水電站優(yōu)化調(diào)度決策輔助系統(tǒng)的研究

李 磊

（新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆喀什844000）

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水電站優(yōu)化調(diào)度決策輔助系統(tǒng)的研究

李 磊

（新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆喀什844000）

摘要：在水電站工程中，水電廠優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜程度比較高的工程。當(dāng)前，在水力發(fā)電領(lǐng)域還缺乏一套完善的、系統(tǒng)的處理方案。作者通過(guò)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)功能、決策支持等技術(shù)和方法對(duì)流域梯級(jí)水電站的模型進(jìn)行了優(yōu)化，并研發(fā)了具有較高實(shí)用性的水電站優(yōu)化調(diào)度決策系統(tǒng)，為水電站優(yōu)化調(diào)度提供了先進(jìn)的技術(shù)手段和科學(xué)的理論方法。

關(guān)鍵詞：水電站；優(yōu)化調(diào)度；決策輔助系統(tǒng)

在我國(guó)電力市場(chǎng)的不斷完善下，很多發(fā)電廠都開(kāi)始電競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，調(diào)度目標(biāo)也已經(jīng)出現(xiàn)了變化，各個(gè)企業(yè)都在追求發(fā)電效益的最大化，在這種情況下，就可以單獨(dú)對(duì)水電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。尤其對(duì)于梯級(jí)水電系統(tǒng)，其管理目標(biāo)產(chǎn)生了變化，再加上水、機(jī)、點(diǎn)之間的聯(lián)系緊密，使電站優(yōu)化調(diào)度面臨新的挑戰(zhàn)，同時(shí)這也是當(dāng)前水電行業(yè)研究的重點(diǎn)。

1 水電站決策輔助系統(tǒng)的基本現(xiàn)狀

梯級(jí)水電站調(diào)度決策系統(tǒng)是一個(gè)涉及經(jīng)濟(jì)、自然、環(huán)境和社會(huì)等因素的系統(tǒng)工程，需要認(rèn)真對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。此外，調(diào)度決策系統(tǒng)中存在很多非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)問(wèn)題，不能使用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正，需要根據(jù)專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來(lái)對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行分析和修正。所以，需要決策輔助系統(tǒng)具有良好的時(shí)效性，除了要求調(diào)度人員提供相應(yīng)的信息支持以外，還要求系統(tǒng)具有良好的人際交互和反應(yīng)速度［1］。隨著梯形水電站調(diào)度系統(tǒng)的不斷發(fā)展，先后從簡(jiǎn)單的模型發(fā)展到復(fù)雜的模型，求解過(guò)程也越來(lái)越智能化，在地理信息系統(tǒng)、遙感水文預(yù)報(bào)、決策支持技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展下，對(duì)水資源的使用也逐漸深入，在市場(chǎng)機(jī)制的誘導(dǎo)下，對(duì)發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益要求不斷提升，水利調(diào)度也逐漸向著流域化和規(guī)模化的方向發(fā)展，對(duì)水電站調(diào)度決策輔助系統(tǒng)的要求不斷提升。

2 水電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

水電站調(diào)度決策輔助系統(tǒng)是以企業(yè)局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)和信息基礎(chǔ)設(shè)置為構(gòu)架，將信息共享作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要按照以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）安全性原則。流域梯形水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度輔助系統(tǒng)使用分級(jí)管理的基本原則對(duì)系統(tǒng)的操作功能和用用進(jìn)行劃分，各個(gè)用戶都有著各不相同的權(quán)限來(lái)保證系統(tǒng)操作和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性。

（2）實(shí)用性原則。水電站決策輔助系統(tǒng)是一個(gè)滿足工程實(shí)際應(yīng)用的軟件，需要根據(jù)梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的基本要求，制定具體的調(diào)度計(jì)劃，并評(píng)估調(diào)度方案的使用性能。要求系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，要可以根據(jù)用戶的基本需求，選用輸入方式和輸出方式［2］。此外，還要具有便于聯(lián)機(jī)的功能。

（3）便利性原則。系統(tǒng)使用B/S的網(wǎng)絡(luò)模式來(lái)管理系統(tǒng)，用戶只需要將軟件的I P地址輸入，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理員的授權(quán)，提高系統(tǒng)操作的便利性，不需要在客戶端安裝應(yīng)用程序。

（4）網(wǎng)絡(luò)化原則。系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)技術(shù)建立優(yōu)化調(diào)度數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞和共享，從而為水電企業(yè)和電力部門提供準(zhǔn)確的信息，制定合理的調(diào)度方案，降低數(shù)據(jù)交換，提高發(fā)電站的發(fā)電率。

3 水電站調(diào)度決策輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

流域水電站優(yōu)化調(diào)度輔助決策系統(tǒng)主要由5個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，各個(gè)子系統(tǒng)之間的模塊緊密聯(lián)系，子系統(tǒng)可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)交換數(shù)據(jù)［3］。子系統(tǒng)是在軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的，通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同組成一個(gè)工作環(huán)境，確保水電站各個(gè)部門的工作可以協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的統(tǒng)一管理。

3.1 水庫(kù)信息管理功能的設(shè)計(jì)

結(jié)合水庫(kù)管理的基本需求，對(duì)水庫(kù)信息的管理功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要包括水位庫(kù)容管理功能、梯級(jí)水庫(kù)雨水信息管理功能、水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)功能、發(fā)電用水管理功能。結(jié)合管理過(guò)程的使用頻率和角色，將系統(tǒng)功能有分為數(shù)據(jù)管理、錄入數(shù)據(jù)、配置系統(tǒng)、數(shù)據(jù)報(bào)表、統(tǒng)計(jì)信息5個(gè)模塊［4］。其中數(shù)據(jù)管理模塊主要用來(lái)讓工作人員對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、修改、添加和刪除，數(shù)據(jù)錄入模塊主要為工作人員提供數(shù)據(jù)錄入模塊，數(shù)據(jù)報(bào)表主要為工作人員提供數(shù)據(jù)跟蹤和數(shù)據(jù)報(bào)表的折線圖，并對(duì)進(jìn)行報(bào)表數(shù)據(jù)的打印和導(dǎo)出［5］。統(tǒng)計(jì)信息經(jīng)過(guò)自定義后主要包括水庫(kù)水位的信息、徑流量流量信息、雨量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、有效庫(kù)容、水庫(kù)庫(kù)容、日發(fā)電用水、日發(fā)電量、日降雨量、年累計(jì)降雨量、月累計(jì)降雨量。水庫(kù)的管理功能要結(jié)合用戶的實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整和修改，以保證其系統(tǒng)可以適應(yīng)環(huán)境的基本需求。如圖1所示。

圖1 水庫(kù)信息管理結(jié)構(gòu)圖

3.2 協(xié)同辦公功能的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的協(xié)同辦公功能主要在系統(tǒng)的外部平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要根據(jù)調(diào)度決策分析和優(yōu)化計(jì)算制定發(fā)電負(fù)荷控制標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)度方案，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析和跟蹤。開(kāi)展調(diào)度工作時(shí)，對(duì)調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行落實(shí)，此功能主要包括雨情信息、水情信息、發(fā)電記錄、調(diào)度方案、機(jī)組工況等數(shù)據(jù)。

3.3 水電站交互式徑流的預(yù)報(bào)功能

水電站交互式徑流預(yù)報(bào)功能要利用水庫(kù)上游的雨量站來(lái)對(duì)各年、各月、各日的降雨量數(shù)據(jù)和歷史徑流數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并建立了短期徑流預(yù)報(bào)模型和長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)模型。對(duì)數(shù)據(jù)連接調(diào)度和用戶接口功能進(jìn)行了統(tǒng)一，將調(diào)度計(jì)算和梯級(jí)水電站徑流預(yù)測(cè)進(jìn)行了結(jié)合［6］。水電站交互式徑流的預(yù)報(bào)功能主要由3個(gè)方面構(gòu)成。

（1）根據(jù)水雨情自動(dòng)遙控系統(tǒng)來(lái)對(duì)控制流域的降雨量進(jìn)行提取，然后在流域的預(yù)報(bào)模型中將水平預(yù)報(bào)系統(tǒng)導(dǎo)讀，利用計(jì)算機(jī)功能和通信功能了解梯形書電站入庫(kù)和區(qū)間的來(lái)流情況。水情預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)主要由資料庫(kù)、系統(tǒng)庫(kù)、模型庫(kù)、參數(shù)庫(kù)和成果庫(kù)組成。其中資料庫(kù)主要對(duì)各個(gè)電站的降雨-徑流資料進(jìn)行收集和保存，系統(tǒng)庫(kù)主要用來(lái)描述電站的基本屬性，模型庫(kù)主要用來(lái)對(duì)系統(tǒng)使用的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行保存，參數(shù)庫(kù)主要用來(lái)對(duì)實(shí)際計(jì)算得到的模型參數(shù)進(jìn)行保存，成果庫(kù)主要用來(lái)對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行保存，以便用戶可以對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行查看［7］。

（2）根據(jù)歷史徑流數(shù)據(jù)建立水電站長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)模型，可以對(duì)一年內(nèi)每個(gè)月的預(yù)報(bào)徑流量和來(lái)流趨勢(shì)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)水雨墻自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)對(duì)控制區(qū)域范圍中的日降雨量進(jìn)行提取，然后把流域中每月的預(yù)報(bào)徑流導(dǎo)入到預(yù)報(bào)模型中，并結(jié)合落地凈雨來(lái)對(duì)梯級(jí)電站的日來(lái)電流進(jìn)行預(yù)報(bào)。

（3）實(shí)時(shí)水情預(yù)報(bào)系統(tǒng)指的是利用穩(wěn)定、可靠的水情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)和水文預(yù)報(bào)模型，然后采用計(jì)算機(jī)功能和通訊功能，了解水電站區(qū)間和入庫(kù)水情的完整信息。

3.4 水電站優(yōu)化調(diào)度的功能

交互式調(diào)度功能指的是使用求解調(diào)度模型將水電站優(yōu)化調(diào)度方案求出。操作人員在水電站優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)中輸入初始信息計(jì)算，對(duì)結(jié)果進(jìn)行求解，以最小消耗量和發(fā)電效益目標(biāo)最大化為原則對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，并研究了相應(yīng)的計(jì)算模塊，利用此模塊可以生成調(diào)度方案集，主要包括各個(gè)狀態(tài)下最經(jīng)濟(jì)的機(jī)組運(yùn)行方式、區(qū)間和水庫(kù)來(lái)流補(bǔ)償?shù)龋瑢⒎潘髁俊⑺畮?kù)泄流方法、機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷分配方式、水位的變化等確定出來(lái)。因此，可以將梯級(jí)電站的調(diào)度規(guī)律作為基礎(chǔ)，構(gòu)建電站水庫(kù)資料數(shù)據(jù)庫(kù)和調(diào)度模型數(shù)據(jù)庫(kù)。可以根據(jù)各種水文情況下的水電站的調(diào)度計(jì)算結(jié)果，構(gòu)建調(diào)度模型，并對(duì)水庫(kù)調(diào)度信息進(jìn)行完善，對(duì)調(diào)度專家知識(shí)庫(kù)和調(diào)度規(guī)則進(jìn)行更新。可以根據(jù)電站模型庫(kù)、調(diào)度信息庫(kù)、水位預(yù)報(bào)模型庫(kù)作為基礎(chǔ)，構(gòu)建出水電站調(diào)度決策輔助系統(tǒng)。

3.5 交互調(diào)度決策功能

交互式調(diào)度決策功能是對(duì)水庫(kù)調(diào)度決策系統(tǒng)和水庫(kù)調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)的集成功能的結(jié)合，系統(tǒng)可以結(jié)合水庫(kù)調(diào)度專家經(jīng)驗(yàn)、調(diào)度規(guī)則模型、人機(jī)交互等構(gòu)建優(yōu)化調(diào)度輔助決策平臺(tái)和調(diào)度模擬平臺(tái)，并對(duì)水電站調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中的專家經(jīng)驗(yàn)和調(diào)度規(guī)則進(jìn)行更新，從而使其可以適應(yīng)和完善系統(tǒng)的變化［8］。如圖2所示。

圖2 決策支持功能結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展下，使用輔助決策系統(tǒng)軟件已經(jīng)成為對(duì)水庫(kù)調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化的一個(gè)主要措施。在設(shè)計(jì)水電站調(diào)度決策輔助系統(tǒng)時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合水電站的實(shí)際情況開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。我們通過(guò)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)功能、決策支持等技術(shù)和方法對(duì)流域梯級(jí)水電站的優(yōu)化模型進(jìn)行了優(yōu)化，并研發(fā)了具有較高實(shí)用性的水電站優(yōu)化調(diào)度決策系統(tǒng)，為水電站優(yōu)化調(diào)度提供了先進(jìn)的技術(shù)手段和科學(xué)的理論方法，提升了水電站的綜合管理水平。

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中圖分類號(hào)：TV737

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-1305（2016）02-0033-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-1305.2016.02.015

收稿日期：2015-09-07

作者簡(jiǎn)介：李 磊（1984年—），男，工程師。