水庫調度與防洪度汛技術發展現狀與展望

吳漢青

【摘要】近幾年，隨著我國大力發展水電方針的落實，水電事業得到快速發展。截至2015年底，全國水電裝機達3.2億kW，占全國總裝機容量的21.2%，全國水電年發電量9960億kW·h，占總發電量的17.7%。與此同時，水電站水庫調度技術得到了較大發展，已形成國家電網水庫調度自動化系統，為各級調度機構進行科學的水庫調度發揮了積極作用，梯級水庫集控技術也得到飛速發展。

【關鍵詞】水庫調度；防洪度汛；發展現狀；展望

1、水庫調度工作進展

我國系統地研究水庫優化調度問題開始于20世紀80年代。1981年，張勇傳在研究兩并聯水電站水庫的聯合優化調度問題時，利用了大系統分解協調的觀點，先把兩水庫聯合優化問題變成兩個水庫的單庫優化調度問題，然后在兩水庫單庫最優策略的基礎上引入偏優損失最小作為目標函數，對單庫最優調度策略進行調整，最后求得整體最優解。此后，多位學者對水庫群優化調度進行了深入研究，取得了豐富的研究成果。水庫優化調度研究主要解決兩方面的問題，一是如何確定水庫的最優準則、建立相應的數學模型；二是如何選擇求解數學模型的最優方法。結合當前研究現狀，梯級水庫群調度研究進展有：以運籌學理論為主體，序列運算理論、決策論、系統參數辨識理論、群集智能與計算機技術相結合，理論研究豐富且趨于多元化、交叉等綜合發展；傳統數學優化算法（如線性規劃、動態規劃、大系統分解協調）算法改進趨于完善，基本上克服了梯級調度中的“維數災”；水文預報發展大大提高了徑流預報精度和預見期，確定性優化調度優勢明顯；現代智能優化算法如遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法、混沌理論、模擬退火算法、克隆選擇算法、差分進化算法等算法，以及其改進算法研究如火如荼。啟發式規劃方法如遺傳算法（GA）、人工神經網絡（ANN）等與傳統優化方法相比，通常可以得到全局最優解；根據實際情況將多種方法耦合也是一種研究水庫群優化調度的途徑。

近年來，隨著電力市場的建設，許多學者研究了電力市場環境下梯級水電站優化調度的模型和算法，將上網電價作為約束條件，研究梯級電站經濟運行的收益最大目標，如蔡興國等提出了以火電廠總的購電費用最小為目標的水電站優化調度模型，并用改進的網絡流算法對其進行求解；李承軍等建立了以期望調峰效益最大為目標的模型等。

光伏發電具有隨機性、間歇性和周期性的特點，大容量并網光伏電站電能的送出與消納、電站的運行控制、電網的調峰、電能質量、抗擾動能力等因素對電網的安全穩定運行帶來一定的影響。黃河公司已開展龍羊峽水電站水光互補研究，提出將光伏電站視為龍羊峽水電站的“虛擬水電機組”的概念，把光伏電站接入龍羊峽水電站，利用龍羊峽水電站330kVGIS備用間隔及送出線路接入電網，提出水電調節光伏發電的設想，通過水電與光電聯合運行，利用水電資源豐富、調節性能好的特點對光電進行補償，大大減弱光伏發電對電網運行的不利影響。大規模水光互補關鍵技術研究及應用的成功，對國內外其他水光互補項目具有指導意義，對推動我國新能源行業的技術發展，促進能源互聯網的發展作用重大，對未來行業或國家規范的制定或修訂必將起到積極的推動作用，開啟了新能源開發建設的新模式，具有較高的社會經濟效益。

水庫優化調度研究主要集中在模型和算法上，且研究對象多是單一水庫電站，對于由多個年調節性水庫組成的梯級水庫群的優化調度，還需進一步研究完善；隨著生態調度的不斷進展，對水庫優化調度提出了更多的約束條件；對于小型水庫群，易于實際操作的簡易優化調度方法的研究更具有實際意義。

2、防洪度汛工作進展

2.1洪水調度方案編制

水庫防洪調度是依據相關法律法規和上級批復的水庫防洪預案，依照編制的操作規程進行水庫入、出庫水量的調度，確保工程安全度汛和工程發揮最大經濟效益。按照洪水調度權限，全國大江大河流域機構制定防御洪水方案，報國務院批準，目前黃河、長江、松花江、淮河等已完成，年度洪水調度方案報水利部，其他水庫防洪調度運用計劃按《水庫大壩安全管理規定》由業主編制，報有相應調度權限的水行政部門（省、地市、縣水利廳局）審批。

2.2洪水應急管理

目前國外發達國家就流域梯級水電站安全應急管理與協調機制的立法均較為完備。我國有關法律涉及應急的內容較為原則、抽象，可操作性不強，缺乏對危機預警機制、資源儲備與調動機制、災后補償機制的規定。為此由水電水利規劃設計總院牽頭，聯合國內大型水電公司、設計院承擔“流域梯級水電站安全與應急研究”課題研究，主要目的是提出適應于我國流域水電安全與應急特點的安全與應急管理機制、安全與應急標準體系等，為完善我國流域梯級水電站安全與應急管理體制機制提出建議，建立流域梯級水電站安全與應急標準體系，規范流域梯級水電站安全與應急管理，建成智慧型流域梯級水電站安全與應急綜合信息試驗平臺，為政府應急管理決策提供技術支撐，提升流域梯級水電站安全應急管理能力和水平，保障人民生命財產安全。

3、未來發展趨勢

隨著系統科學理論、方法和計算機技術的飛速發展、以及大規模梯級水庫群的形成，水庫優化調度研究將緊跟現代科學技術的發展，將理論研究應用到生產實際中，并在生產實踐中不斷完善理論成果，在更大范圍內開展研究。具體講水庫調度方面發展三大趨勢：一是研究新環境下，高維梯級水電站水庫調度最優準則、數學模型的建立及求解方法；二是深入生產實際，了解優化調度的各種約束條件，描述各約束條件之間的關系，使理論與實際更加緊密地結合；三是電力市場下開展水電與火電、光伏及風電等多能源互補研究。防洪調度領域科技發展體現的三大趨勢：一是自然科學中相關學科的深入與綜合，同時社會科學在交叉領域的開拓與交融，非工程措施得以加強；二是基于風險的洪水管理得到發展；三是強化整體論的預報集成技術逐步形成。

4、結語

對近年來水庫調度與防洪度汛兩個方面的專業發展方向進行回顧和總結，并結合當前電力改革形勢和防洪度汛理念進行探討，在此基礎上對今后的發展趨勢進行了展望。

參考文獻：

（1）任明磊，何曉燕.對水庫防洪調度的認識與探討[J].人民長江，2011.

（2）林一萍，王勇.水庫群優化調度研究進展綜述[J].農業與技術，2007.