水電站水庫優(yōu)化調(diào)度方法的探討

1、水電站水庫優(yōu)化調(diào)度方法的探討摘要：水電站水庫庫容小，要有使徑流水發(fā)揮最髙效益, 就應(yīng)該優(yōu)化水電站水庫調(diào)度。本文主要分析了水電站水庫調(diào) 度的影響因素，并探討了水庫優(yōu)化調(diào)度方法及其特性，并概 述了水庫優(yōu)化調(diào)度方法和特點。關(guān)鍵詞：水電站；水庫；優(yōu)化；調(diào)度中圖分類號：p343文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a水電站水庫優(yōu)化調(diào)度方法來管理水庫水位發(fā)電調(diào)度，能 在符合電力系統(tǒng)要求的前提下，最大限度的使用水量和水 頭，以便增加更多的發(fā)電量，爭取獲得最大的經(jīng)濟效益。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 與水電站水庫之間各方面關(guān)系的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮水庫調(diào)節(jié) 性能，提高發(fā)電效益。一、影響水電站水庫調(diào)度的因素（一）

2、機組振動在梁板上安裝水泵，泵殼是裸露的，比較自由。泵組在 運行時，會振動最終導(dǎo)致梁板振動，尤其是停泵時水力沖擊 會加大，更會增加水泵的振動，直接影響泵組的穩(wěn)定運行， 甚至導(dǎo)致泵組位移，存在安全運行隱患。（二）水錘和負(fù)壓導(dǎo)致引水鋼管安全隱患機組在開停時會出現(xiàn)水錘和負(fù)壓，尤其是事故停機時， 會出現(xiàn)很大的負(fù)壓，直接影響引水鋼管安全。在水庫水位較 低時，兩臺以上機組并聯(lián)運行發(fā)生事故停機時，部分負(fù)壓值 比規(guī)范要求髙。（三）沖擊輸電線路和站內(nèi)電氣設(shè)備每天的機組開停，頻繁的負(fù)荷變化會嚴(yán)重沖擊電網(wǎng)與站 內(nèi)電氣設(shè)備，影響電氣設(shè)備的安全。（四）水泵性能的差異水泵在運行時，運行參數(shù)會有差異。當(dāng)水庫水位較低時, 泵運

3、行流量很小，葉片上會出現(xiàn)回流、失速、脫流和空化現(xiàn) 象，引起水力噪聲大、出現(xiàn)高頻壓力脈動，增加水泵振動。 當(dāng)水庫水位較高時，泵運行時流量很大，葉片正面產(chǎn)生脫流, 易引起空化現(xiàn)象。（五）正常停機情況下水力振動與關(guān)閥水錘停機時，轉(zhuǎn)輪出口出現(xiàn)較大振動，特別是當(dāng)閥門關(guān)閉到 小開度時，會出現(xiàn)劇烈振動。正常停機時出現(xiàn)水錘會沖擊轉(zhuǎn) 輪部件和管壁。二、水庫優(yōu)化調(diào)度方法及其特性（一）一般的水庫調(diào)度方法當(dāng)前，國際上一直使用普通的水庫調(diào)度方法，是建立在 水能學(xué)徑流調(diào)配調(diào)節(jié)理論基礎(chǔ)上的時歷法，換言之，就是使 用歷史水文統(tǒng)計資料，選擇典型來水過程為代表年進行水能 調(diào)節(jié)計算，取其包絡(luò)線繪制的水庫調(diào)度圖來指導(dǎo)水電站運 行。這

4、種調(diào)度法雖然簡單清晰，保證率概念明確，處理水庫 運行中各類相關(guān)因素亦較直觀明了，但是調(diào)度模式的基礎(chǔ)理 論不夠優(yōu)化，且使用規(guī)則沒有考慮面臨時段的徑流預(yù)報，不 夠靈活，盲目性較大，使用效果不理想。（二）新編水庫優(yōu)化調(diào)度圖通過使用現(xiàn)代控制論、運籌學(xué)、決策理論和系統(tǒng)工程等優(yōu)化理論，在數(shù)學(xué)規(guī)劃論基礎(chǔ)上發(fā)展的動態(tài)規(guī)劃或隨機動態(tài) 規(guī)劃法，在擇優(yōu)計算后編制出了水庫優(yōu)化調(diào)度圖，調(diào)度圖由 二維坐標(biāo)調(diào)度線擴展為三維坐標(biāo)（時間、庫水位、入庫流量） 的調(diào)度曲面，使得水庫調(diào)度決策更加實用和靈活；優(yōu)化調(diào)度 方案編制時考慮了水電站各種來水與水位的組合，通過計算 機對各種決策判別組合方案并進行優(yōu)選，最終得出新編優(yōu)化 調(diào)度圖，避

5、免了一般調(diào)度法的缺點，具有較高的經(jīng)濟效益。（三）水庫優(yōu)化調(diào)度計算方法動態(tài)規(guī)劃理論將一步多維化成多步一維來求解，把調(diào)節(jié)周期按時序劃分為階段、狀態(tài)、策略，并按最優(yōu)策略實現(xiàn)狀 態(tài)的轉(zhuǎn)移，很適合水庫優(yōu)化運行方式的模擬；策略尋優(yōu)迭代 數(shù)學(xué)概念清晰，理論基礎(chǔ)嚴(yán)謹(jǐn)。按新編水庫調(diào)度圖和優(yōu)化運 行方式來安排水電站的發(fā)電出力不僅只依據(jù)當(dāng)時的庫水位， 還考慮了面臨時段徑流的條件概率分布特點以及水庫來水 預(yù)報，使調(diào)度決策更貼近實際，并適應(yīng)電力系統(tǒng)運行對水電 站的電力、電量平衡需求，加上調(diào)度措施有力，就一定能挖 掘水庫潛力，獲取最大的效益期望值；同時可提高運行的可 靠性和安全性，改善水電生產(chǎn)和電網(wǎng)運行的能量指標(biāo)。三、水

6、庫優(yōu)化調(diào)度方法及其特點（一）單一水電站水庫優(yōu)化調(diào)度運用優(yōu)化理論編制單庫優(yōu)化調(diào)度方案，確定全年各時段 優(yōu)化運行方式，并作為庫群聯(lián)調(diào)優(yōu)化的基礎(chǔ)。優(yōu)化準(zhǔn)則通常 取調(diào)節(jié)周期（年）內(nèi)發(fā)電量最多或以追求水電站發(fā)電電能價 值最大為目標(biāo)；把徑流相鄰兩個時段當(dāng)作依賴關(guān)系的隨機過 程，即用簡單馬爾科夫鏈描述入庫徑流并做相關(guān)分析；對隨 機模型采用馬爾科夫決策規(guī)劃求解；以年為調(diào)節(jié)周期，以旬 或月為調(diào)度計算時段；按設(shè)計或有關(guān)文件確定庫水位、流量 和發(fā)電出力等邊界約束條件；運用動態(tài)規(guī)劃法進行逆時序逐 時段的調(diào)節(jié)計算；水庫狀態(tài)變量（水位、流量）的級數(shù)劃分 依具體情況而定；決策變量選擇根據(jù)調(diào)度部門的要求確定， 如可選取平均出

7、力、時段末水位或發(fā)電耗水量等任意一、兩 項；用“偏離最優(yōu)損失”判別式來檢查方案的優(yōu)劣；引入 “效益、懲罰”方式來滿足供電保證率可靠性要求。（二）跨流域水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度確定網(wǎng)內(nèi)水電站群在全年各時段的優(yōu)化運行策略。要統(tǒng) 一考慮各個水電站水庫間的水力與電力聯(lián)系；運用各水庫調(diào) 節(jié)性能差異和水文不同步性來補償調(diào)節(jié)庫容和電力，以便最 大程度的發(fā)揮庫群的總體效益；以電站群體多年運行的總效 益最大為優(yōu)化目標(biāo)；必須滿足電網(wǎng)對水電站群的運行經(jīng)濟性 與可靠性要求；進行電力系統(tǒng)日負(fù)荷圖上的電力電量平衡， 以確保充分利用每個電站的工作容量；采用"分解協(xié)調(diào)法” 按“偏優(yōu)損失最小”原則來確定各個水電站水庫的時段

8、運 行決策；對于水庫個數(shù)較多的大規(guī)模庫群聯(lián)調(diào)優(yōu)化，可采用 隨機優(yōu)化多維時空相關(guān)理論和余留效益統(tǒng)計迭代模型與算 法進行求解，并繪制多個水電站群的優(yōu)化調(diào)度圖；確保水庫 群聯(lián)調(diào)優(yōu)化比單一水庫優(yōu)化總體發(fā)電效益提高1.5%-2.0%； 比常規(guī)的時歷法或統(tǒng)計法調(diào)度提高年總發(fā)電效益的4%-6% （期望值）。（三）梯級水電站群優(yōu)化調(diào)度尋求在滿足電力系統(tǒng)給定的總負(fù)荷及其他約束條件下 的梯級水電站群整體最優(yōu)聯(lián)合運行方式。要考慮各梯級水電 站間的水頭、流量具有密切聯(lián)系的特點；計入上下級電站區(qū) 間徑流的補充或扣損以及流達(dá)時間；分析兩相鄰梯級電站間 水頭銜接程度和下一級庫水位波動對上一級電站水頭變化 的影響；以全梯級電

9、站年發(fā)電量最多或總體電能價值最大為 優(yōu)化目標(biāo)；充分利用短、中、長期水文、氣象預(yù)報，選擇庫 容最大、調(diào)節(jié)性能最好的“龍頭電站”作為補償水庫，作為 重點優(yōu)化計算目標(biāo)；可將同一條河流、同一電網(wǎng)且數(shù)目較多 的梯級水電站當(dāng)成一個純水電系統(tǒng)，把求解目標(biāo)化簡或合并 水頭的方法處理；采用計入徑流的時間、空間相關(guān)關(guān)系，建 立優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用隨機動態(tài)規(guī)劃、增量動態(tài)規(guī)劃或 多層次、多目標(biāo)規(guī)劃法求解，得出各時段梯級電站整體最優(yōu) 運行方式；梯級水電站群一體化聯(lián)調(diào)優(yōu)化實際上是庫群聯(lián)調(diào) 的基礎(chǔ)上，其增發(fā)電效益更為顯著，可提高梯級群總體6% 的年發(fā)電量。(四) 水電站水庫的經(jīng)濟運行水電站要增加發(fā)電，應(yīng)該確保用最小的流量發(fā)足系統(tǒng)要 求給定的所需功率。在制定水庫長、中、短期優(yōu)化運行計劃、 方式的基礎(chǔ)上，選擇"以水定電”或"以電定水”的操作方 法，確定面臨日水電站最佳日負(fù)荷曲線或日發(fā)電耗水量之 后，利用動態(tài)規(guī)劃法確定最佳運行機組組合；以開停機指標(biāo) 數(shù)確定應(yīng)投運的機組臺號；用等微增率法或動態(tài)規(guī)劃法分配 機組間的經(jīng)濟負(fù)荷；在自動采集雨量、水情信息基礎(chǔ)上，結(jié) 合優(yōu)化模型利用計算機監(jiān)控系統(tǒng)實時發(fā)出程控指令，既可實 時控制運行，又可制定日發(fā)電調(diào)度計劃，實現(xiàn)水電站的全面 經(jīng)濟運行；廠內(nèi)經(jīng)濟運行一般可使調(diào)度周期內(nèi)的發(fā)電量增加 %左