三峽梯級和清江梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度研究

該文建立了三個復(fù)雜的清江流域梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型,其中包括了蓄水位約束、用水約束、出力約束,利用poa(逐步逼近法)法解決水電站群的優(yōu)化問題,較大的提高了水庫效益,獲得較為滿意的結(jié)果。

遺傳算法是一種簡單、適用的搜索方法,經(jīng)常用于解決非線性復(fù)雜的問題。水庫群的最優(yōu)調(diào)度問題,就是利用搜索算法根據(jù)水庫群進(jìn)出水和綜合利用情況,把水電站水庫看作一個系統(tǒng),把系統(tǒng)的各元素,輸入/輸出參數(shù)等簡化和假設(shè)后建立簡化通用的數(shù)學(xué)模型,用搜索算法對該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化仿真,得出最優(yōu)解。

基于西江公司水調(diào)自動化系統(tǒng),探討研究其所屬的梯級貴港和桂平2座水電站短期優(yōu)化聯(lián)合調(diào)度,建立了梯級發(fā)電量最大模型和考慮調(diào)峰約束模型,介紹了\"離散微分動態(tài)規(guī)劃(dddp)算法\"的求解方法,并利用該方法進(jìn)行了具體實(shí)例計(jì)算,深入分析了枯、平、豐3種不同流量的來水日下發(fā)電量最大模型的優(yōu)化結(jié)果和考慮調(diào)峰約束的影響,為公司梯級水電站合理安排負(fù)荷分配提供一定的借鑒。

水庫調(diào)度圖是水庫運(yùn)行的重要指導(dǎo)工具,現(xiàn)有研究主要集中在單庫調(diào)度圖或單梯級聯(lián)合調(diào)度圖,針對多子梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度圖研究較少。本文圍繞雅礱江–金沙江–長江梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度問題,考慮以子梯級龍頭電站作為各子梯級調(diào)控主導(dǎo)電站,結(jié)合二灘、溪洛渡、向家壩和三峽水電站單庫調(diào)度圖,以＂龍頭電站水位-梯級總出力＂形式編制形成各子梯級初步調(diào)度圖;在此基礎(chǔ)上,結(jié)合水庫蓄放水判別系數(shù)k值的梯級出力分配方式,提出基于聯(lián)合調(diào)度圖的梯級電站模擬調(diào)度規(guī)則,以子梯級和整個流域梯級水電系統(tǒng)多年平均發(fā)電量最大為目標(biāo),建立梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度圖優(yōu)化模型,采用自適應(yīng)離散微分逐步優(yōu)化算法進(jìn)行模型求解,獲得雅礱江-金沙江-長江梯級水電站群最優(yōu)的聯(lián)合調(diào)度圖,并進(jìn)行整個流域水電站群聯(lián)合調(diào)度模擬。計(jì)算結(jié)果表明,該聯(lián)合調(diào)度圖可以在兼顧各子梯級保證出力的同時,有效增加整個流域水電系統(tǒng)的總發(fā)電效益。

水庫調(diào)度圖是水庫運(yùn)行的重要指導(dǎo)工具,現(xiàn)有研究主要集中在單庫調(diào)度圖或單梯級聯(lián)合調(diào)度圖,針對多子梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度圖研究較少。本文圍繞雅礱江–金沙江–長江梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度問題,考慮以子梯級龍頭電站作為各子梯級調(diào)控主導(dǎo)電站,結(jié)合二灘、溪洛渡、向家壩和三峽水電站單庫調(diào)度圖,以\"龍頭電站水位-梯級總出力\"形式編制形成各子梯級初步調(diào)度圖;在此基礎(chǔ)上,結(jié)合水庫蓄放水判別系數(shù)k值的梯級出力分配方式,提出基于聯(lián)合調(diào)度圖的梯級電站模擬調(diào)度規(guī)則,以子梯級和整個流域梯級水電系統(tǒng)多年平均發(fā)電量最大為目標(biāo),建立梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度圖優(yōu)化模型,采用自適應(yīng)離散微分逐步優(yōu)化算法進(jìn)行模型求解,獲得雅礱江-金沙江-長江梯級水電站群最優(yōu)的聯(lián)合調(diào)度圖,并進(jìn)行整個流域水電站群聯(lián)合調(diào)度模擬。計(jì)算結(jié)果表明,該聯(lián)合調(diào)度圖可以在兼顧各子梯級保證出力的同時,有效增加整個流域水電系統(tǒng)的總發(fā)電效益。

郁江梯級水電站群由西津、仙依灘和桂航3座水電廠組成。針對西津電廠出力變化頻繁,加上西津下游兩電廠裝機(jī)容量較小,經(jīng)常出現(xiàn)棄水,用增量動態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度探索,同時介紹馬斯京根分段流量演算法。

為保證梯級水電站安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行,充分利用水資源,需要對梯級水電站進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度。根據(jù)梯級水電站蓄能最大原則,全方位考慮梯級水電站運(yùn)行的約束條件,通過逐步搜索算法,對梯級水電站面臨時段的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,并根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制定梯級水電站優(yōu)化調(diào)度規(guī)則。梯級水電站蓄能最大原則在短期能使梯級水電站蓄能最大,長期能使梯級水電站群發(fā)電量達(dá)到最大,根據(jù)梯級水電站蓄能最大原則制定的梯級水電站,短期調(diào)度規(guī)則能夠使梯級水電站取得效益最大化。

梯級水電站聯(lián)合發(fā)電調(diào)度的優(yōu)化模型的確定在整個電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行中起著非常重要的作用。文中提出一種新的梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度的調(diào)度準(zhǔn)則——以單位水體發(fā)電電價(jià)最高優(yōu)先發(fā)電,在此基礎(chǔ)上建立梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度模型及其評價(jià)方法。首先建立基于四層水體的水庫能的水電站發(fā)電模型,在此基礎(chǔ)上提出單位水體發(fā)電電價(jià)的概念。建立優(yōu)化調(diào)度模型時,將電力系統(tǒng)中的負(fù)荷變化和在電力市場機(jī)制下分時上網(wǎng)電價(jià)的影響因素考慮在內(nèi)。該模型能較為客觀地反映梯級水電站運(yùn)行情況,能給系統(tǒng)調(diào)度員做出最佳調(diào)度決策提供一定的依據(jù)。優(yōu)化仿真計(jì)算結(jié)果證明該調(diào)度準(zhǔn)則具有可行性和適用性。

通過對烏江梯級水電站水庫群聯(lián)合調(diào)度工作的進(jìn)展情況和2004年烏江梯級水庫群聯(lián)合調(diào)度實(shí)踐的分析,闡述了流域公司追求發(fā)電效益最大化的最佳途徑是利用先進(jìn)的自動化技術(shù),實(shí)行梯級水庫聯(lián)合調(diào)度,以增加梯級發(fā)電量。

針對三峽梯級水電站汛末蓄水調(diào)度的復(fù)雜問題,以汛末蓄水、下游補(bǔ)水和梯級發(fā)電為目標(biāo),構(gòu)建了梯級聯(lián)合多目標(biāo)蓄水調(diào)度模型,提出了兩階段約束法對模型目標(biāo)進(jìn)行降維處理,進(jìn)而采用動態(tài)規(guī)劃求解模型,并通過對不同來水過程的調(diào)度計(jì)算與方案比較。結(jié)果表明,隨著三峽水庫汛末蓄水位的抬高,梯級向下游補(bǔ)水能力逐漸減弱;若三峽水庫汛末蓄水位相同,則梯級下游控制補(bǔ)水流量越大,梯級總發(fā)電量越大;若梯級下游控制補(bǔ)水流量相同,則汛末蓄水位越低,梯級發(fā)電量越大;下游控制補(bǔ)水流量越大,則梯級下泄流量越均勻,發(fā)電出力峰谷差越小,也越有利于下游通航安全。

松江河流域梯級電站群建成后,在聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行方面上下游之間存在嚴(yán)重的"卡脖子"問題。通過制定相應(yīng)的聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行方案,不僅緩解了"卡脖子"現(xiàn)象,而且有利于充分發(fā)揮各級電站的發(fā)電效益,使水能資源得以充分利用,實(shí)現(xiàn)共贏。

宏觀視角下的流域梯級水電站聯(lián)合調(diào)度金沙江區(qū)域梯級水電站邁入\"調(diào)控一體化\"時代長江上游大型水電站群聯(lián)合調(diào)度發(fā)展戰(zhàn)略流域梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的必要性及對節(jié)能減排的作用氣候變化條件下的三峽梯級水庫調(diào)度長江上游大型水電站群聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵科技問題探討

介紹分析梯級電廠水電聯(lián)合調(diào)度的技術(shù)和策略,以及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成原則。

針對金沙江—雅礱江梯級多業(yè)主水電站群聯(lián)合調(diào)度補(bǔ)償效益問題,建立了大規(guī)?；炻?lián)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型,并提出離散微分動態(tài)規(guī)劃(dddp)和逐步優(yōu)化算法(poa)相結(jié)合的自適應(yīng)混合方法,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模混聯(lián)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度問題的高效求解。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合金沙江流域長系列歷史徑流資料,進(jìn)行了不同建設(shè)運(yùn)行和聯(lián)合調(diào)度情景下梯級電站調(diào)度模擬,探究了金沙江中游梯級和雅礱江下游梯級的建設(shè)運(yùn)行及聯(lián)合調(diào)度對金沙江下游梯級的補(bǔ)償作用。結(jié)果表明,金沙江中游梯級和雅礱江下游梯級建設(shè)運(yùn)行可以增加金沙江下游梯級165.36×108kw·h的發(fā)電量;雅礱江下游梯級和金沙江下游梯級聯(lián)合調(diào)度可增加梯級總發(fā)電量24.79×108kw·h,而金沙江中游梯級受較大保證出力的限制聯(lián)合調(diào)度效益不夠顯著,可以通過降低其梯級保證出力,以便有效提高聯(lián)合調(diào)度的補(bǔ)償效益。

針對傳統(tǒng)優(yōu)化算法在求解高維、復(fù)雜梯級水電站發(fā)電調(diào)度時易出現(xiàn)“維數(shù)災(zāi)”，或陷入局部最優(yōu)解的缺陷，本文提出了免疫蛙跳算法（isfla）。該算法將克隆選擇算法嵌入到混洗蛙跳算法框架中，對混合之后的蛙群構(gòu)造子群體執(zhí)行免疫克隆選擇操作，同時使用改進(jìn)的最差解更新方式提高其局部搜索能力。應(yīng)用實(shí)踐表明，通過將isfla與標(biāo)準(zhǔn)混洗蛙跳算法、粒子群算法以及逐步優(yōu)化方法對比，isfla在求解梯級水電站發(fā)電優(yōu)化問題時具有明顯的優(yōu)越性。

本文首先從目標(biāo)函數(shù)和約束條件兩個方面,介紹了梯級水電站優(yōu)化調(diào)度的各類數(shù)學(xué)模型.然后對目前研究比較廣泛的各類優(yōu)化算法進(jìn)行了綜述.最后指出隨著水電能源的開發(fā),梯級水庫優(yōu)化調(diào)度下一步可能的發(fā)展方向.

隨著經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展,我國能源結(jié)構(gòu)也隨著不斷變化,水電資源作為一項(xiàng)重要能源,其發(fā)展好壞直接關(guān)系到我國的可持續(xù)發(fā)展道路.梯級水電站作為水電的一種關(guān)鍵形式,必須對其進(jìn)行發(fā)電優(yōu)化調(diào)度,從而保證水資源得到合理利用.本文主要針對梯級水電站的主要特點(diǎn)和未來發(fā)展方向,總結(jié)了我國的一些成果,并深入分析了其運(yùn)行過程中的主要問題,通過對模型進(jìn)行改進(jìn),對其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度,提出了新的調(diào)度模型.

介紹了目前國內(nèi)對于梯級水電站優(yōu)化調(diào)度問題的研究和實(shí)踐現(xiàn)狀,重點(diǎn)研究了優(yōu)化調(diào)度模型的建立和優(yōu)化算法。

在市場環(huán)境中系統(tǒng)電價(jià)和負(fù)荷一定的情況下,將效益最大化作為系統(tǒng)優(yōu)化準(zhǔn)則,運(yùn)用水資源價(jià)值系數(shù)、設(shè)備運(yùn)行費(fèi)、折舊費(fèi)及其他費(fèi)用等成本因素,建立分時電價(jià)梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型;構(gòu)造了求解該模型的層結(jié)構(gòu)蟻群算法,采用啟發(fā)式規(guī)則解決解的多樣性和機(jī)組啟停問題,采用精英策略節(jié)約計(jì)算內(nèi)存和優(yōu)化時間。最后,運(yùn)用我國西南地區(qū)某梯級流域中三個連續(xù)水電站的數(shù)據(jù)建立了調(diào)度模型并運(yùn)用層結(jié)構(gòu)算法進(jìn)行仿真;并從理論方面分析了仿真結(jié)果中的每一個變化,對精英區(qū)大小的選擇作了討論,分析表明仿真結(jié)果與理論分析保持一致,說明建立的模型是合理的,提出的方法是可行而有效的。

本文應(yīng)用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論,討論了梯級水電站水庫常規(guī)調(diào)度圖的優(yōu)化編制方法,并結(jié)合漢江上游石泉、安康兩梯級水庫得出了相應(yīng)結(jié)果,為梯級水電站水庫常規(guī)調(diào)度圖的優(yōu)化編制提供了可行的途徑.

分析了梯級水電站水電聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度技術(shù),包括來水預(yù)報(bào)技術(shù)、計(jì)劃調(diào)度技術(shù)、實(shí)時調(diào)度技術(shù)和電力市場水電調(diào)度技術(shù),說明了這些技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向,并提出相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)和結(jié)構(gòu)要點(diǎn)。

本文提出兩種梯級水電站實(shí)時負(fù)荷分配模型,模型ⅰ根據(jù)站間和廠內(nèi)水量電力平衡分配站間負(fù)荷,檢驗(yàn)站間聯(lián)合躲避不可調(diào)控區(qū)和防止負(fù)荷大規(guī)模轉(zhuǎn)移等約束滿足情況并制定開停機(jī)策略,以梯級電站水位能消耗最少為目標(biāo)調(diào)整初始分配繼而實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;模型ⅱ根據(jù)聚合分解思想將梯級水電站系統(tǒng)分為若干組對偶子系統(tǒng),每組對偶系統(tǒng)聚合為虛擬電站直接以機(jī)組為基本分配單元優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。清江梯級電站實(shí)時運(yùn)行仿真計(jì)算結(jié)果表明,模型ⅰ和模型ⅱ能降低隔河巖電站和高壩洲電站耗水分別為1.35%,1.45%和0.95%,1.6%;減少隔河巖機(jī)組穿越振動區(qū)分別為9.83%和17.3%。兩種模型既可顯著增加電站經(jīng)濟(jì)效益又能大幅提高運(yùn)行安全性。