带水电可逆式改造的区域规划分析方法

本发明涉及电气工程领域，更具体地说，涉及一种带水电可逆式改造的区域规划分析方法。

背景技术：

1、常规的水电机组调节能力有限，一般在系统负荷低谷时期无法主动消纳多余电量，甚至会有大量弃水现象的发生。但通过新增抽水蓄能机组与水泵水轮机，便可使常规水电站具备抽蓄调节的能力，促进资源在时间上的优化调节，达到削峰填谷的目的。而且基于已有的水电站进行可逆式改造，其开发成本远低于直接新建抽蓄电站，改造潜力巨大。但是，在一个较大的区域中，如何评估哪些水电站可进行可逆式改造，如何评估某水电站进行可逆式改造需要新增的可逆式机组容量，如何计算出区域内适合进行可逆式改造的水电站进行改造后给区域电网带来的效益。因此，针对上面的问题，有必要建立一种带水电可逆式改造的区域规划分析方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，提供一种带水电可逆式改造的区域规划分析方法，其能够使用该规划方法来提出具体改造方案，包括进行可逆式改造的水电站以及改造后新增的可逆式机组装机容量。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种带水电可逆式改造的区域规划分析方法，包括以下步骤：

3、s1、区域内水电站初步筛选：对分析区域内的水电站进行筛选，去掉不适合进行可逆式改造的水电站；

4、s2、规划模型的建立：规划模型通过最小化电力系统总成本进行优化；

5、s3、模型求解和结果分析：输入各类机组的相关参数及数据。

6、按上述方案，所述步骤s1中，采用的筛选方法为：根据距高比l/h和与下水电站水库水平距离l两个参数，保留距高比<50且水平距离<10km的水电站。

7、按上述方案，所述步骤s2中，所述总成本部分包括可逆式水电站投资成本、新增火电机组和新能源机组投资成本、运行成本、固定运行和维护成本、储能机组的投资和运维成本；所述模型的约束包含各类机组风光水火的相关约束，可逆式机组的相关约束，系统电量平衡约束以及系统备用约束。

8、按上述方案，所述步骤s3中，输入各类机组的相关参数及数据包括s1步骤中筛选出的水电站的标准水头h和水平距离l的重要参数，利用规划模型求解软件进行求解并进行相关分析。

9、按上述方案，在所述步骤s1中，额定水头h和水平距离l的评估方法如下：

10、

11、

12、

13、式中，k为消落深度系数，在计算时取0.5作为典型值，htmax为最大水头，htmin为最小水头；为上水库正常蓄水位，为上水库死水位，为下水库正常蓄水位，为下水库死水位；

14、水平距离的估算如下式：

15、

16、式中，为下库坝高，lr为河道长度。

17、按上述方案，在所述步骤s2中，增加可逆式水电机组的容量新增决策变量和可逆式水电机组的运行决策变量。

18、按上述方案，在所述步骤s2中，增加可逆式水电机组的投资成本和可逆式水电机组的运行维护成本；

19、水电可逆式改造总成本表示为新增可逆式机组装机容量的线性函数，可逆式水电站总投资成本如下所示：

20、

21、式中，n p为规划区域内省份数量，m为k省份中包含的可进行改造的梯级水电机组的数量，为规划模型中预期未来进行装机的可逆式机组容量，也就是规划模型中的决策变量，一般作为所装可逆式机组发电功率和抽水功率的上限，h和l分别为可逆式水电站额定水头和进出水口水平距离，而h,l参数根据改造的实际环境确定，和分别为与h,l即与水库实际环境相关的函数，在可逆式改造地点确定的情况下为确定的参数；

22、规划模型考虑某年或某几年的规划结果，如果按总投资成本考虑，即直接将总投资成本加入目标函数里明显是不合理的，因此，利用资本回收系数来引入了年化投资成本概念，考虑利率和可逆式机组的运行寿命：

23、

24、

25、式中，i为利率，t为新建可逆式机组的寿命，crf为资本回收系数，为新增可逆式机组的年化投资成本。

26、可逆式水电机组的运行维护成本为固定运行维护成本，认为可逆式水电机组总投资成本的一定比例，如下式所示：

27、

28、其中，ε为比例系数，一般取2.5％-3％之间。

29、按上述方案，在所述步骤s2中，增加可逆式水电机组的建模及相关约束；

30、可逆式机组建模和抽水蓄能机组建模类似，都分成抽水工况和发电工况两种情况进行分析，机组建模可详细描述为：

31、

32、

33、

34、

35、

36、

37、

38、

39、其中，分别为水电站i的可逆式机组x在时刻t的抽水发电功率，分别为水电站i的可逆式机组x在时刻t的抽水发电流量，分别为水电站i的可逆式机组x在时刻t处于抽水发电工况下水库净水头，ηpumpηgen分别为可逆式机组抽水发电工况下的效率，和分别为抽水发电工况下可逆式机组的上/下备用容量，为抽水(发电)时的水头损失；

40、可逆式水电机组的其他的运行约束可描述为：

41、

42、

43、

44、

45、

46、其中，前两个约束为可逆式机组处于不同工况下的出力限制约束，分别为抽水工况下水电站i的可逆式机组x的最大出力和最小出力，分别为发电工况下水电站i的可逆式机组x的最大出力和最小出力，表示机组所处的工作状态的0-1变量，当水电站i的可逆式机组x在时刻t处于抽水工况时为1，当水电站i的可逆式机组x在时刻t处于发电工况时为1，分别为水电站i的可逆机组x在抽水工况下净水头上下限，分别为水电站i的可逆机组x在发电工况下净水头上下限；

47、利用水位-库容曲线结合流量平衡约束和水量平衡约束来建立净水头、库容和流量的关系，相比与梯级水电中的水量平衡约束做了修改，具体描述如下：

48、

49、

50、vmin≤vi,t≤vmax

51、

52、

53、其中，第一个约束代表着水位库容曲线得到的函数关系，第二个式子代表将此时刻的库容和下一时刻的库容求平均作为式函数关系的输入量，vmax vmin分别代表着水电站i的库容上下限，第四个关于流量的约束表明时刻t的水电站i的总流量包括此时的水电站发电流量弃水量可逆式机组的发电流量和抽水流量以及充当机组备用容量的流量最后一个涉及到水库库容的约束即为水量平衡约束，表示时刻t的自然来水，δt是时间间隔，相当于仿真步长；τ为上下游水流时滞，表示上游泄水到达下游水库需要经过的时间。

54、实施本发明的带水电可逆式改造的区域规划分析方法，具有以下有益效果：

55、本发明为区域水电可逆式改造方案提供了一种获取思路，利用该分析方法，通过输入各类机组的相关参数，和可逆式改造需要的标准水头和水平距离参数，即可获得区域内水电站进行可逆式改造的方案，并且也同时得到进行可逆式改造后区域内火电，风光及储能机组的新建方案，电力系统最优投资成本和小时调度。