年调节水库发电调度图多参数优选绘制

在保留调度图原有优点的基础上引入优化思想,提出了一种年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法。首先,阐述年调节水库发电调度图的改进绘制方法;其次,建立满足保证出力,保证蓄水期末水库蓄满条件下的梯级水库群发电量最大模拟调度模型;然后,通过粒子群优化算法控制调度图绘制过程中的关键参数,并结合调度模型以优化绘制发电调度图;最后,以澜沧江中上游如美至功果桥梯级水库群为对象进行实例研究,检验评价所得调度图的效益。其梯级水库群联合模拟调度结果相较传统调度图方案,增加年均发电量约2%,能在兼顾电站保证出力的同时,有效提高梯级总发电效益。     

基于DPSA 的梯级水库群优化调度

动态规划法是一种求解多阶段决策优化问题的常用方法,在水库优化调度计算中应用广泛。该方法最大的缺陷就是用于水库群优化调度时易出现"维数灾"问题。逐次逼近动态规划法(DPSA)可以有效克服这一问题,它采用逐次迭代逼近的思想,将一个多维问题分解为多个一维问题求解。本文以水库运行模拟模型为基础,建立了基于DPSA的梯级水库群中长期优化调度模型,以汉江上游梯级水库群为研究对象,选取发电量最大为目标,对各水库库容进行离散,从而求解水库优化运行过程,其结果对于水库优化调度运行具有指导意义。     

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。     

基于改进调度函数的梯级水库群联合调度研究

梯级水库联合调度规律是指导梯级水库优化运行的重要手段,目前尚无完整的梯级水库群调度规律的理论体系.为此,提出一种可获取梯级水库群联合调度规律的改进调度函数方法,并应用逐步回归法对调度函数进行拟合及相关因子的选择.以乌江流域梯级水库群为例,开展其联合调度研究.结果表明,该方法计算结果较原设计方案,多年平均发电量比设计值增加了14.43亿kW.h,涨幅达5％,保证出力提高到2431.9 MW,经济效益显著.     

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。     

基于改进与优化调度图的梯级电站联合调度

针对水库调度图常规制作方法的不足,按照梯级电站联合调度的要求,运用基于确定性优化调度模型的水库调度图改进和优化制作方法,结合水库调度函数进行梯级电站水库联合调度;以杂谷脑流域梯级电站水库联合调度为例,绘制了杂谷脑梯级电站中狮子坪电站的水库调度图,制定了薛城和古城电站水库运行策略,形成了杂谷脑流域梯级电站联合调度的决策方案。结果表明:用改进与优化制作方法绘制的水库调度图,满足了降低出力的要求,协调了不同的调度区域,提高了水库调度图的保证率、实用性和经济性;采用改进与优化调度图结合水库调度函数的调度方式,能形成有效的梯级电站联合调度决策方案,提高了梯级电站的联合调度发电量。     

基于可行空间搜索遗传算法的梯级水库群调度规则研究

以梯级水库群系统多年平均发电量和旬出力保证率最大为目标函数,以梯级水库群内各水库拐点式调度图为决策变量,建立梯级水库群联合发电调度模型,并采用可行空间搜索遗传算法进行求解。为了避免模型求解过程中对不可行解的过多处理,有针对性地对可行解进行优化。最后,以汉江流域梯级水库群为例,对模型和算法的有效性进行了验证。     

黄河中下游水资源多目标利益对古贤水库运行的响应

为量化未来古贤水库参与黄河中下游梯级水库群联合运行对供水、发电、调水调沙、生态多目标关键利益及非关键利益的影响,设置2030水平年有古贤水库及无古贤水库两种情景,基于梯级水库群多目标协同优化调度理论构建黄河中下游梯级水库群多目标协同优化调度模型,通过求解模型分析了径流减少及未来综合需水增加的背景下,黄河中下游多目标利益对古贤水库参与联合运行的响应关系。结果表明:与无古贤水库情景相比,有古贤水库情景下水库群调度系统总协同度略微增加,供水与发电子系统有序度有所增加,农业关键期、非关键期多年平均缺水量减少,水库群多年平均发电量增加；除调沙频率略微下降外,有古贤水库情景下输沙、生态目标关键利益及非关键利益均有所提升。     

梯级水电站调度图优化的混合模拟退火遗传算法

为提高水库群联合调度时的水资源利用率,重新审核水库群系统中原有单库调度图的有效性,本文提出了一种解决库群联合调度多目标、多变量的智能优化新方法—混合模拟退火遗传算法。该方法将遗传算法的全局搜索能力和模拟退火算法的局部搜索能力相结合,提高了计算效率和精度,避免了手工修正调度图的随意性。在以实际生产项目为依托的应用与检验中,在满足各类边界条件及保证率要求的前提下,该方法对梯级水电站水库调度图的优化可行、有效,为优化梯级水库调度图提供了一种新的有效算法。     

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。     

Derivation of Aggregation-Based Joint Operating Rule Curves for Cascade Hydropower Reservoirs

Operating rule curves have been widely applied to reservoir operation, due to their ease of implementation. However, these curves are generally used for single reservoirs and have rarely been applied to cascade reservoirs. This study was conducted to derive joint operating rule curves for cascade hydropower reservoirs. Steps in the proposed methodology include: (1) determining the optimal release schedule using dynamic programming to solve a deterministic long-term operation model, (2) identifying the forms of operating rule curves suitable for cascade hydropower reservoirs based on the optimal release schedule, (3) constructing a simulation-based optimization model and then using the non-dominated sorting genetic algorithm-II (NSGA-II) to identify the key points of the operating rule curves, (4) testing and verifying the efficiency of the generated joint operating rule curves using synthetic inflow series. China’s Qing River cascade hydropower reservoirs (the Shuibuya, Geheyan and Gaobazhou reservoirs) were selected for a case study. When compared with the conventional operating rule curves, the annual power generation can be increased by 2.62% (from 7.27 to 7.46 billion kWh) using the observed inflow from 1951 to 2005, as well as by about 1.77% and 2.52% using the synthetic inflows generated from two alternative hydrologic simulation methods. Linear operating rules were also implemented to simulate coordinated operation of the Qing River cascade hydropower reservoirs. The joint operating rule curves were more efficient and reliable than conventional operating rule curves and linear operating rules, indicating that the proposed method can greatly improve hydropower generation and work stability.     

蚁群算法求解梯级水电厂日竞价优化调度问题

应用蚁群算法(Ant Colony algorithm,ACA)，即利用蚂蚁群体相互协作和邻域搜索寻找功能，求解梯级水电站日竞价优化调度问题。计算中定义水库调度线为蚂蚁路径，利用状态转移、信息素更新和邻域搜索，不断调整路径逐步向最优值逼近。计算结果表明，梯级电站电量时空分配合理，并且满足约束条件，该算法可以求解具有复杂约束条件的非线性梯级优化调度问题。     

反调节作用下的梯级水库短期优化调度研究

为充分发挥上游大型水电站的调峰作用,保障下游供水、生态流量等供给,在下游建设反调节水库的梯级水库运行模式应运而生。目前,对水库反调节的研究多侧重于下库对上库出库流量或发电水头单方面的调节,并未将两者结合考虑。针对上述情况,以堵河流域潘口-小漩梯级水库为例,结合该梯级中“以电定水”与“以水定电”运行模式并存的生产实际,综合考虑小漩对潘口出库水量的调蓄作用以及对潘口尾水的顶托作用,建立了潘口-小漩梯级水库短期优化调度模型,并采用改进的POA算法对模型进行求解。计算结果表明：抬高小漩水库运行水位并保持其机组位于高效率区运行能够提升梯级水电站整体的发电效益。     

梯级水库短期优化调度模型的精细化与GPU并行实现

目前制约梯级水库短期优化调度在实际工程中应用的主要瓶颈有:所构建的优化模型存在不合理的简化策略,所选择的求解算法无法保证解的质量以及模型的计算时间远超规定时长。为解决上述问题,本文首先构建精细至水电站各机组工作特性的优化调度模型,接着通过二重嵌套动态规划(DP)计算给定模拟精度下的高质量解,并针对算法固有的"维数灾"问题,一方面通过数据压缩与数据库技术降低程序的内存占用量,另一方面将GPU并行加速技术首次引入水库调度领域,通过OpenACC实现算法的GPU并行以减少计算时间。最后通过潘口、小漩梯级水库日优化调度的实例研究与对比分析得出:精细模型较传统模型能更好地贴合电站的实际工况,提高梯级系统的发电效益;内存占用缩减策略的引入能有效降低算法的空间复杂度;GPU并行较传统的CPU并行能大幅提升算法的求解速度。由此为短期优化调度的理论发展与算法"维数灾"的处理提供借鉴。     

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.     

FS-DDDP方法及其在水库群优化调度中的应用

可行搜索-离散微分动态规划(FS-DDDP)方法是在考虑水库运行的综合利用要求的前提下,利用正向搜索和逆向搜索相结合的方式寻找水库优化调度过程的大量可行轨迹,以目标函数较大的几个可行轨迹作为DDDP方法的初始轨迹分别进行再寻优计算的优化算法.该方法可进行单库优化计算,也可进行库群优化计算.黄河上游梯级水库数量较多,综合利用要求复杂.文中以该梯级为例,说明FS-DDDP方法可在满足该梯级水库群的河流生态用水、防凌用水、灌溉用水、发电用水等综合利用要求的前提下,以水库群发电效益最大为目标,求得水库群优化调度的较好解.     

基于PSO的梯级水库联合防洪调度

在分析梯级水库联合防洪调度、上下游水库及防洪保护对象之间复杂的水文水力联系和水库群对防洪保护对象防洪补偿调度方式的基础上,建立了梯级水库联合防洪补偿调度模型,并提出了一种基于粒子群算法的模型求解方法。以湖南省资水流域上柘溪与金塘冲水库为例,根据不同典型年的地区洪水组合,通过模型求解拟定了梯级水库联合补偿调度原则。分析研究结果表明,这种基于PSO的梯级水库联合防洪调度原则是合理的,该模型能在一定程度上简化梯级水库联合防洪补偿调度的复杂性,为解决梯级水库联合防洪补偿调度提供了一条简洁有效的途径。     

黄河上游梯级水库联合调水调沙及合理库容研究

随着对黄河水资源利用要求的提高,需明确未来调水调沙及南水北调西线工程对黄河上游梯级水库所需库容的影响,探求未来多工况用水要求下合理的梯级水库兴利库容。考虑黄河上游兰州断面需水、梯级水库发电、调水调沙、防洪、防凌等要求,首先建立了以缺水量最小为目标的梯级水库联合调度模型,设置了现状年及远景年共8个方案;其次采用自迭代模拟优化算法求解模型,用长系列径流资料进行优化调度计算;最后对模型求解结果采用时历法推求梯级水库所需兴利库容,确定梯级水库合理库容。从总调沙次数、调沙频率、多年供水量、供水保证率、多年平均发电量、发电保证率等指标分别量化了调水调沙、供水和发电效益。未来梯级水库所需合理库容将因综合需水和调沙次数的增加而增大,而西线工程的实施将有助于减小合理库容规模。在各调沙方案中,仅当2030年西线调水80亿m3时现有的梯级水库兴利库容能够满足综合用水需求,适当降低调沙力度与调沙频率或许是解决这一矛盾的折衷选择。研究成果量化了未来新水资源利用形势下的梯级水库合理库容,为科学指导黄河上游总体工程布局提供了决策依据。     

三峡梯级水库调度仿真及实现——给定葛洲坝水库出库流量优化模型

针对三峡梯级电站短期日优化调度问题,按实际需要研究开发了三峡梯级水库优化调度系统;采用动态规划(DP)算法针对给定葛洲坝出库流量寻求发电效益最大的模型编制程序进行求解,并且在此系统中对其进行仿真实现,取得了较为满意的效果.