1、洮河流域梯級電站水庫群的聯(lián)合調(diào)度模型實(shí)施梯級水庫的集中聯(lián)合調(diào)度，主要目的在于提高了流域水能利用率，提高發(fā)電效率。水庫群的集中調(diào)度管理主要依靠“烏江流域衛(wèi)星水情自動化系統(tǒng)”。流域遭遇來水特枯年份，在上下游來水極不均衡情況下，不僅要實(shí)現(xiàn)流域各梯級電站的水庫零棄水，而且還要完成集團(tuán)公司下達(dá)的年度發(fā)電計劃。梯級電站水庫特征水位表3.4.2水庫的特征水位根據(jù)裝機(jī)規(guī)模論證和水庫回水特征，經(jīng)調(diào)洪驗(yàn)算確定水庫的特征水位為：水庫校核洪水位2004.0m水庫設(shè)計洪水位2002.00m水庫正常蓄水位2002.00m水庫汛期限制水位2001.00m（510月）水庫發(fā)電死水位2000.0m3.4.3汛期庫水位本電站水庫

2、為日調(diào)節(jié)，其發(fā)電出力主要受來水流量控制，汛期來水量一般大于電站額定引用流量，水庫汛限水位2001.00m。當(dāng)中、小洪水流量Q Q603 m3/s時，水庫水位 2002.00m。當(dāng)洪水流量2360m3/s(設(shè)計洪水)Q (P=5%) 1680 m3/s時，水庫設(shè)計洪水位2002.00m。 當(dāng)洪水流量Q設(shè)計洪水2360m3/s時，水庫水位由2002.00m逐漸上升到最高洪水位2004.00m，在任何情況下，水庫水位不得高于2004.00m。3.4設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及水庫水位3.4.1樞紐設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)正常蓄水位1968.80m，相應(yīng)庫容780萬m3；設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為3.33%，設(shè)計洪水位1969.1m，相應(yīng)洪峰流量

3、2110m3/ s,相應(yīng)庫容1000萬m3；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為0.5%，校核洪水位1970.5m，校核洪峰流量3230m3/s，相應(yīng)庫容1362萬m3；最低發(fā)電水位1966m。3.4.2汛期庫水位根據(jù)來水量規(guī)定如下：流量為 20.00632.00 m3/s時，水位1969.101968.50 m流量為 632.001000.00 m3/s時，水位1968.501967.50 m流量為1000.001500.00 m3/s時，水位1966.001967.00 m流量為1500.002000.00 m3/s時，水位1965.001966.00 m流量為2000.002500.00 m3/s時，水位19

4、63.001965.00 m流量為2500 m3/s以上時,水位不高于是1959.1 m，在任何情況下，庫水位不得高于1970.50 m。九甸峽電站總裝機(jī)容量300MW，單機(jī)容量30MW，設(shè)計年發(fā)電量8.971億kw.h，保證出力50.4MW，年利用小時數(shù)3395h。最大水頭18m ，設(shè)計水頭16.2 m，最小水頭12.22m。設(shè)計單機(jī)流量90m3/s，總額定流量約為270m3/s。發(fā)電引水系統(tǒng)水頭損失采用0.5 m。蓮麓一級電站總裝機(jī)容量66MW，單機(jī)容量22MW，設(shè)計年發(fā)電量2.382億kw.h，保證出力13.87MW，年利用小時數(shù)3609h。最大水頭30.4m ，設(shè)計水頭27.5 m，最

5、小水頭21.75m。設(shè)計單機(jī)流量90.28m3/s，總額定流量約為270.84m3/s。發(fā)電引水系統(tǒng)水頭損失采用0.5 m。蓮麓二級電站總裝機(jī)容量37.5MW，單機(jī)容量12.5MW，設(shè)計年發(fā)電量1.450億kw.h，保證出力8.54MW，年利用小時數(shù)3625h。最大水頭18m ，設(shè)計水頭16.2 m，最小水頭12.22m。設(shè)計單機(jī)流量90m3/s，總額定流量約為270m3/s。發(fā)電引水系統(tǒng)水頭損失采用0.5 m。海甸峽電站總裝機(jī)容量60MW，單機(jī)容量20MW，年發(fā)電量2.708億kw.h，保證出力15.4MW，年利用小時數(shù)4513h。最大水頭33.36m ，設(shè)計水頭29.5 m，最小水頭23.

6、49m。設(shè)計單機(jī)流量81.4 m3/s，總額定流量約為243m3/s。發(fā)電引水系統(tǒng)水頭損失采用0.5 m。三甲電站總裝機(jī)容量31.5MW，單機(jī)容量10.5MW，設(shè)計年發(fā)電量1.450億kw.h，保證出力8.54MW，年利用小時數(shù)3625h。最大水頭17.4m ，設(shè)計水頭15.8 m，最小水頭14.1m。設(shè)計單機(jī)流量70.2 m3/s，總額定流量約為210.6m3/s。發(fā)電引水系統(tǒng)水頭損失采用0.5 m。二灘水電站水庫優(yōu)化調(diào)度及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行實(shí)踐繆益平 蹇德平 陳國春(二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司，四川成都)摘要：二灘水電站是以發(fā)電為主的大型水力發(fā)電樞紐，自1998年投入運(yùn)行以來，累計發(fā)電量已超過l 24

7、0億kW h，為川渝地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。對二灘水電站水庫優(yōu)化調(diào)度及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行實(shí)踐情況進(jìn)行了分析。為了給雅礱江流域梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度積累經(jīng)驗(yàn)，對二灘水電站在推行水庫優(yōu)化調(diào)度、降低機(jī)組耗水率等方面而采取的一些行之有效的措施作了簡要介紹。關(guān)鍵詞：水庫；優(yōu)化調(diào)度；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；二灘水電站中圖分類號：TV69711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A1 概述二灘水電站位于四川省西南部攀枝花市境內(nèi)的雅礱江下游，距雅礱江與金沙江的交匯口33 km，是以發(fā)電為主的大型水力發(fā)電樞紐；壩型為混凝土雙曲拱壩，最大壩高240 m，是中國已建成的最高壩，在世界同類型壩中居第3位。水電站裝機(jī)容量330萬kW，多年平均發(fā)電量為170

8、億kW h。水庫正常蓄水位1 200 m，總庫容58億m。，調(diào)節(jié)庫容337億m ，為季調(diào)節(jié)水庫。1987年9月，開始進(jìn)行二灘水電站施工的前期準(zhǔn)備工作；1991年9月14日，主體工程開工；1993年11月26 13，二灘水電工程實(shí)現(xiàn)大江截流；1998年5月1日，水庫開始蓄水；同年8月18 Et，第1臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電；1999年l2月，二灘水電站工程全部建成投產(chǎn)。自投產(chǎn)以來，二灘水電站一直擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓和事故備用任務(wù)，80以上的運(yùn)行時段作為川、渝電網(wǎng)第一調(diào)頻和調(diào)峰電廠。低谷時，電廠機(jī)組進(jìn)相調(diào)壓，為提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平和電網(wǎng)頻率、電壓合格率起著不可替代的作用，也大大改善了系統(tǒng)的供電質(zhì)量和

9、運(yùn)行條件，使川、渝電網(wǎng)的頻率合格率達(dá)到了9999 ，電壓合格率提高了3。二灘水電站建成抗入運(yùn)行，改變了川渝地區(qū)多年缺電的局面，對充分合理利用四川水能資源，促進(jìn)川渝地區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。2008年是二灘水電站建成投產(chǎn)l0周年，在這過去的10 a里，二灘水電站運(yùn)行之路歷經(jīng)坎坷。建成投產(chǎn)初期，由于JiI渝電力市場需求、輸出線路等因素影響，19982001年發(fā)電能力利用率為56。在中央和地方政府的關(guān)注和支持下，2002年開，起二灘水電站年計劃發(fā)電量達(dá)146億kW h。20032005年二灘水電站取得了良好的發(fā)電效益，其中2004、2005年節(jié)水增發(fā)電量分別為4 360、2 370萬kW

10、h。2006年二灘水電站水庫遭遇了自1953年以來雅礱江流域來水特枯年份，2007年來水持續(xù)偏枯，二灘水電站實(shí)際發(fā)電量連續(xù)2 a沒有達(dá)到146億kW h。面對不利因素，二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司加強(qiáng)了對二灘水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理，增加發(fā)電量，力爭在2008年使發(fā)電量取得新的突破。2 推行水庫優(yōu)化調(diào)度，動態(tài)控制水庫水位二灘水電站水庫發(fā)電調(diào)度原則是，在滿足電力系統(tǒng)要求的條件下，充分合理地利用水量與水頭，盡可能多地增發(fā)電量，取得最好的經(jīng)濟(jì)效益。公司為此積極采用優(yōu)化調(diào)度方法來挖掘二灘水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的潛力，一方面，以水電站發(fā)電量最大化為目標(biāo)，在協(xié)調(diào)好電網(wǎng)、防汛管理部門與二灘水電站之間各方面關(guān)系的基礎(chǔ)上，充分

11、發(fā)揮水庫調(diào)節(jié)性能，提高發(fā)電效益；另一方面，當(dāng)二灘水電站受制于短期電網(wǎng)負(fù)荷需求，無法實(shí)現(xiàn)中長期發(fā)電量最大化目標(biāo)時，二灘水電站以耗水量最小為目標(biāo)，安排機(jī)組運(yùn)行發(fā)電。二灘水電站水庫優(yōu)化調(diào)度是以長、中、短期三者優(yōu)化調(diào)度緊密結(jié)合為主，長期優(yōu)化調(diào)度是在分析歷史徑流資料，對水庫來水做中長期預(yù)報的前提下，推求二灘水庫年內(nèi)逐月水位控制目標(biāo)；中期優(yōu)化調(diào)度是將長期優(yōu)化的目標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化，結(jié)合實(shí)際來水情況，對水庫來水滾動(旬、日)預(yù)報，并依據(jù)電網(wǎng)實(shí)際負(fù)荷需求調(diào)整逐句(日)水庫運(yùn)行發(fā)電計劃；經(jīng)過電網(wǎng)每日的負(fù)荷分配及電力系統(tǒng)限制進(jìn)行校正，可得出短期優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)，即峰平谷的電量分配 。21 汛期(61O月)水庫優(yōu)化運(yùn)行雅礱

12、江流域來水豐富，根據(jù)所進(jìn)行的徑流系列分析，二灘水庫汛期6t0月來水量占據(jù)全年來水總量的766 。二灘水庫在設(shè)計方案是設(shè)計為不承擔(dān)上下游的防洪任務(wù)，也無防洪限制水位。由于泄洪能力大，在原設(shè)計方案中，二灘水庫為高水位運(yùn)。后來，結(jié)合調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，對二灘水庫汛期運(yùn)行方式進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在確保水庫蓄滿水和完成發(fā)電計劃的前提下，適當(dāng)降低水庫汛期的運(yùn)行水位，可以提高水庫調(diào)度的主動性和靈活性，減少泄洪閘門的操作頻次和有效庫容淤積，有利于合理分?jǐn)傂沽浚ＷC大壩及樞紐工程安全度汛，同時，還可獲得較好的發(fā)電量效益。隨著雅礱江流域水電開發(fā)工程的深入，對二灘水庫的運(yùn)行要求也在不斷提高。2007、2008年為了兼顧雅礱

13、江流域在建電站防洪安全，對二灘水電站水庫汛期運(yùn)行方式進(jìn)行了深入的分析研究，根據(jù)不同來水情況，研究了汛期運(yùn)行水位的動態(tài)控制過程，確定蓄水時機(jī)，以便在確保安全防洪度汛的前提下，完成發(fā)電任務(wù)和保證汛末蓄滿水庫。211 6月份的水位控制對二灘水庫運(yùn)行資料進(jìn)行的分析表明，5月中旬，庫水位消落至死水位1 1550 m左右為宜。雅礱江雨季大部分在5月下旬開始，此時來水逐漸增加，5月底水位逐漸二升至1 1600 m左右。根據(jù)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，在庫水位達(dá)到1 185 m時，可滿足額定水頭165 m的要求，且能避免機(jī)組容量受阻，滿足電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻的要求。計算表明，當(dāng)6月底水位分別控制在1 185、1190 m時

14、，二灘水電站汛期6月上句至7月上甸多年 均發(fā)電量分別為1944、1886億kW h。6月未發(fā)生棄水，月底庫水位不宜過高，在滿足機(jī)組發(fā)電水頭的前提下，充分利用水量發(fā)電，可獲得較好的發(fā)電效益；當(dāng)發(fā)生棄水時，適當(dāng)提高庫水位，首次泄洪時，將水庫水位控制在1 190 m，以中孔泄洪為主，這樣有利于排沙和減少有效庫容淤積。6月底，則應(yīng)將水位控制在1 18501 1900 m 。212 7、8月份的水位控制7、8月份，雅礱江流域處于主汛期，二灘水電站來水較大，水頭高，并出現(xiàn)棄水。根據(jù)計算分析，7、8月底，二灘水庫水化應(yīng)按1 19o m或1 197 nl控制，這樣對二灘水電站7、8月的發(fā)電量影響不大。7、8月

15、屬于雅礱江主汛期，為掌握洪水調(diào)度的主動權(quán)，減少閘門啟閉次數(shù)，宜將二灘水庫水位控制在11900l1970 nl的范圍內(nèi)。213 9、10月份的水位控制9月是汛后蓄水的關(guān)鍵時期，水庫運(yùn)行方式直接關(guān)系著二灘水庫汛末能否蓄滿水庫。設(shè)置9月初不同的起調(diào)水位，考慮二灘水電站在9月上旬至10月中旬各旬送出的負(fù)荷為月平均最大出力300萬KW(月平均負(fù)荷率采用092)，以此來研究二灘水庫的蓄水時機(jī)和蓄滿率問題。針對9月初設(shè)置11800、1181，11820， ，1 2000 m共21個不同蓄水方案，根據(jù)19582006年9月上旬至l0月中旬共49 a的汛后各旬入庫徑流資料進(jìn)行了計算分析。結(jié)果表明，當(dāng)二灘水電站水

16、庫9月初運(yùn)行水位在1 1900 nl以上時，二灘水庫在9月底蓄至正常蓄水位12000 m的蓄滿率均在82以上；按照蓄滿率最大的原則，二灘水庫蓄滿水庫的最佳時機(jī)在9月下旬。9月底應(yīng)將水位控制在1 2000 m左右。10月為雅礱江副汛期，來水逐漸減少，10月下旬來水平均出力不足300萬KW，可按來水發(fā)電。10月份，水庫可以維持在正常蓄水位1 2000 m運(yùn)行。對二灘水庫汛期水位采取控制措施后，為二灘水電站水庫優(yōu)化調(diào)度工作發(fā)揮了巨大的作用。比如：2006年、2007年雅礱江連續(xù)遭遇偏枯來水，二灘水電站均能在滿足電力系統(tǒng)需求的情況下，圓滿完成汛末水庫蓄水任務(wù)。214 汛期發(fā)電效益隨著二灘水電站送出線路

17、的建設(shè)，二灘送出負(fù)荷極限得到逐步提高。2001年，二灘水電站最大負(fù)荷為250萬kW；2002年4月，二灘水電站安全穩(wěn)定裝置投入運(yùn)行，使送出負(fù)荷提高到270萬kW；2002年底，二石線500 kV線路投運(yùn)，將送出負(fù)荷提高到了290萬kW；2007年6月，隨著送出線路串聯(lián)補(bǔ)償裝置及二石二線竣工，二灘最大負(fù)荷限制達(dá)到了330萬kW，滿足設(shè)計出力水平。二灘水電站負(fù)荷送出瓶頸的逐步化解，為二灘水電站水庫汛期優(yōu)化調(diào)度提供了有利條件。二灘水電站日最大發(fā)電量從6 908萬kW h逐步提高到7 673、7 848萬kW h，直至提高到7 962萬kW h；月最大發(fā)電量從201億kW -h提高到了2045億kW

18、h，直至提高至目前的2255億kW h。由此可見，汛期優(yōu)化調(diào)度效益顯著。22 枯平期水庫優(yōu)化調(diào)度枯平期，即11月至次年5月，雅礱江流域退水規(guī)律明顯，徑流預(yù)報精度較高，為二灘水庫優(yōu)化調(diào)度提供了有利條件。原則上，1112月份，二灘水庫要求盡量維持在高水位運(yùn)行，充分利用高水頭，按照來水發(fā)電。15月均勻消落水位，5月中旬消落至死水位。為實(shí)現(xiàn)二灘水電站2008年15月水庫優(yōu)化調(diào)度，二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司組織對優(yōu)化調(diào)度方案進(jìn)行專題研究。結(jié)合電力系統(tǒng)的電力需求，以枯期發(fā)電量最大為目標(biāo)，采用動態(tài)規(guī)劃方法推求各旬末的水庫水位控制過程，以指導(dǎo)二灘水電站水庫運(yùn)行。二灘水電站水庫2008年初的水位為1 19671

19、m，1月底為l 18794 m，降幅為877 lit；2月末，水位為l 17809m，降幅為984 m；3月底，水位消落至1 16575 m，降幅達(dá)1234 m。而2007年3月底，二灘水庫水位為1 16982 m，相比之下，2008年第一季度的二灘水庫水位消落較快。4月底水位為1 16025m，水位降幅為957 m，水位基本符合控制L1標(biāo)。經(jīng)二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司與電力調(diào)度部門積極協(xié)調(diào)、共同努力，2008年5月3日18時，水位消落至1 15539 m，逼近死水位，成功完成了二灘水電站水庫2008年汛前供水發(fā)電任務(wù)。2008年15月，二灘水電站發(fā)電量為39O9億kW h，比2007年同期(發(fā)

20、電量為3653億kW h)增加了256億kW -h。2008年15月庫水化的合理消落，有效降低了發(fā)電耗水率。3 降低機(jī)組耗水率，加強(qiáng)廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理通過對歷年耗水率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)二灘水電站廠內(nèi)負(fù)荷分配不盡合理是導(dǎo)致二灘水電站枯水期耗水率增大的主要原因，為此，通過進(jìn)一步落實(shí)精細(xì)化管理，制定降低耗水率的技術(shù)措施，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行方式，加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)分析，以提高設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性及機(jī)組的等效利用率。同時，還開展了加深機(jī)組進(jìn)相深度、減少機(jī)組空轉(zhuǎn)耗水的試驗(yàn)研究工作，并加大對設(shè)備的巡查和日常維護(hù)保養(yǎng)力度，以提高設(shè)備檢修質(zhì)量，保證設(shè)備完好率。二灘水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行主要是在系統(tǒng)負(fù)荷給定的條件下，根據(jù)機(jī)組工作特性及

21、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，判斷可投入機(jī)組發(fā)電效率的高低。通過AGC自動發(fā)電控制系統(tǒng)，減少機(jī)組空載耗水，合理安排工作機(jī)組投入的次序、投運(yùn)機(jī)組組合及機(jī)組負(fù)荷分配，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)耗水量最優(yōu)化控制，從而提高二灘水電站的發(fā)電量。隨著電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，四川500 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，枯期系統(tǒng)無功過剩問題更加突出，在枯水期小負(fù)荷運(yùn)行方式下，二灘水電工程進(jìn)相調(diào)壓任務(wù)艱巨。二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司積極開展機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行、節(jié)水增發(fā)電工作，多次召開有關(guān)節(jié)水增發(fā)電的專題會議，協(xié)調(diào)解決二灘枯水期優(yōu)化運(yùn)行方式。經(jīng)過積極努力，四川省調(diào)度中心2007年2月調(diào)整了二灘機(jī)組低勵限制整定值，枯期減少一臺機(jī)組空轉(zhuǎn)，使節(jié)水增發(fā)電工作取得了一定的效果。圖

22、1為二灘水電站2007年枯平期耗水率分布情況。31 機(jī)組空轉(zhuǎn)時間大大縮短以單機(jī)負(fù)荷小于6萬kW 為空轉(zhuǎn)統(tǒng)計，2007年13月份，機(jī)組累計空轉(zhuǎn)時間為4912 h，比2006年同期機(jī)組累計空轉(zhuǎn)時間(60507 h)減少了近11387 h，尤其是2007年3月份，機(jī)組空轉(zhuǎn)時間減少了6877 h(2007年3月機(jī)組空轉(zhuǎn)時間為1222h，2006年3月機(jī)組空轉(zhuǎn)時間為19097 h)。32 機(jī)組耗水率降低以2007年5月14 Et二灘水庫降至死水位運(yùn)行為界，根據(jù)2006年及2007年1月1日5月14習(xí)逐日平均水頭及耗水率，經(jīng)統(tǒng)計，得到在相同水頭級別運(yùn)行下的平均耗水率。對2006年、2007年在185149

23、 m水頭段相應(yīng)的耗水率進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，當(dāng)水頭降至170 m以下(2007年2月19日以后)時，相同水頭下2007年的耗水率明顯低于2006年的耗水率水平。4 結(jié)語截止2007年底，四川省電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量為2 4509萬kW，其中，水電站裝機(jī)容量為1 3772萬kW，二灘水電站大約占四川省水電總裝機(jī)容量的24。二灘水電站的水電容量也在逐步得到利用，其在川渝電網(wǎng)中的骨干作用和在川渝地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的支撐作用已明顯顯現(xiàn)。十年磨一劍。在二灘人的共同努力下，二灘水電站在水庫優(yōu)化調(diào)度及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行實(shí)踐方面走出了一條科學(xué)發(fā)展的道路。如何推行雅礱江梯級電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行，充分發(fā)揮梯級電站補(bǔ)償效益及庫容效益

24、，為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)電能，將是水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究所面臨的課題。1 概述三峽水庫正常蓄水位175m時，回水區(qū)長達(dá)614km，庫面面積約2 000km2，水庫的長寬比很大，屬于典型的河道型水庫。三峽梯級水利樞紐由三峽樞紐和葛洲壩樞紐形成一個串型梯級樞紐，具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等多項(xiàng)綜合效益。電站設(shè)計共裝有26臺單機(jī)額定功率為700MW的水輪發(fā)電機(jī)組，三峽電站全部建成后水庫為季調(diào)節(jié)水庫，按防洪、發(fā)電、航運(yùn)的綜合利用要求進(jìn)行調(diào)度。目前，處于圍堰發(fā)電期，為圍堰期運(yùn)行，一般情況下原則按135m水位控制，初期實(shí)時調(diào)度中庫水位允許在134.7135.4m范圍內(nèi)運(yùn)行。電站屬于徑流式運(yùn)行，在電力系統(tǒng)中主要承擔(dān)基

25、荷和腰荷，非汛期電站有限參與系統(tǒng)的調(diào)峰。洪水調(diào)度以確保圍堰和樞紐安全為主。葛洲壩水利樞紐距三峽水利樞紐下游約40km，為長江上游的出口處。庫水位逐步放寬在63.066.5m范圍內(nèi)運(yùn)行，與三峽樞紐聯(lián)合運(yùn)行后，利用兩壩間水庫進(jìn)行航運(yùn)反調(diào)節(jié)，使三峽電站在系統(tǒng)調(diào)峰時，保障葛洲壩上下游航運(yùn)安全。葛洲壩洪水調(diào)度以確保樞紐自身安全為主。為滿足梯級水庫調(diào)度要求，在上達(dá)金沙江的石鼓水文站，下至長江漢口站的廣大地區(qū)布設(shè)報汛站網(wǎng)，重點(diǎn)在重慶至宜昌區(qū)間（稱三峽區(qū)間）還布設(shè)自動遙測站。水情信息收集獲取的數(shù)據(jù)通過處理生成的重要信息形成完整的水庫調(diào)度自動化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以支持系統(tǒng)完成監(jiān)視、查詢、預(yù)報、調(diào)度等功能。三峽梯級水庫

26、調(diào)度根據(jù)三峽入庫洪水水文預(yù)報成果，按水庫調(diào)度規(guī)程要求，考慮樞紐工況等信息進(jìn)行調(diào)洪演算，對天然來水進(jìn)行合理蓄放，滿足水庫各項(xiàng)綜合利用要求，制定防洪、發(fā)電調(diào)度計劃。水庫實(shí)時調(diào)度時根據(jù)上級調(diào)度部門批準(zhǔn)的發(fā)電計劃及防洪主管部門下達(dá)防洪計劃或調(diào)度命令，確定梯級水庫的蓄泄對策及閘門的開啟程序與方式，制定閘門的操作命令。如入庫來水有變化，則實(shí)時提出修正方案，經(jīng)上級同意后實(shí)施。三峽出庫流量加上區(qū)間流量即為葛洲壩入庫流量，葛洲壩樞紐水庫調(diào)度在汛期時與三峽樞紐一樣，基本按徑流方式運(yùn)行，在非汛期配合三峽反調(diào)節(jié)運(yùn)行。2 水庫調(diào)度原理2.1 水庫調(diào)度計算水庫常規(guī)調(diào)洪演算方法使用凈庫容水量平衡法，不考慮庫面蒸發(fā)、水庫滲漏

27、等損失。演算時，給定入庫流量預(yù)報過程后，一般有兩種方式，一種是給定水位過程計算出庫流量過程，一般用于發(fā)電出力預(yù)報；第二種是給定出庫流量過程計算庫水位過程，一般用于防洪調(diào)度計算。由于水庫下游水位必須通過出庫流量查算，所以，調(diào)洪演算時，一般要進(jìn)行試算。三峽水庫調(diào)洪演算時段計算公式為：Q三入Q三出V三/T式中：Q三入：T時段內(nèi)三峽入庫流變化量，（m3/s）；Q三出T時段內(nèi)三峽出庫流量變化量，（m3/s）；葛洲壩水庫調(diào)洪演算時段計算公式為：Q三出（t)+Q區(qū)V葛出V葛/T式中：Q三出（t)（t-)時刻前，T時段內(nèi)三峽出庫流量變化量，（m3/s）；：三峽出庫流量傳播至葛洲壩前的傳播時間；Q區(qū)：T時段內(nèi)三

28、峽至葛洲壩區(qū)間入庫量變化量，（m3/s）；Q時段內(nèi)葛洲壩出庫流量變化量，（m3/s）；VT：T時段內(nèi)葛洲壩水庫庫容變化量，（m3/s）；2.2 發(fā)電調(diào)度計算電站發(fā)電出力計算方法有K值法、出力限制線查算法及N-H-Q曲線查算法3種，一般在制定中長期計劃時，使用K值法結(jié)合出力限制線查算法計算，在制定短期計劃時，使用N-H-Q曲線查算法結(jié)合出力限制線查算法計算。K值法計算公式為：N=KQH式中：電站出力，（kW）；Q：電站發(fā)電流量，（m3/s）；K：電站綜合效率系數(shù)；H：發(fā)電凈水頭，（m）。三峽K值一般取8.5，葛洲壩一般取8.35。2.3 防洪調(diào)度計算規(guī)防洪調(diào)度時一般給定庫水位上（下）限，當(dāng)調(diào)洪演

29、算水位越上（下）限時，判斷可用操作區(qū)，根據(jù)調(diào)度規(guī)程開啟（關(guān)閉）閘門，形成閘門操作命令。由于要計算出準(zhǔn)確的閘門操作時間，計算步長要求很短，一般取5min。以下以葛洲壩常規(guī)調(diào)度基本過程為例說明一次閘門操作的計算過程：計算越限時段初出入庫平衡泄量變化量Q平：Q平IQ入-Q出I式中：Q入越限時段初出庫流量。Q出越限時段初出庫流量。 n=1。計算閘門啟閉流量變化量Q泄= Q平+100n，由此泄量計算開度（取整），維持此開度保持不變計算水位變化過程（從越限時段初開始按計算步長計算至下次越限時停止）。計算確定最低（高）庫水位H，即下一個水位越限時段初至當(dāng)前越限時段初水位過程間的最低（高）庫水位，同時確定下一

30、個水位越限時段初至當(dāng)前越限時段初的時段長T。 若H超出庫水位下（上）限，則取Q泄= Q平+100（n-1），跳出循環(huán)。 若T最長動門時間，則取Q泄= Q平+100n，跳出循環(huán)。 n=n+1，轉(zhuǎn)至。2.4 幾個特殊的計算參數(shù)庫容差折減系數(shù)：因常規(guī)調(diào)洪演算使用的是凈庫容水量平衡方法，但來水實(shí)際情況是動庫容，因此，在時段計算時，庫容差（V）應(yīng)乘以庫容差折減系數(shù)，該系數(shù)的取值范圍一般為0.2.0，該系數(shù)與入庫來水大小，型式及水庫調(diào)度方式等有關(guān)，運(yùn)用時由水庫調(diào)度技術(shù)人員靈活掌握。最長動門時間：一次閘門操作中閘門開啟孔數(shù)（或閘門開度的大小）一般由人為確定，在引入最長動門時間參數(shù)概念后，閘門操作時間及增（減

31、）下泄流量可以準(zhǔn)確計算，較好的解決了閘門操作的自動計算的實(shí)用化問題。下游站水位差：水庫出庫流量與下游站水位流量關(guān)系對發(fā)電流量計算關(guān)系很大，該關(guān)系受出庫流量的漲退水及樞紐的運(yùn)用方式的影響定線誤差較大，引入下游站水位差參數(shù)消除其影響。三峽至葛洲壩洪水傳播時間：目前三峽至葛洲壩洪水傳播時間一般取40 min，通過該參數(shù)使三峽與葛洲壩的調(diào)洪演算有機(jī)地結(jié)合起來。3 系統(tǒng)介紹3.1 軟件總體介紹WDS9002系統(tǒng)應(yīng)用軟件是以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)為核心，連接了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用軟件各子系統(tǒng)，三峽-葛洲壩梯級樞紐常規(guī)水庫調(diào)度系統(tǒng)是該應(yīng)用軟件系統(tǒng)的一部分。高級應(yīng)用部分軟件的業(yè)務(wù)流程如下：開始信息采集、處理、入庫（水

32、情實(shí)況、雨情實(shí)況、上游水情預(yù)報、降雨預(yù)報、樞紐運(yùn)行信息等）壩址流量預(yù)報制作發(fā)電調(diào)度洪水調(diào)度調(diào)度方案實(shí)施（閘門啟閉、水位調(diào)節(jié)、沖沙排漂、下泄流量控制等）3.2 發(fā)電調(diào)度發(fā)電調(diào)度是已知水庫的入流過程及綜合利用要求，根據(jù)水庫承擔(dān)的水利任務(wù)與調(diào)度規(guī)則，有計劃地對天然入庫流量進(jìn)行蓄泄，制定出水電站及其水庫優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度計劃。結(jié)果以直觀的圖形和表格形式顯示。水庫發(fā)電調(diào)度分為長、中、短期調(diào)度。長期發(fā)電調(diào)度是將較長時期(一年)的有限輸入能優(yōu)化分配到較短時段(月或旬)；中期是以日為時段，制定未來一段時期內(nèi)的發(fā)電計劃；而日計劃則根據(jù)中期運(yùn)行調(diào)度，結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際負(fù)荷需求，制定日內(nèi)各計算時段(1 h或15 min)電站

33、的預(yù)計出力。發(fā)電調(diào)度部分軟件的業(yè)務(wù)流程如下：開始選擇調(diào)度模塊（長期、中期、短期）讀取流量預(yù)報、樞紐運(yùn)行等信息設(shè)置約束條件進(jìn)行調(diào)度計算調(diào)度方案輸出、保存結(jié)束3.3 防洪調(diào)度洪水調(diào)度子系統(tǒng)作為水庫常規(guī)調(diào)度應(yīng)用的一部分，主要承擔(dān)了三峽-葛洲壩水利樞紐在三峽圍堰發(fā)電期（20032007年）調(diào)洪演算任務(wù)，為調(diào)度員提供輔助決策，從而保證水利樞紐工程施工安全和葛洲壩水利樞紐度汛安全。洪水調(diào)度子系統(tǒng)是基于三峽（圍堰發(fā)電期）-葛洲壩水利樞紐梯級調(diào)度規(guī)程防洪調(diào)度部分的基本原則，結(jié)合葛洲壩水利樞紐以往調(diào)度經(jīng)驗(yàn)、三峽圍堰發(fā)電期的防洪原則、三峽圍堰施工期的樞紐及機(jī)組安裝狀況作為洪水調(diào)度的基本框架，采用三峽梯調(diào)中心提供的

34、基本調(diào)洪流程（閘門調(diào)整、泄量調(diào)整）作為調(diào)洪細(xì)則，引入了最長動門時間約束、閘門啟閉順序、分區(qū)開啟順序、庫容折減系數(shù)等參數(shù)，利用高性能的計算機(jī)進(jìn)行調(diào)洪演算，從而生成三峽-葛洲壩水利樞紐的梯級防洪調(diào)度結(jié)果及對應(yīng)的閘門啟閉狀況（計算到閘門號、開度）。三峽防洪調(diào)度從操作方式上分為兩種，常規(guī)調(diào)度和實(shí)時調(diào)度。常規(guī)調(diào)度即由三峽調(diào)度規(guī)程、葛洲壩調(diào)度規(guī)程結(jié)合閘門各種狀態(tài)表、三峽梯調(diào)中心提供的閘門調(diào)整算法實(shí)現(xiàn)的調(diào)洪過程演算，形成水庫調(diào)度方案及閘門操作方案；實(shí)時調(diào)度即按照一定條件生成多個閘門操作方案，用戶通過實(shí)時調(diào)度所提供的人機(jī)交互界面選擇合適閘門操作方案，利用自動（或手動）下達(dá)閘門操作命令，并將閘門操作結(jié)果自動（或

35、手段）返回。防洪調(diào)度部分軟件的業(yè)務(wù)流程如下：開始選擇調(diào)度模塊（實(shí)時、常規(guī)）讀取流量預(yù)報、樞紐運(yùn)行、發(fā)電計劃等設(shè)置約束條件進(jìn)行調(diào)度計算調(diào)度方案輸出、保存結(jié)束4 結(jié)束語（1）該軟件系統(tǒng)按實(shí)用性要求設(shè)計,已成功運(yùn)用于三峽-葛洲壩水庫調(diào)度生產(chǎn)上。引用庫容差折減系數(shù)參數(shù)解決動庫容和庫容曲線誤差問題，最長動門時間約束解決了閘門操作計算的實(shí)用化問題，下游站水位差、三峽至葛洲壩洪水傳播時間等參數(shù)的運(yùn)用較好地解決了生產(chǎn)調(diào)度實(shí)際要求。（2）發(fā)電調(diào)度軟件是針對三峽圍堰運(yùn)行期進(jìn)行設(shè)計的,防洪調(diào)度軟件也只考慮水位控制模式。因此進(jìn)入正常運(yùn)用時期后，工程可全面發(fā)揮防洪、發(fā)電、航運(yùn)等綜合利用效益時，軟件也應(yīng)不斷地增加新功能。

36、（3）水庫調(diào)度高級運(yùn)用還應(yīng)包括其他如梯級優(yōu)化調(diào)度、動庫容調(diào)洪演算等功能。通過生產(chǎn)實(shí)踐不斷積累經(jīng)驗(yàn)，開展課題研究，不斷提高水庫調(diào)度水平，創(chuàng)造更大的效益。三峽葛洲壩梯級水電系統(tǒng)短期優(yōu)化調(diào)度問題是一個多階段決策過程,因此,適合應(yīng)用動態(tài)規(guī)劃法來求解.其調(diào)度子問題“以水定電”的基本過程概述如下:在一定的調(diào)度時間范圍內(nèi),給定水庫庫容期初或期末的初始狀態(tài),根據(jù)水庫來水情況和其它約束條件,如何選擇調(diào)度期用水(或出力)策略,使全過程的發(fā)電運(yùn)行達(dá)到最優(yōu).三峽電站是一個具有不完全季調(diào)節(jié)性能的大型水庫,三峽葛洲壩梯級水電站不僅存在電力聯(lián)系,而且存在水力聯(lián)系.因此,三峽梯級水電廠的“以水定電”短期優(yōu)化調(diào)度是一個具有復(fù)雜

37、約束條件的大型、動態(tài)、有時滯的非線性系統(tǒng)的優(yōu)化問題. 基于“視模型為對象”的技術(shù),以及對象分解的基本準(zhǔn)則是一個從粗粒度到細(xì)粒度的過程.本文通過對三峽梯級電站優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行分析,認(rèn)為該復(fù)雜對象是由一系列基本對象和復(fù)合對象按數(shù)據(jù)流的關(guān)系組合而成的有機(jī)整體.為了解決兩庫之間存在的“時滯” 問題,首先將優(yōu)化運(yùn)行模型分解為兩個子模型,周期平穩(wěn)日優(yōu)化運(yùn)行模型和過渡日優(yōu)化運(yùn)行模型,然后將子模型分解為一系列基本對象和復(fù)合對象.這樣處理后,為模型的程序編寫、修改、維護(hù)與擴(kuò)展提供了方便,克服了以往模型只是單純地面向某一應(yīng)用或缺乏程序的通用性與可移植性等缺點(diǎn).最后的計算表明了模型的有效性. 二、三峽梯級水電站短期

38、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)動態(tài)規(guī)劃最優(yōu)性原理,三峽梯級水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型為: (一)目標(biāo)函數(shù) (1) 從時段末水庫蓄水量出發(fā),從t時段到T時段的最優(yōu)發(fā)電量; , 分別表示三峽(葛洲壩)在t時段時蓄水量(和該時段發(fā)電用水量()時的發(fā)電量; 余留期(從t+1)時段到第T時段)三峽與葛洲壩最優(yōu)發(fā)電量;t表示單位時段,t=T,T-1,2,1, T為調(diào)度期. (二)約束條件 1.負(fù)荷約束 (2) 式中 , ,分別表示時段時水庫(三峽或葛洲壩)的系統(tǒng)負(fù)荷下限與上限. 2.電廠出力約束: (3) 式中 , ,分別表示t時段時i 水庫的出力下限與上限. 3.發(fā)電流量約束: (4) 4.庫容約束: (5

39、) 5.水量平衡方程式: (6) (7) (8) 式中,分別表示三峽與葛洲壩在t時段時的棄水流量;,分別表示三峽與葛洲壩在t時段的預(yù)報來水;為水流從三峽水庫流至葛洲壩電站的流達(dá)時間,一般取為常數(shù). 已知條件:調(diào)度期初、末水位已知,梯級電站提供的可投入運(yùn)行的機(jī)組型號和臺數(shù),以及給定三峽電站一天的用水量等. 由于目標(biāo)函數(shù)(1)中的遞推公式既考慮了面臨時段的發(fā)電效益,又考慮了余留時期的發(fā)電效益,因此,通過對模型(1-9)求解,可以制定出各個時段的最優(yōu)出力決策與相應(yīng)的庫容最優(yōu)策略集合,從而達(dá)到滿足發(fā)電量最大的要求. 三、模型對象的分析與說明 上述的“以水定電”模型是一個復(fù)雜的決策問題,從“視模型為對象

40、”的觀點(diǎn)出發(fā),可以把復(fù)雜對象分解為最基本的對象并進(jìn)行功能分析,這些基本對象又成為復(fù)雜對象的基本構(gòu)件.在復(fù)雜對象分解的同時,對各個基本對象之間的關(guān)系以及它們之間的處理順序進(jìn)行綜合設(shè)計.這樣,當(dāng)復(fù)雜對象的大小,結(jié)構(gòu)和內(nèi)容改變時,不會影響到系統(tǒng)中的基本構(gòu)件和其他對象.這樣處理后,對整個復(fù)雜模型的程序設(shè)計,運(yùn)行和維護(hù)都帶來極大的方便.首先對“以水定電”模型中出現(xiàn)的“時滯”問題預(yù)以探討和說明,然后再對模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析,給出模型分解和組合的過程以及這種方法擴(kuò)展的意義. (一)兩庫之間存在的 “時滯”問題的處理辦法 由于葛洲壩在t時段時的入庫徑流量等于三峽在時段時的發(fā)電泄流量加上該時段棄水流量,因此,兩

41、庫之間存在水力聯(lián)系和電力聯(lián)系.這樣,如何處理時滯是解決三峽梯級水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行比較關(guān)鍵的一個問題.處理辦法是:將優(yōu)化運(yùn)行模型分解為兩個子模型,周期平穩(wěn)日優(yōu)化運(yùn)行模型和過渡日優(yōu)化運(yùn)行模型.經(jīng)過如此處理后,計算復(fù)雜程度略有增加,但計算量并末明顯增加,從而為解決“時滯”問題提供了一種現(xiàn)實(shí)可行的途徑. (二)模型對象的分解與組合 為便于說明,本文以三峽葛洲壩梯級各水庫的蓄水量作為狀態(tài)變量來進(jìn)行考慮.根據(jù)水庫庫容上,下限約束(5)式,可得三峽狀態(tài)變量的子空間 ,其中 , 為三峽庫容等分的個數(shù).同理,可得葛洲壩狀態(tài)變量的子空間 ,其中 ,i,為葛洲壩庫容等分的個數(shù).這樣,時段的分割和狀態(tài)的分格形成一個網(wǎng)

42、格,從各階段間網(wǎng)格交點(diǎn)連線組成的調(diào)度線群中來選擇最優(yōu)調(diào)度線. 從相鄰的兩個時段(t時段與t+1時段)來分析,可以發(fā)現(xiàn)t 時段的某一初始狀態(tài)Vi同t+1時段的n個狀態(tài)構(gòu)成n個可能的調(diào)度方案.此時,全時期的發(fā)電量等于該時段的發(fā)電量與余留期最優(yōu)發(fā)電量之和,并從中選出全時期發(fā)電量最大的方案,該方案即為在該初始狀態(tài)時的最優(yōu)調(diào)度方案.按同樣方法,對所有可能的t時期的初始狀態(tài),均可分別求出最優(yōu)調(diào)度方案,然后將其記錄入余留效應(yīng)系數(shù)表中,以便提供給下一個時段的計算. 進(jìn)一步地分析表明,最優(yōu)調(diào)度模型的計算實(shí)質(zhì)上是計算一系列相鄰兩個時段的兩個狀態(tài)(由于狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移)而產(chǎn)生的發(fā)電量或出力(簡寫為:點(diǎn)點(diǎn)出力)而得出的

43、.也就是說,“以水定電”模型對象可以分解為最基本的對象“點(diǎn)點(diǎn)出力”基本對象的各種組合.“點(diǎn)線出力”對象是“點(diǎn)點(diǎn)出力”對象的自然擴(kuò)展;而“線線出力”對象則是由“點(diǎn)點(diǎn)出力”對象以及“點(diǎn)線出力”對象組合而成的復(fù)合對象;此外,“線點(diǎn)線出力”等對象是在上述對象基礎(chǔ)上組合而成的各種復(fù)合對象.“點(diǎn)線出力”對象說明的是:相鄰兩個時段中t 時段的某一初始狀態(tài)(點(diǎn))分別轉(zhuǎn)移到t+1時段的n個狀態(tài)(線)時構(gòu)成的發(fā)電量最大值.“線線出力”對象指的是:相鄰兩個時段中t 時段的各種初始狀態(tài)(線)轉(zhuǎn)移到t+1時段的各種可能狀態(tài)(線)構(gòu)成的發(fā)電量最大值的向量.而“線點(diǎn)線出力”對象可類似說明.(如圖1).總之,“以水定電”模型

44、是由一系列“點(diǎn)點(diǎn)出力”、“點(diǎn)線出力”、“線線出力”等對象組合而成的復(fù)雜對象. “點(diǎn)點(diǎn)出力”對象 “點(diǎn)線出力”對象 “線線出力”對象 圖1:三種對象結(jié)構(gòu)圖 需要指出的是,“點(diǎn)點(diǎn)出力”對象的計算應(yīng)滿足約束條件式(3)與(4)(約束條件式(5)自然成立).如果滿足約束條件,則記錄其出力大小,否則記錄其標(biāo)識(假),此外,根據(jù)水庫蓄水狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程式(式68),當(dāng)計算下一時段的相鄰兩點(diǎn)之間的出力時,只需動態(tài)地將數(shù)據(jù)傳遞給“點(diǎn)點(diǎn)出力”對象中的參數(shù)即可,這樣可以對“點(diǎn)點(diǎn)出力”基本對象給予數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)操作上的封裝和實(shí)現(xiàn).由以上分析可知,“以水定電”復(fù)雜對象是由一系列基本對象與復(fù)合對象通過類似“搭積木”的方式構(gòu)建而

45、成的整體.因此,在編寫三峽梯級水電廠的“以水定電”短期日優(yōu)化調(diào)度模型的程序時,只需構(gòu)建基本對象程序模塊以及在此基礎(chǔ)上一些復(fù)合對象程序模塊,這樣當(dāng)調(diào)度模型結(jié)構(gòu)發(fā)生部分改變時(如梯級水電站最優(yōu)運(yùn)行模型變?yōu)閱我凰娬咀顑?yōu)運(yùn)行模型等),基本對象程序模塊和一些復(fù)合對象程序模塊可以只作少量的修改甚至不作任何修改,只需按調(diào)度模型結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)流向重新對模塊進(jìn)行組織和處理即可. 四、模型測試 根據(jù)“以水定電”的模型,以及中國長江三峽工程開發(fā)總公司提供的數(shù)據(jù)資料,本文編制了c+程序,對三峽葛洲壩梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行了仿真計算.兩庫之間存在的“時滯”按3.1節(jié)的方法來進(jìn)行,因此,計算工作量大為簡化,并為計

46、算程序的編制帶來很大的便利.仿真計算表明,計算速度快(如三峽庫容狀態(tài)劃分200個離散點(diǎn),葛洲壩庫容狀態(tài)劃分100個離散點(diǎn),計算時間12s,若狀態(tài)空間劃分愈少時計算時間更短),占用內(nèi)存少,操作簡便,運(yùn)行效果良好. 五、結(jié)語 本文給出了三峽梯級水電系統(tǒng)“以水定電”短期優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型,對模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)地分析和說明,基于“視模型為對象”的技術(shù),將此復(fù)雜對象分解為若干較小且容易解決的基本對象和復(fù)合對象,在此基礎(chǔ)上編寫和測試了軟件程序.這種方法為三峽梯級水電系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的軟件包的程序編寫、修改、維護(hù)與擴(kuò)展提供了方便,具有軟件重用與軟件可移植等優(yōu)點(diǎn).梯級水庫的參數(shù)辨識型優(yōu)化調(diào)度方法()最優(yōu)調(diào)度函數(shù)的

47、確定周曉陽 馬寅午 張勇傳(華中理工大學(xué))摘 要 本文綜合若干合理的水庫調(diào)度原則，建立了梯級水庫的非線性實(shí)時調(diào)度函數(shù)。其參數(shù)具有直觀性。然后對最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行辨識，從而優(yōu)選出最優(yōu)調(diào)度規(guī)則。由于改進(jìn)了調(diào)度模型的結(jié)構(gòu)，減少了維數(shù)災(zāi)效應(yīng)，所以模擬計算取得了好的效果。關(guān)鍵詞 實(shí)時調(diào)度函數(shù)，最優(yōu)調(diào)度規(guī)則，有限參數(shù)辨識。本文于1999年2月24日收到。1 引言文獻(xiàn)4概述了水庫系統(tǒng)辨識型優(yōu)化調(diào)度理論的思想。實(shí)際上，如何結(jié)合水庫調(diào)度知識經(jīng)驗(yàn)建立合理的調(diào)度決策模型(這種決策模型可以用面臨時段的實(shí)時調(diào)度函數(shù)來刻劃)是辨識型優(yōu)化調(diào)度理論的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中很少涉及到這一問題，例如隱隨機(jī)方法常采用出力與初庫容、來水

48、的線性函數(shù)關(guān)系作為實(shí)時調(diào)度函數(shù)3，缺乏機(jī)理分析。本文采用灰箱建模法來建立實(shí)時調(diào)度函數(shù)。即通過機(jī)理分析把握問題的已知部分并在建模時予以充分利用，而問題不清楚部分則依據(jù)某些準(zhǔn)則由優(yōu)化算法和歷史水文數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的統(tǒng)計規(guī)律所決定。顯然，對問題了解的越深入(水庫調(diào)度的知識經(jīng)驗(yàn)掌握的越多)，建立的決策模型就越合理，所得到的實(shí)算效益可能就越大。 水庫調(diào)度是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，作為初步研究不使問題復(fù)雜化，暫不考慮諸如灌溉、航運(yùn)等因素，而僅考慮防洪、供電問題。這時水庫的運(yùn)行需遵循“一安全、二可靠、三經(jīng)濟(jì)”的原則。在工程中常采用在汛期制訂汛期限制水位的方法將防洪目標(biāo)轉(zhuǎn)化約束處理。這時問題簡化為在保證系統(tǒng)能夠正常供電

49、的前提下，追求經(jīng)濟(jì)效益的最大化(如年平均發(fā)電量越多越好或其它的最優(yōu)性準(zhǔn)則). 本文以清江水布埡隔河巖高壩洲梯級水庫系統(tǒng)的長期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度(流達(dá)時間可以忽略)為背景研究辨識型優(yōu)化調(diào)度方法。所采用步驟是，首先建立面臨時段實(shí)時調(diào)度函數(shù)：即建立作為決策的面臨時段末庫容與時段初庫容時段來水的函數(shù)關(guān)系(以旬為時段單位，一年有36個時段，每一時段均可建立這樣的實(shí)時調(diào)度函數(shù)).然后通過求解在一定的保證率約束下追求發(fā)電效益最大(當(dāng)然也可使用其他的優(yōu)化準(zhǔn)則)的優(yōu)化問題優(yōu)選出最好的調(diào)度函數(shù)。然后采用長委會提供的25年徑流資料，以這種最好的實(shí)時調(diào)度函數(shù)進(jìn)行逐時段模擬實(shí)時調(diào)度，進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證。在實(shí)時調(diào)度函數(shù)的建立中，主要

50、考慮了以下的定性水庫調(diào)度原則：高水位原則：在保證系統(tǒng)正常供電要求的前提下，維持盡可能高的水庫水位，使水庫系統(tǒng)有較高的水頭。 全箱庫能增益原則：文獻(xiàn)4研究了梯級水庫能量轉(zhuǎn)換特點(diǎn)。按文獻(xiàn)4的分析，對梯級水庫，應(yīng)采用全箱庫能增益轉(zhuǎn)換策略，使水庫的潛能得到充分釋放和利用。在汛期采用汛期限制水位對水位進(jìn)行約束以滿足防洪的需要，但采用上述兩個原則可能產(chǎn)生大量無益棄水而導(dǎo)致能量浪費(fèi)。所以需進(jìn)一步考慮如下的減少無益棄水原則。減少無益充水原則：在汛前適當(dāng)降低庫水位，盡可能減少無益充水以充分利用水能。采用高水位原則的理由是：(1)在滿足系統(tǒng)正常供電的前提下，使水庫維持盡可能多的水庫能可在供水期釋放，這利于水庫系統(tǒng)

51、維持較高的保證率水平。(2)相同的發(fā)電流量在較高水頭下所發(fā)出力較大，這意味著將獲得更大的發(fā)電效益。所以高水位原則也可解釋為使水庫系統(tǒng)保持較大蓄能原則，而全箱庫能增益轉(zhuǎn)換原則又進(jìn)一步考慮了水庫潛能的利用問題。顯然它們與減少無益棄水原則是相互沖突的，因此需設(shè)法調(diào)和此種沖突。以上三個原則是定性的，因而是較粗糙的。例如對于高水位原則，很難具體的指出哪一個水庫應(yīng)維持高水位?？赡艽嬖诓煌乃环峙浜侠砟Ｊ骄审w現(xiàn)高水位原則。而本文將此原則與文獻(xiàn)4研究的全箱庫能增益轉(zhuǎn)換策略結(jié)合使用，將給出一種具體模式。我們的目的僅是探索建立一種合理的實(shí)時調(diào)度函數(shù)，而實(shí)際上，這種調(diào)度函數(shù)的形式不會是唯一的。另外，采用何種標(biāo)準(zhǔn)

52、來體現(xiàn)減少無益棄水原則中“適當(dāng)降低庫水位”的要求也與所追求的優(yōu)化目標(biāo)有關(guān)，將在后面加以論述。本文采用的研究步驟為(1)基于對高水位原則的分析，確定面臨時段末庫容的初態(tài)。(2)由于末庫容的初態(tài)不一定能夠使梯級水庫的出力達(dá)到聯(lián)合保證出力，所以本文研究了用全箱庫能增益轉(zhuǎn)換原則將聯(lián)合保證出力分配到各庫的技術(shù)。(3)對確定末庫容初態(tài)的方案加以改造，通過引入直觀性強(qiáng)的參數(shù)對末庫容加以控制，吸納了“減少無益棄水原則”，由此建立了合理的非線性實(shí)時調(diào)度函數(shù)。(4)利用所建立的調(diào)度函數(shù)，求解在一定保證率水平約束下追求年均發(fā)電量最大的優(yōu)化問題(以此為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)在汛前適當(dāng)?shù)慕档退坏臏p少無益棄水原則)，優(yōu)化出最優(yōu)參數(shù)，

53、得到最優(yōu)調(diào)度函數(shù)。(5)數(shù)值驗(yàn)證。以水布婭 隔河巖 高壩洲梯級水庫群的25年水文資料進(jìn)行數(shù)值模擬實(shí)時調(diào)度(最優(yōu)回檢).以檢驗(yàn)方法的正確性。2 確定末庫容初態(tài)的調(diào)度方案 設(shè)vC(j),vM(j),u(j),d(j),q(j),Zd(j)分別為面臨時段第j庫的初庫容，末庫容，發(fā)電流量，棄水，區(qū)間來水和下游水位。Zj(v)為第j庫的水位庫容函數(shù)。記，,Wj分別為第j庫的死庫容，庫容上界(庫容上界在汛期指限制庫容、而在其它時段則指正常蓄水位所對應(yīng)的庫容值)和水輪機(jī)的最大過水能力，j=1,2,m,按自上而下的順序編號。為簡潔起見我們僅討論3個水庫的情形，即m=3. 末庫容的確定將體現(xiàn)高水位原則。給定面臨

54、時段的來水和初庫容，如果將來水盡可能的存入水庫中，則梯級水庫系統(tǒng)向外輸出發(fā)電能是最小的(為保證正常供電，僅輸出保證出力)，這時直觀上，水庫應(yīng)維持最大的蓄能。對于單個水庫，這種最大蓄能與水庫維持盡可能高的水位是相對應(yīng)的，因而較易實(shí)現(xiàn)。但對梯級水庫，問題就變得復(fù)雜起來。為此可采用松弛法，即先忽略聯(lián)合保證出力約束(即先不考慮系統(tǒng)正常供電的要求)，單純考慮如何“將來水盡可能存入庫中”的實(shí)現(xiàn)方案，這時梯級水庫可能不向外輸出發(fā)電能，所以在后面將作進(jìn)一步調(diào)整。所謂“將來水盡可能的存入庫中”是指：(1)當(dāng)水庫可容納全部來水時，將來水全部存入庫中，水庫不輸出發(fā)電能；(2)當(dāng)來水不能全部存入水庫中時，把水庫蓄滿后

55、，并將多余水量轉(zhuǎn)化為發(fā)電能。對于梯級水庫，可由上游至下游按此法對各庫作同樣的處理。由此對面臨時段給定的梯級水庫的來水和初庫容，便確定了時段末庫容的初始狀態(tài)。由于輸出水量較小，所以水庫系統(tǒng)具有較大的蓄能，這就體現(xiàn)了高水位原則。而且直觀上這樣的處理也將使系統(tǒng)有較大的水庫潛能。下面的調(diào)度方案描述了末庫容初態(tài)的確定方法。為了便于理解，我們在后面僅對3個水庫組成的梯級水庫系統(tǒng)加以論述，不難將所得的結(jié)果推廣的一般情形?！菊{(diào)度方案1】(面臨時段末庫容初態(tài)的確定)輸入：面臨時段梯級水庫的初庫容向量C=(vC(1),vC(2),vC(3)，區(qū)間來水向量=(q(1),q(2),q(3); 輸出：面臨時段末庫容初態(tài)

56、，記為.(1)對于第1庫，來水為q(1)，庫中已有的存水為vC(1)，故其總的可用水量(水庫存水加來水)為vC(1)+q(1),將所有可用水量盡可能存入庫中，則可按如下方式確定末庫容初態(tài)(1):若水庫可容納來水，即vC(1)+q(1),則將來水全部存入水庫中，所以末庫容為M(1)=vC(1)+q(1),(相應(yīng)的，該庫放水為=0) 若水庫不能完全容納來水，即vC(1)+q(1),則讓水庫蓄滿，并通過發(fā)電輸出多余水量，所以末庫容等于庫容上界，即=1,(相應(yīng)的放水為(1)=vC(1)+q(1)-). 綜合之有=maxvC(1)+q(1),(1)=maxvC(1)+q(1)-,0(2)再確定第2庫末庫容初態(tài)。第2庫的輸入水量由第1庫的下泄水量(1)和區(qū)間來水q(2)組成，而初庫容為vC(2).同第1庫情形一樣，若水庫可容納來水，則將來水全部存入水庫中；否則讓水庫蓄滿，并通過發(fā)電輸出多余水量。因此類似可得第2庫