摘要：电能是我们日常生活中必不可少的部分。梯级水电站是根据河流的实际情况进行开发的一种发电枢纽。梯级水电站的优化运行是非常复杂的问题之一，并且一直都在研究中。优化梯级水电站的运行，能够带来经济和环境的双重效益。在电力系统中梯级水电站的优化主要是利用函数和算法进行计算的。本文主要研究了梯级水电站的日优化运行，旨在为梯级水电站的运行提出合理方案。
关键词：电力系统；梯级水电站；优化运行
水资源是我国的清洁资源，利用水资源来发电不会产生污染的问题。梯级水电站已经成为电力运行中非常重要的部分。在研究梯级水电站的运行问题时，不仅要从电力方面还要从水方面进行考虑。研究梯级书电站建立的目标函数不仅约束条件较多，而且，目标函数也非常复杂。但是，针对电力系统梯级水电站的优化一直没有停止。电力系统在水电站中的作用主要有实时运行和计划发电两部分。实施任务要求具有一定的速度，所以，实施实时控制的模式具有优势。而比较与实施控制模式，计划发电模式的时间花费长，从而在计划发电模式中就可以采用算法和数学模型。不同的模型和算法具有不同的优化效果，本文主要研究了梯级水电站中适合的数学模型和算法。
1 梯级水电站的优化方式
梯级水电站之间不仅仅有电之间的联系，还必须依靠水的力量。因此，水电站的优化运行的数学模型具有一定的复杂性。而且，还是动态的非线性模型，利用传统的优化方式难以进行优化。利用数学模型进行优化的方式主要有：拉格朗日数乘法、动态规划法、网络流法以及遗传算法。每种处理方法都有着独特的特点，拉格朗日一般用于处理约束条件较少的数学模型。动态规划法一般用于处理维数较少的数学模型。而且，还有其他的优化方式，包括微分法、枚举法、以及随机搜索方法。
微分法主要是以数学公式为基础进行解题的一种方式。微分法主要直接法和间接法两种方式。微分法通常用于解答无约束的问题，主要与拉格朗日和最小二乘法法结合起来进行运用。枚举法和随机搜索法即是在列举出每种解法，并且进行比较，找出最优的解法。电力系统中日优化运行的准则，在各项约束条件下，增大发电系统的储能。在电力系统下的梯级优化会给定每个梯级的负荷计划和即时需发功率。各梯级水电站中每个水电站的水头通常不同，每个水电站的机组动力也会有所不同。
2 梯级水电站优化准则
梯级水电站的日优化具有一定的准则，而且还必须满足一定的条件，即基本条件就是指在一日内要耗完给定的水量。长期的优化方式相较于日优化的方式具有一定的优势。长期的优化方式的水量能够精确的测量。但是，由于自来水具有一定的随机行，水电站的耗水量是难以测量的。由于耗水量的测量困难性，也导致在梯级水电站的日优化运行中存一定的难度。梯级水电站的日优化运行的模型来源，主要是梯级水电站中一级水库的入库流量和区间入流流量都是固定的，从而求得日调节中总电量的运行方式。梯级水电站优化运行复杂的主要原因就是梯级水电站的特点。首先就是梯级水电站之间不仅有点还有水联系，水联系比电联系复杂的较多。其次，两个水电站之间的联系比较复杂。最重要的就是梯级水电站的约束条件比普通水电站之间的约束条件复杂。本文主要以动态规划法在梯级水电站中的日运行方式进行举例。
3 动态规划法在梯级水电站中日优化运行的方式
在动态规划法中梯级水电站的优化主要是以一级水电站作为长期调节的水库，二级作为日调节水库的梯级发电站。在这种准则下动态规划法下的目标函数主要是：
在用动态规划法进行计算时，主要是以二级水电站为主。而且，公式中的变量也是二级水电站的。在二级水电站中的蓄水量是不确定的，即是变量。二级水电站的耗流量是因变量。二级水电站中的耗流量是数学模型中求解中的关键。首先，耗流量不仅决定了自身梯级所需要的能量，而且，由于梯级之间是相互联系的，相应地也会影响到其他梯级的能量负荷。因此，一级的水电站的能量也会受到二级水电站的影响。因此，在函数模型的求解过程中，可以从一级水电站进行入手，通过一级水电站的耗流量公式：
由一级水电站的公式，就可以求得二级水电站的耗流量。而且，通过水电站之间的递推公式就可以求得不同梯级的耗流量。在由一级水电站的耗流量求得二级水电站的耗流量时不仅要考虑下游的不稳定流，同时，还要考虑梯级之间的水力关系。在二级水电站的耗流量中，能够根据二级水电站的耗流量确定二级水电站的下游水位，因而也能够确定二级水电站的运行水龙头。再利用寻找法求得最佳的运行方式。从而能够求得二级水电站的最大出力N2（n+1）。同理，由递推的公式可以推出一级水电站的出力N1（n+1）。由一级水电站的下游水位，也就能够确定一级的运行水头。同样地，运用方向搜索的方法即可求出一级水电站的最大出力以及最小耗流量。
动态规划法的计算原理主要是根据计算的公式，即可计算出每个梯级的决策流量。由此便能够递推出其他梯级的出力以及耗流量。从而，可以得出规律，求出日调节中的最佳运行方式。在利用动态规划法进行计算中，仅仅是理论上的计算，但是，在实际计算过程中，必须要以水电站的实际情况为基础，进行公式的相应地调节。
但是，在以上的动态规划法计算的过程中仅仅考虑了电量的问题，忽视了梯级之间的水量问题。而且，梯级水电站之间的水力联系是必须要考虑的因素。离散微分动态规划法能够有效解决梯级水电站之间的水力联系。离散微分动态规划法与传统的规划法有所不同。离散微分动态规划法主要是一种逐渐向预定目标逼近的一种迭代算法。离散微分动态规划法计算的结果会更加准确。离散微分规划法需要经过多次的迭代才能够得出最优的解。离散动态规划法的解题思路主要是，先对一级水电站的耗流量进行假设，从而能够根据递推公式求出二级水电站的耗流量和出力。在二级水电站的计算中也能够求出二级水电站的下游水位，从而能够在假设的过程中二级水电站的最优解，即为第一迭代。然后，由第一次迭代得出的耗流量，进行第二次迭代。即可得出第二次迭代后的最佳水位和一级水电站的最优耗流量。以此类推，经过多次的迭代得到最优的耗流量和最佳水位。为了得到最优的解，许多经过多次的迭代。但是，在实际的计算过程中最后迭代的数值非常小，在实际运用中不合适。因此，在迭代过程中，要根据实际的情况的进行迭代。只要迭代的数值合适，就可以停止迭代。所有的数值在计算过程中都是根据理论的知识进行计算的，在计算过程中要根据梯级水电站的实际情况进行相应地调整，从而求出日优化中最合适的数值。
总结
梯级水电站在我国水电工程中具有重要的作用。在电力系统中进行梯级水电站日优化是一种非常复杂且重要的工作。梯级水电站的日优化运行中不仅要考虑梯级水电站之间的电量问题还要考虑到水量的问题。在梯级水电中的数学模型优化的方式有多种，每种优化的方式适合不同的情况。动态规划是非常有效的一种优化方式，而且，离散微分动态规划法是更为准确的一种解法。离散微分动态规划主要是通过多次的迭代，从而求出日运行中的优化解。但是，离散微分动态规划在梯级水电站的优化运行中，并不是最有效的方式。梯级水电站的优化，还需要继续地探索，从而探索出更有效的优化方式。
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论文作者:徐纯龙,朱琪
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
标签：水电站论文; 梯级论文; 流量论文; 微分论文; 方式论文; 动态论文; 求出论文; 《电力设备》2019年第7期论文;