Multi-objective Mixed-integer Linear Programming Model for Short-term Coordination of Power Plants and Power Grid in Cascaded Hydropower Station Under Complex Constraints

Zheng ZHANG; Xinyu WU; Chuntian CHENG; Kui HUANG; Xiaobing CHEN; Jianfeng WU

doi:10.7500/AEPS20200925016

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Multi-objective Mixed-integer Linear Programming Model for Short-term Coordination of Power Plants and Power Grid in Cascaded Hydropower Station Under Complex Constraints

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Multi-objective Mixed-integer Linear Programming Model for Short-term Coordination of Power Plants and Power Grid in Cascaded Hydropower Station Under Complex Constraints
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 21, Pages: 197-205(2021)
- 作者机构：
  
  1.大连理工大学水电与水信息研究所，辽宁省大连市 116024
  2.广西电网电力调度控制中心，广西壮族自治区南宁市 530023
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(91647113)
- DOI：10.7500/AEPS20200925016
  CLC：
- Received：25 September 2020，
  
  Revised：2021-05-24，
  
  Published Online：11 August 2021，
  
  Published：10 November 2021
- 稿件说明：
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张政,武新宇,程春田等.复杂约束下梯级水电站短期厂网协调多目标MILP模型[J].电力系统自动化,2021,45(21):197-205.

ZHANG Zheng,WU Xinyu,CHENG Chuntian,et al.Multi-objective Mixed-integer Linear Programming Model for Short-term Coordination of Power Plants and Power Grid in Cascaded Hydropower Station Under Complex Constraints[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(21):197-205.
张政,武新宇,程春田等.复杂约束下梯级水电站短期厂网协调多目标MILP模型[J].电力系统自动化,2021,45(21):197-205. DOI： 10.7500/AEPS20200925016.

ZHANG Zheng,WU Xinyu,CHENG Chuntian,et al.Multi-objective Mixed-integer Linear Programming Model for Short-term Coordination of Power Plants and Power Grid in Cascaded Hydropower Station Under Complex Constraints[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(21):197-205. DOI： 10.7500/AEPS20200925016.

摘要

随着电力系统负荷的增长及峰谷差的加大，电力消费结构不断优化。电网侧期望水电利用灵活启停特性充分参与电网调峰，以减小系统的峰谷差。电厂侧则在调度过程中追求梯级电量最大，以实现效益最大化。为协调厂网两侧对梯级出力过程的矛盾需求，同时满足厂网两侧复杂的约束条件，以梯级水电站的机组为调度单元，选取梯级发电量最大和电网剩余负荷峰谷差最小为目标函数。充分考虑电网侧联络线约束及电站侧尾水顶托、限制出力曲线、不规则振动区等与水头相关的复杂约束并线性化处理，构建了复杂约束条件下厂网协调多目标短期混合整数线性规划模型，对多目标函数进行归一化处理并采用权重法转化为单目标函数，利用Gurobi商业求解器进行模型求解。中国红水河梯级水电站的实际应用表明所提模型可获得兼顾厂网两侧目标期望的梯级发电计划。

Abstract

With the increase of load and peak-valley difference in power systems

the electric consumption structure is continuously optimized. It is expected that hydropower can use its flexible start-stop feature on the power grid side to fully participate in the peak-shaving of power grid for reducing the peak-valley difference of the system. The power plant side pursues the maximum cascaded electric quantity in the dispatching process to realize the maximum benefit. For the purpose of coordinating the contradictory demands on the cascaded power output process and simultaneously satisfying the complex constraints between the power plant and the power grid

the units of the cascaded hydropower station are taken as the dispatching unit

and the maximum cascaded power generation and the minimum peak-valley difference of the residual load in the power grid are selected as the objective function. The tie-line constraints on the power grid side and the constraints on the power plant side that are related to the water head such as tailwater jacking

output curve limit and irregular vibration areas

are fully considered and linearized. A multi-objective short-term mixed-integer linear programming (MILP) model is constructed under complex constraints to normalize the multi-objective function and transform it into a single objective function by weight method. The model is solved by Gurobi commercial solver.The practical application of the cascaded hydropower plants of Hongshui River in China

shows that the proposed model can get a cascaded generation plan which takes into account the goals and expectations on both sides of the power plant and the power grid.

关键词

Keywords

references

王淑云，娄素华，吴耀武，等 . 计及火电机组深度调峰成本的大规模风电并网鲁棒优化调度［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 118 - 125 .

WANG Shuyun ， LOU Suhua ， WU Yaowu ， et al . Robust optimal dispatch of large-scale wind power integration considering deep peak regulation cost of thermal power units ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 118 - 125 .

温世杨，余娟，代伟，等 . 考虑水电库容弹性的电力系统经济调度［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 19 ）： 73 - 82 .

WEN Shiyang ， YU Juan ， DAI Wei ， et al . Economic dispatch of power system considering capacity flexibility of hydropower reservoir ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 19 ）： 73 - 82 ．

赵志鹏，刘杰，程春田，等 . 考虑回水顶托影响的梯级库群日前调峰MILP模型［J］. 水利学报， 2019 ， 50 （ 8 ）： 925 - 935 .

ZHAO Zhipeng ， LIU Jie ， CHENG Chuntian ， et al . A MILP model for day-ahead peak operation of cascade hydropower stations considering backwater ［J］. Journal of Hydraulic Engineering ， 2019 ， 50 （ 8 ）： 925 - 935 .

吴杰康，祝宇楠，韦善革 . 采用改进隶属度函数的梯级水电站多目标优化调度模型［J］. 电网技术， 2011 ， 35 （ 3 ）： 48 - 52 .

WU Jiekang ， ZHU Yunan ， WEI Shange . Multi-objective optimal scheduling for cascaded hydroelectric power plant based on improved membership functions ［J］. Power System Technology ， 2011 ， 35 （ 3 ）： 48 - 52 ．

王学斌，畅建霞，孟雪姣，等 . 基于改进NSGA-Ⅱ的黄河下游水库多目标调度研究［J］. 水利学报， 2017 ， 48 （ 2 ）： 135 - 145 .

WANG Xuebin ， CHANG Jianxia ， MENG Xuejiao ， et al . Research on multi-objective operation based on improved NSGA-Ⅱ for the lower Yellow River ［J］. Journal of Hydraulic Engineering ， 2017 ， 48 （ 2 ）： 135 - 145 .

周建中，李英海，肖舸，等 . 基于混合粒子群算法的梯级水电站多目标优化调度［J］. 水利学报， 2010 ， 41 （ 10 ）： 1212 - 1219 .

ZHOU Jianzhong ， LI Yinghai ， XIAO Ge ， et al . Multi-objective optimal dispatch of cascade hydropower stations based on shuffled particle swarm operation algorithm ［J］. Journal of Hydraulic Engineering ， 2010 ， 41 （ 10 ）： 1212 - 1219 .

牛文静，冯仲恺，程春田，等 . 梯级水电站群并行多目标优化调度方法［J］. 水利学报， 2017 ， 48 （ 1 ）： 104 - 112 .

NIU Wenjing ， FENG Zhongkai ， CHENG Chuntian ， et al . Parallel multi-objective optimal operation of cascaded hydropower system ［J］. Journal of Hydraulic Engineering ， 2017 ， 48 （ 1 ）： 104 - 112 .

申建建，张秀飞，王健，等 . 求解水电站日负荷优化分配的混合整数非线性规划模型［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 19 ）： 34 - 40 .

SHEN Jianjian ， ZHANG Xiufei ， WANG Jian ， et al . Mixed-integer nonlinear programming model for daily load optimization of hydropower plant ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 19 ）： 34 - 40 ．

钟儒鸿，程春田，廖胜利，等 . 兼顾多电网调峰与水电消纳的跨流域梯级水电站调度方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 14 ）： 114 - 122 .

ZHONG Ruhong ， CHENG Chuntian ， LIAO Shengli ， et al . Inter-basin scheduling method of cascaded hydropower plants considering multi-grid peak shaving and hydropower accommodation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 14 ）： 114 - 122 .

程春田 . 碳中和下的水电角色重塑及其关键问题［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 16 ）： 29 - 36 .

CHENG Chuntian . Function remolding of hydropower systems for carbon neutral and its key problems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 16 ）： 29 - 36 .

贾江涛，管晓宏，翟桥柱 . 考虑水头影响的梯级水电站群短期优化调度［J］. 电力系统自动化， 2009 ， 33 （ 13 ）： 13 - 16 .

JIA Jiangtao ， GUAN Xiaohong ， ZHAI Qiaozhu . Short-term optimal scheduling of head-dependent cascaded hydropower stations ［J］ Automation of Electric Power Systems ， 2009 ， 33 （ 13 ）： 13 - 16 .

CHENG Chuntian ， SU Chengguo ， WANG Peilin ， et al . An MILP-based model for short-term peak shaving operation of pumped-storage hydropower plants serving multiple power grids ［J］. Energy ， 2018 ， 163 ： 722 - 733 ．

苏承国，王沛霖，武新宇，等 . 考虑机组组合的梯级水电站短期调峰MILP模型［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 6 ）： 1883 - 1891 .

SU Chengguo ， WANG Peilin ， WU Xinyu ， et al . A compact MILP model for short-term peak shaving of cascaded hydropower plants considering unit commitment ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 6 ）： 1883 - 1891 .

CATALAO J P S ， MARIANO S J P S ， MENDES V M F ， et al . Scheduling of head-sensitive cascaded hydro systems： a nonlinear approach ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2009 ， 24 （ 1 ）： 337 - 346 .

葛晓琳，张粒子，王春丽，等 . 多目标短期梯级水电优化调度混合整数模型［J］. 电力系统保护与控制， 2013 ， 41 （ 4 ）： 55 - 16 .

GE Xiaolin ， ZHANG Lizi ， WANG Chunli ， et al . Mixed integer model for multi-objective short-term cascaded hydropower optimal scheduling ［J］. Power System Protection and Control ， 2013 ， 41 （ 4 ）： 55 - 16 .

张利升，武新宇，曹瑞，等 . 多受端梯级水电站厂网多目标协调优化调度模型［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 12 ）： 3935 - 3940 .

ZHANG Lisheng ， WU Xinyu ， CAO Rui ， et al . Multi-objective station-grid coordinated operation model for cascade hydropower systems with multiple power receiving regions ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 12 ）： 3935 - 3940 ．

杨可，谈超，王民昆，等 . 高比例水电多直流弱送端电网自动发电控制的优化方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 11 ）： 166 - 173 .

YANG Ke ， TAN Chao ， WANG Minkun ， et al . Optimization method for automatic generation control in multi-DC weak sending power grid with high proportion of hydropower ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 11 ）： 166 - 173 .

刘方，张粒子 . 流域梯级水电优化调度模型与方法研究综述［J］. 华北电力大学学报， 2017 ， 44 （ 5 ）： 81 - 90 .

LIU Fang ， ZHANG Lizi . Review on optimization scheduling model and method of cascaded hydropower stations ［J］. Journal of North China Electric Power University ， 2017 ， 44 （ 5 ）： 81 - 90 ．

TONG B ， ZHAI Q Z ， GUAN X H . An MILP based formulation for short-term hydro generation scheduling with analysis of the linearization effects on solution feasibility ［J］． IEEE Transactions on Power Systems ， 2013 ， 28 （ 4 ）： 3588 - 3599 ．

吴慧军，申建建，程春田，等 . 网省两级调度多电源短期联合调峰方法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 11 ）： 2743 - 2755 .

WU Huijun ， SHEN Jianjian ， CHENG Chuntian ， et al . Coordination method of regional and provincial grids for short-term peak shaving operation among hybrid energy sources ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 11 ）： 2743 - 2755 ．

武新宇，程春田，申建建，等 . 大规模水电站群短期优化调度方法Ⅲ：多电网调峰问题［J］. 水利学报， 2012 ， 43 （ 1 ）： 31 - 42 .

WU Xinyu ， CHENG Chuntian ， SHEN Jianjian ， et al . Short-term optimal operation methods of large-scale hydropower plants Ⅲ： solution method of peak load regulation for multiple power grid ［J］. Journal of Hydraulic Engineering ， 2012 ， 43 （ 1 ）： 31 - 42 ．

LI X ， LI T J ， WEI J H ， et al . Hydro unit commitment via mixed integer linear programming： a case study of the Three Gorges project， China ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2014 ， 29 （ 3 ）： 1232 - 1241 .

王嘉阳 . 西南干流梯级水电站群短期与实时精细化调度研究［D］. 大连：大连理工大学， 2017 .

WANG Jiayang . Study on optimization of Sourthwest China’s cascaded hydropower plants in short-term and real-time scheduling ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2017 ．

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