作者：水利學(xué)院水電與水信息研究所
近日，我校水電與水信息研究所程春田教授團(tuán)隊(duì)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域頂級期刊《IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS》上發(fā)表重要工作：“A MILP based Framework for the Hydro Unit Commitment Considering Irregular Forbidden Zone Related Constraints”（DOI: 10.1109/TPWRS.2020.3028480）。該項(xiàng)工作針對溪絡(luò)渡、龍灘、小灣等西南巨型水電站普遍存在的機(jī)組復(fù)雜振動區(qū)問題可能誘發(fā)的發(fā)電安全事故，借鑒無人機(jī)、機(jī)器人躲避障礙物原理，基于計(jì)算幾何最優(yōu)凸剖分理論和圖論理論，提出了精準(zhǔn)描述機(jī)組復(fù)雜振動區(qū)的一般范式，給出了落入、穿越、安全避開機(jī)組振動區(qū)的數(shù)學(xué)化表達(dá)方法，構(gòu)建了振動區(qū)自動剖分和自動建模體系框架。上述成果通過實(shí)際模擬仿真，能夠快速響應(yīng)負(fù)荷需求，且能有效避開機(jī)組復(fù)雜振動區(qū)，為西南巨型水電站有效避開機(jī)組振動區(qū)構(gòu)建了嚴(yán)密的理論基礎(chǔ)體系，可望徹底解決業(yè)界長期困擾的理論和技術(shù)難題，同時也將為我國正在大力推進(jìn)的西南高比例水電電力市場現(xiàn)貨出清理論奠定前期理論工作基礎(chǔ)。
機(jī)組復(fù)雜振動區(qū)在我國西南巨型水電站普遍存在，容易誘發(fā)類似俄羅斯最大水電站薩揚(yáng)爆炸重大安全事故，電網(wǎng)和發(fā)電企業(yè)不得不采用保守控制策略安排發(fā)電，既減少了水電站的發(fā)電量，也不能充分發(fā)揮其靈活性對電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰、調(diào)頻響應(yīng)，長期困擾西南巨型水電站生產(chǎn)運(yùn)行，是西南水電調(diào)度運(yùn)行的卡脖子問題。該問題難點(diǎn)在于，西南機(jī)組振動區(qū)是出力、發(fā)電水頭和發(fā)電流量三維不規(guī)則、不連續(xù)曲面，水電站在響應(yīng)多個差異極大的電網(wǎng)負(fù)荷需求過程中，水頭、出力波動較大，容易頻繁穿越、落入機(jī)組振動區(qū)；另一方面，梯級水電上下游水電站大都同時存在機(jī)組復(fù)雜振動區(qū)，由于水電站、機(jī)組時段間，以及梯級上下游間水力、電力高度耦合，進(jìn)一步加劇了避開機(jī)組振動區(qū)的困難。如何建模和破解機(jī)組復(fù)雜振動區(qū)問題，是國內(nèi)外一直沒有攻克的世界性難題。
本項(xiàng)目研究成果最早源自2008年項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在南方電網(wǎng)水調(diào)度高級應(yīng)用軟件開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)的天生橋一級、二級實(shí)際問題需求，爾后在云南、貴州、廣西等電網(wǎng)生產(chǎn)項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)溪絡(luò)渡、小灣、龍灘、糯扎渡等水電站也存在同樣問題，十多年來以來，團(tuán)隊(duì)一直致力于從基礎(chǔ)理論和工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)兩方面解決此問題。本成果是融合了無人機(jī)、機(jī)器人規(guī)避障礙物的交叉研究結(jié)果，同時也得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金支持。
