[发明专利]一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法

摘要

本发明属于水电经济调度领域，涉及一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法，根据梯级水电站群年内来水情况根据市场经济效益最大及弃水量最小的多目标优化调度方法制定需要，并根据多元市场分类给出基于不同市场价格波动率最小、期望收益最大的多元电力市场分配比重。利用NSGA‑2遗传算法框架对梯级市场经济效益及弃水量进行多目标前沿解集求解，给出年内梯级水库水位过程及处理过程满意解集，根据参考年内市场电价波动给出计划参与多元市场交易电量分配比例。本发明为交易中心发布重要水电站水位的边界范围、为市场参与主体的水电站参与电力市场竞价提供方法支持。

主权项

1.一种市场环境下的梯级关键水电站多目标优化及电量分配方法，根据梯级来水情况，以梯级水电站物理约束为控制条件，给出多目标的优化调度满意解集，再根据多元电力市场历史电价信息给出年内梯级水电站群参与各类市场分配比例；其特征在于，具体步骤如下：步骤一：根据梯级年内来水预测数据，还原梯级区间径流，根据水库库容特性确定约束边界及发电特性曲线，建立梯级水电站群参与的市场效益模型、弃水模型和电价模型：确定梯级来水资料，作为梯级区间流量数据；确定计算水库的信息：水库特征水位信息包括汛限水位、死水位和正常高水位；水库特征曲线包括水位库容曲线、尾水位泄量曲线以及耗水率曲线；机组发电特征信息包括机组台数和机组最大过流能力；水库和机组的约束条件如下：(a)水量平衡约束式中：v_t为水库在t时段末的库容，单位：m³；In_t为水库在t时段的入库流量，单位：m³/s；u_t为水库在t时段的出库流量，单位：m³/s；Δt为时段时长，单位：s；(b)库容限制约束式中：V、分别为库容上、下限，单位：m³；(c)出库流量约束式中：U、分别为出库流量的上、下限，单位：m³/s；(d)出力限制约束式中：p_i,t为第i个水库t时段出力，单位：W；为第i个水库的出力上限，单位：W；(e)发电流量限制约束式中：q_i,t为第i个水库t时段发电流量，单位：m³/s；为第i个水库的机组发电流量上限，单位：m³/s；(f)初始库容约束v_beg＝V_beg式中：v_beg为水库起始库容变量，m³；V_beg为水库起始库容控制值，m³；(g)水位库容关系式中：f_vz(·)为水位库容关系函数；zf_t为水库在t时段的坝前水位，m；(h)尾水位泄量关系式中：f_zu(·)为尾水位泄量关系函数；zd_t为水库在t时段的尾水位，m；确定参考年内电力市场各时段特征电价，得到电价模型，特征电价计算方式为：其中，p为时段内交易加权平均电价，共有N类市场交易，第n类市场交易的成交均价为p_n、成交电量为q_n；以年内梯级水电站群参与月度市场交易的经济利益和弃水量为目标，建立市场效益模型和弃水模型，经济效益E_market与弃水量Q_aban作为多目标的两个目标函数，表达如下：其中，E_market为系统梯级经济效益，单位：元，表示水电站m在t时段的市场交易电价，单位：元/kWh；表示水电站m在t时段市场成交电量，单位：kWh；T为计算周期；m、M分别为水电站编号和总数；Q_aban为系统梯级弃水量，单位：m³；为水电站m第t时段的弃水流量，单位：m³/s；Δt为时段时长，单位：s；步骤二：确定经济效益E_market与弃水量Q_aban的多目标优化满意解集数量S，计算迭代次数G、变异概率P1和交叉概率P2；步骤三：根据来水条件初始化解集种群：种群中的个体为一组m×T的水位值，单位：m；在初始种群时，根据步骤一中的梯级内区间流量，通过随机入库流量方式给出基于满意解集数量S的随机初始解，即生成数量为S的个体；步骤如下：(1)对于第m个水电站，计算给定来水下的时段内来水总量qin_m：其中，qin_m为T时段内第m个水电站的总来水，单位：m³；(2)生成时段数T的随机数向量其中random(0,1)为在0和1中取一个随机数，按照r生成的权重得到各时段的新入库流量：其中，In_t^*为电站m随机生成后的新入库流量，单位：m³/s；(3)计算各时段末库容，根据约束条件中库容限制约束对时段末库容进行修正，超过库容约束上限，则将时段末库容修正为库容上限；低于库容约束下限，则将时段末库容修正为库容下限；(4)根据水位库容函数f_vz(·)，通过时段末库容确定时段末水位；步骤四：计算步骤一中市场经济效益和弃水量两个目标函数的适应度函数，基于NSGA‑2适应度排序策略及种群保留策略选择个体形成新种群；步骤五：为验证步骤，迭代次数低于G时，进行种群间交叉及个体变异，补充新种群个体数目至S，重复步骤四，迭代次数等于G时，输出种群，得到满意解集；步骤六：将多元市场进行分类，计算各类交易表征电价，得到各时段电价序列：电价序列按照各时段各类市场交易电量比例进行数据处理：其中为t时段第n类考虑市场份额后的交易电价，单位：元；为该类交易的加权电价，按照步骤一所提出的特征电价计算方式进行电价计算，单位：元/kWh；为该类交易所占市场份额的比重；其中，N为多元电力市场交易分类数量，分类总数量满足N≥2，Q_k和Q_n分别为N类交易中第k类与第n类交易的总成交电量，单位：kWh；步骤七：计算各类电价的期望收益及波动率：对于电价序列，其收益率为：其中，为第n类交易t时段收益率，为第n类交易t时段考虑市场份额后的交易电价，为第n类交易t‑1时段考虑市场份额后的交易电价，为以自然对数e为底的对数值；R_n为第n类交易的平均收益；设梯级水电站群参与N类交易的权重为：w＝(w₁,w₂,…,w_N)；则满足以下条件：步骤八：在给定效益函数下计算风险波动率最小时的交易组合电量比重：目标为预期投资组合波动率最小，目标函数描述为：其中，σ为梯级水电站群参与多元电力市场的波动率；σ_ij为第i类市场交易与第j类市场交易虑市场份额后的电价序列的协方差，其中i,j∈N；预期收益描述为：其中，U为预期收益值，单位：元；采用序贯最小二乘规划优化算法求得梯级水电站群参与的市场交易的最优比例w_opt；步骤九：给出满意解集各方案参与多元市场的电量组成：根据步骤八得到的最优比例w_opt以及根据步骤五的满意解集得到的水位，计算出各时段电量，得到各类市场交易的参与电量。