市场环境下意大利水电站运营的优化工具

［意大利］A.波吉

市场环境下意大利水电站运营的优化工具

［意大利］A.波吉

摘要:为了使在市场环境下水电站的运营收益最大化，必须有正确的运营约束，管理实时运行中的意外事件。阐述了针对3个重要任务的专门优化工具的主要特征，同时帮助使用者以最经济的方式应对故障、不可预测的流量和平衡电力电量等计划外的事件。

关键词:水电站;水电站管理;意大利

意大利水电站收益的优化通过围绕三大重要任务使用专门工具来实现。这三大任务是:约束的定义(明确能使水电站的灵活性最大化的可行性) ;实时操作;实时调整(使水量不平衡最小化)。每一个任务都具备如下特点:优化过程(目标函数的描述各不相同)、各项约束，以及投资期不同阶段侧重点各不相同。

在意大利以及许多其他国家，竞争性电力市场的引入彻底改变了水电站的运营局面。市场自由化之前，水电运营方的主要目标是尽可能地多发电，防止弃水，以及满足所有与运营和特许经营有关的约束。而在市场背景下，重心则转移到在兼顾上述各项约束的条件下，如何获得最大的经济效益，同时为了抓住市场机遇，使水电站运营的灵活性最大化。

在实时运营中，以最经济的方式管理计划外事件，比如故障、不可预测的流量和平衡电力电量也相当重要。

为了应对新的市场条件，以实现水电管理目标，意大利国家电力公司(Enel)携手意大利电气试验中心(CESI)共同开发了3组不同的工具:

(1) OMA(开放市场下水电系统的优化)定义了在满足各约束条件下能使水电站运营的灵活性最大化的可行性;

(2) OASI(水电系统实时优化)用于水库群电站系统的实时运营;

(3) OPG(针对每一台发电机组带有详细调度安排的水电系统的优化)旨在将用水量及其不平衡最小化。

1　OMA

开发OMA工具的目的是为了定义在满足各运营约束的条件下，能使水电站运营的灵活性最大化的可行性。根据可获得的最新信息，执行该任务的时间最早可在交付日(D)之前14 d或交付日当天。在第1种情况下，OMA的输出用于日前市场的竞标过程;在第2种情况下，则用于日间市场的竞标过程。各约束由区域中心定义。每一项约束均负责管理若干个独立的水库群系统，水热电的优化配置由国家中心在竞标过程中完成。

OMA的主要输入要素包括在给定时间步长的末尾(如，一周的末尾)每座水库期望水位的季节性定义、电厂计划内的修整、环境和运营约束(每日和/或小时)、蓄水水位、当天市场调度的发电量(PV)，以及历史的与目前的天然流量。预测的天然流量可由运营方综合天气预报等其他可获得信息后进行人工定义，或者由OMA凭借过去几天的历史水流对未来进行预估。

考虑到上述约束，可以为调度求得无限数量的非最佳物理解。OMA的目的在于找到所有可能的物理解的上边界和下边界。随后可用在竞标环节，在此环节评估水电系统需要用到的物理细节较少。由于一些水电系统高度复杂，需要考虑所有的约束和水力平衡，所进行的计算工作量很大，所以在对竞标过程进行优化时预测可行性极限非常重要。皮亚韦(Piave)河上的水电系统包括37座水电站和43个水力节点，是OMA下运行的最复杂的系统。

在OMA中，水电系统由水电站、水力节点(包括水库、流域，以及无体积的水力节点)和相互间的关联(包括水渠、压力水管和天然河流)的集合表示。每一个元素都由合适的参数表征。

在围绕调度寻找一切可能的物理解的极限之前，OMA运用所有可获得的现场的信息来详解所有水力节点初始条件的最佳预测。分析期的每一天，OMA的主要输出包括:

(1)每座电站每小时最小和最大的出力; (2)每个节点每小时最小和最大的水位; (3)每座电站每天最小和最大的发电量。这几点同样也作为竞标过程的输入数据。

2　OASI

开发OASI工具的目的是为了水库群水电系统的实时运营。特别是旨在预测午夜前或者下一个市场时段之前实现PV，并周期性检查水库和流域中的水位、天然水流、平衡电力电量和运营约束的实时演变。若一座电站无法实现其PV，OASI就会计算该系统中每一座电站新的调度发电水平(不同于PV)，将不平衡和/或其他偏差(例如，弃水、泄水以及调度水位)的常规总成本降至最低。考虑到辅助性服务市场上的水库型电站、流域电站和径流式电站的市场不同，每一座电站和每一种偏差的常规单位成本也可能各不相同。

水电系统在OASI中的表现形式与它在OMA中相同。这一点对于避免调度阶段和实时运营阶段的误匹配非常重要。

OASI一个很重要的应用与电站分组有关。意大利的电力并网导则允许发电商在一定条件下将位于同一条河流上的电站归为一组，统一将它作为市场上的一个发电单位。在此情况下，市场的产出对归为一组的所有电站都是一个PV，据此发电商可以将发电任务合理分配到各座电站。OASI是自动化执行此任务的有效工具，优化PV分配方法，并以最低的常规成本满足各项约束。

图1显示了位于西西里岛锡梅托河(Simeto)上的特洛伊那(Troina)电站和古洛塔弗玛塔(Grottafumata)电站，应用OASI将PV在这两座电站中进行了分配。

图1　锡梅托河上的特洛伊那电站和古洛塔弗玛塔电站

3　OPG

开发OPG工具的目的是为了将水的用量和失衡降到最小。OPG运用能效曲线等详细地对电站进行表征，以确定单个机组如何运行才能在耗水量较小且没有失衡的情况下完成PV。

该工具可用于所有电站，但截至目前，OPG的主要应用是针对长距离引水电站，使其用水不平衡降至最小。图2显示了这样一座电站的典型配置:一条长距离输水(通常为一小时或更长)的渠道，位于主水库和与压力水管直接相连的小型流域之间。引水口通常沿渠道沿线布置，直接将水排入流域内。这类电站不适用于现行的市场规则，因为流域水流所带动的机组发电量有限，电站的发电量只能通过控制渠道始端的流量来调节。这种电站通常会造成用水量巨大的不平衡。

图2　长距离引水电站的典型配置

OPG计算了渠道始端水流和电站每一机组出力的两种最佳情况。OPG还会周期性地检查流域内水位的演变以重新估算上述两种情况。之所以这样做主要是为了将发电机组故障和渠道引水口水流的不可预见性变化考虑在内。在电场中安装了两台调节器，见图3。

图3　水流时间较长的电站上OPG的应用

第1台调节器安置在渠道始端，用于控制主水库分流闸门的过流。另一调节器安置在厂房内，根据出力情况调节PV，或当流域内水位达到上限或下限时，在保证流域水位不变的情况下将用水量不平衡降至最低。这一做法使得电站的失衡显著降低。

(孟圆编译)

国外水电纵览

收稿日期:2015-05-27

文章编号:1006-0081(2015) 10-0025-02

中图法分类号:TV737

文献标志码:A