电力系统负担，增加发电效益。

水电站；分时电价；调度

现有水电站优化调度图中，往往仅考虑发电量最大化，而忽略了电价的影响。随着工农业迅速发展，电力负荷中峰谷差越来越大，用电高峰时，电力负荷相当高，满足需求难度大，相应电价高，而用电负荷低时，又有大量负荷剩余，此时，应制定分时电价，以发电最大效益为目标函数进行水电站调度。

1 分时电价

水电以其发电调节性能好的优势，降低火电系统购电价格, 最大限度参与调峰，尽可能地保证火电机组持续运行，减少火电机组开停机次数。实时电价能真实地反映电力生产的成本，峰电的价格适当提高，谷电的价格适当降低，有利于引导人们用电方向及用经济手段控制峰谷差距，是电价向市场化发展的趋势。

水电站出力与电价是线性关系，发电时间越多，平均出力越大，对应的电价越小，现在水电站发电很少考虑峰谷电价的影响。根据水电站发电未来发展趋势及负荷曲线特点，将一天24小时划分为峰、平、谷三个时段。本文中，将高峰时段确定为9:00—17:00，低谷时段23:00—次日7:00；其余时间为平段。每个时段8h。水电站以装机容量发电，先发峰电8h，然后再发平电，最后发谷电。

根据电价的不同，假定峰电价格为1元/(kW·h)，谷电价格为0.30元/(kW·h)，平电价格为0.50元/(kW·h)，时段电价C(t)和平均出力N的关系为：

(1)

式中C(t)——时段电价，元/(kW·h)；Nc——水电站装机容量，kW。

2 优化模型与求解

2.1 优化模型

优化模型以调度线每个时段特征值作为优化变量进行优化，减少运算次数，提高运算速度。

2.1.1 目标函数

在一定的发电保证率约束下，使水电站多年平均发电效益最大：

(2)

Nm(Zm(t))——水电站第m年第t时段平均出力，kW；

ΔT(t)——t时段的时段长，h；

Ta——一个调节年度的总时段数；

C(t)——t时段的电价，元/(kW·h)，反映了峰谷电价差异。

2.1.2 约束条件

a. 水电站入库、出库水量平衡：

(3)

式中V(t)，V(t+1)——水电站初、末库容，m3；

Qin(t)，Qp(t)——水电站来流量和下泄量，m3/s。

b. 水电站最大、最小库容约束：

(4)

式中Vmin(t+1)——水电站死库容，m3；Vmax(t+1)——汛期限制水位对应的库容或正常蓄水位对应的库容，m3。

c. 预想出力约束：

(5)

式中Ny——电站第t时段的可能最大出力，kW。

d. 水位—库容关系约束：

(6)

e. 水电站下游水位—流量关系曲线：

(7)

f. 水头损失与发电流量关系曲线：

(8)

式中α——水电站水头损失系数；Qc(t)——水电站t时段实际发电流量。

g. 发电保证率约束条件：

(9)

式中Np——水电站的保证出力，kW；pb——水电站发电保证率。

h. 水电站初始、终止库水位约束：

(10)

(11)

式中Z0——水电站初蓄水位，m，为给定值；Zend——水电站最终蓄水位，m，可以不给定。

2.2 优化模型求解

采用基于实数编码的加速遗传算法，此算法在加速循环计算时，以优秀个体的变化区间作为变量的新初始变化区间，在调度线优化计算中相当于取优秀调度线的上、下包线，随着廊道的收缩而逐渐收敛。

3 工程实例

狮子滩水电站为大(2)型工程，主要建筑物为2级，设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2000年一遇。正常蓄水位347.00m，前汛期防洪限制水位346.30m，后汛期防洪限制水位346.80m，死水位328.50m 。发电保证率90%，保证出力15100kW，装机容量54200kW。调节库容7.30亿m3，库容系数49%，电站具有多年调节能力。

按本文所建模型，采用1958年5月—2005年4月总计48年逐月径流资料对调度图进行优化计算。 对于实数编码的加速遗传算法，设置种群个数为400个，最优个体数为30个。

目标函数采取2个方案，方案1目标函数为发电效益最大；方案2目标函数为发电量最大。各方案见下图，计算结果见下表。

不同方案调度图

方 案平均弃水/(m3/s)平均水位/m平均出力/kW年保证率/%原调度图3.645342.7823586.7790方案12.960340.9724341.2790方案22.560341.0624556.9490

从上图(a)可以看出，蓄水期方案1上调度线比常规调度图要高许多，加大了经济效益，增加了一定弃水风险，并且枯水期的保证出力区明显比常规调度图的保证出力区要大得多。

从上图(b)可以看出，蓄水期时考虑分时电价影响的水电站基本调度线要比以发电量最大为目标函数的优化调度图的基本调度线高一些，枯水期水位下降得要快一些，枯水期保证出力区间减小。

从上表中可以看出，方案1和方案2都比常规调度图减少了弃水。方案1比方案2弃水要多，这是因为蓄水前期方案1水位蓄得高，后期增加了弃水，方案1平均出力比方案2要小一些，这是分时电价和发电规则造成的，方案1出力小，表明发电时间少，继而峰电发的比例就增加了，因为规则给定是先发峰电再发平电和谷电，大大提高了发电效益。

4 结 语

本文制定了水电站分时电价，因为简单划分，只能反映整体规律，实际运用时，实时电价应用更复杂。制定分时电价是一个趋势，水电站考虑分时电价的影响并进行合理的调度，增加峰电，减少谷电，可缓解、平衡电力市场的需求与压力。

[1] 杨延伟，陈森林，黄馗，等.考虑光滑约束的水库发电调度图优化方法研究[J].水电能源科学，2010(8)：133-136.

[2] 陈森林.水电站水库运行与调度[M].北京:中国电力出版社,2008.

[3] 王锡凡.关于电价制定方法的初步探讨[J].中国电力，1999(6):3-5.

[4] Chen L.Real coded genetic algorithm optimization of long term reservoir operation[J].Journal of the American Water Resources Association,2003(5):1157-1165.

Study on Optimization of Hydropower Station’s Dispatching Diagram Considering Time-of-use (TOU) Price

YANG Fengfeng

(InvestigationandDesignInstituteofWaterResourcesandHydropowerofLiaoningProvince,Shenyang110006,China)

Taking the Shizitan hydropower station as an example, this paper adds the theory of time-of-use price (TOU)to the theory of dispatching diagram of hydropower station, establishes the optimization dispatching model of hydropower station considering the time-of-use price, and applies the improved genetic algorithm in the calculation of optimization model. The results show that the total dispatching generated energy of the hydropower station decreases and the peak power increase, which can reduce the burden of the power system and increase the power generation efficiency.

hydropower station; time-of-use price(TOU); dispatching

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.01.010

TV737

A

1673-8241(2017)01- 0032- 03