水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度教學(xué)演示軟件開(kāi)發(fā)

艾學(xué)山 高志云 支悅 董祚

摘要：水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度是水庫(kù)調(diào)度中的重要內(nèi)容，也是水電站水庫(kù)運(yùn)行與調(diào)度課程的主要研究對(duì)象。文章基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃及其改進(jìn)算法，開(kāi)發(fā)了水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度教學(xué)演示軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)從預(yù)先設(shè)置的水庫(kù)中選擇所需要的水庫(kù)進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置優(yōu)化計(jì)算的初始水位和終止水位，調(diào)度期可選擇月、旬、日或多日，計(jì)算結(jié)果圖表可對(duì)應(yīng)查看，結(jié)果統(tǒng)計(jì)值顯示和交互計(jì)算，等等功能。該軟件可以在課堂演示，使學(xué)生了解水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的基本思路、初始條件設(shè)置、計(jì)算結(jié)果展示及系統(tǒng)界面基本結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，為水庫(kù)調(diào)度實(shí)踐打下了良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度;教學(xué)演示;軟件開(kāi)發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）44-0059-02

一、前言

水電站水庫(kù)運(yùn)行與調(diào)度是水文水資源專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生需要掌握的重要內(nèi)容，水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度是提高水資源利用率和水能資源利用率的重要措施。水庫(kù)管理人員和水庫(kù)發(fā)電調(diào)度研究人員通常需要做水庫(kù)的年計(jì)劃、月計(jì)劃等調(diào)度計(jì)劃，此時(shí)水庫(kù)的中長(zhǎng)期調(diào)度就顯得非常重要，為快速方便地進(jìn)行水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度計(jì)算，并分析在改變?nèi)霂?kù)流量、水庫(kù)水位和下泄流量等各種情景下水電站水庫(kù)的運(yùn)行情況和水能資源的獲取情況，開(kāi)發(fā)軟件的交互計(jì)算功能就顯得很有必要。本軟件不僅實(shí)現(xiàn)了水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期調(diào)度中的基本功能，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果進(jìn)行交互計(jì)算的功能，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

二、水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度理論方法

水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度是運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論和最優(yōu)化技術(shù)，借助于電子計(jì)算機(jī)尋求最優(yōu)準(zhǔn)則達(dá)到極值的最優(yōu)運(yùn)行策略及相應(yīng)決策。即根據(jù)水庫(kù)的入流過(guò)程和綜合利用要求，制定并實(shí)現(xiàn)水電站及其水庫(kù)長(zhǎng)期最優(yōu)運(yùn)行調(diào)度方式，以獲得盡可能大的運(yùn)行效益，使水電站及其水庫(kù)的設(shè)備能力得到充分發(fā)揮，使水利、水能資源得到充分合理的利用。水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期運(yùn)行調(diào)度研究以季、年或多年為計(jì)算期的水庫(kù)最優(yōu)運(yùn)行調(diào)度方式問(wèn)題。在中長(zhǎng)期調(diào)度中，天然入庫(kù)徑流變化和水庫(kù)調(diào)節(jié)能力的影響非常顯著，調(diào)度信息的隨機(jī)性和不確定性比較復(fù)雜，計(jì)算期和計(jì)算時(shí)段的選取也非常復(fù)雜，計(jì)算期可以是年、多年，也可以是蓄水期或供水期，計(jì)算時(shí)段可以是不等或相等的若干計(jì)算時(shí)段，如“旬”、“月”、“季”等，有時(shí)汛期選擇旬，非汛期選擇月。水電站水庫(kù)的運(yùn)行，必須合理利用流量和水頭，以獲得最大的發(fā)電效益。優(yōu)化計(jì)算方法有傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃及其改進(jìn)算法、遺傳算法、粒子群算法等進(jìn)化算法。

三、水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度教學(xué)演示軟件設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)目的。為使水庫(kù)調(diào)度工作人員能夠快速方便地進(jìn)行水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度計(jì)算，并方便地進(jìn)行入庫(kù)流量、水位和下泄流量的交互計(jì)算，便于開(kāi)展水庫(kù)發(fā)電調(diào)度計(jì)劃的制訂和水能特性分析工作，也方便在課堂上給學(xué)生演示水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度的基本工作流程、結(jié)果分析及基本調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及使用方法。

2.軟件功能。本軟件主要功能如下：①可從預(yù)先設(shè)置的水庫(kù)中選擇需要計(jì)算的水庫(kù);②可選擇計(jì)算期起始和終止日期，該計(jì)算期的入庫(kù)流量數(shù)據(jù)應(yīng)該預(yù)先設(shè)置;③計(jì)算結(jié)果以圖形和表格形式同時(shí)顯示;④交互計(jì)算功能;⑤詳細(xì)計(jì)算結(jié)果的Excel顯示;⑥調(diào)度結(jié)果特征值統(tǒng)計(jì)功能。

3.數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。根據(jù)水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度任務(wù)，需要水庫(kù)和水電站的基礎(chǔ)資料，如水庫(kù)特性資料，特征水位、庫(kù)容曲線，水電站特性資料，裝機(jī)容量、出力系數(shù)，等等。初始條件包括計(jì)算期初末水位、計(jì)算期內(nèi)的確定性來(lái)水過(guò)程等。

四、水電站水庫(kù)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度教學(xué)演示軟件使用

1.軟件主界面。整個(gè)界面由左、中、右三部分組成，如圖1所示，左側(cè)為參數(shù)選擇區(qū)，包括水庫(kù)選擇、參數(shù)參考和設(shè)置、計(jì)算期選擇、計(jì)算時(shí)段選擇和計(jì)算按鈕;中間是圖表顯示區(qū)，分上、下兩部分，上部分顯示調(diào)度結(jié)果表，下部分顯示調(diào)度結(jié)果圖形;右側(cè)是交互計(jì)算選擇和結(jié)果統(tǒng)計(jì)區(qū)，中間三個(gè)按鈕分別可以選擇查看結(jié)果表、調(diào)度圖和Excel詳細(xì)計(jì)算結(jié)果。

2.優(yōu)化調(diào)度計(jì)算。在“水庫(kù)選擇”處選擇一個(gè)需要進(jìn)行發(fā)電調(diào)度的水庫(kù)，如圖2所示。所選水庫(kù)對(duì)應(yīng)的特征信息將自動(dòng)顯示在下方相應(yīng)的位置。其中，保證出力、出力系數(shù)、初始水位和末水位數(shù)值可在界面進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整。在“計(jì)算期選擇”位置選擇計(jì)算期初和末的時(shí)間即計(jì)算時(shí)段，如圖3所示。單擊“計(jì)算”按鈕即可進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示在結(jié)果顯示區(qū)，如圖4所示。

3.發(fā)電調(diào)度結(jié)果統(tǒng)計(jì)和查看。從圖4可知，優(yōu)化調(diào)度的主要計(jì)算結(jié)果表顯示在上方，圖形顯示在下方。調(diào)度結(jié)果統(tǒng)計(jì)值自動(dòng)顯示在“發(fā)電調(diào)度結(jié)果統(tǒng)計(jì)”區(qū)，包括平均入流、平均發(fā)電流量、平均水位、平均水頭、平均出力、總發(fā)電量、發(fā)電保證率、棄水量等。如果需要查看更詳細(xì)的結(jié)果，可點(diǎn)擊“打開(kāi)Excel結(jié)果表”按鈕，打開(kāi)保存在Excel表格中的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果，如圖6所示。

4.交互計(jì)算。分別點(diǎn)擊交互計(jì)算選擇下的“更改入庫(kù)流量”、“更改水位”、“更改出庫(kù)流量”。根據(jù)實(shí)際需要在結(jié)果表格對(duì)應(yīng)列進(jìn)行數(shù)值修改。點(diǎn)擊“交互計(jì)算”按鈕，可以得到交互計(jì)算結(jié)果。

5.方案保存和導(dǎo)入。軟件還實(shí)現(xiàn)了方案保存和方案導(dǎo)入功能，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行保存和導(dǎo)入。