劉榮騰 金成云

【摘要】我國江西上饒地區(qū)從六十年代以來，該地區(qū)的水電裝機容量在系統(tǒng)中所占的比重較大，幾乎占據(jù)總?cè)萘恳话氲谋戎?。然而，水庫的調(diào)度管理工作面臨許多的難題，具體而言，包括以下幾個方面：一是水庫的調(diào)節(jié)性能較差；二是水電站所處的地理位置過于分散；三是降水的時間與空間分布缺乏均勻性；四是水庫綜合利用各部門之間存在的矛盾日益突出。因此，江西上饒地區(qū)開展關(guān)于水庫優(yōu)化調(diào)度方面的應(yīng)用研究，緊接著開展以下兩個研究，一是全系統(tǒng)水電站群跨流域聯(lián)調(diào)，二是雙庫聯(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，總量累計達到 68.386 億 kW·h。大量實踐表明，水庫優(yōu)化調(diào)度取得顯著的效益。

【關(guān)鍵詞】水電站水庫；優(yōu)化調(diào)度研究；進展

現(xiàn)階段，總計10座大、中型的水電站由省網(wǎng)局進行統(tǒng)調(diào)，而總計5座中型的水電站由地區(qū)進行管理，其中，江西上饒大坳水庫屬于多年調(diào)節(jié)與年調(diào)節(jié)，其他絕大部分的水庫多屬于日調(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，該類電站并無調(diào)節(jié)能力，給電力系統(tǒng)造成巨大的沖擊。除此之外，水庫調(diào)度管理過程中面臨著眾多的難題，分別是：一是日益突出的水庫綜合利用部門矛盾；二是過于分散的水電站；三是豐枯徑流特性差異性顯著；四是不同時段年內(nèi)與年際來水缺乏穩(wěn)定性，存在水位陡漲落的問題，加大預(yù)測的難度。因此，在開展水庫優(yōu)化調(diào)度研究的過程中，以上問題都需要予以重視。

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

（一）常規(guī)水庫調(diào)度方式

當前，國內(nèi)外采用時歷法這一常規(guī)水庫調(diào)度方式，該方式通過使用大量的歷史水文資料，在計算水能調(diào)節(jié)過程中，選用具有典型代表的來水過程，在進行水庫調(diào)度圖繪制時選用包絡(luò)線，而后對水電站的運行加以指導(dǎo)。該調(diào)度方式具有顯著的優(yōu)勢，也存在明顯的不足。其中，其優(yōu)點在于清晰簡單，能夠直觀、明了的處理水庫在運行過程中存在的各種因素。然而，其弊端則是水庫優(yōu)化理論基礎(chǔ)不足，加之在使用過程中忽視對徑流預(yù)報的充分考慮，過于呆板，靈活性不足，且存在盲目性，難以取得理想的效果。

（二）新編水庫優(yōu)化調(diào)度圖

通過對多種優(yōu)化理論進行綜合的運用，例如：一是現(xiàn)代控制論；二是運籌學(xué)，三是決策理論；四是系統(tǒng)工程理論等，采用隨機動態(tài)規(guī)劃以及動態(tài)規(guī)劃法。以往的常規(guī)調(diào)度圖為調(diào)度線，僅僅是對時間與庫水位等二維坐標加以考慮，而水庫優(yōu)化調(diào)度圖采用擇優(yōu)計算方式編制而出，將以往的常規(guī)調(diào)度圖擴展至調(diào)度曲線。該調(diào)度曲面考慮時間、入庫流量以及庫水位三維坐標，大大的提升水庫調(diào)度決策的靈活性、針對性與實用性等。在進行優(yōu)化調(diào)度方案編制的過程中，對于水電站之中的各種水位與來水組合進行充分的考慮。通過計算機的充分利用，對決策判別組合方案進行選擇，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，有效的彌補以往常規(guī)調(diào)度方式中的不足，極大的提升經(jīng)濟效益。

（三）水庫優(yōu)化調(diào)度的計算方式

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

二、水庫優(yōu)化調(diào)度方式及其特點

（一）單一水電站水庫優(yōu)化調(diào)度

在進行單庫優(yōu)化調(diào)度方案編制的過程中，采用優(yōu)化理論，從而將全年內(nèi)的各個時段優(yōu)化運行方式確定，并且將其作為庫群聯(lián)調(diào)優(yōu)化的重要基礎(chǔ)。優(yōu)化準則主要將以下兩個方面作為目標：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。對于相互靠近的兩個時段徑流，將其作為相互依賴關(guān)系的隨機過程。也就是說，在對入庫徑流進行描述過程中采用馬爾可夫鏈方式，且做相關(guān)的分析。通過采用馬爾可夫鏈決策規(guī)劃對隨機模型進行求解，其中，調(diào)節(jié)周期為一年，調(diào)度計算時段是月或者是旬，依照設(shè)計以及相關(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；三是庫水位。在開展逐時段與逆時序的調(diào)節(jié)計算過程中，采用動態(tài)規(guī)劃方式。根據(jù)實際的情況，確定水庫的水位與流量等狀態(tài)變量的級數(shù)劃分。同時，依據(jù)調(diào)度部門所提出的具體要求，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，如一是平均出力；二是發(fā)電耗水量；三是時段末水位等，在對方案的優(yōu)劣進行檢查時，可采用偏離最優(yōu)損失方式，通過應(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）跨流域水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度

在全年各個時段對網(wǎng)內(nèi)水電站群的優(yōu)化運行策略進行確定，同時，對于水電站水庫間的電力聯(lián)系與水力聯(lián)系應(yīng)當進行統(tǒng)一的考慮。通過充分的利用各個水庫兩個方面特點：一是水文存在的不同步性；二是調(diào)節(jié)性能存在的差異，開展電力與庫容的補償調(diào)節(jié)，促使庫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，提高水電站運行的可靠性與經(jīng)濟性。此外，通過滿足電力系統(tǒng)日負荷的平衡性，確保充分的利用各個電站的工作容量。

結(jié)語

綜上所述，自從1979年，江西上饒開展水庫優(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)過三十年的經(jīng)驗總結(jié)，先后獲得眾多的研究成果，經(jīng)過部與省級組織的技術(shù)鑒定，無論是在經(jīng)濟效益上，還是在社會效益上都獲得顯著的提升。

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