Page 19 - 2024年第55卷第7期

令 Ｈ表示第 ｉ座水电站，１ ≤ｉ ≤Ｉ；Ｐ表示第 ｄ座混蓄电站，１ ≤ｄ ≤Ｄ；Ｎ 、Ｎ 分别表示水电站
Ｈ ｉ
Ｈ ｉ
ｉ ｄ Ｔ １ Ｔ ３
Ｈ ｉ
Ｈ在早晚负荷高峰阶段 Ｔ阶段、Ｔ阶段的平均出力，ｋＷ；Ｎ 表示水电站 Ｈ在 Ｔ阶段的最小技术出力
ｉ
ｉ
１
２
３
Ｔ ２
Ｐ ｄ
Ｐ ｄ
Ｐ ｄ
（又称强迫出力），ｋＷ；Ｎ 、Ｎ 分别表示混蓄电站 Ｐ在 Ｔ和 Ｔ阶段的发电调峰平均出力，Ｎ 与 Ｎ Ｐ ｄ
Ｔ １ Ｔ ３ ｄ １ ３ Ｔ １ Ｔ ３
均大于等于 ０，ｋＷ；Ｎ 表示混蓄电站 Ｐ在 Ｔ阶段的抽水调峰功率，Ｎ ≥０，ｋＷ。
Ｐ ｄ
Ｐ ｄ
Ｔ ２ ｄ ２ Ｔ ２
Ｈ ｉ
Ｈ ｉ
无混蓄电站时，水电站 Ｈ的调峰效益可概化计算为（Ｎ － Ｎ ） × Ｔ＋ （Ｎ － Ｎ ） × Ｔ，即图 ２中黄色
Ｈ ｉ
Ｈ ｉ
１
ｉ
３
Ｔ ２
Ｔ ３
Ｔ １
Ｔ ２
色块部分。有混蓄电站时，混蓄电站调峰效益为其日内发电调峰电量与抽水调峰电量之和，即 Ｎ × Ｔ＋
Ｐ ｄ
Ｔ １ １
Ｎ × Ｔ＋ Ｎ × Ｔ。若混蓄电站仅具备抽水调峰功能，即为本文研究的龙－ 拉混蓄电站与拉－ 尼混蓄电站，
Ｐ ｄ
Ｐ ｄ
Ｔ ２ ２ Ｔ ３ ３
则 Ｎ ＝ Ｎ ＝ ０ 。当考虑电价时，水电站峰时电价最高、谷时电价最低、平时电价居中，当以电站效益
Ｐ ｄ
Ｐ ｄ
Ｔ １ Ｔ ３
最大为目标时，水电站发电电量会优先集中于调峰时刻，其次为平时时刻，最后为谷时时刻。对于混
蓄电站来讲，通过抽发电价之差获取运行收益是其盈利的主要方式，其日内运行同样也会在峰时发
电，谷时电网负荷低、风光新能源出力大，抽水电价较低，谷时是其抽水主要时段。因此，不管是否
考虑电价，混蓄电站与梯级水电站日内运行过程相近。
考虑到本文研究所涉及的黄河上游龙羊峡、拉西瓦等梯级水电站与规划建设的混蓄电站为西北电
网的核心调峰电站，其电力调度归西北电网电力调度中心调度，承担着西北电网全网的负荷以及风光
随机性电源出力波动等调节任务，最大化发挥混蓄电站与梯级水电站的调峰能力是其主要运行目标。
因此，本文研究以含混蓄电站的梯级水电站调峰效益 Ｆ最大为短期优化调度目标。该优化目标由两部
分组成，其一为水电站调峰效益，其二为混蓄电站调峰效益。
Ｉ Ｄ
ｍａｘＦ ＝ ［Ｎ ×Ｔ ＋Ｎ ×Ｔ －Ｎ ×（Ｔ ＋Ｔ）］ ＋ （Ｎ ×Ｔ ＋Ｎ ×Ｔ ＋Ｎ ×Ｔ） （１）
∑
∑
Ｐ ｄ
Ｐ ｄ
Ｈ ｉ
Ｐ ｄ
Ｈ ｉ
Ｈ ｉ
３
２
３
３
１
１
１
Ｔ ３
Ｔ １
Ｔ １
Ｔ ２
Ｔ ３
Ｔ ２
ｉ ｄ
上述调度模型考虑的约束条件主要为水库水量平衡约束、水库库容约束、水电站发电流量约束、
混蓄电站抽发流量约束以及非负约束等。该优化调度模型采用序列二次规划算法（ＳｅｑｕｅｎｔｉａｌＱｕａｄｒａｔｉｃ
Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）求解。
３．２ 混蓄电站调峰效益理论推导模型及影响机制
３．２．１ 单一混蓄电站 针对水电站与混蓄电站日内运行的 “三段线” 特征，本文将水电站与混蓄电站
日运行过程（ ０∶００—２４∶００）划分为 Ｔ、Ｔ、Ｔ三个时段，各个时段水量平衡关系如下：
２
３
１
（ １）上库水量平衡关系：
Ｈ １
Ｈ １
Ｈ １
Δ Ｖ ＝ Ｖ － Ｖ ＝ （Ｑ Ｈ １ － Ｑ Ｈ １ ）·Ｔ
Ｔ １ Ｔ １ Ｔ ０ ｉｎ，Ｔ １ ｏｕｔ，Ｔ １ １
Ｈ １
Δ Ｖ ＝ Ｖ － Ｖ ＝ （Ｑ Ｈ １ ＋ Ｑ Ｈ １ Ｈ ２ － Ｑ Ｈ １ ）·Ｔ （２）
Ｈ １
Ｈ １
Ｔ ２ Ｔ ２ Ｔ １ ｉｎ，Ｔ ２ ｐｕｍｐ ｏｕｔ，ｍｉｎ ２
Δ Ｖ ＝ Ｖ － Ｖ ＝ （Ｑ Ｈ １ － Ｑ Ｈ １ ）·Ｔ
Ｈ １
Ｈ １
Ｈ １
Ｔ ３ Ｔ ３ Ｔ ２ ｉｎ，Ｔ ３ ｏｕｔ，Ｔ ３ ３
（ ２）下库水量平衡关系：
Ｈ ２
Ｈ ２
Ｈ ２
Δ Ｖ ＝ Ｖ － Ｖ ＝ （Ｑ Ｈ １ － Ｑ Ｈ ２ ）·Ｔ
Ｔ １ Ｔ １ Ｔ ０ ｏｕｔ，Ｔ １ ｏｕｔ，Ｔ １ １
Δ Ｖ ＝ Ｖ － Ｖ ＝ （Ｑ Ｈ １ － Ｑ Ｈ １ Ｈ ２ － Ｑ Ｈ ２ ）·Ｔ （３）
Ｈ ２
Ｈ ２
Ｈ ２
Ｔ ２ Ｔ ２ Ｔ １ ｏｕｔ，ｍｉｎ ｐｕｍｐ ｏｕｔ，ｍｉｎ ２
Δ Ｖ ＝ Ｖ － Ｖ ＝ （Ｑ Ｈ １ － Ｑ Ｈ ２ ）·Ｔ
Ｈ ２
Ｈ ２
Ｈ ２
Ｔ ３ Ｔ ３ Ｔ ２ ｏｕｔ，Ｔ ３ ｏｕｔ，Ｔ ３ ３
Ｈ ｉ
Ｈ ｉ
式中：Ｖ 、Ｖ 、Ｖ 、Ｖ 分别为水电站 Ｈ的水库初始库容、Ｔ时段末库容、Ｔ时段末库容、Ｔ时段末
Ｈ ｉ
Ｈ ｉ
Ｔ ０ Ｔ １ Ｔ ２ Ｔ ３ ｉ １ ２ ３
３
３
３
库容，ｍ ；Ｑ Ｈ ｉ 为水电站 Ｈ在 Ｔ时段的入 库流量，ｍ ?ｓ；Ｑ Ｈ １ Ｈ ２ 为混 蓄电 站 抽 水流 量，ｍ ?ｓ；Δ Ｖ 、
Ｈ ｉ
ｉｎ，Ｔ １ ｉ １ ｐｕｍｐ Ｔ １
３
Δ Ｖ 、Δ Ｖ 分别为水电站 Ｈ在 Ｔ、Ｔ、Ｔ时段的库容变化量，ｍ ；Ｑ Ｈ ｉ 为水库 Ｈ的最小出库流量，
Ｈ ｉ
Ｈ ｉ
Ｔ ２ Ｔ ３ ｉ １ ２ ３ ｏｕｔ，ｍｉｎ ｉ
３
ｍ ?ｓ。Ｔ、Ｔ、Ｔ单位均为 ｓ，Ｔ＋Ｔ＋Ｔ ＝ ２４ × ３６００ｓ 。此处，Ｔ时段上、下水库以 Ｑ Ｈ ｉ 下泄时，水
１ ２ ３ １ ２ ３ ２ ｏｕｔ，ｍｉｎ
３
电站反向调峰能力可达到最大。本文结合黄河上游实际情况，设置 Ｑ Ｈ ｉ ＝ １００ｍ ?ｓ。若上水库为日以
ｏｕｔ，ｍｉｎ
上调节性水库，其日末 Ｖ 可不等于日初 Ｖ ，水库日蓄水量变化值 Δ Ｖ 可不等于 ０；若为日调节水库
Ｈ １
Ｈ １
Ｈ １
Ｔ ３ Ｔ ０
Ｈ １
Ｈ １
Ｈ １
Ｈ １
时，则 Ｖ ＝ Ｖ ，Δ Ｖ ＋ Δ Ｖ ＋ Δ Ｖ ＝ Δ Ｖ ＝ ０ 。下水库与此相同。
Ｈ １
Ｈ １
Ｔ ３ Ｔ ０ Ｔ １ Ｔ ２ Ｔ ３
整理式（２）可得
— ７ ７ １ —