［意大利］A.波吉

市場(chǎng)環(huán)境下意大利水電站運(yùn)營(yíng)的優(yōu)化工具

［意大利］A.波吉

摘要:為了使在市場(chǎng)環(huán)境下水電站的運(yùn)營(yíng)收益最大化，必須有正確的運(yùn)營(yíng)約束，管理實(shí)時(shí)運(yùn)行中的意外事件。闡述了針對(duì)3個(gè)重要任務(wù)的專門優(yōu)化工具的主要特征，同時(shí)幫助使用者以最經(jīng)濟(jì)的方式應(yīng)對(duì)故障、不可預(yù)測(cè)的流量和平衡電力電量等計(jì)劃外的事件。

關(guān)鍵詞:水電站;水電站管理;意大利

意大利水電站收益的優(yōu)化通過圍繞三大重要任務(wù)使用專門工具來實(shí)現(xiàn)。這三大任務(wù)是:約束的定義(明確能使水電站的靈活性最大化的可行性) ;實(shí)時(shí)操作;實(shí)時(shí)調(diào)整(使水量不平衡最小化)。每一個(gè)任務(wù)都具備如下特點(diǎn):優(yōu)化過程(目標(biāo)函數(shù)的描述各不相同)、各項(xiàng)約束，以及投資期不同階段側(cè)重點(diǎn)各不相同。

在意大利以及許多其他國(guó)家，競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)的引入徹底改變了水電站的運(yùn)營(yíng)局面。市場(chǎng)自由化之前，水電運(yùn)營(yíng)方的主要目標(biāo)是盡可能地多發(fā)電，防止棄水，以及滿足所有與運(yùn)營(yíng)和特許經(jīng)營(yíng)有關(guān)的約束。而在市場(chǎng)背景下，重心則轉(zhuǎn)移到在兼顧上述各項(xiàng)約束的條件下，如何獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為了抓住市場(chǎng)機(jī)遇，使水電站運(yùn)營(yíng)的靈活性最大化。

在實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)中，以最經(jīng)濟(jì)的方式管理計(jì)劃外事件，比如故障、不可預(yù)測(cè)的流量和平衡電力電量也相當(dāng)重要。

為了應(yīng)對(duì)新的市場(chǎng)條件，以實(shí)現(xiàn)水電管理目標(biāo)，意大利國(guó)家電力公司(Enel)攜手意大利電氣試驗(yàn)中心(CESI)共同開發(fā)了3組不同的工具:

(1) OMA(開放市場(chǎng)下水電系統(tǒng)的優(yōu)化)定義了在滿足各約束條件下能使水電站運(yùn)營(yíng)的靈活性最大化的可行性;

(2) OASI(水電系統(tǒng)實(shí)時(shí)優(yōu)化)用于水庫群電站系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng);

(3) OPG(針對(duì)每一臺(tái)發(fā)電機(jī)組帶有詳細(xì)調(diào)度安排的水電系統(tǒng)的優(yōu)化)旨在將用水量及其不平衡最小化。

1　OMA

開發(fā)OMA工具的目的是為了定義在滿足各運(yùn)營(yíng)約束的條件下，能使水電站運(yùn)營(yíng)的靈活性最大化的可行性。根據(jù)可獲得的最新信息，執(zhí)行該任務(wù)的時(shí)間最早可在交付日(D)之前14 d或交付日當(dāng)天。在第1種情況下，OMA的輸出用于日前市場(chǎng)的競(jìng)標(biāo)過程;在第2種情況下，則用于日間市場(chǎng)的競(jìng)標(biāo)過程。各約束由區(qū)域中心定義。每一項(xiàng)約束均負(fù)責(zé)管理若干個(gè)獨(dú)立的水庫群系統(tǒng)，水熱電的優(yōu)化配置由國(guó)家中心在競(jìng)標(biāo)過程中完成。

OMA的主要輸入要素包括在給定時(shí)間步長(zhǎng)的末尾(如，一周的末尾)每座水庫期望水位的季節(jié)性定義、電廠計(jì)劃內(nèi)的修整、環(huán)境和運(yùn)營(yíng)約束(每日和/或小時(shí))、蓄水水位、當(dāng)天市場(chǎng)調(diào)度的發(fā)電量(PV)，以及歷史的與目前的天然流量。預(yù)測(cè)的天然流量可由運(yùn)營(yíng)方綜合天氣預(yù)報(bào)等其他可獲得信息后進(jìn)行人工定義，或者由OMA憑借過去幾天的歷史水流對(duì)未來進(jìn)行預(yù)估。

考慮到上述約束，可以為調(diào)度求得無限數(shù)量的非最佳物理解。OMA的目的在于找到所有可能的物理解的上邊界和下邊界。隨后可用在競(jìng)標(biāo)環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)評(píng)估水電系統(tǒng)需要用到的物理細(xì)節(jié)較少。由于一些水電系統(tǒng)高度復(fù)雜，需要考慮所有的約束和水力平衡，所進(jìn)行的計(jì)算工作量很大，所以在對(duì)競(jìng)標(biāo)過程進(jìn)行優(yōu)化時(shí)預(yù)測(cè)可行性極限非常重要。皮亞韋(Piave)河上的水電系統(tǒng)包括37座水電站和43個(gè)水力節(jié)點(diǎn)，是OMA下運(yùn)行的最復(fù)雜的系統(tǒng)。

在OMA中，水電系統(tǒng)由水電站、水力節(jié)點(diǎn)(包括水庫、流域，以及無體積的水力節(jié)點(diǎn))和相互間的關(guān)聯(lián)(包括水渠、壓力水管和天然河流)的集合表示。每一個(gè)元素都由合適的參數(shù)表征。

在圍繞調(diào)度尋找一切可能的物理解的極限之前，OMA運(yùn)用所有可獲得的現(xiàn)場(chǎng)的信息來詳解所有水力節(jié)點(diǎn)初始條件的最佳預(yù)測(cè)。分析期的每一天，OMA的主要輸出包括:

(1)每座電站每小時(shí)最小和最大的出力; (2)每個(gè)節(jié)點(diǎn)每小時(shí)最小和最大的水位; (3)每座電站每天最小和最大的發(fā)電量。這幾點(diǎn)同樣也作為競(jìng)標(biāo)過程的輸入數(shù)據(jù)。

2　OASI

開發(fā)OASI工具的目的是為了水庫群水電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)。特別是旨在預(yù)測(cè)午夜前或者下一個(gè)市場(chǎng)時(shí)段之前實(shí)現(xiàn)PV，并周期性檢查水庫和流域中的水位、天然水流、平衡電力電量和運(yùn)營(yíng)約束的實(shí)時(shí)演變。若一座電站無法實(shí)現(xiàn)其PV，OASI就會(huì)計(jì)算該系統(tǒng)中每一座電站新的調(diào)度發(fā)電水平(不同于PV)，將不平衡和/或其他偏差(例如，棄水、泄水以及調(diào)度水位)的常規(guī)總成本降至最低。考慮到輔助性服務(wù)市場(chǎng)上的水庫型電站、流域電站和徑流式電站的市場(chǎng)不同，每一座電站和每一種偏差的常規(guī)單位成本也可能各不相同。

水電系統(tǒng)在OASI中的表現(xiàn)形式與它在OMA中相同。這一點(diǎn)對(duì)于避免調(diào)度階段和實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)階段的誤匹配非常重要。

OASI一個(gè)很重要的應(yīng)用與電站分組有關(guān)。意大利的電力并網(wǎng)導(dǎo)則允許發(fā)電商在一定條件下將位于同一條河流上的電站歸為一組，統(tǒng)一將它作為市場(chǎng)上的一個(gè)發(fā)電單位。在此情況下，市場(chǎng)的產(chǎn)出對(duì)歸為一組的所有電站都是一個(gè)PV，據(jù)此發(fā)電商可以將發(fā)電任務(wù)合理分配到各座電站。OASI是自動(dòng)化執(zhí)行此任務(wù)的有效工具，優(yōu)化PV分配方法，并以最低的常規(guī)成本滿足各項(xiàng)約束。

圖1顯示了位于西西里島錫梅托河(Simeto)上的特洛伊那(Troina)電站和古洛塔弗瑪塔(Grottafumata)電站，應(yīng)用OASI將PV在這兩座電站中進(jìn)行了分配。

圖1　錫梅托河上的特洛伊那電站和古洛塔弗瑪塔電站

3　OPG

開發(fā)OPG工具的目的是為了將水的用量和失衡降到最小。OPG運(yùn)用能效曲線等詳細(xì)地對(duì)電站進(jìn)行表征，以確定單個(gè)機(jī)組如何運(yùn)行才能在耗水量較小且沒有失衡的情況下完成PV。

該工具可用于所有電站，但截至目前，OPG的主要應(yīng)用是針對(duì)長(zhǎng)距離引水電站，使其用水不平衡降至最小。圖2顯示了這樣一座電站的典型配置:一條長(zhǎng)距離輸水(通常為一小時(shí)或更長(zhǎng))的渠道，位于主水庫和與壓力水管直接相連的小型流域之間。引水口通常沿渠道沿線布置，直接將水排入流域內(nèi)。這類電站不適用于現(xiàn)行的市場(chǎng)規(guī)則，因?yàn)榱饔蛩魉鶐?dòng)的機(jī)組發(fā)電量有限，電站的發(fā)電量只能通過控制渠道始端的流量來調(diào)節(jié)。這種電站通常會(huì)造成用水量巨大的不平衡。

圖2　長(zhǎng)距離引水電站的典型配置

OPG計(jì)算了渠道始端水流和電站每一機(jī)組出力的兩種最佳情況。OPG還會(huì)周期性地檢查流域內(nèi)水位的演變以重新估算上述兩種情況。之所以這樣做主要是為了將發(fā)電機(jī)組故障和渠道引水口水流的不可預(yù)見性變化考慮在內(nèi)。在電場(chǎng)中安裝了兩臺(tái)調(diào)節(jié)器，見圖3。

圖3　水流時(shí)間較長(zhǎng)的電站上OPG的應(yīng)用

第1臺(tái)調(diào)節(jié)器安置在渠道始端，用于控制主水庫分流閘門的過流。另一調(diào)節(jié)器安置在廠房?jī)?nèi)，根據(jù)出力情況調(diào)節(jié)PV，或當(dāng)流域內(nèi)水位達(dá)到上限或下限時(shí)，在保證流域水位不變的情況下將用水量不平衡降至最低。這一做法使得電站的失衡顯著降低。

(孟圓編譯)

國(guó)外水電縱覽

收稿日期:2015-05-27

文章編號(hào):1006-0081(2015) 10-0025-02

中圖法分類號(hào):TV737

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A