“水库群优化调度”教学大纲
“水库群优化调度”教学大纲
《水库群优化调度》教学大纲一、课程编号：0101041二、课程名称：水库群优化调度 (Optimal Operation of Reservoir Systems)三、学分、学时：1学分； 16学时四、教学对象：水文与水资源工程专业本科生五、开课单位：水资源环境学院六、先修课程：水利计算，运筹学，工程经济学七、课程性质、作用、教学目标本课程为水文与水资源工程专业选修课程，主要讲解最优化理论在水库运行管理中的应用。
通过学习使学生能从事水电系统运行管理，水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。
八、教学内容第一章概述第一节引言第二节系统与系统分析第三节径流特征及其处理第二章单库发电优化调度第一节引言第二节动态规划模型第三节动态解析模型第四节水电站机组负荷分配第三章库群发电优化调度第一节数学模型第二节增量动态规划轮库迭代优化算法第三节动态解析模型第四章水库防洪优化调度第一节引言第二节单库最大削峰准则调度第三节单库破坏历时最短调度第四节库群防洪优化调度第五章水电站水库随机模型第一节随机模型的特点与径流描述方法第二节有预报的随机模型第六章水库供水调度第一节确定性模型第二节随机线性规划模型第三节机遇约束模型第七章实例九、实践性环节的内容、要求十、多媒体教学手段运用的内容、要求及占用学时（或学时比例）十一、教材与参考书教材：陈乐湘主编《库群优化调度》，自编讲义。
参考书：长江流域规划办公室，河海大学，丹江口水利枢纽管理局合编《综合利用水库调度》水利电力出版社，1990。
十二、考核方式笔试十三、教学大纲说明（一）本课程的性质和任务本课程为水文水资源工程专业选修课程，主要讲解最优化理论在水库运行管理中的应用。
通过学习使学生能从事水电系统运行管理，水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。
（二）本课程的基本要求学生学完本课程后应达到以下基本要求；1.掌握不同时间尺度的径流描述方法；2.掌握利用动态规划求解单库发电优化调度问题；3.掌握轮库迭代优化算法在库群优化调度中的应用；4.掌握防洪库群优化目标确定及优化调度模型的建模与求解；5.了解水电站水库调度的随机模型；6.掌握供水水库调度的确定性模型。
第六讲水库群综合调度
如该值不能满足系统负荷 N 系i ，还要水库 放水补充出力 N 库i ，则值由下式决定：
丙
N 库i = N 系i − ∑ N 不蓄i
如该补充出力由水电站甲承担，则水库甲需放水流量：
Q甲i
N 库i dV甲i F甲i dH甲i = = = dt dt AH甲i
如该补充出力由水电站乙承担，则 水库乙需放水流量：
水布垭 隔河岩 高坝洲 葛洲坝 宜都
第二节
水电站的库群补偿调节和蓄放水次序
一、水电站库群的补偿调节 位于流域不同地区的几个水库或水电站，可通过彼此间的水文补偿 和库容补偿进行各库间的径流和电力的相互补偿，可在不增加很多投资的 情况下，使供水期的保证供水量或系统总保证出力显著增加，增加替代火 电的容量，并使系统的供电量亦有所改善。 （一）梯级水库的径流补偿 甲库的蓄放水必须考虑 对乙处发电用水和灌溉 用水的径流补偿。 原则：充分利用甲、乙坝 址间的支流和区间来水， 尽可能使甲库在汛未蓄 滿，以便利用其库容来最 大限度地提高乙处的枯水 期流量，更好满足发电、 灌溉要求。
水布垭水力发电站介绍
水布垭水力发电站是清江梯级电站的最上一级，位于鄂西洲巴 东县境内，下 距隔河岩大坝95公里。水布垭水力发电站的主 体工程由高土石坝、电站地下厂房、 溢洪闸三部分组成。坝 顶高程405米，最大坝高227米，装机容量160万千瓦，年发 电 量41亿千瓦时，是清江干流上最大的梯级电站，也是工程最为 艰巨浩大、投入 资金最多的电站。水布垭水力发电站预计本 世纪末正式动工，2010年全部建成。 届时300吨级轮船可由长 江进入清江直驶鄂西洲首府恩施市。
2）在各段中假定一拟发的总出力N'，求得补偿电站所需的逐月出力值； （3）根据补偿电站的有效库容及该时段的设计天然来水量，在尽量满足综 合利用要求限制的条件下,进行调节到该时段末，当水库能在末时刻刚好放 空，此时N‘即为所求，可转入下一时段的计算，当提前放空或有剩余水量时 都要重新假定N’。 6、试算应该注意的问题: （1）在实际运算过程中，尚应随时检验相邻时段的拟发出力N1‘，N2’间 是否符合尽可能使出力拉平的原则。 （2）为避免多次试算，可对N'作预先的近似估算： Vn _ ΣN=9.8η（ΣQ + —— ）H ¯ T1 “+” —— 放水段， “-” —— 蓄水段 _ “H”—— 平均水头 由ΣN在被补偿总出力过程线上求N‘，使ΣN与N’相等，一般试算 一、二次便可成功
第八章水库调度
G. 值班员应保持值班室的清洁卫生。
第一节 水库调度内容
在防洪与兴利结合的水库调度中，必须把水库的安全 放在首位。
兴利效益务必要服从防洪调度统一安排，通过优化调 度，把可能出现的最高洪水位控制在水库安全允许的范围 内。在此大前提下，再统筹安排满足下游防洪和各兴利部 门的要求。
第二节
水库兴利调度
第二节 水库兴利调度
历年洪水涨落过 程平稳，洪水起 止日期稳定
第三节 水库防洪调度 单一水电厂水库的洪水调度
一、无预报调度 1.下游无防洪要求 主要是确保大坝及其他建筑物的安全。若防洪库容全部安置在正常水 位以上，可根据闸门启闭的规则按来量下泄，直至洪水大于整个建筑物的 泄洪能力开始蓄水，调度极为简便。 2.下游有防洪要求，基本上无区间洪水 通常在正常蓄水位以下预留部分库容。这部分库容有的专为下游防洪 之用，也有与大坝防洪结合使用的。 3.下游有防洪要求，并有区间洪水 首先要解决区间洪水的过程问题。在无预报情况下，只能根据区间实 测洪水将其叠加在一起，取外包线作为洪水调度与下游洪水错峰的依据。
3.水文气象预报
第一节 水库调度内容
4.日常工作 收集上下游雨量站 及水文站的雨情和水情， 进行流域平均雨量的计 算、水库水量平衡的计 算，编制洪水预报和泄 洪方案等。
5.对外联系 按规定向防汛指挥部门汇报水库和电厂运行 情况。 向所在电力系统提供年、季、月的生产计划及 调度意见，接受系统调度的指示及任务，定时向 系统汇报电厂的运行情况。 与上下游涉及的防洪和兴利的有关单位联系， 当水库开始泄洪、供水、排沙或关闸时，应事先 通知，及早采取措施，避免损失。
3. 取各典型年指示线的上、下包线，即得供水期上、下基本调度 线。
第二节 水库兴利调度
第六章 水 库 调 度(正版)
(三)发电水库基本调度图
将上面求得的供、蓄水期基本调度线绘 在同一张图上，就可得到基本调度图，如图 6—5所示。调度图由基本调度线划分为五个 区，每个区的操作模式？
Z(m) 正常蓄水位 A 2 1 C 1 B E
D 2 死水位
供水期
蓄水期
t1 t2
图6-5 水库基本调度图
1-上调度线 ； 2-下调度线
V1 q1 V 2 q2 Q1 Q2 ( ) ( ) q2 t 2 t 2 2
和 q~
V q ＋ t 2
以qm,Zm作为最后一个时段末的初始值，从 最后一个时段向前逐时段推每个时段初的q1,z1, 直到某一时刻的泄量q0等于涨水段的入库流量 Q时为止。相应于q0的水位即为Z限。
第三节 水库的防洪调度 防洪调度主要任务是编 制汛期控制运用计划.
汛期控制运用计划的主要内容包括： 一、汛期控制运用计划编制方法程序 规划阶段的调洪演算与水库运行阶段的调洪演 算有何异同点？
（四）防洪限制水位的推求
对一个水库而言，防洪调度方式和最高洪 水位一定情况下，就可推算出某一设计洪水 时的Z限。一般采用试算法，计算原理和方法 与第3章防洪计算基本相同。 1、溢洪道无闸门控制时的Z限推求 ◆下游无防洪任务，水库工况良好，Z限＝Z堰 ◆下游无防洪任务，水库工况不好，Z限<Z堰 Z限具体在什么位置通过试算确定。此时调洪计 算的初始值是：Z防或Z设洪或Z校,已知qm、Vm、 Qi、Qi+1，反推每个时段初的泄流量和水位。
2、当综合利用用水部门从水库下游取水 ◆ 对航运来说是要求保持一定流量，若没有办 法解决各用水部门间与发电的矛盾，应将各用 水部门的要求都反映在调度线中。 这时调度图上的保证供水区要分为上、下 两个区域。在上保证供水区中各用水部门的正 常供水均应得到保证； 在下保证供水区中保证率高的用水部门应 得到正常供水，对保证率低的部门要实行折减 供水。上、下两个保证供水区的分界线称为中 基本调度线。
6.水库短期优化调度
5
T
T
n
6.2 水电站短期调度的“以电定水”模 式
（2）约束条件
① 电量平衡约束
P t E, P
t 1 t i 1
T
n
i ,t
Pt
② 水量平衡约束
③ 水库特性约束
④ 不等式约束
6
6.3 水电站短期调度的“以水定电”模 式
一、优化课题与准则
其中，τi表示水流时滞，即水流从上游水库i-1流至下游水库i 的流达时间。
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6.4 梯级水电站群短期联合优化运行
2.约束条件
（2）水库蓄水量约束 Vit,min Vi ,t Vit,max t T （3）水库下泄流量约束 Qit,min Qi,t Qit,max t T
（4）电站出力约束 Ni,min Ai Qi,t Hi,t Ni,max t T
（5）非负条件约束
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过程和泄流设施控制过程。
（2）优化准则：常用的准则包括计划期 T内的水电站输入能 Ein(T)最小、水电站用水量W(T)最小等。
4
6.2 水电站短期调度的“以电定水”模 式
二、优化数学模型
（1）目标函数 以计划期内水电站总的发电用水量W(T)最小准则， 相应的目标函数为：
max W min Qt t min Qi ,t t
② 以水定电:根据给定的计划期内的水电站总用水量，制定水 电站及各机组的经济运行方式。 （2）短期经济运行方式的实施控制和指导
3
6.2 水电站短期调度的“以电定水”模 式
一、优化课题与准则
（1）基本课题：对于调度期T，在已知水电站总负荷过程或 总电量和预测入库流量过程等条件下，寻求使采用的优化准 则达到极值的水电站各时段工作机组的最优台数、组合及有 功负荷在工作机组间的分配，以及相应的水库蓄泄状态变化
《水库调度与管理》课程标准(高职)
《水库调度与管理》课程标准一、课程说明二、课程定位水库调度与管理课程是水文与水资源工程专业核心课程、专业必修课程。
作为学生今后毕业的一个重要工作方向，该门课程该门课程要求学生有较强的实践性和动手能力，故采用多媒体教学方式为主，辅以项目教学方法，培养学生理论知识掌握能力、实践动手能力、分析解决实际问题的能力。
三、设计思路本课程主要是培养学生具有水库调度的基本能力，在学习该门课程之前要求学生熟悉安全规程，具有水文预报、水利计算能力、具有水利工程管理、水文信息采集的能力、具有气象识图能力等。
通过本课程的学习，使学生水库兴利、防洪、发电等综合调度的基本原理。
通过本课程的学习，使学生掌握水库运行调度的基本知识，能够根据工程实际需要合理调度管理水库，使正常运行并发挥最佳作用。
通过过本课程的学习，使学生能从事水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。
四、课程培养目标理论知识目标：水库基本知识如水库的五个特征水位；水库的调度方式如防洪调度、兴利调度和综合利用调度；不同水库调度方式下对应的水库调度图；各运行期的水库调度计划及确定各项控制运用指标。
专业能力目标：会根据水库工程实际情况拟定水库调度方式；会根据不同调度方式绘制水库调度图；会确定各项控制运用指标；会编制水库调度计划；能在保证工程安全的前提下，根据水库承担任务的主次，按照综合利用水资源的原则进行调度，以达到防洪、兴利的目的，使水库正常运行并发挥最佳作用。
、社会能力目标：刻苦学习态度——听课专注，思维积极，及时完成作业；规范应用习惯——正确应用国家和行业的相关标准；严瑾细致作风——科学缜密，吃苦耐劳，认真敬业、技术过硬；团结合作精神——互相帮助、共同学习、协同进步、乐于奉献。
通过本课程的学习，使学生能从事水库运行管理，水利系统综合规划等方面的共作。
五、课程内容、要求及教学设计根据专业课程目标和涵盖的工作任务要求，确定课程内容和要求，学生应掌握水库的兴利调度、掌握水库的防洪调度、掌握水库的综合利用调度、了解水库群调度及水库优化调度及自动化系统。
水电站水库优化调度多目标决策教材
1.水库的水量平衡约束
Vt1 Vt (qt Qt )Kt
2.水库的需蓄水量约束
Qt，min Qt Qt，max
3.水库的下泄流量约束 Vt，min Vt Vt，max
4.水电站的出力约束
Nt，min AQt Ht Nt，max
t时段允许水库最大蓄水量
水电站的最小下泄流量为下游生态环境需水流 量，而最大下泄流量按6台机组同时下泄，最 大下泄流量为1800m³/s。
Qt,min Qt 1800
目标函数 12 max E 8.3 730Qt (H t上 -H t下-0.5) t 1
约束条件
Vht Vht min 18.9 Nt 108 Vt1 Vt (qt Qt ) 2.63106 Vt,min Vt Vt,max
通过Tennant法和最小月径流法计算，取其较 大值：
（2）库区本身生态环境需水约束
在任何时刻，水库的水位都应该在其最小生态环境 库容对应的水位之上。
Vht Vht min
t时段水库最小生态环境库容对应的水库水位
水电站的保证出力为18.5万kW，考虑到应该尽 可能提高好的保证出力，取最小出力限制为 18.9万kW，最大出力限制为装机容量108万kW
3.满足电力系统和水资源综合利用部门一定要求的前提 下，使水电站的发电量最大
4.火电为主，水电为辅的电力系统中的调峰调频电站，
使水电站供水期的最小出力最大（或保证电能最大）
➢目标函数
1.以发电量（或发电效益）最大为目标
T
max E AQtHtMt t 1
T
max F ApQtHtMt t1
第八章-水库调度
• 在供水期初如水电站过分地增大了出力。 则水库很早放空，当后来的天然水量不能 满足要求水电站保证的出力时，则系统的 正常工作将遭受破坏；反之，如供水期初 水电站发出的出力过小，到枯水期末还不 能腾空水库，而后来的天然来水流量又可 能很快蓄满水库并开始弃水，这样就不能 充分利用水能资源，白白浪费了大量能源。 显然，也是很不经济的。
• 为了避免上述因管理不当而造成损失， 或将这种损失减少到最低程度，我们应当 对水库的运行根据比较理想的规则进行合 理的控制，换句话说，要提出合理的水库 调度的方法进行水库调度。为此，应根据 已有水文资料，分析和掌握径流变化的一 般规律，作为水库调度的依据。
• 水库调度常根据水库调度图来实现。调 度图由一些基本调度线组成，这些调度线 是具有控制性意义的水库蓄水量（或水位 ）变化过程线，是根据过去水文资料和枢 纽的综合利用任务绘制出的。有了这利图 后，我们即可根据水利枢纽在某一时刻的 水库蓄水情况及其在调度图中相应的工作 区域，决定该时刻的水库操作方法。水库 基 本 调 度 图 如 图 8-4 （ P.165 ） 、 图 8-5 （ P.167）所示。
• 由于水库调度图是根据过去的水文资料绘制 出来的，因此它只是反映了以往资料中几个 带有控制性的典型情况，而未能包括将来可 能出现的各种径流特性。实际来水量变化情 况与编制调度图时所依据的资料是不尽相同 的，如果机械地按调度图操作水库，就可能 出现不合理的结果，如发生大量弃水或者汛 末水库蓄不满等情况。因此，为了能够使水 库做到有计划的蓄水、泄水和利用水，充分 发挥水库的调蓄作用，获得尽可能大的综合 利用效益，必须把调度图和水文预报结合起 来考虑，根据水文预报成果和各部门的实际 需要进行合理的水库调度。
• 为了防止由于汛 期开始较迟而过 早降低库水位引 起正常工作的破 坏，常常将下调 度 线 的 起 点 h′ 向 后移至洪水开始 最迟的时刻h点， 并 作 gh光滑曲线 ，如图8-3（P.165 ）所示。
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《水库群优化调度》教学大纲
一、课程编号：0101041
二、课程名称：水库群优化调度 (Optimal Operation of Reservoir Systems)
三、学分、学时：1学分； 16学时
四、教学对象：水文与水资源工程专业本科生
五、开课单位：水资源环境学院
六、先修课程：水利计算，运筹学，工程经济学
七、课程性质、作用、教学目标
本课程为水文与水资源工程专业选修课程，主要讲解最优化理论在水库运行管理中的应用。
通过学习使学生能从事水电系统运行管理，水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。
八、教学内容
第一章概述
第一节引言
第二节系统与系统分析
第三节径流特征及其处理
第二章单库发电优化调度
第一节引言
第二节动态规划模型
第三节动态解析模型
第四节水电站机组负荷分配
第三章库群发电优化调度
第一节数学模型
第二节增量动态规划轮库迭代优化算法
第三节动态解析模型
第四章水库防洪优化调度
第一节引言
第二节单库最大削峰准则调度
第三节单库破坏历时最短调度
第四节库群防洪优化调度
第五章水电站水库随机模型
第一节随机模型的特点与径流描述方法
第二节有预报的随机模型
第六章水库供水调度
第一节确定性模型
第二节随机线性规划模型
第三节机遇约束模型
第七章实例
九、实践性环节的内容、要求
十、多媒体教学手段运用的内容、要求及占用学时（或学时比例）
十一、教材与参考书
教材：陈乐湘主编《库群优化调度》，自编讲义。
参考书：长江流域规划办公室，河海大学，丹江口水利枢纽管理局合编
《综合利用水库调度》水利电力出版社，1990。
十二、考核方式
笔试
十三、教学大纲说明
（一）本课程的性质和任务
本课程为水文水资源工程专业选修课程，主要讲解最优化理论在水库运行管理中的应用。
通过学习使学生能从事水电系统运行管理，水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。
（二）本课程的基本要求
学生学完本课程后应达到以下基本要求；
1.掌握不同时间尺度的径流描述方法；
2.掌握利用动态规划求解单库发电优化调度问题；
3.掌握轮库迭代优化算法在库群优化调度中的应用；
4.掌握防洪库群优化目标确定及优化调度模型的建模与求解；
5.了解水电站水库调度的随机模型；
6.掌握供水水库调度的确定性模型。
（三）本课程与其它课程的联系与分工
本课程与水利计算、工程经济学、运筹学基础，概率论与数量统计等课程有联系，原则上，本课程应在上述课程之后进行。
径流调节的基本原理在水利计算课程中讲授。
工程水文学中的径流系列计算，设计洪水计算，典型年选择等内容不在本课程中讲授，本课程只将以上内容作简要回顾。
运筹学中有关各种最优化方法不在本课程中讲授，本课程侧重于建模、应用。
概率论与数理统计中的一般原理方法，本课程不作讲授，本课程侧重统计学原理在处理不确定性问题时的应用。
（四）各部分内容重点、深度和广度
第一章概述
重点了解水利系统的特点与径流特征及其处理方法。
第二章单库发电优化调度
重点讲解发电水库动态规划模型与动态解析模型的建模过程；动态规划在水电站机组负荷分配中的应用；详细求解可略讲。
第三章库群发电优化调度
重点剖析库群与单库的建模异同点；讲解轮库迭代优化算法在库群优化调度中的应用。
简单介绍动态解析模型的基本思想。
第四章水库防洪优化调度
重点讲解库群防洪优化调度目标及目标函数的构造；讲解库群防洪优化调
度模型的构造过程。
第五章水电站水库随机模型
简单介绍随机模型的特点与径流描述方法及有预报的随机模型。
第六章水库供水调度
重点介绍水库供水调度的确定性模型，简单介绍随机线性规划模型与机
遇约束模型
第七章实例。