淺談梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化調度研究與應用

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1、第13卷第2期中國水利水電科學研究院學報Vo1．13No．22O15年4月Journa1ofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearchApril，2015文章編號：1672—3031(2015)02—0150—07梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化調度研究與應用汪菲娜，談飛(河海大學商學院，江蘇南京211100)摘要：為保證梯級水電站安全、穩(wěn)定、高效運行，充分利用水資源，需要對梯級水電站進行聯(lián)合優(yōu)化調度。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行進行優(yōu)化計算，并

2、根據(jù)優(yōu)化結果制定梯級水電站優(yōu)化調度規(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，短期調度規(guī)則能夠使梯級水電站取得效益最大化。關鍵詞：梯級水電站；聯(lián)合優(yōu)化；逐步搜索算法；運行規(guī)則中圖分類號：TV213．9文獻標識碼：Adoi：10．13244／j．cnki．jiwhr．2015．02．O111研究背景梯級水電站的聯(lián)合優(yōu)化調度充分考慮了各水電站水庫水文徑流特性、調節(jié)性能上的不同，以及梯級水電站之間存在的水文、水力上的聯(lián)系，能夠充分發(fā)揮各水庫庫容、水文和水能等方面的補償作用，最大程度地對

3、水能資源進行利用。梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調度關系著水電站的優(yōu)化運行，進而關系著水電站的運行效益。梯級水電站運行優(yōu)化通常的做法是在某一優(yōu)化原則下，如發(fā)電量最大、發(fā)電效益最大等，全方位考慮水電站水庫的運行約束條件，通過優(yōu)化算法，如動態(tài)規(guī)劃、現(xiàn)代智能算法等，對歷史徑流資料進行優(yōu)化計算，根據(jù)優(yōu)化計算得到的結果制定梯級水電站的優(yōu)化運行規(guī)則。研究表明，該優(yōu)化算法求得的梯級聯(lián)合運行后各水電站的保證出力和年平均發(fā)電量相比于各水電站水庫單獨運行均有顯著的提高，即梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調度能夠在現(xiàn)有工程規(guī)模下，顯著提高梯級水電站的運行效益。而梯級水電站群的優(yōu)化調度問題是一個復雜的、動態(tài)的非線性優(yōu)化問

4、題，一些學者對于梯級水電站群優(yōu)化問題的研究如表1所示。上述梯級水電站運行優(yōu)化方法的缺陷在于徑流的隨機性以及歷史徑流資料的有限性，優(yōu)化結果不一定具有代表性。根據(jù)歷史徑流資料計算得到的優(yōu)化結果表明梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化具有優(yōu)越性，但是在實際的水電站群運行中，如何根據(jù)該優(yōu)化結果合理地制定梯級水電站群的優(yōu)化運行規(guī)則具有一定的難度，研究中也尚未有定論。本文嘗試研究水電站在未來時段電網(wǎng)給定負荷要求的情況下，對梯級水電站進行負荷分配，使梯級水電站在滿足負荷要求的前提下，梯級蓄能最大，從長遠看，能使梯級水電站的發(fā)電量最大。2梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調度模型某梯級水電站由同一河流上的A、B、C三個串

5、聯(lián)式水電站構成。A水電站為不完全多年調節(jié)水電站，B水電站為年調節(jié)水電站，C水電站為徑流式水電站。三個水電站的水文特征指標和效益指標如表2所示。由于A電站為不完全多年調節(jié)水電站，B水電站為年調節(jié)水電站，本研究考慮按照蓄能最大原則收稿El期：2014—09—10作者簡介：汪菲娜(1992一)，女，安徽績溪人，碩士生，主要從事工程管理和項目管理研究。E—mail：wfn090824@126．conl—l50—梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化調度研究與應用汪菲娜談飛表1梯級水電站群優(yōu)化問題的研究對梯級水電站進行負荷分配，使梯級在面臨時段的出力滿足電網(wǎng)要求的總負荷的前提下，在該計算時段結束后，

6、各水庫總蓄能最大。(1)梯級水電站蓄能最大模型目標函數(shù)。梯級水電站蓄能由該時段蓄在水庫中的水量可以承擔的出力表示，即由入庫流量減去出庫流量后乘以平均發(fā)電水頭及綜合出力系數(shù)。c水電站作為徑流式水電站，沒有蓄能的能力，不考慮其蓄能。B水電站水庫的蓄能由入庫流量減去出庫流量后乘以B水電站水庫的平均發(fā)電水頭及綜合出力系數(shù)。由于梯級水庫水文上的聯(lián)系，A水電站水庫的蓄水量經(jīng)過A水電站發(fā)電后，可以蓄在B水電站水庫中進行再調節(jié)，故A水電站水庫蓄能由入庫流量減去出庫流量后乘以A和B水電站水庫的平均發(fā)電水頭與綜合出力系數(shù)乘積之和。梯級水電站的總蓄能為A和B水電站水庫蓄能之和。梯級水電站蓄能最

7、大模型目標函數(shù)如下：E=(K1日1+K2H2)(Q，1一QD1)+2日2(Q，2一Q02)(1)Qo=QP+Q(2)式中：E為計算時段后梯級電站總蓄能；Ki為第i個水電站綜合出力系數(shù)；Hi為第i個水電站在計算時一151—梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化調度研究與應用汪菲娜談飛段內(nèi)的平均水頭；Qli為第i個水電站在計算時段水庫入庫流量；QO為第i個水電站在計算時段內(nèi)的出庫流量；Q尸為第i個水電站在計算時段的發(fā)電流量；QR為第i個水電站在計算時段的水庫棄水流量；i=1，2，3，其中i-1代表A水電站；i=2代表B水電站；i=3代表c水電站。在