CN113327177B - 基于虚拟水库水位和流量的左右岸电站偏差电量计算方法 - Google Patents

Abstract

基于虚拟水库水位和流量的左右岸电站偏差电量计算方法，在左、右电站实发电量不满足约束条件下，增加电量至满足约束条件，将该部分增加的电量计为左、右岸修正电量，实发电量加修正电量为电站虚拟电量，以左、右虚拟电量进行偏差电量计算，左\右期内偏差电量：按分电比例左岸\右岸多发电量，若该数值为正，需要左岸\右岸还电给右岸\左岸；若该数值为负，需要右岸\左岸还电给左岸\右岸。左\右修正电量：左\右岸电站在不满足约束条件下，计算左\右日修正电量，若满足约束，则左\右岸修正电量为0。本发明在虚拟水库基础上，建立了充分考虑电站承担综合任务的偏差电量计算方法，做到了偏差电量的快速、科学、公平计算。

Description

基于虚拟水库水位和流量的左右岸电站偏差电量计算方法

技术领域

本发明涉及水利水电技术领域，具体是一种虚拟水库水位和流量的左右岸电站偏差电量计算方法。

背景技术

溪洛渡水库位于金沙江下游，位于四川和云南交界处，左右岸电力调度分属国家电网和南方电网，两个电站独立运行，中间没有电器连接。国家能源局下达的左右岸电站的分电比例枯水期(11月～12月、1～5月)为42:58，丰水期(6～10月)为50:50。根据两个电网和溪洛渡电厂的协定：当实际左右岸发电量未按规定比例平衡时，需要统计偏差电量，偏差电量原则上遵循按日统计、按月累计、次月处理、丰枯各自平衡方式处理。

实时运行中，两个电网从入库流量预报、水库运行约束、电网用电需求、线路检修和电网安全等角度综合考虑，未绝对按分电比例，安排左右岸出力。

按照国家电网、南方电网和溪洛渡电厂签订的协议，左、右岸电站产生的偏差电量，需要视情况予以滚动调整，尽量满足分电比例，因此偏差电量是实现左、右岸电站电量按比例平衡的一项重要基础数据。

现有的偏差电量计算方法有两种：

[1]、基于两个电网下达月计划的偏差电量计算方法：

在实际运行中，两网下达左、右岸年计划和月计划不满足分电比例，造成后期运行中，实际电量按分电比例平衡困难；该方法的日基准电量的基础为两个电网下达月计划，而下达月计划的不平衡，造成日基准电量的不平衡。按此方法进行偏差电量的计算未能正确的反应两个电站实际的电量偏差情况。

[2]、基于实发电量的直接偏差电量计算方法：

日基准电量为实际发电量按分电比例进行分配，能粗略的反应左右岸电站实际偏差电量情况。溪洛渡电站以发电为主，兼顾较多综合任务的电站，左右岸电站在获取发电效益的同时，还需承担相应的综合任务。基于实发电量的直接偏差电量计算方法未考虑左右岸电站需公平承担综合任务，承担综合任务多的一方电站认为此方法计算的偏差电量略失公平。

复杂的电网运行和电站众多的综合任务使得原有的两种偏差电量计算方法均不能科学的公平的反映电站运行的实际情况，按这两种方法计算的偏差电量进行两个电网不平衡电量的调整，得不到两个电网的一致认可。

由于产生偏差电量的原因复杂多变，而其导致的后果不可重现，且无法进行偏差电量产生与否的真实水库运行情况对比分析，另外偏差电量在时间和空间上也有累积效应，如何快速、准确、科学的计算偏差电量，迄今尚无成功的先例可循，成为调度管理亟需解决的难题。

发明内容

本发明提供一种基于虚拟水库的电站偏差电量计算方法，在虚拟水库基础上，建立了充分考虑电站承担综合任务的偏差电量计算方法，做到了偏差电量的快速、科学、公平计算。

本发明采取的技术方案为：

基于虚拟水库的电站偏差电量计算方法，

在左、右电站实发电量不满足约束条件下，增加电量至满足约束条件，将该部分增加的电量计为左、右岸修正电量，实发电量加修正电量为电站虚拟电量，以左、右虚拟电量进行偏差电量计算；

左\右期内偏差电量：按分电比例左岸\右岸多发电量，若该数值为正，需要左岸\右岸还电给右岸\左岸；若该数值为负，需要右岸\左岸还电给左岸\右岸；

左\右修正电量：左\右岸电站在不满足约束条件下，计算左\右日修正电量，若满足约束，则左\右岸修正电量为0。

水库运行分期，偏差电量在期内进行滚动计算，只计算日修正电量，进行期内修正电量统计计算。

溪洛渡左右岸电站分电比例：根据国家能源局颁发的《溪洛渡向家坝水电站电能消纳方案》，溪洛渡左、右岸电站的电量在枯水期(11月至次年5月)按42:58的比例消纳、在丰水期(6月至10月)按50:50的比例消纳。溪洛渡电站实际发电量按丰、枯期在国家电网和南方电网按上述比例平衡。

实际水库运行受航运、供水、施工、库岸安全、下游水库运行等约束，可把诸多约束条件简化为5种约束条件，包括最小流量约束、最大流量约束、最低水位约束、最高水位约束、水位变幅约束；现实水库流量约束，以分电比例分配转化为左、右岸虚拟流量约束；水位约束，以虚拟水位作为判断是否满足约束的依据。所述虚拟水位的计算建立在水库实际调度数据基础上，一般当日利用前一日的调度运行数据，计算前一日的虚拟水位。

溪洛渡发电站按分电比例不同，将水库运行分为枯水期和丰水期，电量结算以自然年为周期，丰水期中的6月处于水库消落期，7月、8月处于汛期，9月处于蓄水期，9月中下旬蓄水完毕后处于高水位运行期，水库运行方式转化较快。可按分电比例、运行特点、电量结算周期等因素，将水库运行自然年划分为若干个运行期，偏差电量可在期内滚动连续计算。

本发明一种基于虚拟水库的电站偏差电量计算方法，有益效果如下：

1：本发明在虚拟水库基础上，建立了充分考虑电站承担综合任务的偏差电量计算方法，做到了偏差电量的快速、科学、公平计算。

2：本发明通过偏差电量的计算，多承担综合任务的可少返还电量，少承担综合任务的需多返还电量，对电网奖惩合理，从技术上促进电网主动优化自己一侧电站运行，有利于电站的安全运行。

3：随着我国水电事业的发展，位于国界和省界水库越来越多，基于虚拟水库的偏差电量计算方法在这些分属不同利益体的水库运行后评价中将具有一定的推广价值。

具体实施方式

基于虚拟水库的电站偏差电量计算方法，原理如下：

虚拟水库的概念，即基于分电比例分配水库资源的原则后面简称“以电分水”，将入库水量、水库库容等按分电比例进行分配，对应左、右岸电站分别建立左、右岸虚拟水库。

虚拟水库认为左、右岸两个水库完全独立，互不支援，虚拟水库运行必须按分电比例承担综合任务，若一侧电站的运行方式可能突破约束条件时，实时调度中予以调整；但是在虚拟水库计算中按满足约束计算，为满足约束多产生虚拟出库水量视一方自动放弃，从分配的水量中剔除。

实际水库运行受航运、供水、施工、库岸安全、下游水库运行等约束，可把诸多约束简化为5种约束：最小流量约束、最大流量约束、最低水位约束、最高水位约束和水位变幅约束，现实水库流量相关约束以分电比例分配转化为左右岸虚拟流量约束，水位相关约束以虚拟水位作为判断是否满足约束的依据。

虚拟水位的计算建立在水库实际调度数据基础上，以期初实际水位为初始水位，利用实际发电运行情况测算连续期内虚拟水位，具体分期见表1。一般当日利用前一日的调度运行数据计算前一日的虚拟水位。在期内，尽量达到两边虚拟水位的一致，若不一致，可通过统计左\右岸期内偏差电量，指导后期运行。

在偏差电量的计算中，以左右岸虚拟水库的虚拟水位和虚拟流量来判断是否满足约束。在左、右电站实发电量不满足约束条件下，增加电量至满足约束条件，将该部分增加的电量计为左、右岸修正电量(简记为左修电量、右修电量)。实发电量加修正电量为电站虚拟电量，以左、右虚拟电量进行偏差电量计算。

左\右期内偏差电量：按分电比例左岸\右岸多发电量，若该数值为正，需要左岸\右岸还电给右岸\左岸，若该数值为负，需要右岸\左岸还电给左岸\右岸。

左\右修正电量：左\右岸电站在不满足约束条件下，计算左\右日修正电量，若满足约束则则左\右岸修正电量为0。

按表1所示的水库运行分期，偏差电量在期内进行滚动计算，因两侧电站实发电量客观存在，在实际运行中，只需计算日修正电量，进行期内修正电量统计计算。

表1溪洛渡虚拟水位期内分段表

本发明的偏差电量计算方法如下：

1基本公式：

1.1入库流量小于满发流量：

VE_i＝Eq_i+XE_i (1)

式1中：

VE_i为一侧虚拟水库虚拟电量；

Eq_i为一侧实际发电量；

XE_i为一侧修正电量；1时为左岸虚拟水库，2为右岸虚拟水库。

式2中:

SE_i为一侧基准电量；

VE_i为一侧虚拟水库虚拟电量；

p_i为一侧虚拟水库的分电比例。

DE_i＝VE_i-SE_i (3)

式3中：

DE_i为一侧偏差电量；

DE₁＝-DE₂ (4)

式4中：

DE₁为左岸偏差电量；

DE₂为右岸偏差电量。

1.2入库流量大于满发流量：

左右两侧的偏差电量均为0。

1.日修正电量计算：

1.1.入库流量小于满发流量的日修正电量计算：

针对枯季水库运行受航运、供水、施工、库岸安全、下游水库运行等因素约束，可调空间较小，左\右岸电站在不满足约束条件下，计算修正电量。修正电量分为三种类型：修正电量_最小流量、修正电量_{水位超上限}和修正电量_{水位超下限}。

1)最小流量限制：

仅左岸未达到分配的最小流量：

(XE_1,t)_{min q}＝E(△q_1,t) (5)

仅右岸未达到分配的最小流量：

(XE_2,t)_{min q}＝E(△q_2,t) (6)

左/右岸均未达到分配的最小流量：

左/右岸均达到分配的最小流量：

(XE_i,t)_{min q}＝0 (7)

式5、6、7中：

(XE_i,t)_minq为一侧违反最小流量约束产生的日修正电量；

E(△q_i,t)虚拟出库流量产生的日电量，为一侧最小流量对应电量减去实际发电量。

2)最高水位限制：

左岸虚拟水位超上限，右岸未超限：

(XE_1,t)_{max h}＝E(△q_1,t) (8)

右岸虚拟水位超上限，左岸未超限：

(XE_2,t)_{max h}＝E(△q_2,t) (9)

左/右岸虚拟水位均超上限：

左/右岸虚拟水位均未超上限：

(XE_i,t)_{max h}＝0 (10)

式8、9、10中：

(XE_i,t)_maxh为一侧违反最高水位约束产生的日修正电量；

E(△q_i,t)虚拟出库流量产生的日电量，为一侧为避免虚拟弃水在实际出库流量基础上增加的流量对应的日电量；

3)、最低水位限制：

左岸虚拟水位低于下限，右岸虚拟水位高于下限

(XE_1,t)_{min h}＝F_1,t-1-F_1,t (11)

右岸虚拟水位低于下限，左岸虚拟水位高于下限

(XE_2,t)_{min h}＝F_2,t-1-F_2,t (12)

左/右岸虚拟水位均低于下限：

左/右岸虚拟水位均高于下限：

(XE_i,t)_{min h}＝0 (13)

式11、12、13中：

(XE_i,t)_minh为一侧由于违反最低约束产生的日修正电量；

F_i,t-1为一侧水库前一日虚拟水位对应的蓄能电量；

F_i,t为一侧水库当日虚拟水位对应的蓄能电量。

1.2.入库流量大于满发流量的日修正电量计算：

入库流量大于满发流量，两侧电站按照最大能力发电，前期产生的不平衡电量后期无能力进行平衡，故在此情况下偏差电量为0。

2.期内修正电量算法：

2.1.入库小于满发流量：

考虑到需要给两个电网违反约束后运行调整的缓冲空间，期内修正电量最小流量、期内修正电量超上限和期内修正电量超下限均分别设置阈值，其中期内修正电量超上限和期内修正电量超下限为期内日修正电量累计计算，日修正电量超上限的水位上限为设定的水位上限加上阈值，期内修正电量超下限计算的水位下限位设定的水位减去阈值；期内修正电量最小流量为当累计值大于该类电量的设定阈值后，方计入。相关阈值的确定由两个电网和电厂协商后确定。

式14中：

XE_i为一侧虚拟水库的期内修正电量；

(XE_i,t)_minq为一侧违反最小流量约束产生的日修正电量；

(XE_i,t)_minh为一侧违反最低水位约束产生的日修正电量；

(XE_i,t)_maxh为一侧违反最高水位约束产生的日修正电量；

(DE_i)_minq为一侧期内修正电量最小流量的阈值；

(DH_i)_minh为一侧最低水位对应的阈值；

(DH_i)_maxh为一侧最高水位对应的阈值；

2.2.入库大于满发流量：

不计算累计期内修正电量，偏差电量为0。

3.计算实例:

从表2可以看出2016年枯季溪左比溪右超比例发电20.2亿kW.h，但修正电量为4.11亿kW.h比溪右少10.15亿kW.h，通过考虑综合责任的新算法计算比原算法偏差电量少3.61亿kW.h，大大减少了溪左枯季的返还溪右电量，鼓励了多承担综合任务少范围电站约束的一方。

表2 2016年溪洛渡左右岸电站偏差电量测算表

备注：a:偏差电量(实发)为直接以左右实发电量相加乘以分电比例作为基准电量，一方实发电量减去基准电量为偏差电量；

b:偏差电量(虚拟)为以虚拟水库为基础，计算修正电量，考虑修正电量的结合实发电量计算偏差电量方法，既发明提出的新方法。

Claims (1)

1.基于虚拟水库水位和流量的左右岸电站偏差电量计算方法，其特征在于包括：

(1)：左\右岸偏差电量计算；

(2)：日修正电量计算；

(3)：期内修正电量算法；

左\右岸偏差电量计算包括：

1.1.入库流量小于满发流量：

VE_i＝Eq_i+XE_i (1)

式1中：

VE_i为一侧虚拟水库虚拟电量；

Eq_i为一侧实际发电量；

XE_i为一侧修正电量，i为1时表示左岸虚拟水库，i为2时表示右岸虚拟水库；

式2中:

SE_i为一侧基准电量；

VE_i为一侧虚拟水库虚拟电量；

p_i为一侧虚拟水库的分电比例；

DE_i＝VE_i-SE_i (3)

式3中：

DE_i为一侧偏差电量；

DE₁＝-DE₂ (4)

式4中：

DE₁为左岸偏差电量；

DE₂为右岸偏差电量；

1.2.入库流量大于满发流量：

左右两侧的偏差电量均为0；

所述日修正电量计算包括：

2.1、入库流量小于满发流量的日修正电量计算：

针对枯季水库运行受航运、供水、施工、库岸安全、下游水库运行因素约束，左\右岸电站在不满足约束条件下，计算修正电量；修正电量分为三种类型：修正电量_最小流量、修正电量_{水位超上限}和修正电量_{水位超下限}；

1)最小流量限制：

仅左岸未达到分配的最小流量：

(XE_1,t)_{min q}＝E(△q_1,t) (5)

仅右岸未达到分配的最小流量：

(XE_2,t)_{min q}＝E(△q_2,t) (6)

其它情况:

(XE_i,t)_{min q}＝0 (7)

式5、6、7中：

(XE_i,t)_minq为一侧违反最小流量约束产生的日修正电量；

E(△q_i,t)虚拟出库流量产生的日电量，为一侧最小流量对应电量减去实际发电量；

2)最高水位限制：

左岸虚拟水位超上限，右岸未超限：

(XE_1,t)_{max h}＝E(△q_1,t) (8)

右岸虚拟水位超上限，左岸未超限：

(XE_2,t)_{max h}＝E(△q_2,t) (9)

其它情况：

(XE_i,t)_{max h}＝0 (10)

式8、9、10中：

(XE_i,t)_{max h}为一侧违反最高水位约束产生的日修正电量；

E(△q_i,t)虚拟出库流量产生的日电量，为一侧为避免虚拟弃水在实际出库流量基础上增加的流量对应的日电量；

3)最低水位限制：

左岸虚拟水位低于下限，右岸虚拟水位高于下限：

(XE_1,t)_{min h}＝F_1,t-1-F_1,t (11)

右岸虚拟水位低于下限，左岸虚拟水位高于下限：

(XE_2,t)_{min h}＝F_2,t-1-F_2,t (12)

其它情况：

(XE_i,t)_{min h}＝0 (13)

式11、12、13中：

(XE_i,t)_minh为一侧由于违反最低约束产生的日修正电量；

F_i,t-1为一侧水库前一日虚拟水位对应的蓄能电量；

F_i,t为一侧水库当日虚拟水位对应的蓄能电量；

2.2、入库流量大于满发流量的日修正电量计算：

入库流量大于满发流量，两侧电站按照最大能力发电，前期产生的不平衡电量后期无能力进行平衡，故在此情况下偏差电量为0；

所述期内修正电量算法包括：

3.1、入库小于满发流量：

考虑到需要给两个电网违反约束后运行调整的缓冲空间，期内修正电量最小流量、期内修正电量超上限和期内修正电量超下限均分别设置阈值，其中期内修正电量超上限和期内修正电量超下限为期内日修正电量累计计算，日修正电量超上限的水位上限为设定的水位上限加上阈值，期内修正电量超下限计算的水位下限设定的水位减去阈值；期内修正电量最小流量为当累计值大于该类电量的设定阈值后，方计入，相关阈值的确定由两个电网和电厂协商后确定；

式14中：

XE_i为一侧虚拟水库的期内修正电量；

(XE_i,t)_{min q}为一侧违反最小流量约束产生的日修正电量；

(XE_i,t)_{min h}为一侧违反最低水位约束产生的日修正电量；

(XE_i,t)_{max h}为一侧违反最高水位约束产生的日修正电量；

(DE_i)_{min q}为一侧期内修正电量最小流量的阈值；

(DH_i)_{min h}为一侧最低水位对应的阈值；

(DH_i)_{max h}为一侧最高水位对应的阈值；

3.2入库大于满发流量：

不计算累计期内修正电量，偏差电量为0。