熵分析在水电能源系统管理中的应用

水电能源系统是一个典型的开放系统,与外界环境存在着频繁的物质和能量交换。根据热力学熵的基本概念及熵概念泛化的基本特性,提出了水电能源系统熵的定义,并进行了系统电站熵变分析;结合水电能源系统电站的特点,提出了径流调节过程中基于决策出流量的水头、水量潜在熵增计算表达式;建立了系统电站发电量优化规划即熵增最小目标方程,应用凸规划原理及凸函数性质论证了目标方程存在最优解;最后提出了水电能源系统优化规划模型,实例验证该模型符合实际规划需求。     

面向可再生能源接入的综合能源系统熵态机理和分析方法

综合能源系统（IES）中不同品质能量的转换和高比例可再生能源集成背景下源荷的不确定性均增加了系统能量的不可用性。为统一量化分析上述场景中的能量不可用性，基于IES的网络属性，提出了面向可再生能源集成的IES熵态机理与分析方法。基于IES(火用)流机理模型，建立了IES物理层面热力学熵增机理模型；基于广义信息功理论，引入IES信息学等效热力学熵增机理模型。结合IES的网络化特征，定义了熵态、熵增流、熵增流量、熵增源、节点熵增等IES熵态基本概念。在此基础上，提出了IES各个环节的熵态建模方法。最后，通过算例系统验证了所提模型可有效求解IES的熵态分布，并探讨了源荷预测差异性对系统熵态分布的影响。     

平抑风电场随机波动的风–水–燃气系统优化设计

为降低大规模风电场群对电网爬坡速率的需求,研究水电站配合燃气电站共同缓解风电时段间波动的问题。定义出力波动频率作为系统输出波动性的衡量指标以避免较为保守的容量配置结果,进而建立考虑出力波动频率的风-水-燃气系统随机最优设计模型,利用风电波动的概率密度函数,优化水电调节速率及燃气电站额定功率,使得水电调节成本、燃气电站建设成本及期望燃料费用最小。为有效求解该模型,设计马尔可夫稳态分析方法,得到了出力波动频率及期望燃料费用的解析计算式。结果表明:当水电站提供一定调节能力时,为风电场配备其装机容量12%左右的燃气电站可以96%的概率实现联合出力无波动且成本增加不大;稳态方法求解时间短且精度较高。     

现货市场环境下低水头梯级水电群精细化建模出清方法

梯级水电站间存在水力时空耦合关系,低水头电站调节性能较弱,在日尺度范围内水头变化较大,耗水率也随之变化,因此,在日前现货出清模型中不宜通过全天固定耗水率对低水头电站进行梯级水电约束简化处理。结合广西电网电力市场需求,以全社会购电成本最小及优先消纳清洁能源为优化目标,充分考虑低水头电站的水力特性曲线等复杂约束并对其进行线性化处理,构建基于梯级水电群精细化建模的日前出清模型,并调用商业优化求解器对模型进行求解。将广西电网34座水电站、101座新能源电站和47台火电机组的真实日发电计划边界数据作为参考,仿真结果表明所建模型能适应低水头电站的水头波动特性,反映梯级水电站之间出力和库容的联动关系,提升低水头梯级水电群的可发电能力。     

水电富集电网大规模水电站群短期实用化调度方法

超大规模水电站群优化调度"维数灾"和结果实用性问题是水电和电网运行面临的重大理论和实践难题。该文以我国西南水电富集电网百座级水电系统为工程背景,提出考虑调度特征降维的水电短期实用化调度方法。结合系统层级、空间属性、任务要求、计划特殊性等调度特征进行水电站分类分组降维求解,提出基于调峰响应的弃水修正策略和低谷时段负荷均衡削减策略,实现固定调度方式电站的校核分析与出力调整;针对中小流域梯级水电站,以总出力过程为控制条件,以总耗水最小为目标,优化梯级电站间负荷分配;针对大型流域梯级和主要水电站,构建调峰调度模型,提出平衡电站等负荷率调度方法,实现系统调峰响应和全时段负荷平衡。通过云南电网162座水电站日前计划编制实例验证,该方法能够快速给出合理的水电调度结果,满足电网实际运行的时效性和实用性要求。     

梯级水光互补系统最大化可消纳电量期望短期优化调度模型

充分发挥流域梯级水电的调节作用，实现梯级水光系统的互补联合发电是促进清洁能源消纳的重要途径。文中考虑光伏出力不确定性，以整体可消纳电量期望最大为目标，提出了梯级水光互补系统的短期优化调度模型。该模型以机组为最小调度单位，精细化建模了电站约束、机组约束以及电网约束，通过梯级负荷在电站和时段间的合理调配，挖掘梯级水电的电网供电支撑和光伏互补协调双重作用，提升互补系统整体消纳水平。模型求解方面，采用分段线性逼近、引入0-1整数变量、发电水头离散等线性化方法和建模技巧处理模型中的非线性约束，将原模型转换为混合整数线性规划问题，并在Java环境中采用CPLEX工具实现求解。最后，以参考中国西南地区某流域梯级的4个水电站15台机组以及2个光伏群构建的互补系统为例，验证了所提模型和求解方法的有效性。     

考虑弃水电量成本的短期电力电量平衡模型

为提高汛期水电消纳能力,本文在已有成本最小模型中引入弃水惩罚成本,建立了考虑弃水电量成本的短期电力电量平衡模型;针对模型求解过程中难以有效获取满足大规模复杂约束的可行解的不足,避免算法过早收敛和陷入局部最优,提出了基于滚动修正策略的改进粒子群算法。云南省滇中区域电网计算结果表明,相较于成本最小模型,虽然其它能源成本增加了142万元,但汛期弃水电量减少了714万kWh,系统总成本降低了7.04%;相较于弃水电量成本最小模型,虽然弃水电量增加了285万kWh,但火电成本降低了1795万元,系统总成本降低了21.65%;在缺乏调峰容量的时段内,适度安排其他电站进行调峰能够有效减小弃水电量和总成本。     

电网水电站群短期优化调度模型体系及应用分析

立足电网水电站群短期优化调度的业务特点及应用需求,提出电网水电系统短期优化调度的多模型转化机制及其运用准则,为水电站群的日计划方案编制提供决策支撑;以水电能源的高效利用和电力系统的电力电量平衡为基础,建立了相互关联的短期优化模型体系,重点阐述了电网水电站群可用水量与水电负荷需求的协调关系。国网直调水电系统的计算结果表明,多模型转化机制能准确体现电网的不同调度意图,并获得对应的水电站群负荷控制策略。     

考虑多类型水电协调的风光电站容量优化配置方法

为减少风光出力波动性造成的弃风、弃光,利用梯级水电和抽水蓄能等不同类型水电之间的调蓄特性,提出一种多类型水电协调参与风光消纳的联合运行策略。考虑多类型水电站出力、水库库容和联络线传输功率等约束,以风光电站投资建设成本、系统运行维护成本及购电成本最小和风光发电占负荷需求比例最大为目标,建立一种多类型水电协调的风光电站容量优化配置模型,采用基于极限学习机的粒子群算法(ELM-PSO)对模型进行求解。以青海某地区为例,通过仿真分析,得出综合考虑系统经济性和风光发电占负荷需求比例最优的容量配置方案,验证了所提策略和所建模型的可行性及有效性。     

基于互补机制的水火电力系统机组组合

针对水火电力系统短期发电计划中火电机组的开停机组合与水电调度问题解法复杂性,提出以水电发电量最大、耗水量最小和火电煤耗量最小且具有时序的3个优化子问题的发电调度模型,综合考虑一个调度周期内系统机组的运行状态。基于解耦的水火电力系统优化模型不仅可以确定水电的最佳放水策略,也可以体现水电和火电互补作用,充分提高水火电力系统联合运行的经济性。针对水电系统强非线性特点,采用新型随机全局优化仿电磁学算法进行求解,对火电系统则采用改进微粒群优化算法进行求解。通过一个具有3个体积水电站和5个火电厂的水火电力系统的仿真分析,表明以互补机制为理论基础的优化模型的正确性及算法求解的有效性。     

基于总体协调满意度的水火电力系统多目标短期优化调度

水火电力系统多目标优化调度符合国家节能减排的政策导向,在考虑整个系统梯级水电站发电效益最大化、火电机组发电成本最小化和梯级水电站发电用水最小化的目标同时,考虑了火电机组二氧化碳排放最小化的优化目标。针对水火电力系统短期优化运行调度中目标函数的权重处理困难的因素,采用一种基于目标函数总体协调满意度的处理方法,通过采用自然选择机制策略和异步学习因子策略提高算法的性能。以5个梯级水电站和4台火电机组组成的水火电力系统为实例进行计算．优化仿真计算证明了所提出的优化调度模型和求解算法具有可行性和适用性。     

兼顾激励相容的水电富集电网中长期电力市场交易模型

针对我国水电富集地区梯级电站上下游中标电量与发电水量不匹配导致弃水和违约等问题，借鉴巴西电力市场中长期交易模式，提出兼顾激励相容的水电富集电网中长期交易模型。该模型以个体发电效益最大和电网侧购电成本最小作为激励相容的双重目标。首先以最小出力最大为目标对水电站群进行优化调度，所得各水电站每月发电量定义为其该月保证电量，并将保证电量拆分成基础电量、省内电量和西电东送电量。然后建立各级市场交易方法，基础电量按相似来水频率的历年平均电价收购，省内电量参与两轮拍卖，西电东送电量按剩余电量比重排序依次收购，采用强化学习确定各发电商份额和电价。最后利用改进的电量再分配机制对联盟内各水电站实发电量进行再分配。云南省5个流域52座电站群实例结果表明，所提模型能有效缓解当前梯级上下游电站弃水和违约等问题，促进了水电市场合理竞争和水资源充分利用。     

基于系统熵变特征分析的电网关键线路辨识方法

针对电力系统线路故障对系统的冲击与系统对故障消纳的耦合动态行为，提出了基于电力系统熵变特征分析的关键线路辩识模型。定义了考虑系统结构与状态变化特征的电力系统熵变及其数学表达，包括基于线路热稳容量裕度变化情况的线路功率裕度熵变（正熵流）和基于系统对故障冲击能量消纳能力的线路潮流冲击熵（负熵流）；建立了基于系统熵变模型的关键线路辨识思路及流程，并给出了基于后评估检验的线路关键性校验指标。最后，通过IEEE-39节点系统和IEEE-118节点系统仿真计算分析，验证了所提思路和模型的合理性和有效性。     

基于最大信息熵原理的短期负荷预测综合模型

引入了信息理论来研究和处理负荷变化的不确定性，提出了基于最大信息熵原理的短期负荷预测综合模型，该模型将各种单一预测模型的预测结果以及历史预测误差分布作为约束信息，利用最大熵原理得到预测结果的分布。文中阐述了新模型的应用背景、思路和理论，给出了具体的实现方案和算法，并在实际电网中得到了应用。针对实际电网的算例研究表明，对于随机性较大的电网负荷，传统综合预测模型存在明显的过拟合现象，而新模型则有效地提高了预测精度。     

基于熵原理的电能质量评估新方法

把变电站中的母线作为电能质量评估的基本单元,按所属关系构造了区域性的电能质量综合评估体系.采用基于最大熵原理的投影寻踪分析模型提取基本单元电能质量的综合指数,根据最小相对信息熵原理确定基本单元所处地位的重要度.在此基础上,运用特征值赋权法确定各变电站、各电压等级以及某个地区的电能质量综合指数.实例计算结果表明:基于最大熵原理的投影寻踪分析模型能够克服投影的不确定性,基于重要度和特征值的组合赋权法使区域性的电能质量综合评估更客观、全面、合理.     

电力市场下水电优化运营模式探讨

结合水电特性,对水电企业参与市场竞价有待解决的问题进行阐述。通过求解水电站长期发电效益最大模型,引出微增水的价值(简称水的价值)的概念,从而着重探讨了电力市场下以该水的价值为指导的水电运营模式,为市场机制下水电运行及参与市场竞争提供了新的思路和方法。     

基于最小叉熵与前景理论的综合能源系统评价方法

综合能源系统可以提高能源供应的可靠性和灵活性,具有良好的经济效益和环境效益。综合能源系统评价对综合能源系统项目实施具有重要意义。提出了一种基于最小叉熵模型和前景理论的综合能源系统评价方法。首先,采用最小叉熵模型求得各评价指标的综合列向量。其次,根据差异性权重法确定出指标权重。最后通过建立正、负前景值矩阵,根据得到的综合前景值大小完成综合能源系统方案的优劣排序。采用上海某宾馆综合能源系统数据集验证了所提方法的有效性。     

考虑不确定性因素的综合能源系统协同规划研究

为提高新能源高比例接入的综合能源系统能源配置效率,对新能源不确定性建模和综合能源系统协同规划进行了深入研究。首先描述了风电出力和电动汽车充电负荷的不确定模型。然后提出一种基于随机模型的最大熵方法对风电出力和电动汽车充电负荷的边缘概率分布进行建模,并采用主成分分析方法提取典型运行场景集;考虑园区内供冷期、供暖期和过渡期三个场景建立综合能源系统协同规划模型,并使用YALMIP工具求解。仿真算例结果表明,所述方法能够在考虑不确定性因素的基础上得到经济效益更高的协同规划方案,有效提高综合能源系统的经济性和灵活性。     

基于半不变量及最大熵的概率谐波潮流算法

针对电力系统中谐波分布的不确定性,提出了一种结合半不变量、线性化谐波潮流方程以及最大熵模型的概率谐波潮流算法。首先,根据谐波电流的样本获取高阶矩和半不变量等数字特征,根据电网基础数据构建谐波潮流方程并在基准运行点处线性化,计算谐波电压数字特征,进而建立最大熵模型拟合其概率分布。所提方法具有计算量小、编程简单、结果客观准确等优点。最后,使用所提方法在4节点系统上与卷积法比较,以及在IEEE 57节点系统上与蒙特卡洛法比较,均验证了该方法的有效性。