Short-term Optimal Dispatch Model for Maximizing Expectation of Accommodation Power of Cascade Hydro-Photovoltaic Complementary System

LUO Bin; CHEN Yongcan; LIU Zhaowei; MIAO Shumin; WANG Haoran; ZHANG Hong

doi:10.7500/AEPS20220719003

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Short-term Optimal Dispatch Model for Maximizing Expectation of Accommodation Power of Cascade Hydro-Photovoltaic Complementary System

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Short-term Optimal Dispatch Model for Maximizing Expectation of Accommodation Power of Cascade Hydro-Photovoltaic Complementary System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 10, Pages: 66-75(2023)
- 作者机构：
  
  1.水沙科学与水利水电工程国家重点实验室（清华大学），北京市 100084
  2.清华四川能源互联网研究院，四川省成都市 610042
  3.西南石油大学，四川省成都市 610500
  4.国网四川省电力公司，四川省成都市 610041
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51909133);National Key R&D Program of China(2018YFB0905200)
- DOI：10.7500/AEPS20220719003
  CLC：
- Received：19 July 2022，
  
  Revised：2022-11-30，
  
  Published Online：24 March 2023，
  
  Published：25 May 2023
- 稿件说明：
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罗彬,陈永灿,刘昭伟等.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[J].电力系统自动化,2023,47(10):66-75.

LUO Bin,CHEN Yongcan,LIU Zhaowei,et al.Short-term Optimal Dispatch Model for Maximizing Expectation of Accommodation Power of Cascade Hydro-Photovoltaic Complementary System[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(10):66-75.
罗彬,陈永灿,刘昭伟等.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[J].电力系统自动化,2023,47(10):66-75. DOI： 10.7500/AEPS20220719003.

LUO Bin,CHEN Yongcan,LIU Zhaowei,et al.Short-term Optimal Dispatch Model for Maximizing Expectation of Accommodation Power of Cascade Hydro-Photovoltaic Complementary System[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(10):66-75. DOI： 10.7500/AEPS20220719003.

摘要

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。

Abstract

By making full use of regulation ability of the cascade hydropower

the complementary generation of cascade hydro-photovoltaic (PV) systems is an important way to promote clean energy accommodation. In this paper

considering the uncertainty of PV output

a short-term optimal dispatch model of the cascade hydro-photovoltaic complementary system is introduced with the aim of maximizing expectation of the total accommodation power. This model takes the unit as the minimum dispatch unit

and the constraints for the power plant

the unit and the power grid are carefully modelled. Through the rational distribution of cascade load in power plants and time periods

the dual role of cascade hydropower in power support and PV coordination is explored

thus the overall power consumption level is improved. In terms of model solving

linearization methods and modeling techniques such as piecewise linear approximation

introduction of 0-1 integer variables

and generation head discretization are used to deal with nonlinear constraints. The original model is transformed into a mixed-integer linear programming (MILP) problem which can be solved by CPLEX tool in Java programming environment. Finally

the proposed model is applied to a hydro-photovoltaic complementary system consists of 4 hydropower plants

15 units and 2 photovoltaic clusters in southwest China

the effectiveness of the proposed model and solution method is verified.

关键词

Keywords

references

习近平主持召开中央财经委员会第九次会议［EB/OL］.［ 2021-03-15 ］. http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/15/content_5593 154.htm http://www.gov.cn/xinwen/2021-03/15/content_5593154.htm .

XI Jinping presided over the ninth meeting of the financial and economic commission of the CPC central committee ［EB/OL］. ［ 2021-03-15 ］. http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/15/conten t_5593154.htm http://www.gov.cn/xinwen/2021-03/15/content_5593154.htm .

国家发展和改革委员会、能源局 . 关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见（发改能源规〔2021〕280号）［EB/OL］. ［ 2021-02-25 ］. https：//zfxxgk.ndrc.gov.cn/web/iteminfo.jsp？id=17970 https://zfxxgk.ndrc.gov.cn/web/iteminfo.jsp?id=17970 .

National Development and Reform Commission ， Energy Administration . Guiding opinions on promoting the integration of source network load storage and multi-energy complementary development （Regulation on Energy Development and Reform 〔2021〕No. 280）［EB/OL］. ［ 2021-02-25 ］. https：//zfxxgk.ndrc.gov.cn/web/iteminfo.jsp？id=17970 https://zfxxgk.ndrc.gov.cn/web/iteminfo.jsp?id=17970 .

新华社 . 中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要［EB/OL］.［ 2022-03-13 ］. http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm http://www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm .

Xinhua News Agency . Outline of the “14th Five-Year Plan”for national economic and social development of the People’s Republic of China and the vision for 2035 ［EB/OL］. ［ 2022-03-13 ］. http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm http://www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm .

中华人民共和国水利部，中华人民共和国国家统计局 . 第一次全国水利普查公报［J］. 中国水利， 2013 （ 7 ）： 1 - 3 .

Ministry of Water Resources of the People’s Republic of China ， National Bureau of Statistics . Bulletin of the first national water conservancy survey ［J］. China Water Resources ， 2013 （ 7 ）： 1 - 3 .

YANG Z K ， LIU P ， CHENG L ， et al . Sizing utility-scale photovoltaic power generation for integration into a hydropower plant considering the effects of climate change： a case study in the Longyangxia of China ［J］. Energy ， 2021 ， 236 ： 121519 .

ZHANG Y S ， MA C ， LIAN J J ， et al . Optimal photovoltaic capacity of large-scale hydro-photovoltaic complementary systems considering electricity delivery demand and reservoir characteristics ［J］. Energy Conversion and Management ， 2019 ， 195 ： 597 - 608 .

申建建，王月，程春田，等 . 水风光多能互补发电调度问题研究现状及展望［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 11 ）： 3871 - 3885 .

SHEN Jianjian ， WANG Yue ， CHENG Chuntian ， et al . Research status and prospect of generation scheduling for hydropower-wind-solar energy complementary system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 11 ）： 3871 - 3885 .

刘树桦，王建学，李清涛，等 . 多能互补复合电站的优化配置及其在系统电源规划中的应用［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 8 ）： 3006 - 3015 .

LIU Shuhua ， WANG Jianxue ， LI Qingtao ， et al . Optimal configuration of multi-energy complementary composite power plant and its application in generation expansion planning ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 3006 - 3015 .

宋柯 . 基于场景特征聚类的水光互补系统优化调度［J］. 水电能源科学， 2021 ， 39 （ 6 ）： 202 - 205 .

SONG Ke . Optimal scheduling of hydro-photovoltaic complementary generation system based on scene feature clustering ［J］. Water Resources and Power ， 2021 ， 39 （ 6 ）： 202 - 205 .

罗彬，苗树敏，邱一苇，等 . 梯级水光互补联合发电系统运行安全分析方法及应用［J］. 四川电力技术， 2021 ， 44 （ 3 ）： 1 - 6 .

LUO Bin ， MIAO Shumin ， QIU Yiwei ， et al . Operation safety analysis method for cascaded hydro-photovoltaic complementary generation system and its application ［J］. Sichuan Electric Power Technology ， 2021 ， 44 （ 3 ）： 1 - 6 .

明波，李研，刘攀，等 . 嵌套短期弃电风险的水光互补中长期优化调度研究［J］. 水利学报， 2021 ， 52 （ 6 ）： 712 - 722 .

MING Bo ， LI Yan ， LIU Pan ， et al . Long-term optimal operation of hydro-solar hybrid energy systems nested with short-term energy curtailment risk ［J］. Journal of Hydraulic Engineering ， 2021 ， 52 （ 6 ）： 712 - 722 .

贾一飞，林梦然，董增川 . 龙羊峡水电站水光互补优化调度研究［J］. 水电能源科学， 2020 ， 38 （ 10 ）： 207 - 210 .

JIA Yifei ， LIN Mengran ， DONG Zengchuan . Research on optimal operation of hydro photovoltaic complementarity in longyangxia hydropower station ［J］. Water Resources and Power ， 2020 ， 38 （ 10 ）： 207 - 210 .

MING B ， LIU P ， GUO S L ， et al . Hydropower reservoir reoperation to adapt to large-scale photovoltaic power generation ［J］. Energy ， 2019 ， 179 ： 268 - 279 .

朱燕梅，陈仕军，马光文，等 . 计及发电量和出力波动的水光互补短期调度［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 13 ）： 2769 - 2779 .

ZHU Yanmei ， CHEN Shijun ， MA Guangwen ， et al . Short-term complementary operation of hydro-photovoltaic integrated system considering power generation and output fluctuation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 13 ）： 2769 - 2779 .

王亮，陈刚，苗树敏，等 . 梯级水光联合发电系统短期优化调度模型［J］. 水力发电， 2020 ， 46 （ 3 ）： 94 - 98 .

WANG Liang ， CHEN Gang ， MIAO Shumin ， et al . A short-term optimal scheduling model of cascaded hydro-photovoltaic hybrid power generation system ［J］. Water Power ， 2020 ， 46 （ 3 ）： 94 - 98 .

申建建，程春田，曹瑞，等 . 大规模水电消纳和调峰调度关键问题及研究进展［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 11 ）： 174 - 183 .

SHEN Jianjian ， CHENG Chuntian ， CAO Rui ， et al . Key issues and development in large-scale hydropower absorption and peak regulation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 11 ）： 174 - 183 .

苗树敏，罗彬，刘本希，等 . 考虑经济性与可靠性的大小水电短期协调消纳模型［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 8 ）： 101 - 109 .

MIAO Shumin ， LUO Bin ， LIU Benxi ， et al . Short-term coordination model for large and small hydropower consumption considering economy and reliability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 101 - 109 .

徐帆，李利利，陈之栩，等 . 平抑机组出力波动的发电计划模型及其应用［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 5 ）： 45 - 50 .

XU Fan ， LI Lili ， CHEN Zhixu ， et al . Generation scheduling model and application with fluctuation reduction of unit output ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 5 ）： 45 - 50 .

宋厚彬，王荣鑫，安爱民，等 . 负荷波动对灯泡贯流式水轮发电机转矩及损耗的影响［J］. 水电能源科学， 2020 ， 38 （ 8 ）： 142 - 144 .

SONG Houbin ， WANG Rongxin ， AN Aimin ， et al . Influence of load fluctuation on torque and loss of bulb tubular turbine generator ［J］. Water Resources and Power ， 2020 ， 38 （ 8 ）： 142 - 144 .

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 .

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 .

CHENG C T ， WANG J Y ， WU X Y . Hydro unit commitment with a head-sensitive reservoir and multiple vibration zones using MILP ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 6 ）： 4842 - 4852 .

YUAN W L ， WANG X Q ， SU C G ， et al . Stochastic optimization model for the short-term joint operation of photovoltaic power and hydropower plants based on chance-constrained programming ［J］. Energy ， 2021 ， 222 ： 119996 .

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 .

SHEN J J ， CHENG C T ， CHENG X ， et al . Coordinated operations of large-scale UHVDC hydropower and conventional hydro energies about regional power grid ［J］. Energy ， 2016 ， 95 ： 433 - 446 .

SU C G ， CHENG C T ， WANG P L ， et al . Optimization model for long-distance integrated transmission of wind farms and pumped-storage hydropower plants ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 242 ： 285 - 293 .

程春田，武新宇，申建建，等 . 大规模水电站群短期优化调度方法Ⅰ：总体概述［J］. 水利学报， 2011 ， 42 （ 9 ）： 1017 - 1024 .

CHENG Chuntian ， WU Xinyu ， SHEN Jianjian ， et al . Short-term optimal operation methods of large-scale hydropower plantsⅠ： general overview ［J］. Journal of Hydraulic Engineering ， 2011 ， 42 （ 9 ）： 1017 - 1024 .

王嘉阳，申建建，程春田，等 . 基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2684 - 2691 .

WANG Jiayang ， SHEN Jianjian ， CHENG Chuntian ， et al . A load shedding method for thermal power plants with peak regulation based on load reconstruction strategy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2684 - 2691 .

罗彬 . 水电富集电网清洁能源一体化建模及运行方式交互研究［D］. 大连：大连理工大学， 2017 .

LUO Bin . The integrated modeling for clean energy and operation mode interaction in hydropower-rich power grid ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2017 .

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