极端枯水条件下梯级水库蓄水调度策略——以金沙江下游-三峡梯级为例

以发电效益最大为目标，探究适应极端枯水条件的金沙江下游和三峡梯级水库蓄水策略。结合蓄水效益最大规则和三峡供水调度需求，提出了极端枯水条件下梯级水库蓄水调度方式，以蓄水位目标为控制边界拟定不同水量分配原则的蓄水方案，选择典型极端枯水进行模拟调度和效益分析。结果表明：梯级水库蓄满的临界天然来水条件为8月—9月上旬来水不少于97%频率的典型来水（1994年），9月中旬—11月来水不少于90%频率的典型来水（1992年）；极端枯水条件下，梯级水库通过开展联合补水调度，能够满足三峡向下游供水的调度需求；梯级水库无法全部蓄满情况下，优先蓄满金沙江下游梯级水库可使发电效益更大，推荐优先蓄满白鹤滩水库，其次溪洛渡水库。     

梯级水库调度的发电–生态效益均衡分析

梯级水库调度需要同时考虑防洪、发电以及生态等多个目标,对于一些以发电为主要目标的梯级水库,生态流量需求往往是最重要的制约因素。本文以澜沧江中下游三座水库(糯扎渡、景洪和橄榄坝水库)为例,建立了考虑发电目标和生态约束的梯级水库调度模型,定量分析了发电目标和生态流量约束之间的均衡关系。结果表明,在优化调度条件下发电目标和生态流量约束之间存在明确的竞争关系,即发电量增大会导致生态流量相对于自然过程的改变度增加,反之亦然。二者的竞争关系呈现显著的非线性特征,当代表月径流改变度的指标ε在0.3~0.4区间变化时,发电量变化幅度最为剧烈,表明这一区间对于均衡发电目标和生态流量需求具有重要的价值。另外,与自然流量过程相比较,梯级电站调度还会改变高流量脉冲和小洪峰频次,这一现象可以通过增加人造小洪峰调度规则得以改善。     

考虑未来径流变化的丹江口水库多目标调度规则研究

气候变化会引起水文循环和入库径流变化,改变当前水库各调度目标的制约关系,影响水库调度规则。考虑未来径流变化对水库调度的影响,推求相应的水库多目标调度规则对未来水库管理有着重要意义。本文以丹江口水库为例,建立了考虑未来径流变化的多目标优化调度模型。以全球气候模式(GCM)模拟结果作为未来气候变化情景,将降尺度处理后的气象要素输入可变下渗能力(VIC)模型预测丹江口水库未来入库流量序列,采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)算法推求多目标调度函数集,结合设计的水库调度图得出兼顾丹江口水库供水和发电的多目标调度规则。通过对比分析发现,目前的调度规则不能很好地适应未来径流变化,而考虑未来径流变化的多目标优化调度规则能有效协调供水和发电的矛盾。以发电和供水为主两种不同调度规则对各目标的影响存在差异,其中主要考虑供水的调度规则能显著提高(18.7%)水库的供水量。     

基于边际替代率的水库多目标调度方案决策

为得到入库径流不确定条件下的水库多目标优化调度方案,本文以防洪和发电具有结合库容的三峡水库为研究对象,在对入库径流过程预报误差进行量化估计的条件下,以耦合微观经济学中的等产量和等成本线获取最大效益的原理,将边际替代率应用于水库多目标优化调度方案决策,寻求防洪和发电矛盾对立转化的最佳均衡点。应用于三峡水库的算例分析结果表明,模型不仅可以直观描述丰平枯不同来水情景下的防洪效益和发电效益之间的互馈转化关系,而且能够得到考虑入库径流过程预报误差时的汛前期水库优化运行水位,对于在保障防洪安全的基础下充分发挥水库兴利效益具有重要的理论意义和实际应用价值。     

三峡梯级和清江梯级水电站短期联合优化调度方法研究

针对清江高坝洲水电站下游水位流量关系受长江顶托影响和梯级水库间流量传播处理问题,建立三峡梯级和清江梯级水电站短期联合优化调度模型。根据实测资料构建受长江顶托的高坝洲水电站下游水位流量分段函数关系;采用相关分析法对梯级间实测数据进行率定,构建线性回归方程处理梯级间流量传播的计算。运用正弦轮盘赌选择算子的自适应遗传算法求解模型,克服单纯轮盘赌对适应度非负的要求。不同量级典型日流量过程模拟调度结果表明：三峡梯级和清江梯级联合调度效益增加明显。研究成果对未来三峡梯级与清江梯级水库群日发电计划的编制有借鉴意义。     

水库发电优化调度模型及发电调度规律研究

水库调度图以其操作简单、方便直观等优点,成为指导水电站水库运行调度的常用工具,但依据常规调度图运行时,调度结果很难达到最优,难以充分发挥水库的运行效益。针对水库发电调度图难以充分发挥水库运行效益的特点,建立了梯级水库联合发电优化调度模型,并采用动态规划逐次逼近法（DPSA）与动态规划（DP）嵌套方法进行求解。通过调度图模拟结果与所建发电优化模型的结果进行对比分析,对优化模型的合理性进行了验证,同时应用概率统计方法进一步挖掘水库汛期和非汛期的发电调度规律。对某流域梯级水库的实例应用研究表明,优化运行能够获得更好的发电运行效益,同时,发电调度规律对水电站年调度计划的制订和水库的实际运行具有指导意义。     

黑河上游梯级水库联合调度研究

黑河上游梯级水库的蓄水运行严重影响了黑河水量统一调度,为了有效解决这一矛盾,有必要实施梯级水库联合调度.本文在研究实施梯级水库联合调度必要性的前提下,分析了梯级水库联合调度关键问题,在此基础上,根据"以水量调度为主,梯级水库联合调度为辅"思想建立梯级水库联合水量调度模型;同时,为了定量研究实施梯级水库联合水量调度对梯级水库发电的影响,建立了梯级水库联合发电调度模型.结合两种不同模型,选取设计平水年进行优化计算,结果表明,闭口期梯级水库在水量调度期间增加下泄水量的同时,发电量较发电调度时偏小;关键调度期梯级水库发电量比发电涮度时减少0.13亿kW·h,下泄水量比发电调度时多下泄0.34亿m3.可以看出,调水目标和发电目标是不可调和的,只有在梯级水库管理部门和水量调度管理部门的协调下,才能最终有效的解决.     

基于状态转移矩阵的梯级水库优化调度确定性离散动态规划方法

基于状态转移矩阵的确定性离散动态规划（DDDP）方法是在考虑水库运行的综合利用的前提下,利用状态转移矩阵寻找出梯级水库优化调度过程中所有的可行策略,基于目标函数逆向搜索可行策略,得出最优解的优化算法。该方法可进行单库优化计算,也可以进行梯级水电站优化计算。文中以锦屏梯级为例,说明该方法可在满足梯级水库上下游生态用水、发电用水等综合利用的前提下,以梯级水电站发电效益最大为目标,求得梯级水库优化调度的较好解。     

协同差分演化算法在梯级水库中长期发电优化调度中的应用研究

本文结合梯级水库中长期发电优化调度问题,针对差分演化算法在进化过程中,其适应度的进化模式未考虑进化的外部环境与进化成分之间的内在联系,借鉴生态学对个体生存环境与种群竞争的关系,提出了协同差分演化算法在梯级水库中长期发电优化调度中的应用。通过实例验证,结果表明该算法具有可靠性与合理性,提高了计算精度和计算效率,为高维、复杂的梯级水库中长期发电优化调度模型提供了一个新的求解途径。     

梯级水库集中调度发电效益考核评价研究 ——以乌江梯级水库为例

随着复杂梯级水库群联合调度局面的形成,现行的水库发电效益考核评价方法已无法满足水库经济运行管理的需要,复杂梯级水库的发电效益考核评价工作就变得更加困难。本文针对常规发电考核评价方法在梯级水库发电考核评价中应用的局限性,通过构建梯级水库优化调度模型,选取发电量的主要影响因素作为模型约束条件,计算发电量及发电完成率,实现对梯级水库的优化挖潜考核评价;结合常规发电考核评价,实现梯级水库群的全面评价,并达到"评价当前,指导未来"的效果。文中以乌江梯级水库为实例,分别采用常规评价方法和本文提出的评价方法对其进行了发电考核评价,结合这两种评价结果认为乌江梯级水库当前整体发电调度水平达到优秀,且来水情况、径流预报水平及电网安全运行是影响乌江梯级发电的最主要因素。评价结果全面客观地反映了乌江梯级的发电调度水平,并可为今后乌江梯级优化发电调度、进而达到节水增发提供技术支撑。     

考虑不同压咸等级的西江水库群多目标调度

咸潮入侵一直是影响西江流域供水安全的重要因素,合理的水库调度成为压咸补淡的关键措施。考虑水库群发电效益和下游梧州断面压咸任务,建立以梯级总发电量最大和压咸流量下限最大为目标的实时优化调度模型进行研究。结果表明：流域主要通过抬高岩滩水位、增加岩滩压咸风险的方式来提高发电量,其余水库负责消减岩滩增高的风险,保证压咸流量;流域90%来水频率下,损失0.06%的梯级发电量,可将调度期内梧州断面的压咸流量提高到3163 m3/s;流域95%来水频率下,在将压咸保证程度提高至3天的同时,发电量能够增加33万kW·h。研究成果揭示了压咸风险在水库间的传递规律,对于保障珠三角及大湾区的供水安全具有重要的实际意义和应用价值。     

考虑动态水流滞时的梯级水库群日优化调度

梯级水电站水库群短期优化调度中,通常忽略梯级水库间水流滞时的影响或将其作为常数进行考虑,实际上水流滞时是随着上级水库出库流量大小、河道槽蓄状态、区间入流等因素动态变化,想要准确预测下级水库入流是存在困难的。因此,采用多种方法筛选出影响下级水库入库流量的主要因素作为输入,利用神经网络建立输入与下级水库入库流量之间的动态函数关系。以锦东和官地水库梯级为例,建立考虑动态滞时的梯级水电站水库群日优化调度模型,并采用逐次优化法对采用动态滞时与固定滞时的优化方案进行求解和对比分析。结果表明：与固定滞时相比,动态滞时下能够更准确地描述梯级水库间的水流联系,同时能够在一定程度上增加梯级水电站水库群发电效益。     

计及节能减排的梯级水火电优化调度研究

针对梯级水电站与火电联合调度难度大、约束多的困难,考虑了节能、减排及梯级蓄能等三个目标,并引入模糊理论建立多目标水火电优化调度的模糊模型,采用最大化满意度指标法将多目标转化为单目标优化,然后通过遗传算法求解此问题。结果表明,相较于纯火电优化调度,梯级水火电调度能有效节约能源,减少污染气体排放;在此基础上多目标的水火优化调度比单目标的水火优化调度更能同时兼顾节能、减排及水电站的蓄能,达到社会综合效益最大化。     

考虑水流时滞的梯级水电站水库群短期发电优化调度

在梯级水电站水库群短期发电优化调度过程中,为了规避水流时滞的影响,基于线性空间原理,建立了上级水库的出库流量、区间入流、下库水位所构成的空间与下级水库的入库流量空间的映射函数,并综合应用数据挖掘中的人工神经网络、K-means和Relief方法对其进行求解,构建了考虑水流时滞的梯级水电站水库群短期发电优化调度模型。应用于雅砻江流域锦官电源组短期发电优化调度的算例分析表明,所建立的模型能够提高短期发电优化调度方案制作的精度。     

Optimal operation of reservoirs for electric generation

Several tests have been performed with a simple test system under special conditions in order to highlight the influence of several factors including water head, discount rate, inflow seasonality, and system design. According to the results, reservoirs should operate at the highest possible storage level in order to maximize the generation efficiency of their associated power plants. This conservative behavior is shown to be the most economic for generation purposes. On the other hand, in a cascade system, the water head factor has the effect of specializing the behavior of the reservoirs. Reservoirs in the upper part of the cascade should play a regulation role while in the lower part of the cascade they should operate as run-of-river plants. These results have been verified on an actual large-scale hydroelectric system, the Brazilian South-Southeast Interconnected Electric System, composed of 51 hydro plants and 31 reservoirs     

两河口水库三种年末消落水位控制方式研究

为分析不同消落水位控制方式及流域来水年际差异性对梯级系统中多年调节水库调度结果的影响,本文以雅砻江流域中下游梯级水库群为例,基于多维动态规划的最优化计算结果,对比分析了三种针对两河口水库的多年调节水库年末消落水库控制方法,即固定消落水位控制方式、函数形式控制方式和基于动态控制阈的动态控制方式,提出了一套新的梯级系统中多年调节水库年末最佳消落水位优化控制方法,实现了多年水库年末消落水位的优选问题与来水频率差异性相耦合。研究成果可用于指导含多年调节水库的梯级水库联合优化调度,具有显著的社会效益和经济效益。     

梯级水库群多目标调度增益分配的组合系数法

在当前流域综合开发的背景下,流域内多利益主体间公平、高效、合理的效益分配,是维持梯级水库合作联盟的稳定性和综合发展的可持续性的关键。本文基于水资源多目标开发要求和多利益主体效益分配问题,提出了同时考虑水库贡献度和牺牲度的组合系数增益分配模型,综合水库在发电优化联合调度中的增益贡献度和多目标优化调度中的效益牺牲度,合理进行联盟增量效益分配。应用结果表明：增量效益的分配实质上是对水库贡献的奖励和对牺牲的补偿;贡献度和牺牲度都较高的水库分得更多的增量效益,组合系数分摊法的分配结果公平合理;与基于比例分配法和传统Shapley值分配法的分配结果相比,组合系数的分摊方法更符合当前水资源多目标发展要求。     

梯级水电站长期多目标模糊优化调度新模型

梯级水电站不仅要满足电力系统运行要求,还要考虑发电和用水之间的协调,才能使综合效益最大化。提出一种兼顾年发电量和运行成本的梯级水电站长期多目标优化调度新模型。通过分别求解各个单目标优化问题和定义各单项目标的隶属度函数,把多目标问题模糊化;采用对各单项目标优化的目标值在一定范围内伸缩的方法来体现决策者的主观意愿;利用模糊最大满意度方法把多目标优化问题转化为单目标非线性规划问题;并构建了一种动态调整惯性因子的自适应粒子群算法。仿真计算验证了模型的正确性和求解方法的可行性,多目标模型比单目标模型获得了更佳的综合效益,模糊优化处理方法避免了目标权重选取的人为任意性,同时自适应粒子群算法计算速度快、收敛精度高。