淺議水電站水庫優化調度研究進展的思考

劉榮騰 金成云

【摘要】我國江西上饒地區從六十年代以來，該地區的水電裝機容量在系統中所占的比重較大，幾乎占據總容量一半的比重。然而，水庫的調度管理工作面臨許多的難題，具體而言，包括以下幾個方面：一是水庫的調節性能較差；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，江西上饒地區開展關于水庫優化調度方面的應用研究，緊接著開展以下兩個研究，一是全系統水電站群跨流域聯調，二是雙庫聯調。在二十年內，參與至考核中的水電站節約大量的增發電量，總量累計達到 68.386 億 kW·h。大量實踐表明，水庫優化調度取得顯著的效益。

【關鍵詞】水電站水庫；優化調度研究；進展

現階段，總計10座大、中型的水電站由省網局進行統調，而總計5座中型的水電站由地區進行管理，其中，江西上饒大坳水庫屬于多年調節與年調節，其他絕大部分的水庫多屬于日調節與季調節。眾多隸屬于水利廳且并入至于網內的中、小型水電站大多數屬于徑流式電站，該類電站并無調節能力，給電力系統造成巨大的沖擊。除此之外，水庫調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；四是不同時段年內與年際來水缺乏穩定性，存在水位陡漲落的問題，加大預測的難度。因此，在開展水庫優化調度研究的過程中，以上問題都需要予以重視。

一、水庫優化調度的理論基礎和技術特性

（一）常規水庫調度方式

當前，國內外采用時歷法這一常規水庫調度方式，該方式通過使用大量的歷史水文資料，在計算水能調節過程中，選用具有典型代表的來水過程，在進行水庫調度圖繪制時選用包絡線，而后對水電站的運行加以指導。該調度方式具有顯著的優勢，也存在明顯的不足。其中，其優點在于清晰簡單，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，其弊端則是水庫優化理論基礎不足，加之在使用過程中忽視對徑流預報的充分考慮，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）新編水庫優化調度圖

通過對多種優化理論進行綜合的運用，例如：一是現代控制論；二是運籌學，三是決策理論；四是系統工程理論等，采用隨機動態規劃以及動態規劃法。以往的常規調度圖為調度線，僅僅是對時間與庫水位等二維坐標加以考慮，而水庫優化調度圖采用擇優計算方式編制而出，將以往的常規調度圖擴展至調度曲線。該調度曲面考慮時間、入庫流量以及庫水位三維坐標，大大的提升水庫調度決策的靈活性、針對性與實用性等。在進行優化調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，從中選擇最優的方案，而后得出最新編制的優化調度圖，有效的彌補以往常規調度方式中的不足，極大的提升經濟效益。

（三）水庫優化調度的計算方式

通過應用動態規劃理論，由一步多維轉化為多步一維進行求解。按照時序將調節周期劃分為以下三個部分：一是階段；二是狀態；三是策略。同時，按照最優策略進行狀態轉移，非常適用于模擬水庫優化運行方式，選擇具有嚴謹的理論基礎，明晰數學概念的策略。安排水電站進行發電時，依照優化運行方式以及新編的調度圖，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容：一是水庫的來水預報；二是所面臨的時段徑流的條件、概率以及分布特點等內容，以實際為出發點采用調度決策，滿足電力系統對于水電站的電量平衡需求。同時，采取強有力的調度措施，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、穩定性與可靠性等。無論是水電生產，還是電網運行，促使兩者的運行能量指標得到有效的改善。

二、水庫優化調度方式及其特點

（一）單一水電站水庫優化調度

在進行單庫優化調度方案編制的過程中，采用優化理論，從而將全年內的各個時段優化運行方式確定，并且將其作為庫群聯調優化的重要基礎。優化準則主要將以下兩個方面作為目標：一是在調度周期內獲得最多的發電量；二是獲得最大化的水電站發電電能。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，且做相關的分析。通過采用馬爾可夫鏈決策規劃對隨機模型進行求解，其中，調節周期為一年，調度計算時段是月或者是旬，依照設計以及相關條件，明確各種邊界約束條件，例如：一是流量；二是發電出力；三是庫水位。在開展逐時段與逆時序的調節計算過程中，采用動態規劃方式。根據實際的情況，確定水庫的水位與流量等狀態變量的級數劃分。同時，依據調度部門所提出的具體要求，確定決策變量。比如，可以以下內容中任意的選取一至兩項，如一是平均出力；二是發電耗水量；三是時段末水位等，在對方案的優劣進行檢查時，可采用偏離最優損失方式，通過應用效益與懲罰方式，為供電的保證率、可靠性提供重要保障。

（二）跨流域水庫群聯合優化調度

在全年各個時段對網內水電站群的優化運行策略進行確定，同時，對于水電站水庫間的電力聯系與水力聯系應當進行統一的考慮。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；二是調節性能存在的差異，開展電力與庫容的補償調節，促使庫群的總體效益得到充分的發揮。將電站群體最大的總效益作為優化目標，提高水電站運行的可靠性與經濟性。此外，通過滿足電力系統日負荷的平衡性，確保充分的利用各個電站的工作容量。

結語

綜上所述，自從1979年，江西上饒開展水庫優化調度，于2004年聯調優化全系統中主要的水電站，直至2009年，經過三十年的經驗總結，先后獲得眾多的研究成果，經過部與省級組織的技術鑒定，無論是在經濟效益上，還是在社會效益上都獲得顯著的提升。

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