淺論中小流域水電梯級優化調度策略

摘要：隨著水電梯級研發建設逐步在中小流域不斷推廣，如何通過流域效益作為總體目標，將水資源潛能真正展現出來顯得尤為關鍵。文章通過與中小流域梯級水電站的有利因素進行融合，提出在各種狀況中優化調度的優勢所在。通過分析中小流域水電梯級優化調度，提出優化調度的具體策略，并指出了未來的發展方向。

關鍵詞：中小流域；水電梯級；優化調度策略；水資源；水電站 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV737 文章編號：1009-2374（2016）26-0112-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.054

水能資源存在流域的特征，通過聯合調度流域梯級電站，進行統一化管理，對于完成水能資源的有效運用十分有利，真正展現出梯級樞紐的綜合利用效益。流域梯級水電站聯合調度成為新型、效率較高的管理方式。

當前，在中小流域水電梯級優化調度的管理方面，已經在國外獲得較好的反響，所有相應的技術也趨于成熟，有的流域水電站群執行異地遠程集中控制調度。依照國家的節能發電要求，不斷探尋中小流域梯級水電站的調度改革，把中小流域梯級水電站的調度權力交給流域水電研發公司進行集中化管控，電網只傳達總負荷，依照河流梯級水電站的特征，執行梯級水電站與機組之間的符合分配以及調度控制。

1 中小流域梯級水電站聯合調度的有利因素

1.1 國家節能發電調度政策的扶持

流域梯級水電站聯合調度管理方式的推動符合了國家在節能發電調度政策方面的標準，其中明確指出了針對流域梯級水電站，需要不斷積極進行水庫優化調度乃至水庫群的優化調度，有效使用水庫儲水。

1.2 已有梯級水電站聯合調度獲得的效益與經驗

流域梯級水電站聯合調度已經在全球獲得了良好的成績。在法國的電力公司乃至我國湖北清江水電開發有限責任公司、貴州省的烏江水電開發有限責任公司等均在流域梯級水電站執行了聯合調度。通過實踐可以發現，梯級水電站聯合調度通過上下游水庫填補調節作用顯著提升梯級電站確保出力、年均發電量、枯期電量，明顯增加了梯級電站的經濟效益，提升了電能的品質，并且良好的集控系統的運用可以提升工作的效率以及調度指令運行的正確率，能夠令電網更加穩定地運轉。

1.3 裝機規模小，完成聯合調度較易

通常中小流域梯級水電站裝機規模較小，總體梯級聯合出力占電網總出力過低，調度較為靈活，系統在技術中較易執行。對系統潮流的分布以及系統的穩定性具有較小的影響，有利于執行梯級集中控制，對于梯級中優化分配負荷，能夠透過梯級電站中出力分配協調提升電力輸出的品質。

1.4 簡單研發主體對聯合調度執行有利

通過水電方式進行網上競價，不同業主梯級水電站屬于獨立參與市場競爭，在報價的內容方面屬于商業機密，因此不可對外公開，從而下游水電站較難正確評估本身所有報價階段的發電能力。并且假如上游水電站在網上競價成功，而下游水電站無法成功，則下游水位已經貼近正常儲水位的狀況，容易產生棄水，如此則違反了有效運用水資源的原則。所以單一研發主體的狀況，將一切結合為一臺模擬報價機組，從而進行網上競價，之后將競價成功的負荷過程依照相應準則進行廠間、廠內的有效分配。

1.5 自動化系統為聯合調度給予了穩定的技術保障

要完成中小流域水電梯級優化調度，需要具備現今的自動化設備，梯級聯合調度綜合了自動化系統、水清測報系統、水調自動化系統以及通信系統，成為完成中小流域水電梯級優化調度的重要子系統。當前全球在這方面的技術已經十分先進，為流域梯級水電站的運轉實施給予了穩定的技術力量。

2 中小流域梯級模型的簡化

對于研發的策略而言，需要與具體環境規劃相融合，將流域梯級水電研發建設規劃的工作做好。因為形成流域中水電站的規模有別，并且在功能方面具有不同的側重點，所以依照理論而言，這一梯級優化核算的形式，負荷全流域的水電站群。由于涵蓋的相應條款具有較大的數目，所以需要融合不同流域的特征，依照不同的分組、分類來判斷流域中的水電站優化目標準則以及參與優化的形式，從而令求解規模降低，將優化問題的目標進行分解。

第一，為了令參與優化角度核算的電站數目降低，應當依照中小流域梯級水電系統的調節能力給予規劃。對于流域上游的大型水電站而言，通常具備龐大的調節能力。但大型水電站具有對下游徑流量給予調節的效果，從而提高梯級總體效益。因此，大型水電站的調度則成為優化總體系統的重要所在。而出于來水的作用，日調節水電站梯級具備短期優化調度的效益。

第二，為完成簡化系統模式的目的，需把規模大的梯級調度轉向小的梯級調度進行分析，需采用功能差別、統一管理的方式。與本身的特征相融合，所有組對優化形式給予選擇，且接受流域的統一管理。對一組水電站群水利關聯較密的，進行中長期調度，可朝著一個總體轉化給予優化。關于上游是大庫水電站的梯級水電的集群，處于下游無調節水電站的狀況中，可以執行廠內優化的調度核算。

第三，為降低反復核算，可依照電網負荷因素改變與徑流來水，對調度核算給予簡化。對于來水與系統負荷不具備較大變化的狀態下，執行短期優化調度中，打造梯級水電站的調度方案，需參考前一段編排，選擇一些電站具備特殊地位的，乃至調節能力較強的電站，通過執行局部調整的方式，可以實現負荷來水的轉變，盡量令機組啟停頻率減少。通過使用不同方式，令中小流域梯級調度問題獲得良好的處理，完成大規模系統分解，對優化核算十分有利。

3 梯級聯合優化調度算法

對相對繁瑣的梯級水電系統，不論作為目標函數還是束縛條件，簡化為有利于直接數學求解的數學模型的方式較為艱難，大部分并不能通過解析式的優化形式，需要找出其他方式與用途。

對于梯級優化算法的分析開始于20世紀40年代，通過長期分析，研究人員提出了龐大的梯級優化算法。經典的算法包含了線性規劃、非線性規劃、動態規劃、網絡流與大系統分解協調的方式。為了處理維數災的問題，衍生出了逐步優化算法及動態規劃逐次逼近方法。從20世紀90年代開始，由于啟發式算法的產生，令梯級優化算法的選擇更為寬泛，但卻具有相應的優勢與劣勢，動態規劃算法的核算速度較慢，較易發生維數災的問題，POA算法對于電站數量過多時具有較慢的收斂速度，占據的內存較大。遺傳算法局部搜索的能力較差，粒子群算法收斂速度較快，可是較易陷進局部最優解。對于中小流域優化調度的實際運用而言，通過方式的結合，取長補短，成為求解問題的有效方法。

3.1 動態規劃逐次逼近的算法

動態規劃逐次逼近算法的中心思想則為把m維的動態規劃問題分解成m個子問題，把梯級尋優分解成單庫尋優，透過降低狀態數實現減少維的目的。核算中將其他電站的狀態變量進行固定，僅優化第i庫的決策變量次序，之后將這一變量次序進行固定，將第i+1庫進行優化。不斷迭代之后，獲得梯度調節的最優解。對于DPSA核算方法的基本體系中，還可以結合其他查找算法從而尋優局部參數，對于不同的梯級特征準確進行結合。DPSA能夠確保收斂，可是初始值的設定對收斂的精確度乃至速度均具備較大的作用。

3.2 粒子群的核算方法

相較于DPSA的核算方法，粒子群的核算方式的優點在于所需的參數較少，收斂的速度較為迅速。粒子群核算方式是仿照鳥類捕食群體的方式而產生的方法。算法先要隨機產生一群粒子，所有微粒體現著問題的一組可行解。在所有迭代內，通過目標函數核算粒子的適應度判斷粒子的優劣狀態，微粒持續尋求最佳粒子在解空間內運行，最終總體呈現最佳區域。飛行的方位以及速度需通過粒子目前位置以及目前整體極值與個體極值的距離。粒子群算法雖然在完成方面較為簡單，可是算法的穩定性并不如DPSA的核算方式，在具體使用中需適時改變，以免過早進入局部最優解。對于粒子群的算法而言，也可以結合其他算法的理念，比如遺傳算法的融合變異等，以此令算法的性能獲得提升。

4 結語

綜上所述，中小流域梯級優化面對的束縛以及求解任務十分繁瑣。文章通過不同方面對中小流域的梯級優化調度進行探究。以梯級優化規模的簡化、數學模型的建造、優化核算等層面進行著手，從不同方式融合求解中小流域梯級水電優化的有效方法。中小流域水電的研發工作，雖然在規模上較小，卻具備了良好的綜合效益。為了科學有效地執行流域梯級水電站聯合調度，需要將流域進行統一，分期研發的電站依照統一的標準、規劃、原則，打造全流域現代化的體系。創建一個有效的綜合信息化平臺，最大程度完成信息的共享，提升中小流域水電梯級優化調度的管理。

參考文獻

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作者簡介：張偉華（1970-），國網江西省電力公司柘林水電廠調度班長，工程師。

（責任編輯：小 燕）