梯级水电站群日优化调度模型及应用
梯级水电站优化调度策略研究
梯级水电站优化调度策略研究水电站是一种能源利用和储备的重要设施，对于能源的保障至关重要。
在水电站中，梯级水电站是一种常见的结构，可以通过将水从高处注入低处以产生电力输出。
梯级水电站存在一定的调度和管理问题，如何优化调度策略是目前研究的重点之一。
一、梯级水电站的优点和缺点梯级水电站是一种通过将水从较高的水库注入较低的水库来产生电力的发电方式。
其中有多个电站，位于不同的高度，由于高低之间的水位差异，可以较为容易的实现电能转换。
梯级水电站的优点主要有以下几点：1.可持续发电。
水力发电是一种绿色的能源，将水能转化为电能，不会对环境造成危害。
同时，水力发电可以持续不断的发电下去，不像其他能源需要进行补给。
2.价格低廉。
与其他能源类型比较，水力发电的价格比较低，电力质量高，送变电损耗低，长期运行经济效益显著。
这使得梯级水电站颇受欢迎。
梯级水电站的缺点也很明显，主要缺点如下：1.设备成本高。
水电站建造的设备成本较高，尤其是对于像梯级水电站这样的大型水电站来说。
而且，有些情况下需要兴建水坝，造成的生态环境的污染不可避免。
2.对周边环境影响较大。
建设水电站的过程中，会对附近的环境造成较大的影响，比如水库的面积增大，以及造成的额外的水平拖拉机运输。
二、梯级水电站的调度策略梯级水电站的调度策略是非常复杂的，需要考虑很多因素。
一般来说，一个梯级水电站通常由多个电站组成，每一座电站都有自己的发电能力、装机容量等，并且有自己的水轮发电机组、引调设备、输变电等。
因此，梯级水电站的调度策略涉及到水位、声为升高，尿典降低、电压、负荷等多种因素的综合考虑，目标一般是使得所有的电站在满足用电需求的情况下，综合能量效率最高。
目前，针对此类问题，许多人在开展智能算法研究，利用算法来有效地模拟和预测电站的调度情况，以便在略微改变水位、提高处置水位、降低斗门水位、提高抽水蓄能水位等多种因素中做出如何最大限度地发挥梯级水电站性能的结果。
三、梯级水电站调度策略的研究进展近年来，梯级水电站调度策略的研究取得了显著进展。
流域梯级水电站优化调度的方法
流域梯级水电站优化调度的方法概述流域梯级水电站是指位于同一流域内的多个水电站组成的梯级系统。
优化调度是指通过科学的方法和技术手段，使梯级水电站在满足电能需求的同时，最大程度地提高水资源的利用效率和水能的开发利用能力。
本文将探讨流域梯级水电站优化调度的方法。
1. 水能资源评估和预测水能资源评估是流域梯级水电站优化调度的基础，通过对水文数据的分析和模拟，可以对流域内的水能资源进行准确的评估。
同时，建立预测模型，对未来一段时间内的水文情况进行预测，为优化调度提供参考依据。
2. 多目标规划模型流域梯级水电站的优化调度涉及到多个目标，如最大化发电量、最小化排洪量、最大化水库蓄水量等。
通过建立多目标规划模型，可以将这些目标进行量化，并通过运算得到最优的调度方案。
3. 系统仿真模拟流域梯级水电站是一个复杂的系统，涉及到多个水库、多个发电机组之间的相互作用。
通过建立系统仿真模型，可以模拟水库调度、水流传导过程等，以及各个站点之间的调度策略。
通过对不同的调度策略进行仿真比较，可以找到最优的调度方案。
4. 智能优化算法传统的优化方法对于大规模的梯级水电站系统来说，计算复杂度较高。
因此，采用智能优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，可以有效地解决这个问题。
通过遗传算法等方法，可以搜索解空间中的最优解，快速得到最优的调度策略。
5. 实时调度与决策支持系统实时调度是指根据当前的水情和电网负荷情况，对水电站进行即时调度。
通过建立决策支持系统，实时收集和整理数据，并基于模型和算法，给出合理的调度建议。
这样可以使梯级水电站的调度更加灵活和高效。
6. 多模型集成与协调由于流域梯级水电站的复杂性，不同的模型和方法可能会得出不同的调度策略。
因此，需要建立多模型集成与协调的方法，将不同的模型进行整合，并通过协同调度的方式，得到更加优化的结果。
结论流域梯级水电站在满足电能需求的同时，对水能资源的利用效率和水能的开发利用能力提出了更高的要求。
流域梯级水电厂联合优化调度探究
流域梯级水电厂联合优化调度探究
流域梯级水电厂联合优化调度是指流域内多个水电厂协同运行，通过最优化调度来实现流域水资源的最大效益利用。
该问题最早由美国电气工程师协会（IEEE）于20世纪80年代提出，并逐渐引起了学术界和工程界的广泛关注。
梯级水电厂联合优化调度可以实现流域水资源的高效利用。
流域内水电厂的调度决策相互影响，单独优化每个水电厂的调度可能会导致整个流域水资源利用效率低下。
联合优化调度可以充分考虑流域内各个水电厂的水资源配置，实现全局最优。
梯级水电厂联合优化调度可以提高水电系统的可靠性和经济性。
通过合理调度梯级水电厂，可以有效降低系统运行的风险和成本。
在干旱季节，可以通过合理调度不同水库的水位和流量，最大限度地减少水电厂因水源不足而停机的风险。
梯级水电厂联合优化调度还可以减少对环境的影响。
通过调度梯级水电厂，可以更好地协调水库的蓄水和排水，减少对河流生态系统的干扰。
调度梯级水电厂还可以优化水电发电的负荷曲线，降低尖峰电力需求，减少对火电厂等污染性能源的依赖。
在梯级水电厂联合优化调度中，需要考虑的主要因素包括：水库的水位和流量约束、发电机的出力约束、电力系统的负荷需求等。
通常，调度模型采用基于优化算法的数学模型来求解，如线性规划、整数规划、动态规划等。
流域梯级水电厂联合优化调度是实现流域内水资源高效利用、提高系统可靠性和经济性、降低对环境的影响的重要手段。
随着电力系统的发展和水资源的日益短缺，该问题的研究具有重要的理论和实际意义。
分时电价下梯级水电站日优化调度模型的探讨
分聍电价下梯级水电玷日优化调度模型的探讨黄炜斌，马光文，张军良(四川大学水电学院，四川成都610065)摘要：梯级水电站日优化调度模型在考虑电网负荷要求和梯级水电站各机组的振动区的前提下，采用电网允许的峰平谷负荷比约束目内各时段的出力。
达到了减少机组起停次数的目的。
模型采用动态定出力求解，以梯级电站发电收入最大化为目标，并用实例对此模型进行了计算。
计算过程和结果表明，动态定出力求解时间短，优化结果与目前的电网需求相一致。
关键词：梯级水电站；短期优化调度；负荷比D i s cus s i on on Shor t-t er m O pt i m al O per at i on M od el of C as cade H yd r opow er S t at i ons und er T O U Pr i ceH uan g W ei bi n，M a G u angw en，Zhan g Jun l i a ng(Sc hool of H ydr aul i c s E ngi neer i ng，S i c hua n U ni ve r si t y，C he ngdn Si e huan610065)A b s t r a ct：A new op t i m al op er at i on m odel of ca sc ade hydropow er s t at ions c a n m i ni m i z e t he s t ar t—s t op t i m es of hydr oel ect r i c uni t s a nd m axi m i ze t he ge ner at i o n benef i t af ter co nsi d er i n g t he po w e r sy st e m l oad a nd t he un st abl e op er at i on z o ne s of hydropow er uni t s a nd t ak i ng per m i t t ed pe ak，a ver age a nd val l ey l oad r at i o as t he const r ai nt s of ou t put．T h e m odel w as sol vedby dynam i c program m i ng al g or i t hm a nd under t he con di t i on of f i xed out p ut regul at i on．The cas e st u dy s ho w s t h at t he opt i m a l oper at i on can m e et t he dem and of pow e r s y s t em．K e y w or ds：cas c ade hydropow er st at i on；shor t-t er m opt i m a l oper at i on；I oad r at i o中圈分类号：T V697．12文献标识码：A文章编号：0559—9342(2010)08-0078-030引言随着我国水电工程建设的发展，如何在一天内合理分配水资源。
梯级水电系统发电优化调度研究及应用
梯级水电系统发电优化调度研究及应用摘要：由于受到地区的环境和地势的影响，水电系统调度存在着很大的不确定因素，因为水电系统的实施要受到许多条件的限制，加上需要对经济效益和社会效益因素考虑，所以，水电系统调度一直是国内外学者研究重要课题。
随着我国对系统调度的不断研究和深入，水电系统调度进入梯级电站是必然趋势。
本文主要是梯级针对水电系统优化调度的研究和应用叙述，指出了梯级水电系统如何应用，为梯级水电系统应用提供理论支持。
关键词：梯级水电系统，优化调度，直接模式搜索abstract: due to the area of the environment and topography, hydropower scheduling system exist some uncertain factors, because the implementation of hydropower system is limited by many conditions, coupled with the need to consider the factors, economic benefit and social benefit so, hydro system scheduling is always an important subject in the study of scholars at home and abroad. with the continuous research and in-depth on the scheduling system in our country, hydropower scheduling system in cascade hydropower station is the inevitable trend of. this paper is aiming at the research and application of cascade hydropower optimal scheduling is described, pointing out how to cascade hydropower systemapplication, provide theoretical support for the application of cascade hydropower system.keywords: optimal scheduling of cascade hydropower system,, direct pattern search[中图分类号] tv697.1 [文献标识码]a[文章编号]随着我国不断加大对水电的开发力度和学者的不断深入研究，过去根据调度员的经验来制定水电计划已经不能够适应现在用电的需求了，现在大规模流域梯级电站的联合调度需要使用新的技术和系统。
流域梯级水电厂联合优化调度探究
流域梯级水电厂联合优化调度探究
流域梯级水电厂联合优化调度是指在一个流域内的多个水电厂之间进行协调调度，以最大化流域水能资源的利用效益。
通过合理安排各个水电厂的发电任务，可以使得水电厂之间协作，实现资源的最优配置。
流域梯级水电厂联合优化调度的目标是在保证供水和防洪等基础要求的前提下，最大化流域水能资源的利用效益。
这就需要考虑多个因素，包括水能资源的时空分布、各个水电厂的发电能力和机组特性、电力系统的负荷需求和调度规则等。
在流域梯级水电厂联合优化调度中，一般采用数学模型来描述和求解优化问题。
这种数学模型一般包括目标函数、约束条件和决策变量。
目标函数用于描述优化目标，一般是最大化总发电量或者最小化总成本。
约束条件包括流域水能资源约束、电力系统供需平衡约束、机组运行约束等。
决策变量包括各个水电厂的出力和调度策略等。
在具体求解优化问题时，可以采用各种优化算法，如线性规划、整数规划、动态规划等。
通过这些优化算法，可以得到流域梯级水电厂联合最优调度方案，以指导实际操作和管理。
流域梯级水电厂联合优化调度的研究具有重要的理论和实际价值。
在理论上，可以进一步深化对水能资源的利用和调度机制的认识，为优化调度问题提供理论支持。
在实际应用中，可以提高水电厂的发电效率和经济效益，减少对化石能源的依赖，推动可持续发展。
梯级水电站调度运行的优化管理
梯级水电站调度运行的优化管理法国CNＲ公司成立于1933年，1934年获得罗纳河特许开发权。
其目标是运营并开发罗纳河，并与法国政府赋予其的3项重任保持一致，即水力发电、航运开发及为灌溉和其他农业用途供水。
1罗纳河水电梯级1．1径流式梯级电站罗纳河梯级电站是CNＲ公司的主要资产，总装机容量约3000MW，包括19座径流式水电站。
CNＲ公司特许开发权的范围涵盖瑞士边境至地中海之间的河道，也包括长330km宽阔航道上的14座船闸、长400km 的河堤和32座泵站。
罗纳河在法国境内长517km，流域面积约88500km2。
从阿尔卑斯山区的高山雪原到索恩（Saòne）子流域的缓流多雨，各支流水文条件差别较大。
在流域南部（塞文地区），支流甚至经常暴发洪水。
CNＲ公司运营的罗纳河开发项目为径流式电站的开发。
除雨季外，通过大坝拦河蓄水，将大部分水引至水电站和船闸所在河道，水轮机将水能转换成电能，通过高压电网输送给消费者，最后河水又流回至电站下游的罗纳河段。
拦河坝形成的小水库，可向下游持续泄放生态流量。
然而，水库库容非常有限，对罗纳河的日径流量影响较小。
由于库容较小，因此径流式电站的运行易受上游电站（包括罗纳河上游位于瑞士境内和法国境内某些支流上的其他水电站）及水文气象事件的影响。
1．2CNＲ公司项目开发及运行CNＲ公司项目开发遵守严格的管理制度，重点关注水利工程安全。
每个开发项目都有各自的运行规则曲线（图1），且这些曲线均是依据相关部门认可的规范确定，并符合防洪、航运、灌溉、核安全、环境、农业和旅游用途等相关方面的要求。
图1CNＲ公司在罗纳河开发项目的运行规则曲线实例在枯水期，水电站运行的库水位尽可能高，以确保通航；在汛期，尽量使库水位和尾水位（TWL）与大坝建设前的天然水位保持一致。
运用船载水工模型，借助预测控制，将设备控制在极小误差范围内。
在枯水期和汛期之间，即所谓的“发电期”，在调节正常蓄水位上下20 50cm范围库容优化电站出力。
浅析梯级水电站优化调度模型研究现状
浅析梯级水电站优化调度模型研究现状浅析梯级水电站优化调度模型研究现状【摘要】介绍了目前国内对于梯级水电站优化调度问题的研究和实践现状，重点研究了优化调度模型的建立。
【关键词】梯级水电站；优化调度1.引言随着能源短缺的加剧和电力体制改革的不断深化，优先和大力开展水电是调整能源结构和实施可持续开展战略的必然选择。
我国水能资源蕴藏量达6.94亿kW，是世界上水能资源总量最多的国家。
但我国目前水能资源开发率仍然很低，水电资源在地域开展不平衡。
为了提高水能利用率，到达有效利用水能的目的，对梯级水电站进行优化调度就显得十分必要。
梯级水电站的优化调度不仅可以提高发电效益，而且对电网的平安可靠运行、水库的综合利用都有重要意义。
从技术和经济角度，梯级水电站优化调度模型是急需解决的具有重要理论意义和应用前景的课题。
2.梯级水电站优化调度模型研究概况梯级水电站是水利系统和电力系统的耦合，其运行需要在满足防洪、灌溉等要求的根底上发挥其在电力系统中的作用，故确定其运行方式是一项复杂的工作，需要先制定满足特定要求的优化准那么，才能够衡量优化调度的效果。
梯级水电站优化调度的关键问题是建立优化调度模型。
目前常见的梯级水电站短期优化调度运行准那么有以下几种形式：梯级总发电量最大。
文献【3】采用直接搜索模式来求解径流过程确定下的水库群系统发电量最大模型，该方法可推广应用于梯级水电站长期优化调度问题。
但是如果在水火电联合系统中单纯追求水电发电量最大，那么优化结果将使水轮机运行在高效率区或停机，这样将牺牲水火电联合系统的整体效益。
梯级总蓄能最大。
文献【4】建立了梯级水电站总蓄能最大的优化调度模型，在实际应用中取得了较好的经济效益，但这种准那么很容易造成最末级水库放空，尽管满足当日的最优调度，但会使下一调度期无最优解，不利于中长期调度。
梯级总耗能最小。
文献【5】建立了总耗能量最小优化调度模型，该准那么在国内被广泛使用，寻求调度期中总耗能最小与寻求调度期末总蓄能最大具有一致的目标，但更直接地寻求节能效果。
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Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2014, 3, 291-297Published Online August 2014 in Hans. /journal/jwrr/10.12677/jwrr.2014.34036Optimal Daily Operation of CascadeHydropower StationsLiping Li, Shenglian Guo, Yanlai Zhou, Guang YangState Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Hubei Provincial Collaborative Innovation Center for Water Resource Security, WuhanEmail: liliping@Received: Jun. 20th, 2014; revised: Jun. 27th, 2014; accepted: Jul. 14th, 2014Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractDaily operation models for cascade hydropower stations were proposed and developed in this paper. The dynamic programming (DP) was used to solve daily optimal operation for two deter-ministic models with the goal of maximizing the hydropower generation and minimizing turbine discharge of the cascade hydropower stations, respectively. The inflow (from July to December in 2013) and corresponding real-time hydropower record data were used. The optimal result showed that hydropower generation can be increased from 0.581 billion kW·h to 0.648 billion kW·h (or an increase 11.54%) and turbine discharge of the cascade hydropower stations can be decreased from 2.92 billion m3 to 2.89 billion m3 (or a decrease of 0.89%) compared with current operation method. The assurance rate of firm output can be increased from 92% to 100%.KeywordsReservoir, Cascade Hydropower Station, Dynamic Programming, Daily Optimal Operation梯级水电站群日优化调度模型及应用李立平，郭生练，周研来，杨光武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，水资源安全保障湖北省协同创新中心，武汉Email: liliping@作者简介：李立平(1988-)，男，博士研究生，研究方向为水资源开发利用。
收稿日期：2014年6月20日；修回日期：2014年6月27日；录用日期：2014年7月14日摘 要采用以水定电和以电定水两种运行方式，分别以发电量最大和总耗水量最小为目标函数，建立了梯级水电站群日优化调度模型，并采用动态规划方法进行求解。
使用梯级水电站群日发电资料和径流资料(2013年7月~12月)的应用检验结果表明，优化调度较实际调度提高发电量约0.67亿kW·h (增加11.54%)和减少耗水量0.26亿m 3(减少−0.89%)，发电保证率由92%提高到100%，显著提高了水电站群的发电效益。
关键词水库，梯级水电站，动态规划，日优化调度1. 引言小水电作为清洁可再生能源，已成为我国水利事业近几十年的发展热点，我国小水电可开发量占全国水电资源可开发量的23%，开发应用前景广阔[1] [2]。
然而小水电机组效率低、自动化程度不高，需要深入研究小水电短期优化运行理论，以提高管理水平、运行可靠性和增加发电效益。
短期日优化调度运行具有典型意义，是短期优化调度中的关键环节[3]。
通常日优化运行主要分为以下两种方式：1) 以电定水模式：即在给定水电站群日负荷图的条件下，使水电站群中某些有调节能力水电站日耗用水量最小。
2) 以水定电模式：在满足电力系统调峰基本要求及给定某些有调节能力水电站日用水量的条件下，使水电站群日发电量(或发电效益)最大。
梯级水电站群短期优化调度是一个多维、多约束、动态、非线性优化问题，是水电系统运行中的一个国际难题。
对于该问题，国内外学者通常使用等微增率法[4]、经典动态规划及其改进算法[4] [5](如POA 、DDDP 、DPSA 算法)以及近期出现的人工智能算法[6](如GA 、ANN 、PSO)等。
但是这些方法都存在一些局限性，没有形成一种通用的算法，实际应用中只能根据具体研究内容，选择适合的算法进行改进求解。
本文采用以水定电和以电定水两种运行方式，分别以发电量最大和总耗水量最小为目标函数，建立确定性梯级水电站群日优化调度模型，采用动态规划算法进行模型求解，最后对优化结果同常规调度结果进行对比分析，以验证两种运行方式的合理性和可行性。
2. 短期优化调度数学模型2.1. 以水定电模式(I)以水定电运行模式是梯级电站制定计划上报电网的过程，在考虑水库蓄水位、电厂出力、下泄流量等约束前提下，给定梯级水库的发电可用水量，制定各梯级电站的发电计划，合理调整梯级之间的蓄放水次序，利用有限的水能发挥最大的经济效益。
对于小水电来说，一般不用考虑供水、航运等目标，目标函数通常选取发电量最大或者发电效益最大即可。
2.1.1. 目标函数发电量最大的调度模型为：111max TTMt kt t t k JE P t =====⋅∆∑∑∑ (1)在电力市场机制下，发电企业不能简单只考虑发电量最大，综合考虑水电上网电价，尽量多发高价电量，少发低价电量，追求控制期内发电效益最大更适合电力市场当前发展形式的需要，发电效益最大的调度模型如下：1max Tt t t BC E ==⋅∑ (2)式中，J 是总发电量，B 是总发电效益，T 为总调度时段，M 为水电站数目，t E 是系统第t 时段的发电量，kt P 是第k 个电站在t 时段的出力，t ∆是时段长；t C 是第t 时段的电价或反映电能价值的系数。
2.1.2. 约束条件1) 水库日用水量约束,1Tk t k t Q t W =⋅∆=∑ (3)式中，,k t Q 是第k 电站在t 时段的发电引用流量，k W 是第k 电站一天内的计划用水量。
2) 水库水量平衡方程(),1,,,,k t k t k t k t k t V V I Q QW t +=+−−∆ (4)式中，,,1,k t k t V V +分别是第k 电站在t 时段始末蓄水量，,,,,,k t k t k t I Q QW 分别是第k 电站在第t 时段入库流量、发电用水流量和其他用水流量，在这里暂不考虑弃水变化。
3) 梯级电站间水流联系,,,k t k t k t I IL Q =+ (5)式中，,k t IL 是第k 电站在第t 时段区间入流。
4) 电站出力约束,,,k t k t k t PMIN P PMAX ≤≤ (6)式中，,k t PMIN 是允许最小出力(取决于水轮机的种类和特性)，,k t PMAX 是在t 时刻某水头下的电站发电能力。
5) 机组最大过水能力约束(),,k j Q Q N H ∗≤ (7)式中，(),Q N H ∗是水头为H 时水轮机的最大过水能力。
6) 水库库容约束,min ,,max 1,,k k t k V V V k N ≤≤= (8)式中，,min k V 是t 时段应保证的水库最小蓄水量，,max k V 是t 时段允许的水库最大蓄水量，如汛期防洪限制等。
7) 水库下泄流量约束min max k Q Q Q ≤≤ (9)式中，min Q 是t 时段保证下游综合用水要求的最小下泄流量，max Q 为t 时段允许的电站最大下泄流量。
8) 全厂最优流量特性(),,,,1,,1,,k j k j k j Q Q P H k N j n ∗=== (10)式中，,k j Q ∗是第k 电站的第j 台机组在一定水头,k j H 和出力,k j P 条件下最优的发电流量。
2.2. 以电定水模式(II)以电定水运行模式是电网以电厂上报的发电计划为依据，在系统用电负荷平衡前提下，给电站下发的实际发电指令。
电厂按照给定的电力负荷图，选择恰当的调度模型进行厂间负荷分配，追求梯级电站耗水量少、耗能量少以及期末蓄能大等目标。
对于小水电来说，通常选取梯级电站耗水量最小准则即可。
2.2.1. 目标函数系统耗水量最小的调度模型为：()11min TMk kt t k FQ P t ===⋅∆∑∑ (11)式中，F 是梯级总耗水量，()k kt Q P 是第k 电站在t 时段出力为,k t P 时的发电流量。
2.2.2. 约束条件约束条件同以水定电模式相似，除了上述约束外还有： 1) 系统负荷平衡约束,11,2,,Nk t tk P P t T ===∑(12) 式中，t P 是第t 时段给定梯级负荷，,k t P 是第k 电站在第t 时段出力。
2) 梯级电站出力限制,,,1,,1,,kD t k t kU tP P P k N t T ≤≤== (13) 式中，,kD t P 是第k 电站在第t 时段出力下限，,kU t P 是第k 电站在第t 时段出力上限，它们是综合考虑保证出力，气蚀振动区限制以及电站在不同水头下最大出力等因素的基础上确立的。