考虑蓄水期弃水风险的水库长期发电调度方法

短期径流的大幅波动使得以平均径流为基础制定的水库长期调度方案面临较大弃水风险,是影响水库长期调度决策合理性的重要因素。本文考虑日尺度径流波动影响,提出一种蓄水期弃水风险量化方法,并建立了耦合弃水风险的水库长期发电调度模型。利用长系列日径流资料,结合风险最小蓄水规则,以不蓄弃水流量为指标量化蓄水期各月弃水风险;采用Copula函数构建月均入流与弃水风险的联合分布和条件概率分布,明晰了特定入流条件的风险置信区间;最后,将弃水风险以弃电损失函数融入优化模型,以获得更符合实际的长期调度方案。以澜沧江流域小湾水库为工程背景进行调度模拟分析,结果表明本文方法能够有效降低水库长期优化调度方案的弃水风险,有利于提高优化结果的可操作性,与传统方法相比,能够使多年平均弃水减少约4.76亿m³、发电量增加约1.15亿kW·h。     

基于改进调度图的跨流域水库群供水调度研究

为利用径流信息挖掘跨流域水库群的调度潜力,并保留简单直观性,提出一种改进型水库调度图。以重庆市巴南区下涧口、丰岩和南彭水库群为例,采用POA算法以模拟-优化的方式构建跨流域水库群的引水和供水联合调度模型。设置现状调度、常规调度图优化调度、改进调度图优化调度3种情景,评估水库群引、供水性能,并分析径流信息不确定性对调度性能的影响。结果表明：(1)在长系列调度中改进调度图表现最优,相比现状可使水库群年均供水量增加6.87%,弃水量减少87.58%;(2)在枯水年,该方法可在现状基础上减少486.3×10⁴ m³缺水,增加477.6×10⁴ m³发电用水;(3)考虑径流信息不确定性时,改进调度图的供水量较理想情况降低3.37%,但仍比常规优化多5.96%。研究结果有助于科学决策提升供水效果。     

耦合整体预报不确定性的水电站短期优化调度模型

以确定性预报径流为输入的水电站短期优化,受到预报不确定性的影响,会导致制定的运行方案与实际执行结果产生偏离,造成弃水或出力不足风险。为此,从水电站短期发电计划的编制过程出发,为编制优化运行方案,分析预报径流序列不同时段之间预报不确定性的关联,从而将短期径流预报序列各时段的预报不确定性耦合为一个整体,创新性地建立耦合整体预报不确定性的水电站短期优化调度模型。同时基于所提出的新优化模型,以锦西水电站为例进行实例研究,分别从实际总发电量和贴近度两个方面分析与评价新模型在效益和风险两个方面的优势,并将所建新模型与传统的确定性优化模型进行比较。结果表明,相较于传统确定性优化模型,本文所建立的新模型能够有效增加实际发电量、提高发电计划可靠性,可为水电站短期发电运行的实践提供有效参考。     

基于河流生命健康的水库和谐调度模型研究

利用优先因子序列把河流健康调度和传统调度有机地结合起来,确定健康调度因子为第一优先级,建立了优先序列水库和谐调度模型。该模型包括健康调度、供水调度、灌溉调度、发电调度4个子模型。用数学表达式把河流健康需水细化为生态需水和环境需水,结合水库水量平衡方程建立了河流健康调度子模型,把径流分成河流健康用水、弃水和社会发展用水三部分,用于河流量化管理、流域水资源规划及配置等。     

基于自优化模拟技术的水库供水风险分析方法及应用

针对来水与用水的不确定性,采用随机模拟技术生成供水水库来水、用水序列,并以此为基础应用自优化模拟技术建立了以供水量最大、弃水量最小为目标的供水水库调度模拟模型.根据风险分析基本理论,对水库调度结果进行供水风险分析.以南水北调中线水源地丹江口水库为例说明模型的应用.结果表明,采用随机模拟技术与自优化模拟调度相结合的方法能为水库提供最优调度方式,保证了各时段所需的供水量,也有利于降低供水风险.     

长江上游水库群调蓄对下游电站发电能力影响分析

随着长江上游水利工程的陆续兴建投运，干流年来水量和径流年内分配过程发生显著变化，势必对下游水库群调度运行造成较大影响。以长江上游干支流水库群为研究对象，建立上游干支流水库群运行模拟模型以及金沙江下游-三峡梯级水库群联合发电优化调度模型，重点分析中长期尺度上游干支流水库群调蓄对金沙江下游-三峡梯级电站发电能力的影响。研究结果表明：上游干支流水库群调蓄极大地改变了溪洛渡及三峡水库来水年内分配，提高了枯期来水占比，进一步提高了梯级电站发电能力；丰水年条件下，梯级总发电量增加了1.22%,总弃水量减少了14.11%;枯水年条件下，梯级总发电量增加了3.16%,总弃水量减少了15.67%。     

考虑预报误差的水库汛期弃水优化研究

为解决由于径流预报误差的存在导致的汛期水库弃水不确定性的问题,引入日中水库水位达标率的概念,建立考虑预报误差的水库汛期弃水优化调度模型,以日弃水量最小以及水位达标率最高为目标函数来表征方案的优劣,并基于NSGA2算法提出求解方法。模型用于官地水库汛期优化调度的结果表明,该模型能够在满足约束条件下有效得到不同非劣方案的弃水量以及水位达标率,为水电站工作人员更为灵活地进行决策、为汛期水库调度处理不确定性问题提供参考依据。     

水库调度性能风险评价方法研究

运用水库常规调度和优化调度模型,分别确定水库调度策略,从水电站发电和下游生态需水的可靠性、可恢复性、脆弱性和防洪调度权转移风险出发,建立基于综合利用水库调度模型的调度性能风险评价指标体系。以新安江水库调度为例,对1960—2009年旬径流系列的常规与优化调度结果进行风险评价,结果表明:水库优化调度方法比常规调度方法的发电效益、可靠性、可恢复性更高,但其发电脆弱性和防洪调度权转移风险更高。水库调度性能指标全面地评价了不同调度方法对水库调度结果的影响,该研究为综合利用水库在防洪安全、供水安全、生态与环境安全等方面的决策管理提供了一种新的评价思路。     

基于PSO的水库调度图优化研究

针对常规调度方法中需要人工修正以及智能算法中容易陷入局部最优等问题,在满足生态用水需求和发电保证率的前提下,建立了以发电量最大为目标的水库调度图优化模型,并采用改进后的粒子群算法对模型进行求解。以北方某水库为例展开研究,计算结果表明,在2种方法得到的保证出力和发电保证率相同的情况下,与常规调度图相比,水库优化调度图年均发电量可提高约1.46%,经济效益显著,同时水量利用率可提高0.9%,更利于充分利用水能资源。     

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。     

Short-term power generation scheduling rules for cascade hydropower stations based on hybrid algorithm

Power generation dispatching is a large complex system problem with multi-dimensional and nonlinear characteristics. A mathematical model was established based on the principle of reservoir operation. A large quantity of optimal scheduling processes were obtained by calculating the daily runoff process within three typical years, and a large number of simulated daily runoff processes were obtained using the progressive optimality algorithm (POA) in combination with the genetic algorithm (GA). After analyzing the optimal scheduling processes, the corresponding scheduling rules were determined, and the practical formulas were obtained. These rules can make full use of the rolling runoff forecast and carry out the rolling scheduling. Compared with the optimized results, the maximum relative difference of the annual power generation obtained by the scheduling rules is no more than 1%. The effectiveness and practical applicability of the scheduling rules are demonstrated by a case study. This study provides a new perspective for formulating the rules of power generation dispatching.     

基于引水限制调度线的并联水库系统供水优化算法及应用

以实现梯级水库群或者水源连通工程水量补偿式调节为目标,针对并联水库的联合供水特征,采用引水限制调度线控制引水水库可引水量,引入粒子群算法构建了并联水库优化调度模型。通过优化引水调度线提出可以改进并联水库系统的调度规则和调度方法,将优化和常规调度有机结合,并根据并联水库系统实际运行条件设置模型的目标函数、约束条件和参数设置方法。以X市S水库和L水库组成的并联水库系统为实例,采用该模型进行优化模拟。结果表明:并联水库系统经优化年均弃水量比两库单独供水的弃水量减少5 496万m~3,末库容比两库单独供水时提高203万m~3。在95%供水保证率时,并联水库系统供水系统的年供水能力比双库单独供水能力之和提高了5 556万m~3。优化形成的引水限制调度线分布形态合理,并联供水系统经过优化大幅度提高了水库系统的供水能力,证明了基于引水限制调度线的并联水库系统供水优化算法的可行性,该方法对并联水库联合调度具有重要参考价值。     

黄河梯级水库群多过程协同调度模型与方法

黄河水少沙多,河道内外用水矛盾突出,梯级水库群调度下供水、输沙、发电、生态等用水过程之间存在复杂的竞争与协作关系,协同调度是提升综合效益的重要途径。本文采用多尺度嵌套和多过程耦合方法,建立了融合供水、输沙、发电、生态等过程的黄河梯级水库群协同调度模型,研究以综合满意度为引导的优化求解方法,选取代表径流系列,提出多过程协同调度方案。结果表明,通过优化黄河梯级水库群蓄泄秩序和下泄过程,协调多用水过程的关系,能显著提高水库调度的综合效益：通过优化河段取水过程,实现了供水时空均衡,流域缺水率控制在11.6%～18.8%;优化水库拦沙-河道输沙过程,减少水库淤积0.65亿t,增加河道输沙1.16亿t,下游河道年均冲刷0.26亿t;优化梯级水库群发电下泄过程,增加发电量64.25亿kW·h;优化断面流量过程,增加非汛期生态水量4.88亿m³。本研究可为梯级水库多目标调度与流域综合管理提供方向性参考。     

改进的分布估计算法在水库综合调度中的应用

本文通过分析水库调度运行方式所涉及的防洪、兴利、发电、供水等问题,结合综合指标评估系统和理想点法,构建了一个以价值函数与价值损失为评价标准的水库综合调度模型,并对分布估算法自适应能力与局部搜索能力进行改进。实例验证表明:该方法明显提升了算法精度与全局搜索能力,具有较强的适用性,为水库综合调度提供了有益参考。     

澜沧江流域枯水年发电效益与下游生态-出境水互馈博弈研究

针对流域河道内水资源综合利用目标之间存在的互馈竞争关系,本文以澜沧江干流景洪水电站为研究对象,基于博弈理论构建了水电站发电效益与下游生态-出境水的完全信息静态博弈模型,并耦合支付函数最大化方法,探究在枯水典型年来水总量的约束下,水电站发电效益与下游河道内生态需水-出境流量之间的竞争博弈关系。纳什均衡解表明,在下游河道内生态需水流量选择最小值参与博弈时(天然径流量的21%),景洪水电站发电效益(多年平均年发电量的80%)和澜沧江出境流量保证率(93.7%)在该典型年达到最高,总效益最大。此外,研究还发现景洪以下河道枯水期的日流量大于504 m³/s(出境流量下限值)、800 m³/s(航运需水下限值)的保证率由常规调度下的78.4%、40.3%提高到博弈均衡调度方案下的93.7%和48.8%。研究对于优化流域水库调蓄以协同发电和下游河道内用水综合效益具有借鉴作用。     

气候变化影响下黄河上游梯级水库群未来发电量预测

为分析气候变化影响下黄河上游大型水库入库来水过程及梯级发电量的时程变化规律,以黄河上游龙羊峡刘家峡梯级水库群为例,采用Mann-Kendall 突变检验方法对唐乃亥和小川水文序列进行突变识别,在此基础上构建了考虑融雪过程的HBV 水文模型,利用统计降尺度方法对CanESM2 和GFDL_ESM2G 两种气候模式3 种气候变化情景(RCP2. 6、RCP4. 5 和RCP8. 5) 下的降水、气温数据进行空间降尺度处理,并将其驱动水文模型预测未来入库来水过程,构建黄河上游梯级联合发电调度模型分析气候变化对未来发电调度过程的影响。结果表明:黄河上游径流序列突变年份集中于20 世纪80 年代,且2000 年之后径流量显著减少;气候变化将导致未来(2021—2050年)汛期6—9 月径流增加,非汛期径流显著减少;随着时间推移,不同气候变化情景下,龙羊峡和刘家峡两库的梯级发电量变化规律不同,RCP8.5 气候变化情景下,气候模式不确定性对其影响最大。     

江苏省南水北调受水区水资源配置

在对水资源系统进行模拟分析的基础上,结合江苏省南水北调受水区水文水资源、水利工程等特点,构建流域降雨径流模型、水动力学模型、水量调配模型以及水工程调度模型等子模型,对受水区水资源量、供需水量等进行研究。基于所建模型提出水利工程调度方案,对研究区水资源进行合理配置。分别模拟计算分析研究区内农业、工业、生活、生态和船闸用水户在现状与规划工情下不同水平年的供水、需水、缺水情况,制定水资源配置方案。通过现状与规划方案对比可知,南水北调一期工程建成后供水能力提高,缺水量显著降低。95%、75%和50%保证率下,缺水率分别降低10.3%、8.0%和5.2%。研究成果为南水北调东线水利工程调度提供科学依据,对跨流域调水工程的水资源配置与调度具有一定参考意义。     

基于flushing time的春季水库优化调度可行性研究

针对三峡水库支流库湾春季水华问题,通过建立三维水动力模型,探讨了利用调峰调度和潮汐式调度促进干支流水体交换的可行性。研究表明,当4月水库实施调峰调度时,整个库湾水体的flushing time较常规调度有所缩短,尤其是库湾上游至中上游区域;当5月水库开始实施潮汐式调度时,水体体积较大的库湾下游区域的flushing time较常规调度方案有所缩短。可见,两种水库优化调度方案对增大干支流水体交换均具有可行性。当水库实施调峰调度和潮汐式调度联合调度时,整个库湾水体的平均flushing time较常规调度方案有不同程度的缩短,表明该联合调度方案更能促进干支流水体的交换。研究成果可为支流库湾水环境问题的防治提供借鉴。     

Joint optimization scheduling for water conservancy projects in complex river networks

In this study, we simulated water flow in a water conservancy project consisting of various hydraulic structures, such as sluices, pumping stations, hydropower stations, ship locks, and culverts, and developed a multi-period and multi-variable joint optimization scheduling model for flood control, drainage, and irrigation. In this model, the number of sluice holes, pump units, and hydropower station units to be opened were used as decision variables, and different optimization objectives and constraints were considered. This model was solved with improved genetic algorithms and verified using the Huaian Water Conservancy Project as an example. The results show that the use of the joint optimization scheduling led to a 10% increase in the power generation capacity and a 15% reduction in the total energy consumption. The change in the water level was reduced by 0.25 m upstream of the Yundong Sluice, and by 50% downstream of pumping stations No. 1, No. 2, and No. 4. It is clear that the joint optimization scheduling proposed in this study can effectively improve power generation capacity of the project, minimize operating costs and energy consumption, and enable more stable operation of various hydraulic structures. The results may provide references for the management of water conservancy projects in complex river networks.     

综合能源系统多时间尺度优化调度模型研究

考虑到风光出力的随机性与各能源负荷的波动性对综合能源系统(integrated energy system, IES)的影响,构建出在基于多时间尺度下的IES能量优化调度模型。该模型以平抑系统功率波动为主要目标,建立起日前与日内两种时间尺度的优化调度模型,通过所建立的多时间尺度上层与下层约束条件确定系统的能量流动与功率平衡,同时根据运行方式完成在不同时间尺度下对IES系统的优化调度。仿真结果表明:多时间尺度下的优化调度有助于减轻IES的功率负担,降低外界不确定性对系统运行的干扰,提高系统稳定性。