摘 要: 水库调度图是水电站发电调度运行的基础，然而现有研究和算法大都集中在单库调度图，库群发电调度图成果较少。本文结合我国开发得较为完善的乌江流域梯级水电站群，提出了一种实用的梯级水电站群发电优化调度图制定方法。该方法以单库调度图为基础，
综合形成初始的库群调度图，并以此进行模拟调度，即根据两种调度图对长系列资料逐时段计算，获得两种负荷结果，最终运用库群负荷分配调整两种负荷的偏差，获得调度结果；然后以模拟调度统计的多年平均发电量最大为目标，采用逐次逼近算法不断修正两种调度图的基本调度线，最终获得满足精度要求的单库调度图和库群调度图。较常规方法，本方法方便一次性得出水电站（群）调度图。模拟调度结果表明所建立的方法有效、实用，在兼顾电网对电站要求的基础上，大大提高了梯级长期发电效益。
关键词：调度图；梯级电站；逐次逼近
水库调度图作为指导水库群调度的重要工具，直接决定水库效益的好坏。常规调度图由长系列资料绘制而成，计算方法任意性大，过程繁琐、复杂，往往需要进行反复的检验和修正，且这种修正带有很强的经验性。因此，众多学者对调度图优化进行了探索，但其研究大都集中在单库调度图，而梯级水库群发电调度图成果较少。和单库调度变量简单、目标单一不同，梯级水库群调度往往具有维数大、目标多的特点，绘制调度图时最大的难点是如何将梯级联合调度的思想表现在单库调度中，以发挥联合调度的优势。
一、调度图优化模型
由于常规调度图制定计算繁琐、需反复修正，本文建立了基于模拟逐次逼近算法的梯级水库群调度图优化模型，可一次性得出优化调度图。其求解思路是：首先采用常规方法绘制初始调度图，然后利用长系列资料逐时段进行模拟调度，即根据库群蓄水状态计算出两种调度图对应的单库总出力和库群出力值，再运用库群负荷分配调整两种负荷偏差，模拟调度完成时给出评价调度图的优劣的统计指标———多年平均发电量，最后利用逐次逼近算法直接以调度图的基本调度线为决策变量，生成不同的基本调度线，并根据统计指标选择调度图，最终获得满足精度要求的单库调度图和库群调度图.
负荷协调分配作为模拟调度的依据，可协调梯级调度和各电站调度。它主要由单库调度图、库群调度图和库群负荷分配三部分共同组成，其中前两者分别给出单库、库群两种初始出力值，而库群负荷分配则是以此为基础，对单库总出力（单个电站出力累积值）和库群出力不一致的情况进行再分配。其基本原则详述如下。
单库调度图和库群调度图可获得单库、库群两种初始出力值，并为库群负荷分配策略提供依据，其中单库调度图采用水位－出力形式，出力值直接由时段初水位状态决定，而库群调度图采用蓄能－出力形式，库群总出力的获得需根据时段初各电站蓄水状态，计算梯级总蓄能后由库群调度图得到。两种调度图按照单库、水库群的状态和时间划分为加大出力区、保证出力区和降低出力区等3个区域，其运行方式是：1）当状态值位于两条相邻调度线间时，按照两条调度线对应出力值的平均值运行；2）当状态值位于最高调度线以上时，按最高调度线对应的加大出力运行；3）当状态值位于最低调度线以下时，按最低调度线对应的减小出力运行。
库群负荷分配用于协调两种调度图给出的单库、库群出力值不一致的情况，即在调度图给定的单库总出力（单个电站出力累积值）、库群出力基础上，对两者的差额（不足和多余）进行再次分配。采用的算法是以系统后期不蓄能期望最大为目标，并根据各电站当前的蓄水状态和调度图，按一定原则对差额负荷进行反复试算分配，直到满足要求为止。其运行原则是：1）当单库总出力小于库群出力时，增加各电站出力。优先考虑水位在加大出力区或保证出力区且加大出力排序靠前的电站，控制时段末水位低于保证出力区下限；2）当单库总出力大于库群出力时，减小各电站出力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆优先考虑末水位在降低出力区或保证出力区且减小出力排序靠前的电站，控制原本处于保证出力区的时段末水位高于保证出力区上限。
二、模型求解
1.初始调度图生成
初始调度图分为单库调度图和库群调度图两种，
而单库调度图中年调节水库和多年调节水库绘制方法又有不同。
年调节水库初始调度图采用长系列法绘制，并且由上游到下游分别进行调节计算，下游电站的入库流量采用经上游电站调节后的出库流量。具体是：利用长系列历史径流资料，以水文年为单位，从供水期末、死水位开始，按定出力进行逆向调节计算，得到各出力水位限制线的位置；再通过统计方法取与给定出力保证率相同频率对应的水位值，将其连接成光滑曲线，最终得到调度图。
多年调节水库初始调度图采用典型年系列法绘制，即选择典型连续枯水系列绘制基本调度线。其特点不是研究多年调节的全周期，而只研究连续枯水系列的第一年和最后一年水库的工作情况。
梯级蓄能调度图的绘制是在各单一水库调度图基础上得到的。对于某一时段，在某一出力给定情况下，主要是通过各单库调度图得到该出力值对应的水位，进而通过每个水库的水位－库容曲线得到相应的有效库容；再通过估算各水库的多年平均水位，求得每个水库当前时段的总水头（包含下游各水库的水头）；然后根据得到的有效库容和总水头确定各电站的蓄能值；最后将梯级所有水库的蓄能值累加即可获得当前时段给定出力下梯级总蓄能，将其点绘在调度图相应位置即得到梯级蓄能调度图基本调度线的一个控制点。固定出力值、改变时段后，重复以上步骤可确定调度图中不同的控制点，将相同出力对应的不同时段蓄能值用光滑曲线连接起来，即得到基本调度线。同理，改变出力值可以得到不同的基本调度线。同理，改变出力值可以得到不同的基本调度线。将所有的调度线绘制在同一图上，即得到初始的梯级蓄能调度图。
2.调度图轨迹生成动态规划逐次逼近算法是克服“维数障碍”问题的有效方法之一，其基本思想是通过将带有多个决策变量的问题，分解成仅仅带有一个决策变量的若干个子问题，轮流让一个变量变动而让其它变量都固定在已得到的最优值上，迭代直至收敛。本文对调度图的优化就是通过对基本调度线上时段初取值（以下称为控制点）的寻优实现的。
三、算例分析
乌江流域作为我国十二大水电基地之一，是我国水能资源开发得较早的河流。流域总体规划11级电站，总装机超过1100万kW ，目前其干支流上已有6座大中型水电站，到2014年前将建成9座梯级水电站群。本文以流域的普定、引子渡、洪家渡、东风、索风营、乌江渡六座水电站组成的梯级水库群为研究对象，其主要参数如表1所示。目前本文所做的研究已经用于生产实践中，为管理者实际运行提供决策。
结语
2010－2020年将是我国巨型梯级水电站群集中建成时期，如何充分发挥这些水电站群作用和效益，急需科学、实用的梯级水电站群发电优化调度图做指导，目前这方面切实可行的梯级水电站群发电优化调度图制定方法并不是很多。本文以我国十二大水电基地之一，开发得较为完善的乌江流域梯级水电站群55年资料为研究与应用实例，对梯级水电站群发电优化调度图制定方法进行了研究，应用结果表明所建立的方法是有效和实用的，可以为其它流域作为应用参考方法。
参考文献
［1］王平.水库发电调度图常规计算方法的问题和改进建议［J］.水利水电工程设计，2007，26（3）：26 29.
［2］尹正杰，胡铁松，吴运卿.基于多目标遗传算法的综合利用水库优化调度图求解［J］.武汉大学学报，2005，38（6）：40 44.
［3］万俊，陈惠源.水电站群优化调度分解协调—聚合分解复合模型研究［J］.水力发电学报，1996，2：41 50.
［4］张双虎，黄强，黄文政，吴洪寿.基于模拟遗传混合算法的梯级水库优化调度图制定［J］.西安理工大学学报，2006，22（3）：229 233.
［5］万俊，雷卫东.混联水库群联合调度图的绘制探讨［J］.水电能源科学，1988，6（3）：274 279.
论文作者:王鹏程
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第04期
论文发表时间:2019/7/15
标签：梯级论文; 水库论文; 水电站论文; 电站论文; 两种论文; 水位论文; 时段论文; 《当代电力文化》2019年第04期论文;