淺議水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度研究進(jìn)展的思考

劉榮騰 金成云

【摘要】我國(guó)江西上饒地區(qū)從六十年代以來(lái)，該地區(qū)的水電裝機(jī)容量在系統(tǒng)中所占的比重較大，幾乎占據(jù)總?cè)萘恳话氲谋戎?。然而，水?kù)的調(diào)度管理工作面臨許多的難題，具體而言，包括以下幾個(gè)方面：一是水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能較差；二是水電站所處的地理位置過(guò)于分散；三是降水的時(shí)間與空間分布缺乏均勻性；四是水庫(kù)綜合利用各部門(mén)之間存在的矛盾日益突出。因此，江西上饒地區(qū)開(kāi)展關(guān)于水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方面的應(yīng)用研究，緊接著開(kāi)展以下兩個(gè)研究，一是全系統(tǒng)水電站群跨流域聯(lián)調(diào)，二是雙庫(kù)聯(lián)調(diào)。在二十年內(nèi)，參與至考核中的水電站節(jié)約大量的增發(fā)電量，總量累計(jì)達(dá)到 68.386 億 kW·h。大量實(shí)踐表明，水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度取得顯著的效益。

【關(guān)鍵詞】水電站水庫(kù)；優(yōu)化調(diào)度研究；進(jìn)展

現(xiàn)階段，總計(jì)10座大、中型的水電站由省網(wǎng)局進(jìn)行統(tǒng)調(diào)，而總計(jì)5座中型的水電站由地區(qū)進(jìn)行管理，其中，江西上饒大坳水庫(kù)屬于多年調(diào)節(jié)與年調(diào)節(jié)，其他絕大部分的水庫(kù)多屬于日調(diào)節(jié)與季調(diào)節(jié)。眾多隸屬于水利廳且并入至于網(wǎng)內(nèi)的中、小型水電站大多數(shù)屬于徑流式電站，該類(lèi)電站并無(wú)調(diào)節(jié)能力，給電力系統(tǒng)造成巨大的沖擊。除此之外，水庫(kù)調(diào)度管理過(guò)程中面臨著眾多的難題，分別是：一是日益突出的水庫(kù)綜合利用部門(mén)矛盾；二是過(guò)于分散的水電站；三是豐枯徑流特性差異性顯著；四是不同時(shí)段年內(nèi)與年際來(lái)水缺乏穩(wěn)定性，存在水位陡漲落的問(wèn)題，加大預(yù)測(cè)的難度。因此，在開(kāi)展水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度研究的過(guò)程中，以上問(wèn)題都需要予以重視。

一、水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的理論基礎(chǔ)和技術(shù)特性

（一）常規(guī)水庫(kù)調(diào)度方式

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外采用時(shí)歷法這一常規(guī)水庫(kù)調(diào)度方式，該方式通過(guò)使用大量的歷史水文資料，在計(jì)算水能調(diào)節(jié)過(guò)程中，選用具有典型代表的來(lái)水過(guò)程，在進(jìn)行水庫(kù)調(diào)度圖繪制時(shí)選用包絡(luò)線，而后對(duì)水電站的運(yùn)行加以指導(dǎo)。該調(diào)度方式具有顯著的優(yōu)勢(shì)，也存在明顯的不足。其中，其優(yōu)點(diǎn)在于清晰簡(jiǎn)單，能夠直觀、明了的處理水庫(kù)在運(yùn)行過(guò)程中存在的各種因素。然而，其弊端則是水庫(kù)優(yōu)化理論基礎(chǔ)不足，加之在使用過(guò)程中忽視對(duì)徑流預(yù)報(bào)的充分考慮，過(guò)于呆板，靈活性不足，且存在盲目性，難以取得理想的效果。

（二）新編水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度圖

通過(guò)對(duì)多種優(yōu)化理論進(jìn)行綜合的運(yùn)用，例如：一是現(xiàn)代控制論；二是運(yùn)籌學(xué)，三是決策理論；四是系統(tǒng)工程理論等，采用隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃以及動(dòng)態(tài)規(guī)劃法。以往的常規(guī)調(diào)度圖為調(diào)度線，僅僅是對(duì)時(shí)間與庫(kù)水位等二維坐標(biāo)加以考慮，而水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度圖采用擇優(yōu)計(jì)算方式編制而出，將以往的常規(guī)調(diào)度圖擴(kuò)展至調(diào)度曲線。該調(diào)度曲面考慮時(shí)間、入庫(kù)流量以及庫(kù)水位三維坐標(biāo)，大大的提升水庫(kù)調(diào)度決策的靈活性、針對(duì)性與實(shí)用性等。在進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度方案編制的過(guò)程中，對(duì)于水電站之中的各種水位與來(lái)水組合進(jìn)行充分的考慮。通過(guò)計(jì)算機(jī)的充分利用，對(duì)決策判別組合方案進(jìn)行選擇，從中選擇最優(yōu)的方案，而后得出最新編制的優(yōu)化調(diào)度圖，有效的彌補(bǔ)以往常規(guī)調(diào)度方式中的不足，極大的提升經(jīng)濟(jì)效益。

（三）水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的計(jì)算方式

通過(guò)應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論，由一步多維轉(zhuǎn)化為多步一維進(jìn)行求解。按照時(shí)序?qū)⒄{(diào)節(jié)周期劃分為以下三個(gè)部分：一是階段；二是狀態(tài)；三是策略。同時(shí)，按照最優(yōu)策略進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移，非常適用于模擬水庫(kù)優(yōu)化運(yùn)行方式，選擇具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)，明晰數(shù)學(xué)概念的策略。安排水電站進(jìn)行發(fā)電時(shí)，依照優(yōu)化運(yùn)行方式以及新編的調(diào)度圖，除了要對(duì)當(dāng)時(shí)的水庫(kù)水位進(jìn)行充分的考慮，更要考慮以下幾個(gè)方面內(nèi)容：一是水庫(kù)的來(lái)水預(yù)報(bào)；二是所面臨的時(shí)段徑流的條件、概率以及分布特點(diǎn)等內(nèi)容，以實(shí)際為出發(fā)點(diǎn)采用調(diào)度決策，滿足電力系統(tǒng)對(duì)于水電站的電量平衡需求。同時(shí)，采取強(qiáng)有力的調(diào)度措施，充分挖掘出水庫(kù)的潛力，能夠最大化的獲取效益期望值，有利于提升運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性等。無(wú)論是水電生產(chǎn)，還是電網(wǎng)運(yùn)行，促使兩者的運(yùn)行能量指標(biāo)得到有效的改善。

二、水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方式及其特點(diǎn)

（一）單一水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度

在進(jìn)行單庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方案編制的過(guò)程中，采用優(yōu)化理論，從而將全年內(nèi)的各個(gè)時(shí)段優(yōu)化運(yùn)行方式確定，并且將其作為庫(kù)群聯(lián)調(diào)優(yōu)化的重要基礎(chǔ)。優(yōu)化準(zhǔn)則主要將以下兩個(gè)方面作為目標(biāo)：一是在調(diào)度周期內(nèi)獲得最多的發(fā)電量；二是獲得最大化的水電站發(fā)電電能。對(duì)于相互靠近的兩個(gè)時(shí)段徑流，將其作為相互依賴(lài)關(guān)系的隨機(jī)過(guò)程。也就是說(shuō)，在對(duì)入庫(kù)徑流進(jìn)行描述過(guò)程中采用馬爾可夫鏈方式，且做相關(guān)的分析。通過(guò)采用馬爾可夫鏈決策規(guī)劃對(duì)隨機(jī)模型進(jìn)行求解，其中，調(diào)節(jié)周期為一年，調(diào)度計(jì)算時(shí)段是月或者是旬，依照設(shè)計(jì)以及相關(guān)條件，明確各種邊界約束條件，例如：一是流量；二是發(fā)電出力；三是庫(kù)水位。在開(kāi)展逐時(shí)段與逆時(shí)序的調(diào)節(jié)計(jì)算過(guò)程中，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方式。根據(jù)實(shí)際的情況，確定水庫(kù)的水位與流量等狀態(tài)變量的級(jí)數(shù)劃分。同時(shí)，依據(jù)調(diào)度部門(mén)所提出的具體要求，確定決策變量。比如，可以以下內(nèi)容中任意的選取一至兩項(xiàng)，如一是平均出力；二是發(fā)電耗水量；三是時(shí)段末水位等，在對(duì)方案的優(yōu)劣進(jìn)行檢查時(shí)，可采用偏離最優(yōu)損失方式，通過(guò)應(yīng)用效益與懲罰方式，為供電的保證率、可靠性提供重要保障。

（二）跨流域水庫(kù)群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度

在全年各個(gè)時(shí)段對(duì)網(wǎng)內(nèi)水電站群的優(yōu)化運(yùn)行策略進(jìn)行確定，同時(shí)，對(duì)于水電站水庫(kù)間的電力聯(lián)系與水力聯(lián)系應(yīng)當(dāng)進(jìn)行統(tǒng)一的考慮。通過(guò)充分的利用各個(gè)水庫(kù)兩個(gè)方面特點(diǎn)：一是水文存在的不同步性；二是調(diào)節(jié)性能存在的差異，開(kāi)展電力與庫(kù)容的補(bǔ)償調(diào)節(jié)，促使庫(kù)群的總體效益得到充分的發(fā)揮。將電站群體最大的總效益作為優(yōu)化目標(biāo)，提高水電站運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。此外，通過(guò)滿足電力系統(tǒng)日負(fù)荷的平衡性，確保充分的利用各個(gè)電站的工作容量。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自從1979年，江西上饒開(kāi)展水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度，于2004年聯(lián)調(diào)優(yōu)化全系統(tǒng)中主要的水電站，直至2009年，經(jīng)過(guò)三十年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，先后獲得眾多的研究成果，經(jīng)過(guò)部與省級(jí)組織的技術(shù)鑒定，無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)效益上，還是在社會(huì)效益上都獲得顯著的提升。

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