水電站水庫中長期優化調度教學演示軟件開發

艾學山 高志云 支悅 董祚

摘要：水庫中長期優化調度是水庫調度中的重要內容，也是水電站水庫運行與調度課程的主要研究對象。文章基于動態規劃及其改進算法，開發了水電站水庫中長期優化調度教學演示軟件，該軟件可實現從預先設置的水庫中選擇所需要的水庫進行計算，設置優化計算的初始水位和終止水位，調度期可選擇月、旬、日或多日，計算結果圖表可對應查看，結果統計值顯示和交互計算，等等功能。該軟件可以在課堂演示，使學生了解水電站水庫優化調度的基本思路、初始條件設置、計算結果展示及系統界面基本結構等內容，為水庫調度實踐打下了良好基礎。

關鍵詞：水庫中長期優化調度;教學演示;軟件開發

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）44-0059-02

一、前言

水電站水庫運行與調度是水文水資源專業及相關專業學生需要掌握的重要內容，水庫中長期優化調度是提高水資源利用率和水能資源利用率的重要措施。水庫管理人員和水庫發電調度研究人員通常需要做水庫的年計劃、月計劃等調度計劃，此時水庫的中長期調度就顯得非常重要，為快速方便地進行水電站水庫中長期優化調度計算，并分析在改變入庫流量、水庫水位和下泄流量等各種情景下水電站水庫的運行情況和水能資源的獲取情況，開發軟件的交互計算功能就顯得很有必要。本軟件不僅實現了水電站水庫中長期調度中的基本功能，還實現了對優化計算結果進行交互計算的功能，具有較強的實用價值。

二、水電站水庫中長期優化調度理論方法

水電站水庫優化調度是運用系統工程的理論和最優化技術，借助于電子計算機尋求最優準則達到極值的最優運行策略及相應決策。即根據水庫的入流過程和綜合利用要求，制定并實現水電站及其水庫長期最優運行調度方式，以獲得盡可能大的運行效益，使水電站及其水庫的設備能力得到充分發揮，使水利、水能資源得到充分合理的利用。水電站水庫中長期運行調度研究以季、年或多年為計算期的水庫最優運行調度方式問題。在中長期調度中，天然入庫徑流變化和水庫調節能力的影響非常顯著，調度信息的隨機性和不確定性比較復雜，計算期和計算時段的選取也非常復雜，計算期可以是年、多年，也可以是蓄水期或供水期，計算時段可以是不等或相等的若干計算時段，如“旬”、“月”、“季”等，有時汛期選擇旬，非汛期選擇月。水電站水庫的運行，必須合理利用流量和水頭，以獲得最大的發電效益。優化計算方法有傳統的動態規劃及其改進算法、遺傳算法、粒子群算法等進化算法。

三、水電站水庫中長期優化調度教學演示軟件設計

1.設計目的。為使水庫調度工作人員能夠快速方便地進行水電站水庫中長期優化調度計算，并方便地進行入庫流量、水位和下泄流量的交互計算，便于開展水庫發電調度計劃的制訂和水能特性分析工作，也方便在課堂上給學生演示水電站水庫中長期優化調度的基本工作流程、結果分析及基本調度系統的結構及使用方法。

2.軟件功能。本軟件主要功能如下：①可從預先設置的水庫中選擇需要計算的水庫;②可選擇計算期起始和終止日期，該計算期的入庫流量數據應該預先設置;③計算結果以圖形和表格形式同時顯示;④交互計算功能;⑤詳細計算結果的Excel顯示;⑥調度結果特征值統計功能。

3.數據準備。根據水電站水庫中長期優化調度任務，需要水庫和水電站的基礎資料，如水庫特性資料，特征水位、庫容曲線，水電站特性資料，裝機容量、出力系數，等等。初始條件包括計算期初末水位、計算期內的確定性來水過程等。

四、水電站水庫中長期優化調度教學演示軟件使用

1.軟件主界面。整個界面由左、中、右三部分組成，如圖1所示，左側為參數選擇區，包括水庫選擇、參數參考和設置、計算期選擇、計算時段選擇和計算按鈕;中間是圖表顯示區，分上、下兩部分，上部分顯示調度結果表，下部分顯示調度結果圖形;右側是交互計算選擇和結果統計區，中間三個按鈕分別可以選擇查看結果表、調度圖和Excel詳細計算結果。

2.優化調度計算。在“水庫選擇”處選擇一個需要進行發電調度的水庫，如圖2所示。所選水庫對應的特征信息將自動顯示在下方相應的位置。其中，保證出力、出力系數、初始水位和末水位數值可在界面進行設置和調整。在“計算期選擇”位置選擇計算期初和末的時間即計算時段，如圖3所示。單擊“計算”按鈕即可進行計算。計算結果顯示在結果顯示區，如圖4所示。

3.發電調度結果統計和查看。從圖4可知，優化調度的主要計算結果表顯示在上方，圖形顯示在下方。調度結果統計值自動顯示在“發電調度結果統計”區，包括平均入流、平均發電流量、平均水位、平均水頭、平均出力、總發電量、發電保證率、棄水量等。如果需要查看更詳細的結果，可點擊“打開Excel結果表”按鈕，打開保存在Excel表格中的詳細計算結果，如圖6所示。

4.交互計算。分別點擊交互計算選擇下的“更改入庫流量”、“更改水位”、“更改出庫流量”。根據實際需要在結果表格對應列進行數值修改。點擊“交互計算”按鈕，可以得到交互計算結果。

5.方案保存和導入。軟件還實現了方案保存和方案導入功能，對計算結果進行保存和導入。