梯级水库群多目标协同均衡调控研究

梯级水库群调度下多目标矛盾突出,为实现利益的协同与均衡保障,首先识别多目标关键利益与非关键利益,并基于协同学构建了梯级水库群多目标协同优化调度模型;其次提出了基于满意边界的时段内多目标利益均衡调控方法,并引入以混沌时间序列分析的关联维数及Kolmogorov熵对水库群多目标调度系统进行混沌特征识别与引导。在黄河上游梯级水库群多目标调度中的应用结果表明：在不降低多目标利益保障水平的情况下,所提理论与方法实现了梯级水库群调度下多目标利益在时段间形成协同有序、在时段内达到利益均衡;最终方案中黄河上游梯级水库群多目标调度系统的总协同度为0.64,各目标的关键利益保障程度明显高于非关键利益。研究成果为存在多目标竞争关系的流域水资源高效利用提供了新的理论与方法,拓展了水库群多目标优化调度的研究范畴,促进了水资源系统工程学与协同学、混沌学的交叉与融合。     

考虑生态流量的小流域水库群联合调度研究

在小流域开展考虑生态流量需求的水库群联合调度,成为改善小流域河道生态环境的重要途径。采用水库群模拟优化方法建立了考虑下游河道生态需水的水库群多目标联合调度模型。模型依据流域内水库群的调节能力和调度目标,将水库群划分为3类;以供水目标为优先原则,确立水库群的调度方式和调度图。在此基础上,采用多目标遗传算法（NSGA-II）求解水库群联合调度的调度图。最后以重庆市龙溪河流域为研究实例,对不同生态需水流量下的水库群多目标调度效益进行对比分析。结果表明,生态流量的增加对流域内的农业用水影响最为明显,水库群多目标调度成为平衡各目标之间竞争性的重要方式。     

伊洛河流域水资源系统优化调度模型研究

针对河流并联供水库群水资源优化分配问题,建立了以相对缺水率最小为目标的流域水量调度应用模型。该模型运用大系统分解协调的基本原理,将并联供水库群分解为多个独立的子系统,子系统间存在控制反馈的联系,同时考虑河道水流传播对系统的影响。利用建立的模型,以伊洛河流域供水库群为研究对象,通过建立虚拟水库,将伊洛河供水库群分为三个子系统,选用整体改进的遗传算法(GA)进行计算求解,并采用常规调度方法进行校核。以水平年2020年为例,得到不同来水条件下伊洛河流域水量调度方案,并对特枯来水情况制定供水三级预警系统。     

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。     

流域梯级水资源管理决策支持系统关键技术研究——以金沙江下游—三峡梯级水电站为例

水资源管理决策支持系统是水库群实现防洪、发电、生态等综合优化调度目标的重要支撑。以金沙江下游—三峡梯级水电站为研究对象,针对流域梯级水资源管理面临的突出问题,研发了水资源管理决策支持系统,总结了巨型水电能源系统多源异构数据收集与处理、长江上游水库群调度智能模拟、河道水文过程及水库下游泄水波演进模拟、流域梯级水电站群长中短期嵌套联合发电优化调度、预报调度效益定量评估指标及后评估体系、流域一体化水资源管理模式下多业务嵌套重构等6大关键技术,为金沙江下游—三峡梯级水电站的水资源优化管理提供科学依据。     

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。     

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NSPSO算法对观音阁-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。     

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。     

西江流域混联水库群多目标蓄能调度图研究

针对已有蓄能调度图研究很少关注大型混联水库群,且没有考虑多目标调度与蓄能调度图耦合的问题,通过对原有判别系数公式、水量平衡方程及蓄能计算公式的改进,将传统的纯梯级水库蓄能调度图模型进行拓展,提出了一种大型混联水库群蓄能调度图计算方法,并在综合考虑防洪、发电及生态等调度目标基础上,建立了大型混联水库群多目标蓄能调度图优化模型。以西江流域为例进行实例研究,得到了上游水库不同最小下泄流量情形下的多目标Pareto前沿,并基于此根据实际调度需求与约束提取了不同发电保证率要求及不同生态流量保证率要求下的最佳多目标调度方案。所建模型方法不仅可以很好地处理混联水库群蓄能调度图绘制与模拟中存在的复杂水量、水头联系,还可以有效地将所得多目标蓄能调度图应用到实际调度中。     

群库优化调度研究综述

我国是一个水资源紧缺的国家,主要江河都形成了由水库、堤防、分蓄洪区组成的防洪工程系统,水库群的优化调度已经成为我国各大流域防洪研究的重点.目前,这一研究领域主要采用系统分析理论与方法,如:线性规划、非线性规划、动态规划、多目标优化分析、大系统分解协调等方法.同时,大量的新理论新算法极大地丰富了水库群优化调度的理论研究.文中在介绍了水库群优化调度研究意义的基础上,分别从常规方法和系统分析方法两个方面概述了国内外的研究进展,并对水库群优化调度今后的研究进行了展望.     

基于多重迭代算法的梯级水库群调度图优化方法

基于梯级水库群中各水库的常规调度图,建立了以梯级水库群多年平均发电量最大为目标的梯级水库群调度图优化数学模型,提出了基于多重迭代实现高维模型降维的求解算法,即以轮库迭代法实现空间多水库降维,以轮线迭代法实现单一水库多调度线降维,以逐次优化算法实现调度线状态降维。万安溪-白沙梯级水库群的算例计算结果表明,该优化方法能获得形态合理的优化调度图,并能有效提高水库群发电量。     

并联水库群防洪联合调度库容分配模型研究与应用

分析了能够实施水库群联合调度的基本条件和水库群防洪实时调度中应考虑的主要因素;提出了并联水库群防洪联合调度库容分配模型,该模型可以表达空间上不同防洪点的重要性差异,实现补偿调度模式与削峰调度模式的自由组合;从目标函数的物理意义出发,提出了分步迭代交互求解方法,该方法能最大限度体现决策者的偏好,保障解的合理性和可操作性,提高了计算速度,满足了群决策会商的实时性要求;实例研究表明文中提出的方法是合理有效的。     

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。     

水库群防洪系统优化调度模型及应用

本文以澧水流域中上游江垭、皂市及宜冲桥3个水库及其下游河道防洪系统联合优化调度问题为背景，建立了基于河道洪水演进方程与多目标离散微分动态规划的水库群防洪系统多目标优化调度模型，给出了一种离散微分动态规划与马斯京根洪水演进相结合多目标优化算法.经计算分析，结果满意.     

梯级水库群联合优化调度算法研究综述

系统介绍了梯级水库群联合调度模型求解的常规优化方法和智能优化方法,其中常规优化方法包括动态规划法及其改进方法和大系统分解协调等方法,智能优化方法包括粒子群优化算法、遗传算法、差分进化算法等。在评述各种方法的基础上,给出了大规模水库群联合优化调度需要解决的问题:1模型系统求解的稳定性和求解效率的平衡问题;2考虑生态环境的多目标优化调度模式;3水库群优化调度模型描述方法;4优化模型输入和输出的不确定性问题;5机组高水头多振动区运行问题。同时,指出了智能优化算法的发展方向:1数学理论基础研究;2参数对算法结果的影响分析;3各种优化算法的改进与融合;4求解算法的并行计算和云计算技术。     

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。     

长江水库群防洪兴利综合调度关键技术研究及应用

正项目概况"长江水库群防洪兴利综合调度关键技术研究及应用"项目以26座控制性水库组成的长江巨型水库群为研究对象,总库容1560亿m~3、装机80000MW,规模为世界最大。水库群涉及防洪、发电、航运、供水和生态等多重调度目标,是一类随机、动态、多目标、非线性复杂耦合动力系统,综合调度举世瞩目、难度空前。该项目依托20多项国家研究计划和重大工程科研课题,坚持产学研用结合,经十余年系统研究、技术攻关和应用实践,创建了一整套防洪兴利综合调度的先进理论与技术方法体系。     

基于供水次序和供水区间约束的水库群实时联合调度

实际生产中的水库群实时联合供水调度,存在供水水库的选择及供水水量分配等问题。从实用性角度出发,提出基于供水次序和供水区间约束的水库群实时联合调度方法,并以宁波市象山县中型水库群为例进行应用研究。结果表明,该方法可操作性高,并可获得较好的调度成果,充分发挥了水库群的综合效益。     

水库群联合调度规则研究

水库群联合调度是现在水资源调配的重点与难点,随着水库群的目标与变量越来越多,联合调度的经典算法和人工智能等算法对于复杂的水库群系统可能会存在难以构建数学模型或者调参复杂等问题。以岳城水库及东武仕水库联合调度为例,综合考虑工业用水、生活用水、农业用水、灌溉用水和生态用水,建立了水库群联合调度模型,通过模拟优化人机算法进行求解,并选取75%来水频率年分析计算水库群联合调度规则,根据水库群联合调度图,提出岳城水库和东武仕水库的具体供水方案,并给出联合调度结果。合理的水库联合调度规则可有效促进区域社会经济发展,改善生态环境。