水電站水庫中長期發(fā)電調度第一頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運行調度特點水庫中長期運行調度是研究在較長的時期（季、年、多年）內的最優(yōu)運行調度方式制定和實施的相關問題。2第二頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運行調度特點

水庫中長期運行由于跨越時間較長，其調度具有以下特點：1.受天然來水劇烈變化和水庫調節(jié)能力的影響顯著水電站水庫在長時期內所利用的天然來水變化劇烈，在時間上（年內和年際間）的分配極不平均，與用電和用水方式的適應性較差。為充分利用天然來水，更好的滿足發(fā)電、用水等需求，必須具有較大調節(jié)能力的水庫。因此，多變的天然入庫徑流和水庫的調節(jié)能力對水電站及其水庫的長期運行方式有顯著的影響。3第三頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運行調度特點水電站水庫長期運行方式一般用以年為周期的電力系統(tǒng)年負荷圖上的工作位置及相應的在一年內逐時段（旬、月）的平均出力過程、引用流量、蓄水量、上下游水位、水頭等變化過程表示。當水庫規(guī)模一定時，水庫長期調度方式取決于天然徑流的大小：在設計枯水條件，按保證運行方式工作；在一般豐水條件，按最優(yōu)運行方式工作；在特枯水條件，按最優(yōu)破壞運行方式工作。4第四頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運行調度特點當天然入庫徑流一定時，水電站水庫運行方式主要取決于水庫調節(jié)能力：無調節(jié)或短期調節(jié)能力水電站的長期運行方式不能用來指導和控制其較長時間內的運行調度，僅能用于編制電力系統(tǒng)長期電力電量平衡，設備檢修，負荷備用以及水利系統(tǒng)長期水量平衡；具有較大調節(jié)能力水電站長期運行方式，除用于編制電力系統(tǒng)和水利系統(tǒng)的有關長期計劃外，主要用來指導和控制長期運行調度。5第五頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運行調度特點2.調度信息的隨機性和不確定性使調度更加復雜水電站及其水庫本身的工作條件非常復雜，再加上他們不但與電力系統(tǒng)和水利系統(tǒng)的其他組成單元和部門之間有著廣泛而密切的聯(lián)系，還與社會、經濟、行政和生態(tài)環(huán)境等方面有著種種聯(lián)系和相互影響；而決定這些內外部條件、聯(lián)系和影響的原始信息（天然來水徑流、電力負荷、其它部門需求等）受到多種不確定因素的影響難以準確預知，因而給水庫中長期運行方式的制定帶來極大困難。6第六頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運行調度特點3.計算期和計算時段的考慮更加復雜長期運行調度方式計算常以“年”為計算期，將計算期分為歷時不等或相等的若干計算時段（旬、月、季）。計算中所使用的流量、負荷、出力、水位、水頭等信息指標為計算時段的平均指標。這種對時段內變化著的信息指標的均化造成一定程度的失真，可能引起一定的誤差。7第七頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運行調度特點4.分時上網電價政策對中長期優(yōu)化運行提出了新的要求隨著電力體制改革的推進和發(fā)電側市場的開發(fā)，我國不少省網已經實施上網電價政策，即按實際情況上浮、下浮，峰谷價差可適當拉大，高峰電價可為低谷電價的2~4倍甚至更高。分時電價的實施，使得在進行中長期優(yōu)化調度時，必須考慮電價因子的影響作用，使發(fā)電公司獲得最大的經濟效益。8第八頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法一、徑流描述基本方法水電站未來時期的入庫徑流實質上是一個具有各種復雜周期（特別是年周期）的非平穩(wěn)隨機過程。對徑流的描述應力求較全面、較真實地反映這一基本規(guī)律和特點。迄今為止，廣為采用兩類傳統(tǒng)的徑流描述方法，即時歷法與統(tǒng)計法。9第九頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法歷時法：以過去實測（包括插補延長）的或預報的徑流時歷特性資料來描述和預測徑流未來變化規(guī)律。其出發(fā)點是假定已出現(xiàn)的或預報的徑流過程及其特征量（如日流量、洪峰流量、枯水期水量、年徑流）可以反映徑流未來的變化規(guī)律。顯然，從隨機過程理論觀點看，這種假定并不完全符合實際。盡管如此，因為過去實測或預報的徑流時歷特性反映了徑流在一定時期的連續(xù)性和周期性，并間接地反映著徑流的某些統(tǒng)計特性。10第十頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法統(tǒng)計法：以過去實測徑流系列的某些周期特性量（如年徑流、枯水期徑流和洪峰流量等）的統(tǒng)計特性資料描述和預測徑流變化規(guī)律，其出發(fā)點是，將徑流的這些周期特征量當做隨機變量處理，利用這些隨機變量的統(tǒng)計參數（均值、變差、偏態(tài)）及相應的概率分布描述徑流的變化規(guī)律。它可以在一定程度上綜合概括徑流變化的各種可能情況，但不易反映徑流變化的連續(xù)性。11第十一頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法為探索既能反映徑流變化“連續(xù)性”，又能刻畫其“隨機性”的徑流描述方法，自20世紀50、60年代以來，產生了基于隨機過程理論的概率分析法和統(tǒng)計模擬法兩類徑流描述新方法。概率分析法是以隨機過程的一組統(tǒng)計參數和相應的一組概率分布函數來描述和預測徑流變化規(guī)律。隨機模型一般采用周期性時間離散的馬爾可夫過程或獨立時間序列，此法又稱為顯隨機法。12第十二頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法統(tǒng)計模擬法又稱蒙特卡洛法，是以按隨機過程理論和時間序列模型經統(tǒng)計實驗產生的人工生成徑流系列來描述和預測徑流變化規(guī)律的。由于人工生成的徑流系列比原始實測徑流系列長得多，能隱含地反映徑流的隨機特性，故此類方法又稱隱隨機法。13第十三頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法二、徑流過程描述方法1.確定性徑流過程確定性徑流過程，是指調度期T內任一時段t水庫入庫流量Qrk(t)是一個確定值。主要包括以下幾類確定性徑流過程：歷史徑流過程。對一年及以內歷時的歷史徑流過程進行優(yōu)化調度計算，主要用于評價實際調度水平；對于多年歷時的歷史徑流過程優(yōu)化調度計算，則主要用于編制中長期優(yōu)化調度方案。14第十四頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法人工生成徑流序列。根據徑流統(tǒng)計參數，采用一定的隨機生成方法，產生長系列（一千年、一萬年）的徑流過程，用于編制具有統(tǒng)計規(guī)律的中長期優(yōu)化調度方案。預報徑流過程。采用中長期徑流預報方法，預測未來幾個月、一年甚至多年的徑流過程，用于水電站水庫中長期調度計劃的制度。15第十五頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法2.隨機性徑流過程徑流過程的隨機描述，是將入庫徑流過程視為以年為周期的隨機過程。在水庫優(yōu)化調度中，水庫如流常采用以下幾種隨機描述：獨立隨機序列。各時段的入庫流量為相互獨立的隨機變量，其T維分布函數可表示為16第十六頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法馬爾可夫過程，也稱無后效性隨機過程。它具有如下性質：設時段t-1,t-2,…,t-m(m<t)入庫流量分別為Qrk(t-1),Qrk(t-2),…,Qrk(t-m)，t時段入庫流量為Qrk(t)的條件概率僅與Qrk(t-1),Qrk(t-2),…,Qrk(t-m)有關，而與t-m以前的入庫流量無關，即17第十七頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法混合隨機過程。對于調度期T個時段，與左右相鄰時段徑流相關性不顯著的時段，作為獨立隨機序列，采用一維概率分布Ft[Qrk(t)]；對于相鄰時段徑流相關者，視為簡單馬爾可夫鏈，采用二維聯(lián)合分布Ft[Qrk(t-1),Qrk(t)]或條件概率分布Ft[Qrk(t)|Qrk(t-1)]描述?；旌蠌搅鬟^程是這兩種不同性質的隨機序列組成的隨機過程。18第十八頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法應用隨機過程的方法描述入庫徑流過程，主要用于編制具有統(tǒng)計規(guī)律的中長期優(yōu)化調度方案。19第十九頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運行調度基本方法一、中長期調度方法及分類水庫中長期運行調度按是否采用優(yōu)化技術可分為常規(guī)調度和優(yōu)化調度。20第二十頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運行調度基本方法常規(guī)調度是根據已有的實測水文資料，計算各種興利調度線，并與各種特征水位線相結合，計算和編制水庫調度圖，以此作為水電站水庫控制運行的工具。常規(guī)調度圖簡單直觀，能利用調度和決策人員的經驗，對調度起一定的指導作用。然而，常規(guī)調度利用的調度信息有限，理論上不夠嚴密，所確定的運行調度方式和相應的決策只能是相對合理的，難以達到水電站水庫的最優(yōu)運行，難以處理多目標的復雜問題。21第二十一頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運行調度基本方法為了能夠利用所獲取的各種調度信息，解決更復雜的水庫調度問題，就需要采用優(yōu)化調度方法。優(yōu)化調度方法是指運用系統(tǒng)工程理論和最優(yōu)化技術，借助電子計算機尋求達到極值的最優(yōu)運行策略及相應決策。簡而言之，就是根據水庫入流過程和綜合利用要求，考慮水電站水庫的運行特征和實時狀態(tài)，制定并實現(xiàn)水庫中長期運行調度方式，獲得最大的經濟效益。22第二十二頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運行調度基本方法水電站水庫優(yōu)化調度關系到國民經濟的發(fā)展，調度得當，其增加的效益相當可觀，國內外實踐表明，水電站優(yōu)化調度一般可增加1%7%的發(fā)電效益。水電站水庫優(yōu)化調度作為流域梯級發(fā)電公司生產技術管理和電力營銷中的一項重要工作，是發(fā)揮水庫水電站潛力，參與市場競爭，充分利用水電資源多發(fā)潔凈電能，減少其他能源消耗的有效措施；此外梯級水電站群上下游水力、電力聯(lián)系密切，優(yōu)化調度經濟效益更為顯著，否則，會造成無益棄水，直接影響發(fā)電效益。23第二十三頁，共115頁。張勇傳（中國工程院院士）長期從事水電能源的教學與科學研究工作，在水電能源領域有較深的造詣。從50年代末開始電廠經濟運行和優(yōu)化調度研究。1963年編著出版了《水電站水庫調度》。從70年代末開始，在水庫運行基礎理論、規(guī)劃決策與風險管理、水電站計算機控制領域不斷取得重要突破和進展。主持和負責的“柘溪水電站優(yōu)化調度”，使柘溪成為我國第一個成功地實現(xiàn)優(yōu)化調度的大中型電站。獲重要獎勵（國家科技進步一等獎、三等獎和省部級一、二等獎）11項。24第二十四頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運行調度基本方法二、中長期優(yōu)化運行的最優(yōu)準則研究水電站水庫優(yōu)化調度時，首先要明確所謂最優(yōu)是什么，這就是最優(yōu)目標或最優(yōu)準則問題。這一準則一般有數量和質量兩方面，例如如何使產品（發(fā)電）的經濟效益最大，如何使供電供水的質量最高。25第二十五頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運行調度基本方法從使經濟效益最大的角度出發(fā)，主要體現(xiàn)在下列幾種最優(yōu)準則。

1.國民經濟效益最大或費用最小：全面，但少用。

2.電力系統(tǒng)的總耗煤量最?。合到y(tǒng)整體準則。

3.水電站發(fā)電量（發(fā)電效益）最大：一般常用，屬局部準則?！?6第二十六頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運行調度基本方法1.國民經濟總費用最小準則在確保系統(tǒng)可靠性和經濟性的基礎上，充分滿足水利電力系統(tǒng)用電用水需求，同時考慮到可靠性遭到破壞時，整個水利電力系統(tǒng)所引起的損失，以水利電力系統(tǒng)內國民經濟總費用最小為準則?！芔----水利電力系統(tǒng)總費用；

UP，UI，UN，UM----分別表示發(fā)電、灌溉、航運及其他部門的運行費用；

LP，LI，LN，LM----分別表示發(fā)電、灌溉、航運及其他部門由于水量不足所引起的損失費用。27第二十七頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運行調度基本方法2.電力系統(tǒng)總燃料費用最小該準則的基本觀點是，在保證電力系統(tǒng)電力、電量平衡的基礎上，實行水、火電站的最優(yōu)調度，充分發(fā)揮水電站的作用，使得系統(tǒng)的總燃料費用最低。

U----火電站總燃料費；

ui----第i個火電站的燃料費。28第二十八頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運行調度基本方法3.水電站發(fā)電量（效益）最大準則該準則是指在滿足各綜合利用部門用水要求的條件下，使得水電站發(fā)電量最大。

A—水電站綜合效率系數

Ct

—水電站分時電價29第二十九頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運行調度基本方法三、中長期運行調度計劃制定與修正通過常規(guī)調度圖或優(yōu)化調度，可以制定水電站水庫中長期調度計劃。在生產實際中，應考慮長、中、短期預報的不斷修正：30第三十頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度水庫常規(guī)調度的基本依據是水庫調度圖。調度圖是根據河川徑流特性及電力系統(tǒng)和綜合用水部門的要求，按水庫調度的目的進行編制的曲線圖，它是水電站及其水庫調度規(guī)則函數的一種重要表達形式。31第三十一頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度水庫調度規(guī)則函數是體現(xiàn)特定調度規(guī)則、用以指導水庫運行的一種函數。水庫調度規(guī)則函數一般根據水庫當時的狀態(tài)決定水電站水庫的運行計劃。在k時段初，水庫水位已知，面臨時段的天然來水由預報得知，調度規(guī)則函數如下：32第三十二頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度一、水庫發(fā)電常規(guī)調度圖的組成水庫調度圖以時間為橫坐標，以水庫蓄水量或水位為縱坐標，由一些控制水庫蓄水和供水的指示線所組成，它綜合反映了各種來水條件下的水庫調度規(guī)則。在實際運行中，即使缺乏水庫來水的徑流預報，只要根據水庫實際蓄水狀態(tài)，按照調度曲線和調度規(guī)則，就可確定水電站水庫各時刻的工作狀態(tài)。按照水庫調度圖進行調度，可以使各種調度矛盾得到比較合理的解決，較好的滿足各方要求。33第三十三頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度制定水庫調度圖的原則在設計枯水年份，水電站能按照保證出力工作，不能使正常供電遭受破壞；在平水年或豐水年份，合理利用多余水量，多發(fā)電，少棄水，節(jié)約系統(tǒng)中的火電燃料費用；遇到特枯年份，盡可能減輕水電站正常工作的破壞程度，減輕對國民經濟所造成的損失；盡可能滿足綜合利用部門的要求，包括水利部門對水庫所承擔的灌溉、航運、供水等以及電力部門對水電站所承擔的負荷與電量的要求。34第三十四頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度保證出力區(qū)降低出力區(qū)防洪區(qū)zt加大出力區(qū)預想出力區(qū)基本調度線1---防破壞線；2----限制出力線；3---防棄水線。21335第三十五頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度

水庫發(fā)電常規(guī)調度圖是各種調度規(guī)則的綜合體現(xiàn)。它是利用徑流的歷時特性和統(tǒng)計特性，按照上述要求所指定出的調度線圖。包括下列調度線和調度區(qū)：（1）基本調度線和保證出力區(qū)

基本調度線分為上基本調度線（防破壞線）和下基本調度線（限制出力線）。它們之間的區(qū)域稱為保證出力區(qū)，實際蓄水位落到此區(qū)，水電站按保證出力工作。它們體現(xiàn)了設計來水條件下水電站保證運行方式及相應的調度規(guī)則。36第三十六頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度保證出力:是指水電站在多年運行期間所能提供的具有一定保證率的電力，或者說，是相對于設計保證率的供水期的平均出力。保證率：水電站正常工作不遭受破壞的相對歷時。37第三十七頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度（2）加大出力線和加大出力區(qū)在上基本調度線以上按照各時刻同樣的加大出力比例繪制的調度線稱為加大出力線，如取基本調度線所對應的保證出力的1.1、1.2倍……，可給出一組加大出力線，最大的一條稱為防棄水線。上基本調度線以上到防棄水線之間的區(qū)域稱為加大出力區(qū)。實際蓄水位落在此區(qū)，水電站按加大出力調度線的流量工作。加大出力線是體現(xiàn)多水條件下對水庫多余水量的合理利用方式及相應的調度規(guī)則。38第三十八頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度（3）防棄水線和預想出力區(qū)最大的一條加大出力線稱為防棄水線。防棄水線以上的區(qū)域稱為預想出力區(qū)。實際蓄水位落在此區(qū)，為減少棄水，水電站應按預想出力全流量工作。39第三十九頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度（4）降低出力線和降低出力區(qū)在下基本調度線以下，按照各時刻同樣的降低出力比例可繪制一組降低出力線，例如取下基本調度線所對應的保證出力的0.9、0.8倍……。下基本調度線以下為降低出力區(qū)。實際蓄水位落到此區(qū),可按降低出力線的流量工作。降低出力線是體現(xiàn)水電站在特枯水條件下水庫蓄水又不足時，水電站正常工作合理破壞的方式及相應的調度規(guī)則。40第四十頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度（5）防洪調度線及防洪限制區(qū)該區(qū)是為攔蓄設計洪水，消減最大洪峰流量，在滿足水庫及下游安全的前提下合理利用防洪庫容所擬定的調度線與調度區(qū)(即各時期防洪限制水位，汛限水位約束了發(fā)電蓄水高程)。41第四十一頁，共115頁。三峽電站年調度圖圖中水位為月末水位值，單位為m。I：防洪區(qū)，按裝機容量發(fā)電，1820萬KWII：預想處理區(qū)III：保證出力區(qū)，499.6萬KWIV：降低出力區(qū)，（統(tǒng)一按80％保證出力區(qū)發(fā)電）42第四十二頁，共115頁。43第四十三頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度對于某一個具體水電站水庫而言，水庫常規(guī)調度圖的組成和形式是由水庫任務、調節(jié)性能以及其在電力系統(tǒng)中的作用等因素所決定的。44第四十四頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度二、水庫發(fā)電常規(guī)調度圖的繪制方法繪制調度圖的基本依據來水流量資料，包括歷時特性資料（如歷年逐月或旬的平均來水流量資料）和統(tǒng)計特性資料（如年或月頻率特性曲線）。水庫水位庫容關系資料和下游水位流量關系資料。45第四十五頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度水庫的各種興利特征水位和防洪特征水位等。水電站動力特性資料，包括水輪機運行綜合特性曲線，引水系統(tǒng)水力損失等資料。水庫的綜合利用要求，如灌溉、航運的要求等。46第四十六頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度繪制常規(guī)調度圖的基本方法從歷史實測徑流資料中選出若干與水電站設計保證率相應的水文過程，以水電站設計參數為約束、水庫特征水位為邊界條件進行徑流調節(jié)計算，得出與各水文過程相應的水庫蓄水過程線，而后分別取其上、下包絡線得上、下基本調度線；再以上、下基本調度線為邊界條件，往上繪制加大出力線、往下繪制降低出力線。出力值等于電站在相應水頭下所能發(fā)出最大出力的那根加大出力線為預想出力。47第四十七頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度(一)年調節(jié)發(fā)電水庫基本調度線的繪制年調節(jié)水電站的工作一般可能出現(xiàn)三種情況：來水較豐時，枯水期能向電力系統(tǒng)提供大于其設計值的出力；來水特枯年份，枯水期只能向系統(tǒng)提供小于其設計值的出力；來水頻率等于水電站設計保證率時，枯水期向系統(tǒng)提供等于其設計值的出力。發(fā)電水庫的基本調度線依據第三種水文情況按供水期和蓄水期分別繪制。48第四十八頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度供水期基本調度線的繪制設計典型年和保證出力的選?。焊鶕娬拘阅芎吞攸c及其在電力系統(tǒng)中的地位和作用，選定設計保證率。查保證出力—頻率曲線得相應的設計保證出力Nf。查流量—頻率曲線得相應的設計流量。取平均出力或平均流量接近于設計值的幾年為設計典型年，得若干年的流量過程。49第四十九頁，共115頁。逆時序水能計算：從供水期末的死水位開始，供水期初的正常水位為起點，按保證出力運行方式，由定時段末水庫存水量Vk，時段平均來水Ik和出力Nf，求時段初水庫存水Vk-1和流量Qk。得若干年的蓄水過程線：繪制蓄水過程線：將所得蓄水過程線點繪于坐標系內。作上、下包絡即得基本調度線。將下包線供水期末水位死水位修正到與上包線重合。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度50第五十頁，共115頁。Vt51第五十一頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度蓄水期基本調度線的繪制蓄水期基本調度線的繪制與供水期基本相同，即根據前面選出的若干典型年修正后的來水過程，找出這些年份蓄滿水庫的時刻。從該時刻正常高水位開始，按保證出力圖逆時序進行水能計算，直到水庫水位降至死水位，得出各年發(fā)保證出力的蓄水指示圖，取其上包絡線為上基本調度線，下包絡線為下基本調度線。52第五十二頁，共115頁。Vt53第五十三頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度基本調度圖將供水期和蓄水期的基本調度線繪制在同一張圖上，就得到全年的基本調度圖。水庫水位位于上基本調度線時電站發(fā)保證出力體現(xiàn)了時歷法保守性的一面，因此又叫防破壞線；水庫水位位于下基本調度線時電站發(fā)保證出力體現(xiàn)了時歷法風險性的一面，因此又叫限制出力線。54第五十四頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度加大出力和降低出力線（1）加大出力線年調節(jié)水電站水庫在運行中，當天然來水量較豐時，在ti時刻水庫實際水位比該時刻水庫上基本調度線高出ΔZi時，則水電站應加大出力以充分利用多蓄的水量，通?？刹捎靡韵氯N方式：55第五十五頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度

立即加大出力，使多余水量盡快放掉。該方式出力不均勻，由于短時間內出力突增，對系統(tǒng)中火電站的運行不利。后期集中加大出力，該方式出力也不均勻，但可使水電站在較長時期保持較高水頭運行，較第一種方式多發(fā)電量。但如果汛期提前到來，則有可能產生不應有的棄水。均勻加大出力，該方式增加出力均勻，對系統(tǒng)中的發(fā)電站運行有利，也能充分利用多余水量，是經常采用的一種增加出力方式。56第五十六頁，共115頁。（1）立即加大出力。使水庫水位在時段末ti+1就落在上調度線①上。（2）后期集中加大出力（線②）。這種方式可使水電站較長時間處于較高水頭下運行，對發(fā)電有利，但出力不均勻。（3）均勻加大出力（線③）。使出力均勻，充分利用水能資源。④①③②⑥⑤1——下基本調度線；2——上基本調度線4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度57第五十七頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度加大出力線的計算枯水典型年法(圖4-6)：根據防破壞線和保證出力進行水能計算，推求出相應的水庫徑流過程，作為計算枯水典型年徑流過程。確定不同級別的加大出力，分別用計算枯水典型年徑流過程，從供水期末防破壞線上相應的指示水位起，對整個調節(jié)年進行逆時序計算，直至蓄水期初庫水位回落至相應水位為止，求得各級加大出力在各時段初的水庫蓄水水位。將各級指示水位分別點繪于基本調度圖并連接成線，除去正常蓄水位以上部分，即得一組加大出力線。58第五十八頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度（2）降低出力線當遇特枯年份，天然來水很小時，水電站按保證出力工作一段時間后，水庫水位會降到下基本調度線以下，此時，水電站的正常工作將遭到破壞。這種情況下，為減小正常工作的破壞程度，有下面三種調度方式：59第五十九頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度立即減小出力，使水庫水位經過Δt后很快回蓄到下基本調度線上，這樣破壞時間較短。繼續(xù)按保證出力圖工作，直到死水位，以后按天然來水流量工作，該方式如后期來水很少，將引起集中的嚴重破壞。均勻減小出力至供水期末，該方式使正常工作均勻破壞，破壞程度小，降低調度線一般按此種方式繪制。60第六十頁，共115頁。（1）立即降低出力（線④）使水庫蓄水在ti+1時就回到下調度線上。（2）后期集中降低出力（線⑤）。調度方式簡單，且系統(tǒng)正常工作破壞的持續(xù)時間較短，但破壞強度大。（3）均勻降低出力（線⑥）。該方式使破壞時間長，但破壞強度最小。④①③②⑥⑤4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度61第六十一頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度降低出力線的計算枯水典型年法(圖4-8)：根據限制出力線和保證出力進行水能計算，推求出相應的水庫徑流過程，作為計算枯水典型年徑流過程。按照該徑流過程，分別對不同級別的降低出力，從供水期末死水位起，對整個調節(jié)年進行逆時序計算，直至蓄水期初庫水位回落至死水位為止，求得各級降低出力在各時段初的水庫蓄水水位。將各級指示水位分別點繪于基本調度圖并連接成線，并將各線在供水期末都修正至與限制出力線終點一致，即得一組降低出力線。62第六十二頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度（二）多年調節(jié)發(fā)電水庫基本調度線的繪制多年調節(jié)水庫的調節(jié)周期長達數年，且水文資料有限，難以選出具有代表性的典型年組，因此常用如下簡化調度圖。▽正常蓄水位IVIVIII▽死水位多年庫容IIIIII年庫容63第六十三頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度假定：將水庫的調節(jié)庫容分為年庫容和多年庫容，多年庫容調節(jié)年際間徑流分布不均勻性，年庫容調節(jié)年內徑流分布不均勻性；所有的供水年組（連續(xù)枯水年組）的第一年和最后一年水庫都能進行完全年調節(jié)，即這兩年電站發(fā)保證出力都不需要消耗多年庫容。64第六十四頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度從此假定出發(fā)：水庫的最高蓄水指示線—防破壞線，將發(fā)生在供水年組的第一年，稱為第一計算典型年，該年初水庫的多年庫容已蓄滿；水庫的最低蓄水指示線—限制出力線，將發(fā)生在供水年組的最后一年，稱為第二計算典型年，該年初水庫多年庫容已經放空。65第六十五頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度1.計算典型年的選擇分別在多年庫容水位和死庫容水位條件下，按保證出力進行水能計算，推算出能進行完全調節(jié)的相應水量；然后再選出分別與兩種水量相近、但年內分配不同的若干實際年份，經修正后即得第一計算典型年和第二計算典型年。由于第一計算典型年水位過程高于第二計算典型年，所以后者的年水量應比前者的年水量大。66第六十六頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度2.基本調度線的繪制對各第一計算典型年，按保證出力自蓄水期末允許的最高興利水位（正常蓄水位）、逆時序時段計算至蓄水期初求得相應的年消落水位；再自供水期末各相應的年消落水位逆時序計算至供水期初的允許最高水位；將它們繪制于同一圖內內并取其上包線，即得上基本調度線。67第六十七頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度對各第二典型年自供水期末死水位起，按保證出力逆時序計算至蓄水期初，求得與各第二計算典型年相應的水電站發(fā)保證出力的水庫蓄水指示線，繪于同一圖內并取其下包線，即得下基本調度線。68第六十八頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度四、水庫調度圖的作用在選擇水庫調度方案時，可按調度圖根據長系列徑流資料復核各方案的水利動能效益指標如設計保證率、多年平均發(fā)電量、多年平均用水量和發(fā)電耗水率，為方案比較提供依據。在編制水電站水庫年運行計劃時，可根據預報資料，按調度圖計算逐月和全年的水電站發(fā)電量及水庫運行方式。在實施調度運行計劃時，可以按調度圖和中長期水文預報逐月修正調度計劃，并根據短期水文預報進行防洪和發(fā)電調度。69第六十九頁，共115頁。五、常規(guī)調度圖的特點根據時間和水庫水位決定水電站出力：直觀、簡明，易于使用。調度圖的繪制需要實際經驗，可能因人而異。函數形式為分段常值函數。側重于保證可靠性。電量等效益沒考慮。沒用到入庫徑流。有進一步改善的可能。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運行調度70第七十頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度一、研究單一水電站水庫調度的意義和應用條件和常規(guī)調度相比，優(yōu)化調度在滿足多種約束條件、考慮不同優(yōu)化準則以及在適應實時負荷變化及水情變化等方面，處理比較靈活，能獲得更大的運行效率。現(xiàn)代電力系統(tǒng)是由多個水、火電站及其他能源電站聯(lián)合工作的，單一水電站水庫的中長期優(yōu)化調度已較少見。但在下列情況下，仍具有現(xiàn)實意義：71第七十一頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度1.河流開發(fā)初期，地區(qū)性電網尚未建成，水電站孤立運行時，或雖有地區(qū)性電網，但水電比重很大。2.梯級水電站群中上游為大型水庫電站，下游為一串日調節(jié)或無調節(jié)水電站時，從中長期調度而言，此梯級等價于有附加水頭的單一水電站。3.用大系統(tǒng)分解協(xié)調原理研究梯級水電站水庫群，每個水電站作為一個子電站（子系統(tǒng)），常要研究其“擬獨立運行”的最優(yōu)方案，作為逐次協(xié)調修正的基礎。72第七十二頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度二、水電站最優(yōu)運行的物理基礎水電站水庫中長期調度的基本課題是：對于調度期T，在已知水電站水庫預測入流過程等條件下，尋求使所采用的優(yōu)化準則達到極值的水電站出力過程和相應的水庫蓄泄狀態(tài)變化過程。73第七十三頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度在已知來水條件下，水電站水庫發(fā)電運行的優(yōu)劣，其物理依據可根據總發(fā)電量（效益）最大、最小出力最大進行分析：電站的收益B取決于4個因素：效率系數A，發(fā)電流量Q，發(fā)電水頭H和電價因子C。在河川來水及調節(jié)庫容一定的情況下，（A，Q，H，C）越大，則B越大。74第七十四頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度1.效率系數A效率系數A值的大小，對于一定的水輪發(fā)電機組機型是與Q和H有關的，及A=f(Q,H)；對于不同的機型，f也不同。而Q和H對水電站效率系數A的影響，取決于機組間的負荷分配情況。75第七十五頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度鑒于機組效率A的最優(yōu)利用具有相對獨立性，故在實際工作中可把它與Q，H的最優(yōu)利用分為兩步來考慮：研究中長期優(yōu)化調度時，視為某個常數，在求出逐月逐旬最優(yōu)平均負荷后，再在此基礎上考慮A=f(Q,H)的關系，也就是研究短期水電站廠內經濟運行問題。76第七十六頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度2.發(fā)電流量Q和水頭H發(fā)電流量Q的最優(yōu)利用主要反映在盡量防止和減少棄水上。這一因素的作用大小，視水庫調節(jié)能力和當年來水峰枯情況而定。對于調節(jié)性能好的水庫，則棄水機會少，水庫水頭一般也大，故水頭利用的效益就可能更重要。不過，在水庫接近蓄滿和來水較豐的年份，流量利用的效益仍同等重要。77第七十七頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度對于調節(jié)程度不高的水庫（不完全調節(jié)和季調節(jié)水庫），流量的最優(yōu)利用一般遠較水頭利用的效益為大，故也更重要。因此，在研究最優(yōu)調度時，除了要滿足基本的約束條件外，應把流量利用作為第一要考慮的因素。78第七十八頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度3.電價因子C電價因子的影響主要是由于電力市場環(huán)境下實行分時電價所致。雖然在電力市場環(huán)境下，電價每時每刻都在發(fā)生變化，但在中長期調度時，將一年分為豐水期、平水期、枯水期三個時期，調度只考慮豐、平、枯期電價的影響。79第七十九頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度一般而言，枯水期的電價遠遠高于豐水期的電價，因此對于具有較大調節(jié)能力的水庫而言，要充分利用調節(jié)庫容，將豐水期的來水存儲起來，供枯水期利用，從而保證電站獲得最大的收益。80第八十頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度三、單一水電站最優(yōu)運行方式的制定在確定性來水（對應于某一確定時刻ti的相應流量是一定值Ii）條件下，水庫蓄水量隨時間變化的關系曲線V-t被稱為水庫調度線。水電站的收益B是其水頭、發(fā)電流量和電價因子的函數，B=f(H,Q,C)。81第八十一頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度水頭等于上、下游水位之差，上游水位是水庫蓄水量的函數，下游水位是下泄流量的函數；下泄流量等于入庫流量加上水庫蓄水量的變化；電價因子是時間的函數，在中長期調度時，一般對豐、平、枯3個時期各取一電價水平。82第八十二頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度綜合以上關系可知，當水庫調度線確定后，水庫水位、發(fā)電流量、發(fā)電效益都隨之唯一確定。如果水電站水庫可以按規(guī)定的調度線運行，則稱此調度線為可行線；如果調度線不僅可行，而且相應的運行能帶來最大的效益，則稱此調度線為最優(yōu)調度線。83第八十三頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度四、數學模型以水電站年發(fā)電效益最大為優(yōu)化準則建立中長期調度模型：1.目標函數

84第八十四頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度2.約束條件水電站水庫運行調度的約束條件，包括水量平衡約束、水庫特性約束、水庫蓄水位約束、水庫下泄流量約束、電站出力約束、非負約束等。85第八十五頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度（1）水量平衡約束（2）水庫特性約束水位庫容曲線下游水位流量關系曲線（3）不等式約束（4）初始或終止庫水位約束86第八十六頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度3.模型求解方法1.傳統(tǒng)優(yōu)化方法線性規(guī)劃（LP）動態(tài)規(guī)劃（DP）逐步優(yōu)化法（POA）等2.現(xiàn)代智能方法遺傳算法（GA）蟻群算法（ACO）粒子群算法（PSO）等87第八十七頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度五、動態(tài)規(guī)劃求解原理與方法1.動態(tài)規(guī)劃原理動態(tài)規(guī)劃的基本思想是貝爾曼的最優(yōu)化原理，即“作為整個過程的最優(yōu)策略應具有這樣的性質：一個最優(yōu)策略的子策略必然是最優(yōu)的”。88第八十八頁，共115頁。

4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度2.水庫優(yōu)化調度的動態(tài)規(guī)劃法

動態(tài)規(guī)劃算法是目前求解單一水庫電站優(yōu)化調度問題最為成功的方法。對于具有長期調節(jié)性能的水電站水庫，其水庫運行調度是一個典型的多階段決策過程，可以按照下列系統(tǒng)概化思路進行處理：89第八十九頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度階段與階段變量狀態(tài)變量決策變量列出狀態(tài)轉移方程建立效益函數與目標函數建立水電站水庫最優(yōu)調度的遞推方程明確約束條件90第九十頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度階段與階段變量對于具有長期調節(jié)性能的水庫，可將調節(jié)周期按月（或旬）為時段劃分為T個階段，以t代表階段變量，則t=1,2,…T。相應的t為面臨時段，t+1~T為余留時期。91第九十一頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度狀態(tài)變量描述多階段決策過程的演變，且滿足無后效性要求。選用每個階段水庫水位Z為狀態(tài)變量。Zt和Zt+1分別為t時段初末的庫水位，其中Zt+1也是t+1時段的初始蓄水狀態(tài)。92第九十二頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度決策變量決策是從某一個狀態(tài)演變到下一個階段某種狀態(tài)的一種選擇，描述這種選擇的變量稱為決策變量。水庫調度中，選各時段的出力Pt或發(fā)電流量Qt作為決策變量，當時段t的初始狀態(tài)Zt給定后，如果做出某一決策Pt(Zt)或Qt(Zt)，則初始狀態(tài)Zt將演變?yōu)闀r段末的狀態(tài)Zt+1

。93第九十三頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度狀態(tài)轉移方程狀態(tài)轉移方程用于描述過程的狀態(tài)轉移規(guī)律。水電站水庫調度中，以水量平衡方程得到Vt和Vt+1的關系，再由水位庫容關系曲線得到Zt和Zt+1的關系，即為狀態(tài)轉移方程：Vt+1=

Vt+(Qr,t-

Qt-Qqt)△t

式中：Qr,t----時段t的入庫流量

Qt,Qqt----時段t的發(fā)電流量和棄水流量△t----時段秒數94第九十四頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度狀態(tài)轉移方程把多階段決策過程中的三種變量（階段變量t、狀態(tài)變量Z、決策變量P或Q）聯(lián)系在一起。對于明確的決策過程，下一階段的狀態(tài)變量完全由面臨時段的狀態(tài)和決策所決定。95第九十五頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度建立目標函數目標函數是優(yōu)化的準則或目標。以水電站在調度期發(fā)電收益或發(fā)電量最大為優(yōu)化準則時，令Bt和B1(Z1)分別為任一時段t和整個調度周期的效益指標，則Bt和目標函數B1*(Z1)分別為：其中Z1為整個調度期初的水庫水位；B1*(Z1)為最優(yōu)（最大）值。96第九十六頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度建立水電站水庫最優(yōu)調度的遞推方程遞推方程的具體形式與遞推順序和階段變量的編號有關。若逆序遞推且階段變量的序號與階段初編號一致，則遞推方程為：式中，Bt(Zt，Qt，Ct)為面臨時段的效益；Bt+1*(Zt+1)為余留時期（t+1~T）最大收益的累計值；Bt*(Zt)為時期（t~T）的總收益最大累計值；97第九十七頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度若給定調度期末庫水位約束，可不考慮調度期后期的余留效益，即B*T+1(ZT+1)=0；若未給定調度期末水位約束，則需要考慮調度期末不同蓄水狀態(tài)所對應的余留效益B*T+1(Zi)=BendT+1(Zi)98第九十八頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度明確約束條件水電站水庫運行調度的約束條件，包括電站過流量、水庫蓄水位、電站出力等。99第九十九頁，共115頁。12123ttt+1T－1Z2TTT+1T－1Z1Z3ZtZt+1ZT+1ZTZT－1狀態(tài)Z階段B*t(Zt)B*t+1(Zt+1)Bt(Zt,Qt)圖8-8多階段決策逆序遞推過程圖100第一百頁，共115頁。(12)(14)(10)(27)(26)(17)(44)(43)(33)(62)(58)(43)(83)101第一百零一頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度3.考慮保證率約束的優(yōu)化計算對于以發(fā)電為主的水電站水庫或綜合利用水庫，以發(fā)電量（效益）最大目標作為優(yōu)化準則得到的最優(yōu)運行策略，往往只追求總發(fā)電量（效益）最大，不一定能滿足水電站正常供電要求，因此，需對水庫運行進行可靠性約束：p{Pt≥Pb,t=1~T}

≥pfd102第一百零二頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度以上可靠性約束難以在優(yōu)化調度數學模型的求解過程中直接應用，一般采用“懲罰函數法”，即對時段平均出力低于保證出力時進行“懲罰”，此時目標函數修改為：103第一百零三頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度考慮保證率約束的數學模型求解步驟為：假設一個懲罰系數β；求解以上數學模型得到最優(yōu)運行策略，并統(tǒng)計發(fā)電保證率p；如果p=pfd，則說明最優(yōu)運行策略滿足可靠性約束，否則，應調整β。104第一百零四頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調度4.動態(tài)規(guī)劃的優(yōu)越性用動態(tài)規(guī)劃求解水電站水庫優(yōu)化調度問題，相比其它優(yōu)化方法，有下述優(yōu)點：（1）易于求出全局最優(yōu)解。動態(tài)規(guī)劃把原問題化為一系列結構相似的最優(yōu)子問題，而每個子問題的變量個數比原問題少得多，約束集合