基于多目标遗传算法的巨型水库群发电优化调度

量最大和弃能最小为目标的梯级单独优化和梯级联 库容 45 8 亿 m3, 死水位 350 m , 调节库容 23 83 亿
1 S t ate K ey L abor atory of H y dr osc ienc e and Eng inee ri ng , Tsi ngh ua Uni v er sit y , Bei j i ng 100084, Ch ina 2 W at er Re sour ces M anage ment Cent re , M ini str y of Wat er R esou rces , Bei j i ng 100053, China
摘 ! 要: 低碳时代, 水电作为清洁可再生 能源, 节能发 电调度 为梯级 水电联合 调度运 行带来 了难得 的历 史机 遇, 如何有效地开展梯级水 库群优化调度, 充分 合理利用 水能资 源, 是流域梯 级电站 管理迫 切需要 解决 的问 题。文章在对清江梯级与三峡梯级径流特征分析的基础上, 建立了以水库群整体发电量最大和弃能最小为目 标的梯级调度模型。根据电力系统对三峡、葛洲坝、水 布垭、隔河岩、高坝洲 水电站 的要求, 用 1951 2002 年
水库群优化调度, 充分合理利用水能资源, 是流域梯 发电机。枢纽正常蓄水位 175 m, 相应库容 393 亿
级电站共同面对的问题。
m3; 枯季消落低 水位 155 m, 防洪限 制水位 145 m
三峡梯级( 三峡、葛洲坝) 与清江梯级( 水布垭、 ( 表 1) 。三峡水利枢纽的水库为不完全年调节水库,
电经济效益。
时 5 780 h。
三峡梯级、清江流域梯级在水能优化调度方面
清江是长江中游宜昌至荆江段的最大支流, 全
开展了很多研究工作。高仕春等[ 1] 在计算三峡和清 长 423 km, 总落差 1 430 m。清江流域规划的开发
江两梯级水库群联合调度的补偿效益时, 建立了梯 任务主要是发电、防洪和航运。清江梯级包括水布
收稿日期: 2010 06 28; 修回日期: 2010 10 11 基金项目: 国家 十一五 科技支撑计划项目( 2009BAC 56 B03) 作者简介: 魏加华( 1971 ) , 男, 副研究 员, 主要 从事水 资源调 度管 理与水 利信息 化方面 的研究 工作。E mail: w ei jiah ua@ mail. t singhu a. edu. cn
荷, 并尽力提高水能利用率。低碳经济时代, 水电作
三峡水利枢纽是一个具有防洪、发电、航运等多
为清洁可再生能源, 节能发电调度为梯级水电联合 项综合效益的大型水利水电工程。左、右岸两侧各
调度运行带来了难得的历史机遇, 同时也对水电站 设坝后式 电站厂 房各一 座, 电站 装机 容量 18 200
优化调度提出了更高的要求。如何有效地开展梯级 MW, 布置 26 台单机容量为 700 M W 的混流式水轮
第 17 卷 第 6 期 2010 年 11 月
地 学前缘( 中国地质大学( 北京) ; 北京大学) Eart h S cien ce Front iers ( Ch ina U ni versit y of G eosci ences( Beijing) ; Peking U niversit y)
! ! 2007 年 8 月颁 布的 #节 能发 电调 度办 法 ( 试 3 个电站、三峡 葛洲坝 2 个电站单独运行和联合优
行) ∃( 国办发[ 2007] 53 号) 提出了优先利用可再生 化调度发电指标, 分析了长期优化调度与短期优化
能源发电, 对流域梯级水电厂, 应积极开展水库优化 调度的差异, 为区域巨型水库群联合优化调度提供
调度和水库群的联合调度, 合理运用水库蓄水。#节 了参考。
能发电调度办法∃有利于水电优先调度, 鼓励水电多
发电。无调节能力的水电站按照 以水定电 的原则 1 ! 梯级水库群电站基本情况及水文特征
安排发电负荷。对承担综合利用任务的水电站, 在
满足综合利用要求的前提下安排水电机组的发电负 1 1 ! 梯级水库群基本情况
V ol. 17 N o. 6 Nov. 2010
基于多目标遗传算法的巨型水库群发电优化调度
魏加华1, ! 张远东2
1 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084 2 水利部水资源管理中心, 北京 100053
Wei Jiahua1, ! Zhang Y uandong 2
Wei Jiahua, Zhang Yuandong. Optimal operations of multi reservoir system using multi objective genetic algorithms. Earth Sci ence Frontiers, 2010, 17( 6) : 255 262
Abstract: In lo w carbon era, hy dr opow er as clean and renewable ener g y, energ y conservat ion based g ener ation dispatching is an impo rtant measur e t o reduce energ y consumptio n in China and w ill bring a rare histo rical o p po rtunity fo r the hydro po wer joint dispatching operation. H ow to effectively car ry out cascade optimal opera tion of r eser vo irs, and to fully make rat ional use of water r eso ur ces are ur gent needs of cascade hy dr opow er station management. Based on the analysis of inflo w characterist ics of the Qing jiang and T hree Gor ges cas cades, a multi o bjective o ptimal mo del for hy dr opow er dispatching is established. T he tw o objectiv e functio ns of optimization ar e to max imize hydropow er g enerat ion and to m inimize of the t otal discarded water fo r both in dependent and joint dispatching scena rio s. T he multi o bject ive o pt imal model fo r hydro pow er g enerat ion sy s tem is a lar ge scale dy namic nonlinear constrained o ptimizat ion pr oblem. M ult i objectiv e g enetic alg or ithm ( M O GA ) is employ ed to so lv e t he mo del. Data o f monthly av erag e runo ff fro m 1951 t o 2002 and daily runoff of ty pical y ea r are used to long t er m and sho rt ter m o ptimizatio n o per at ion, r espectiv ely. T he o pt imizatio n r e sult s show that jo int dispatching can increase pow er g eneratio n: ( 1) fo r long ter m operation, t he hy dr opow er generation of the two cascades will av erag ely incr ease abo ut 2100 GW ∀ h w ithout consider ing peak reg ulatio n; ( 2) fo r shor t term o per atio n based o n lo ng ter m dispat ching , the pow er generation o f the two cascades w ill r e incr ease about 968 GW ∀ h. T o achieve mor e pow er benefit, it is vital to take full adv ant age of complement ari ties in geog ra phy, water resour ce and f loo d contr ol. Key words: reserv oir operation; o ptimizat ion model; multi objectiv e genetic algo rit hm ( M O GA ) ; T hree G or ges cascade; Q ingjiang cascade
目标上均存在一定的互补效益。通过库群联合优化 共装机 21 台。水库正常蓄水位 66 m, 死水位 63 m。
调度, 可节水增发, 提高水能利用率, 改善流域各梯 电站装机容量 2 715 MW, 单独运行时保证出力 768
级电站的电能质量, 增强发电计划的准确性, 提高发 MW, 多年平均发电量 157 亿 kW ∀ h, 装机利用小
级单独调度和系统联合调度模型, 用大系统分解协 垭、隔河岩、高坝洲三个梯级电站。