金沙江下游至三峡-葛洲坝梯级水库群 发电联合调度增益机制分析

金沙江下游溪洛渡、向家坝至三峡、葛洲坝四库梯级为长江流域水能资源调控重点枢纽工程,开展四库发电联合优化调度效益显著。研究建立四库系统独立发电、联合两种模式下优化调度模型,采用长系列径流系列计算发电效益增益,统计增益的时间、年型、空间分布特征。提出基于全微分法的增益占比析因方法辨识发电增益受发电水量、水头影响贡献占比,归纳增益产生机制。结果表明:(1)消落期发电增益集中产生在5月份;向家坝、葛洲坝为主要受益水库。(2)联合增益的产生原因在于联合调度过程中溪洛渡、三峡均化了5月、6月放水过程,降低向家坝、葛洲坝的弃水量,抬升两库水头,增加发电效益。(3)向家坝的补偿增益受发电水量、水头贡献占比相当,葛洲坝的补偿增益主要以发电水头抬升的水头效益为主,溪洛渡、三峡的效益变化主要受联合调度过程中水头变化影响。     

考虑弃水风险的并联水电站蓄放水次序研究

对于有弃水风险且调节能力有限的并联水电站群,面对多流域不同的来水情况和不同发电主体竞争性蓄水的现象,如何利用合理的水库蓄放水次序进行互补协调调度,是提高水电系统综合效益的关键。针对并联水库群提出了一种蓄放水次序生成模型,以弃水电量最小和不蓄能损失最小为目标,以日为尺度,根据各水库时段初水位对水库群蓄放水次序进行实时排序,排序结果用于分配该时段系统负荷以得到水电系统日负荷分配过程,并以重庆市10座并联水电站为实例进行验证。结果表明：该模型能够合理分配系统日负荷,达到水库群有序调度的目的,同时还可以有效降低弃水风险,对解决汛枯交替期水电消纳困难问题具有参考意义。     

基于突变理论和相对风险的水库群联合调度风险补偿

梯级水库群联合调度风险补偿是均衡各水库风险水平、保障效益客观合理分配的重要措施。首先，引入相对风险模型，建立“风险源-风险事件-风险受体-评价终点”概念模型，分析梯级水库群联合调度中各因子的相互作用，进而考虑由水库建设规模和运行方式差异导致的不同风险承担水平差距；其次，借助突变理论多准则评价方法，客观推求概念模型各层的相对风险，量化各水库应承担的风险水平；最后，基于耦合相对风险模型和突变多准则评价的风险补偿模型，对补偿效益分摊方案进行相对风险折减，确定梯级水库群联合调度风险补偿方案。将所提风险补偿方法运用于溪洛渡、向家坝、三峡水库的联合调度，并以补偿效益分摊方案为基准进行对比分析。结果表明：（1）风险补偿方法克服了相对风险模型中系数量化的主观性，有效反映了梯级水库群联合调度效益与风险的互馈与均衡关系；（2）风险补偿方案与水库群实际运行方式相符；（3）风险补偿方法实现了多方合作共赢，有利于提高水库参与联合调度的积极性。通过探讨溪洛渡、向家坝和三峡水库联合调度风险补偿方案，可为梯级水库群联合调度风险分析、效益分配等提供参考。     

复杂水库群共同供水任务分配问题研究

本文以大伙房-观音阁-葠窝水库群为研究实例,首先根据水库群的拓扑结构和共同供水目标的分布情况,分层构建了两个虚拟聚合水库和相应的联合调度图;并根据水库自身属性以及供水任务,在分配共同供水任务时联合使用分水比例法和补偿调节法两种方法;同时设置补给限制线以避免过度补偿。然后以此构建水库群联合调度模型,并采用改进遗传算法对模型进行优化求解,得到相应联合调度规则。最后为了检验该联合调度规则的合理性与有效性,设置不考虑补给限制线分配方案,对两种方案的调度结果进行对比分析,分析结果表明考虑补给限制线的补偿调节法可以更好地分配观音阁-葠窝水库共同供水任务,提升整个库群的供水效益。     

水电站水库防洪优化调度的模型与方法

水库防洪调度是一种确保水库及下游安全的控制运行方法，通过建立水电站水库优化调度模型，利用动态规划方法，可以计算单一水库或者梯级水电站群的最优调度方案，从而确保水库工程安全，有效利用防洪库容拦蓄洪水，削减洪峰，减免洪水灾害，充分发挥水库的综合效益。通过建立水库防洪调度的数学模型，利用动态规划方法对单一水电站水库的防洪调度进行了研究。     

并联供水水库解析调度规则研究I：两阶段模型

水库群联合调度规则种类繁多、关系复杂,相互影响又相互制约,是水库调度研究的难点与焦点问题。本文建立了并联水库系统两阶段联合调度模型,推导并给出了一套新的具有解析表达形式的并联水库系统联合调度规则,它包括确定时段总供水量的供水规则、蓄水量在不同水库间分配的空间分布规则以及供水任务的分配水规则。理论成果分析表明:这套新调度规则在一定程度上克服了现有并联水库调度规则系统性、适用性较差以及表述形式不统一的缺陷,同时明显优于由限制供水规则确定时段总供水量和由参数式规则进行供水任务分配的组合调度规则。     

松江跨流域引水梯级电站群长期优化调度方法

结合松江跨流域引水梯级水电站群,建立了长期优化调度模型及求解方法。该模型首先确定初步的引水流量,然后以典型日负荷曲线为基础构建调峰电价曲线,以调峰效益最大为目标构建梯级水电站群优化调度模型,采用逐步优化算法、逐次逼近算法和状态逐密离散微分动态规划联合对模型进行求解。通过不断调整引水流量,对目标函数进行寻优,确定引水流量及相应的各水库调度方案,以充分发挥跨流域引水水库的调节与补偿能力。成果可直接应用于松江流域。     

水电站群长期典型日调峰电量最大模型研究

针对水电站群长期优化调度与典型日负荷分配的结合问题,建立了典型日调峰电量最大模型,采用逐次切负荷算法进行各长期调度时段典型日负荷分配,并将其嵌入长期优化调度模型。以各时段典型日剩余负荷过程最大值最小化作为优化目标,从而将长期优化调度和典型日负荷分配统一于一个模型中。通过凝聚函数法进行目标函数转换,以逐步优化算法求解。实例研究表明,该模型能够体现水电长期调度的电力电量平衡需求,结果比仅考虑平均负荷的模型更合理,并能够同时得到长期调度计划和典型日负荷分配方案,对电网水火电联合调度背景下的水电站群长期优化调度问题具有实际应用价值。     

含支线调蓄的调水系统水库群联合调度

针对调水工程与其支线调蓄工程所面临的复杂水库群联合调度问题,以陕西省引汉济渭调水工程及其支线调蓄工程焦岩水库、玉带河水库构成的联合调度系统为工程实例,运用拓扑概化方式揭示了各水源之间的水利－水量联系,并由此构建了联合调度模型,采用协同粒子群算法求解了10 a长系列调度,提出了单一水库多目标供水方案,解析了耦合系统补给调水效果。结果表明：支线调蓄工程能够在均衡多目标供水效益的基础上,通过耦合系统有效增加补给调水量,显著改善调水过程。     

长江流域上游控制性水库群联合防洪调度研究

长江流域水系复杂,防洪对象分布范围广,控制性水库的防洪调度目标具有多元化、分布多区域特征,如何科学运用水库防洪库容,有序兼顾各区域防洪是流域控制性水库群联合防洪调度的关键。选取溪洛渡、向家坝与三峡水库组成的水库群为对象,基于大系统分解协调原理,先通过逐次分解各防洪区域对溪洛渡、向家坝两库预留防洪库容的要求,在结合区域间洪水遭遇关联性分析的基础上,提出两库防洪库容在协调川江与长江中下游两区域防洪中的分配方案;同时对三峡水库的防洪调度方式深入优化,提出适当扩大对城陵矶防洪补偿库容分配方案。研究成果表明,联合调度方案可进一步减少长江中下游分洪量,对于提高整个流域防洪减灾水平,完善长江流域库群防洪调度体系具有重要意义。     

Bargaining Model of Synergistic Revenue Allocation for the Joint Operations of a Multi-Stakeholder Cascade Reservoir System

Given the institutional limitations of multi-stakeholders, exploring the synergistic revenue from the joint reservoir operations of a multi-stakeholder multi-reservoir system requires a synergistic revenue allocation mechanism to ensure a beneficial solution for multi stakeholders. This study established a synergistic revenue allocation model using bargaining game theory under the principles of equity, rationality, and efficiency. For the maximization the Nash product of gains in the utility of stakeholders and constraints on the feasibility of allocation plans considering all the possible formations of sub-coalitions, the analytic optimal solution of the bargaining model was derived using the first-order optimality condition. The optimal revenue allocation plan meets the conditions of the equal quasi-marginal utility function among stakeholders. The methodologies were applied to a hypothetical cascade reservoir system operated by multiple stakeholders. Compared with the revenue allocation plans obtained by a proportional rule method and the Shapley value method, the results corroborate that (1) the allocation plan of the bargaining model is jointly determined by the interval of the revenue range of each reservoir and the effectiveness of the sub-coalition constraints, indicating that the allocated synergistic revenue is positively correlated with the singleton contribution and team contribution on the total revenue of the grand coalition; (2) the difference in the plans obtained by the three methods is generally determined by the difference in equity definition; and (3) the synergistic revenue allocation plan obtained from the bargaining model is the highest homogenized among all reservoirs (stakeholders), which demonstrates that the revenue of those dominated stakeholders can be improved compared with other plans. The proposed methodologies provide new insights to guide benefit share decisions in multi-stakeholder reservoirs system.     

Deriving Optimal Operating Rules of a Multi-Reservoir System Considering Incremental Multi-Agent Benefit Allocation

Joint multi-reservoir operation is one of the most efficient measures to meet the demand for increasing economic benefits. Operating rules have been widely used in long-term reservoir operations. However, reservoirs belong to multiple agents in most cases, which imposes difficulties on benefit allocation. This motivated us to derive optimal operating rules for a multi-reservoir system, considering incremental benefit allocation among multiple agents. Fairness of incremental benefits for multiple agents is proposed as one of the objective functions, and then optimal joint operating rules with fairness are derived. The optimal joint operating rules with fairness are compared with conventional, optimal individual, and joint operating rules. The Three Gorges (Three Gorges and Gezhouba) and Qing River (Shuibuya, Geheyan and Gaobazhou) cascade reservoirs are selected for case study. The optimal joint operating rules with fairness not only encourage agents to participate in joint operation, but also increase average annual hydropower generation and the assurance rate of hydropower generation relative to those of the conventional operating rules. Furthermore, the proposed optimal operating rules with fairness are easier to implement in practice than the optimal joint rules. This indicates that the proposed method has potential for improving operating rules of a multi-reservoir system.     

三峡及金沙江下游梯级水库群蓄水期联合调度策略

针对三峡及金沙江下游梯级水库群汛后竞争性蓄水矛盾,以溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝梯级四库系统为研究对象,采用不同来水年型、蓄水时间和起调水位构建蓄水情景集;以蓄水期期望发电量最大为目标,建立蓄水期多目标联合随机优化调度模型,生成各蓄水情景下的最优蓄水方案;基于蓄满率、梯级期望弃水量、梯级平均期望出力对各方案进行评价,推荐丰水年溪洛渡、向家坝9月11日起蓄、三峡9月10日起蓄,平水年溪洛渡、向家坝9月11日起蓄、三峡9月1日起蓄,枯水年溪洛渡、向家坝9月1日起蓄、三峡8月21日起蓄。     

溪洛渡、向家坝水库与三峡水库联合蓄水调度研究

由于溪洛渡、向家坝水库与三峡水库蓄水时间上的同步性,使三峡水库蓄水难度进一步加大,进而影响其综合效益的发挥。为满足下游地区在蓄水期对上游梯级水库下泄流量的新要求,研究金沙江溪洛渡、向家坝水库与三峡水库联合蓄水调度方案,优化梯级水库蓄水过程。在综合分析防洪、泥沙、库区、发电及供水等指标基础上,推荐梯级水库蓄水调度方案。防洪、库区淹没及泥沙淤积的影响分析表明,所提方案可进一步缓解下游地区的供水压力,对金沙江梯级水库联合蓄水调度一定实践指导意义。     

基于库容风险频率曲线的水库群联合防洪调度研究

水库实时防洪调度决策是一类多目标、多阶段、多约束的复杂决策问题,风险分析是实时防洪决策的重要环节和依据,本文提出一种基于防洪库容风险频率曲线的梯级水库群防洪风险共担理论及水库风险-调度-决策理论体系,并结合溪洛渡、向家坝、三峡水库实际情况,运用自主研发的梯级水库群联合防洪调度风险分析模型,分析梯级水库群在汛期不同时段的防洪风险,并将风险率引入实时防洪调度决策,以期为水库群防洪调度提供决策依据,提高联合防洪调度系统综合利用效益。研究表明,实时调度过程中考虑风险率因素能够在保证防洪安全的同时有效提高水库群综合效益,风险-调度-决策理论能够为水库群调度方案优选提供依据。     

雅砻江和金沙江中下游梯级水库联合优化调度建模及应用Ⅰ——联合优化调度潜力分析

梯级水库群优化调度涉及联合建模、高效求解、规则提取、效益评估等多方面内容。以雅砻江和金沙江中下游梯级水库联合优化调度为主要目标,在水库群联合调度建模的基础上,引入大系统分解协调与离散微分动态规划方法进行优化求解,并设计多种方案进行效益分析。研究表明,联合优化调度相较于各水库单独调度发电量均有所增加,发电总量平均增大2.8%,尤其在来水偏丰年份,水库群联合优化对发电量提升效果显著。其中,金沙江下游梯级增发电量平均占总体增发电量的70%以上,在发电总量较低的年份,金沙江下游梯级增发电量基本等于三流域总体增发电量,展现了金沙江下游梯级库容大、水头高、调蓄能力强的巨大优势。同时,金沙江中游和金沙江下游联合优化发电量大于雅砻江和金沙江下游联合优化发电量,若能通过投资并购、调度补偿等多种形式,探索形成金沙江下游梯级与金沙江中游梯级联合优化调度模式具有重要意义。     

基于RVA法的金沙江下游水文情势研究

水库水电站的投运在给人类提供防洪、发电、供水等综合效益的同时,也改变了径流的天然分配过程,改变了河流原有的水文情势规律,对工程下游河流的生态环境造成了一些破坏。选取金沙江流域屏山水文站为研究对象,首先将金沙江流域梯级水库蓄变量还原到屏山水文站,构建屏山水文站天然径流系列,采用RVA法分析现有梯级水库运行对金沙江下游河流水文情势的影响程度,得出屏山站整体水文指标改变度为高度;然后模拟规划大型水库投运情景,预测屏山站水文情势变异情况,得出乌东德、白鹤滩等大型水库修建以后,屏山站汛期来水相比现状将减少20%~40%、枯期来水相比现状将大幅度增加。研究成果可为金沙江上游梯级水库运行方式优化调整提供参考。     

A Multi-Objective Optimization Model for Coordinated Regulation of Flow and Sediment in Cascade Reservoirs

This paper presents a multi-objective optimization model for the coordinated regulation of flow and sediment in cascade reservoirs. The model was developed to address two contradicting issues: sediment trapping and flow regulation. The benefits of flood control, hydropower generation and navigation, and sedimentation in cascade reservoirs were considered as the target functions; then the corresponding submodels for reservoir operation and sediment computation were established. The model was implemented by reducing it to a single objective nonlinear model using the constraint method. Non-inferior solutions were obtained by solving the model with catfish effect particle swarm optimization algorithm. The model was applied to the cascade system of Xiluodu and Xiangjiaba reservoirs in the lower Jinsha River in the flood recession period. Under the safety of flood control and navigation, a non-inferior set for impounding time, power generation, and siltation-loss rate of capacity was obtained and optimal solutions with different weights were derived. The results demonstrate that the model is a useful tool in coordinated operations of cascade reservoirs.     

长江上游控制性水库群联合调度及水资源影响分析

针对长江上游控制性水库群联合调度问题,建立了大规模混联水库群联合优化调度模型,并提出离散微分动态规划(DDDP)和逐步优化算法(POA)相结合的混合方法,实现大规模混联梯级水库群联合优化调度问题的高效求解。在此基础上,结合流域长系列历史径流资料,进行了长江上游控制性梯级水库群调度模拟,分析了联合调度的发电效益;并在此基础上,结合相关研究成果,探究并分析了梯级水库群建成投运后,联合调度对流域水资源的影响。成果表明,梯级水库群的建成及联合调蓄对于长江中下游枯水期的流量补偿效益十分明显,供水、航运以及压咸补淡等综合效益十分显著。     

乌江梯级水库联合优化调度方案研究

为寻求适合乌江梯级水库群最大发电效益的联合调度方式,对常用的梯级水库联合调度方式、模型建立进行了综合分析,提出以梯级蓄能调度图为指导,辅以水库蓄供水控制线为约束的联合调度方式,并给出了绘制梯级蓄能调度图的方法和步骤。实例分析结果表明,该方法不仅能合理控制水库蓄放水次序和蓄放水量,且调度条件简单,运行灵活,可有效增加梯级总发电效益,具有较好的实际应用前景。