湖北汉江梯级水库群联合优化调度研究

湖北汉江流域已形成大规模梯级水库群,为了充分发挥梯级水库群联合补偿调节的优势,实现水电站最优经济运行,本文对湖北汉江流域水电站群运行特性进行分析研究。考虑各电站之间的水力和电力联系,在常规调度图模拟及传统优化调度的基础上,采用基于GAMS平台的非线性规划法以及基于可行空间搜索遗传算法,制定复杂混联水库群的发电优化调度规则。优化效果显著,充分体现水库群优化调度作用,为湖北汉江梯级水电站水库群的实际调度提供最佳的指导和方案。     

以三峡水库为核心的长江干支流控制性水库群综合调度研究

随着三峡工程、溪洛渡水电站的建成,长江上游控制性水库群初步形成,长江上游水库群在流域水资源配置、水资源综合利用方面发挥着越来越重要的作用。以长江上游干支流控制性水库群为研究对象,系统分析了流域防洪、供水、发电、航运、水生态环境保护、"两湖"等方面对水库群调度的需求,建立以三峡水库为核心的长江干支流控制性水库群联合调度体系,提出了充分发挥水库群综合效益的联合调度运行原则、方式和方案,可为流域层面科学统一调度提供技术支撑。     

长江上游梯级水库群多目标联合调度技术研究

长江上游梯级水库是流域治理开发保护的骨干性工程,在保障流域防洪安全、供水安全、生态安全等方面发挥着重要作用.为有效解决长江上游巨型水库群防洪、供水、生态、发电、航运、应急等多目标联合调度关键技术瓶颈,开展了"长江上游梯级水库群多目标联合调度技术"研究攻关.首先重点介绍了长江上游梯级水库群多目标联合调度研究的重点难点问题...     

水库群联合调度全周期-自适应-嵌套式建模方法

随着长江上游控制性水库群陆续建成投产,亟需提升水库群联合调度水平,促进水资源综合效益进一步发挥。针对流域水库群综合调度,研究了调度阶段划分方法,提出不同阶段各目标间的竞争协同关系,结合已有调度规程和成果给出了调度方式的数字化方法,形成了全周期-自适应-嵌套式调度模型搭建新技术。进一步以长江上游30座控制性水库为研究对象,明确了不同调度期的主要目标和运行条件,结合长江流域特征提出了针对性计算条件和防洪、供水、发电、水量利用率等方面的效益增量约束。最后,在长江流域进行了水库群联合调度案例计算分析。结果表明:提出的水库群多目标调度方法可有效发挥水库群综合效益,为流域调度管理提供有力支撑,具有较好的实用价值。     

长江流域控制性水库联合调度管理研究

随着《长江流域综合规划(2012~2030年)》的实施,长江流域控制性水库群逐步形成,目前的水库调度管理模式已暴露出许多问题,不利于水库群综合效益的发挥。从控制性水库群调度管理现状出发,分析了存在的主要问题。阐述了进行长江流域控制性水库群联合调度的必要性,并从法律法规、体制机制、技术研究、监测预报、监督管理5个方面,就如何保障联合调度顺利实施进行了初步对策分析,以充分发挥流域控制性水库群的综合效益。     

三峡及长江上游水库群水资源综合利用调度研究

为了统筹协调长江流域水库群调度运用,科学合理地运用水资源,需要开展三峡及长江上游水库群调度运用研究,实现流域水资源的统一管理和调度。探讨了水库群联合调度的主要研究内容和技术路径,包括防洪调度、水资源联合调度、适应生态环境和维护健康长江调度、联合调度的协调机制等方面。结论表明,在编制的长江上游干支流综合及专业规划基础上,利用各种技术手段,一定能实现梯级水库群综合效益,促进长江流域经济社会可持续协调发展。     

金沙江下游梯级与三峡梯级枢纽联合蓄放水调度研究

针对流域干支流梯级水库群汛末竞争性蓄水这一工程问题,以金沙江四库和三峡梯级枢纽为研究对象,在保证防洪安全的前提下,将流域水库群蓄水原则与K值判别式法相结合,提出一种新的蓄放水策略来判定流域梯级各水库的蓄水时机及次序,通过对典型年不同频率的来水进行调洪演算模拟,得到各水库不同频率的蓄水控制线,进而绘制蓄水调度图;在此基础上,建立基于蓄水调度图的蓄水优化调度模型,并采用仿电磁学全局优化算法对模型进行求解.优化结果表明,在不减少流域梯级水库群汛末蓄水效益的前提下,与流域库群原规划方案相比,运用本文方法制定出的梯级水库群蓄水优化调度方案在不增加流域防洪风险的同时,可提高梯级水库群蓄水期蓄满度,减少弃水量,并增加发电等兴利效益.     

长江上游梯级水库群蓄水方式初步研究

长江上游干支流将建成一大批库容大、调节能力好的梯级水利枢纽，可发挥规模巨大的综合利用效益。为尽可能满足蓄水期间上下游对水资源的不同需求，在各水库规划设计的蓄水调度原则和方式的基础上，从达到水库设计蓄满率和尽可能提高蓄水期间下泄流量，以及统筹调配流域水资源、兼顾上下游的角度综合考虑，对长江上游梯级水库群的蓄水调度方式和调度模型进行了初步研究，提出了长江上游梯级水库群蓄水调度的建议方案。为确定上游梯级骨干水库蓄水调度模式、统筹各水库蓄泄关系，提供了切实的指导意见。     

长江上游水库群多目标优化调度模型及应用研究Ⅱ：水库群调度规则及蓄放次序

水库群联合调度中水库的协同调度规则和蓄放水次序是关键问题。在讨论多目标水库群联合调度的规则制定方法的基础上,依据"长江上游水库群多目标优化调度模型及应用研究(I):模型原理及求解"一文中推荐的多目标协调方案,统计得出长系列调度和多年平均水文条件下的各水库联合调度规则图,并讨论了其适用条件。进一步分析了推荐方案下水库群联合调度的汛前放水和汛末蓄水次序。研究表明,在多年长系列联合优化调度下,长江上游具有调蓄库容和防洪任务的11座多目标混联水库群,其蓄放水次序具有统计规律。出现概率最大的优化放水次序为:三峡—水布垭—锦屏I级—溪洛渡、构皮滩、二滩—紫坪铺、瀑布沟—隔河岩、宝珠寺、向家坝;优化蓄水次序为:锦屏I级—二滩、水布垭—隔河岩—溪洛渡、瀑布沟、紫坪铺、宝珠寺、构皮滩—向家坝—三峡。对于串联梯级水库群,上游水库先放水,下游水库后放水;上游水库先蓄水,下游水库先蓄满。     

梯级水电站集中调度管理模式和发展方向

梯级水库群集中调度、联合管理是梯级水库形成后逐步发展起来的一种管理模式,其管理效益已经初见成效。文章结合乌江流域梯级水库集中调度管理的实践,介绍了梯级水电站联合调度、水火联合调度、跨流域调度已是集中管理发展的趋势。为此,合理配置人力资源,优化梯级流域的集中管理,提高经济效益,已成为集中调度管理的主题。     

水库群系统发电调度的合作博弈研究

水资源的竞争性和非排他性导致水库管理者基于个体利益进行发电调度,使得水库在满足个体利益的同时往往忽略了系统的整体效益。为了在保证个体利益的基础上实现系统总效益的最大化,建立了梯级水库群发电调度合作博弈模型;采用改进后的水循环算法对模型进行分层求解。以金沙江两库与三峡梯级构成的梯级水库群为研究对象,选取典型年进行实例计算。计算结果表明：梯级水库群发电调度的合作博弈模型在获得系统最大效益的同时使得个体利益达到Pareto最优状态,实现水库群总效益和单库个体效益的双赢,既优于联合优化调度模型又优于单库优化调度模型。该合作博弈模型及其新解法可为水库群调度决策分析开创一种新思路。     

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.     

Identifying Explicit Formulation of Operating Rules for Multi-Reservoir Systems Using Genetic Programming

Operating rules have been widely used to handle the inflows uncertainty for reservoir long-term operations. Such rules are often expressed in implicit formulations not easily used by other operators and/or reservoirs directly. This study presented genetic programming (GP) to derive the explicit nonlinear formulation of operating rules for multi-reservoir systems. Steps in the proposed method include: (1) determining the optimal operation trajectory of the multi-reservoir system using the dynamic programming to solve a deterministic long-term operation model, (2) selecting the input variables of operating rules using GP based on the optimal operation trajectory, (3) identifying the formulation of operating rules using GP again to fit the optimal operation trajectory, (4) refining the key parameters of operating rules using the parameterization-simulation-optimization method. The method was applied to multi-reservoir system in China that includes the Three Gorges cascade hydropower reservoirs (Three Gorges and Gezhouba reservoirs) and the Qing River cascade hydropower reservoirs (Shuibuya, Geheyan and Gaobazhou reservoirs). The inflow and storage energy terms were selected as input variables for total output of the aggregated reservoir and for decomposition. It was shown that power energy term could more effectively reflect the operating rules than water quantity for the hydropower systems; the derived operating rules were easier to implement for practical use and more efficient and reliable than the conventional operating rule curves and artificial neural network (ANN) rules, increasing both average annual hydropower generation and generation assurance rate, indicating that the proposed GP formulation had potential for improving the operating rules of multi-reservoir system.     

基于图论的韩江流域水库群生态调度

采用水文学方法计算了韩江流域干支流重要控制断面的生态流量目标;基于图论原理,根据流域内干支流水系特征、重要水利工程和控制断面分布情况构建了韩江流域河网图模型;考虑河段区间来水、河道外取水、引调水等边界条件以及流域水库群水量调蓄作用,开展了河网水量平衡计算,确定了河网节点流量。通过计算水库坝址所在断面的天然生态基流,提出了耦合最小生态下泄流量要求的水库常规调度规则;借鉴大系统聚合-分解思想,提出了韩江流域河网图模型迭代优化求解思路;通过选取不同典型年来水过程,评估了常规调度情况下控制断面生态流量保障程度,并在此基础上进行优化调度,分析流域水库群生态调度保障潜力。结果显示,耦合最小生态下泄流量要求的水库常规调度规则能够让水库在独立运行的情况下,基本保障不同来水条件下的控制断面生态流量需求;韩江流域水库群可通过开展联合优化调度满足控制断面生态流量需求;基于图论方法开展流域水库群生态调度具有可行性和实用性。     

Optimization of Multi-Reservoir Operating Rules for a Water Supply System

To obtain the optimal releases of the multi-reservoir system, two sets of joint operating rules (JOR-I and JOR-II) are presented based on the aggregation-disaggregation approach and multi-reservoir approach respectively. In JOR-I, all reservoirs are aggregated to an equivalent reservoir, the operating rules of which, the release rule of the system is optimized following operating rule curves coupled with hedging rules. Then the system release is disaggregated into each reservoir according to water supply priorities and the dynamic demand partition approach. In JOR-II, a two-stage demand partition approach is applied to allocate the different demand priorities to determine the release from each reservoir. To assess the reliability and effectiveness of the joint operating rules, the proposed rules are applied to a multi-reservoir system in Liaoning province of China. Results demonstrate that JOR-I is suitable for high-dimensional multi-reservoir operation problems with large-scale inflow data, while JOR-II is suitable for low-dimensional multi-reservoir operation problems with small-scale inflow data, and JOR-II performs better than JOR-I but requires more computation time. The research provides guidelines for the management of multi-reservoir system.     

长江上游控制型梯级水库群联合补偿效益分析

介绍了长江上游水电系统的总体特征以及主要控制型梯级水库的拓扑关系,以发电量最大或保证出力最大为目标建立了优化模型,并分别按梯级和库群2个层次构建了4个长序列优化调度方案,最后根据各方案优化结果分析了主要控制型梯级水库的联合补偿规律及补偿效益。分析结果表明:以发电量最大为主要目标时,库群年均发电量可增加11.79%;以保证出力最大为主要目标时,库群总保证出力可提高29.53%;同时,年均发电量增加9.91%,各梯级互补能力突出,联合运行时电力电量补偿效益显著。     

长江上游水库群非线性安全度防洪调度策略

以长江上游水库群(溪洛渡、向家坝、紫坪铺、瀑布沟、亭子口)为研究对象,提出了长江上游水库群联合防洪调度系统非线性安全度策略,构建水库群防洪库容优化分配模型,深入探讨水库群系统非线性安全度策略的防洪效果。结果表明,与线性安全度策略相比,非线性安全度策略在不降低对下游防洪效果的基础上,通过增加使用其他水库的防洪库容,以减小使用溪洛渡水库的防洪库容,使得各水库防洪库容的使用相对均衡,使各水库均衡地分摊防洪区域的防洪风险,充分发挥水库群的防洪效益,保障水库群系统稳定安全运行。     

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。     

基于模拟-优化模式的供水水库群联合调度规则研究

提出了基于模拟-优化模式的混联供水水库群联合优化调度规则求解框架。首先,通过构建虚拟聚合水库,编制联合调度图,以做出水库群对各用水户的供水方案;其次,通过优化成员水库供水任务分配因子,并结合供水水库群常规调度规则,实现共同供水任务在水库间的优化分配。采用改进粒子群算法 （NSPSO） 对观音阁-葠窝-汤河水库群联合供水调度模型决策变量 （联合调度图调度线位置和成员水库供水任务分配因子） 进行多目标优化,分析联合供水调度过程中目标之间的竞争关系,检验联合调度规则的合理性与有效性以及NSPSO算法的优化效率。     

溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库联合蓄水方案与多目标决策研究

为协调好梯级水库联合蓄水调度过程中防洪、发电、蓄水和航运等目标之间的矛盾,实现各水库蓄水时机与蓄水进程的协同优化,以溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库为例,推求了可权衡防洪与兴利之间矛盾的梯级水库联合蓄水方案,主要研究内容主要包括以下3个部分:(1)风险分析,推求了汛末各分期内坝前最高安全水位约束和联合蓄水方案的防洪风险;(2)兴利效益分析,分析了联合蓄水方案的发电和蓄水等兴利效益;(3)多目标决策,评价了联合蓄水方案的防洪风险、发电和蓄水效益,得出了最优非劣质蓄水方案。研究结果表明:溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库的较优联合蓄水方案,分别为9月5日起蓄的同步起蓄方案和9月1日-9月5日-9月10日起蓄的异步起蓄方案,较原设计蓄水方案,年均发电量可分别增加23.76和20.43亿k W·h,增幅分别为3.25%和2.78%;蓄水率可由96.73%分别提高至97.51%和97.57%,两者均可在不降低原防洪标准的前提下,提高梯级水库的综合效益,前者的发电效益较优,而后者的蓄水效益较优。