（水文学及水资源专业论文）面向省级电网的跨流域水电群优化建模与应用研究.pdf

大连理工大学博士学位论文 摘要 水电群规模不断扩大为复杂的梯级联合调度带来了严峻的挑战，优化计算过程呈现 出高维数、强约束、非线性、多阶段等特征给可靠实用的库群优化调度模型建立提出了 越来越高的要求。智能算法由于模型结构复杂、参数选择困难、计算结果具有随机性等 固有缺点使其实际应用受限，而理论成熟、原理清晰、实现容易且广泛应用的传统优化 算法由于计算变量的增加存在维数灾问题，因此在分析传统方法特点的基础上，构建整 合多种传统算法的实用最优化模型，用于求解大规模库群优化问题是亟待解决的问题。 分别作为库群优化调度的前提条件及优化结果的合理检验方式，电网机组检修优化与电 力电量平衡计算同样面临高维次、非凸性、离散性等特点，依靠传统的计算模式与经验 已经无法满足实际计算需求。本文以云南电网、福建电网及贵州电网优化运行为背景， 主要从跨流域库群联合优化调度建模、应用及其紧密相关问题进行深入研究，旨在结合 计算机技术和优化理论为省级电网的库群优化调度及实际运行优化提供可靠实用的技 术支持。主要内容概括如下： ( 1 ) 针对电网备用不足时机组检修安排不合理可能产生大量缺电的情况，提出了 基于启发式搜索和逐次逼近优化的机组检修缺电量最小模型，以等备用原则为基础，在 系统存在缺电时以缺电量最小为目标，尽量使检修安排后的等效负荷曲线在系统装机容 量以下，保证系统安全运行。模型求解过程中，充分结合启发式搜索与逐次逼近算法的 优点，以启发式搜索获得的结果作为逐次逼近算法的初始可行解，通过不断迭代逐次寻 优，获得满足各类约束的最优解。通过云南电网1 7 5 台次机组检修优化安排结果表明， 模型具有更好的实际应用效果。 ( 2 ) 针对规模库群的复杂调度要求，结合逐次逼近动态规划( d p s a ) 可以减少每次 参与计算的电站数目，增量动态规翅j ( d d d p ) 减少离散状态数目，而逐步优化算法( p o a ) 减少计算时段数目等特点，以满足系统上下限带宽的发电量最大为目标，提出耦合 d p s a ，d d d p 及p o a 的混合求解算法来建立梯级长期优化调度模型。模型以有向图技术 描述复杂的梯级结构，并通过深度优先搜索技术从图中自动获得上下游的电站计算顺 序，提高优化计算效率。以福建电网4 4 座大型水电站为应用实例的计算结果表明，有向 图描述的混合求解算法可以有效地克服维数灾问题和复杂约束条件问题，得到高性能的 优化调度结果。 ( 3 ) 随着我国用电负荷的不断增加，相邻日之间平均负荷差不断扩大，导致两天 之内火电开机方式的差异越来越大，给电网计划制作与实际调度带来一定的困难及不必 要的经济损耗，针对这种情况提出了基于切负荷方式的库群中期发电优化调度调峰出力 面向省级电网的跨流域水电群优化建模与应用研究 最大模型：在给定时间段内，为了让遗留给火电站的日电量尽量均匀，保证火电机组相 邻日内的开机方式不变或者变化最少，以此减少火电机组启停期间的额外燃料消耗及磨 损，节约发电成本，而使水电机组适应各日间的电量变化，达到中期负荷调峰的目的。 模型求解过程中先根据电站调节性能及其在梯级中的位置进行分类，采用逐次切负荷方 式确定电站的最优调峰位置，并通过以电定水对梯级水量进行平衡计算，对存在弃水的 情况根据系统负荷特性进行修正，以获得接近最优结果的库群初始调度过程。最后以这 一过程为基础，通过混合求解算法进行寻优求解。通过福建电网1 9 座具有中期调节性能 电站丰枯水期的计算结果显示调峰效果明显。 ( 4 ) 针对汛期电力系统中，水电在尽量减少或避免弃水的情况下调峰能力不够时， 火电参与调峰，但各个时段出力不均匀，提出了基于负荷控制的三段调峰及递级调峰算 法，以逐次切负荷法为基础，采用负荷控制的办法，避免了常规算法中对火电站计算结 果进行逐个限制的复杂过程。该算法在尽可能减少火电站出力过程中连续开停机及连续 升降的情况下，既能保证火电站相邻时段出力差满足爬坡速度要求，又保证了火电站全 天各个时段出力尽量均匀，减少火电机组频繁启停或爬坡带来的额外燃料消耗及磨损， 节约发电成本。通过云南电网实际运行检验，改进的调峰方式计算结果更为合理，更能 满足实际电网的调峰要求。 ( 5 ) 以多个省级电网跨流域水电群发电优化调度系统为背景，从工程实用性出发， 在分析国内外现有库群发电优化调度技术基础之上，运用计算机科学、人工智能技术， 提出了能够求解复杂跨流域梯级水电站群发电优化调度系统的时空解析技术，主要包括 描述梯级电站拓扑结构的有向图技术，条件约束自动设置的智能记忆方式及脚本控制技 术，可扩展的优化算法接口设计及基于共享m o d e l 的m v c 模式图表联动及梯级联调技 术，开发了包括中长期径流预报、长中短期发电优化和实时调度的跨流域水电站群发电 优化调度系统，并在福建、云南、贵州三个省级电网得到成功应用。 最后对全文进行了总结，并对有待进一步研究的问题进行了展望。 关键词：跨流域；优化调度；混合求解算法；三段调峰；时空解析 大连理工大学博士学位论文 o p t i m a lm o d e l i n ga n da p p l i c a t i o nr e s e a r c ho f m u l t i b a s i nh y d r o p o w e r s t a t i o ng r o u pf o rp r o v i n c i a lp o w e rg r i d a b s t r a c t w 油t h ei n c r e a s eo ft h eh y d r o p o w e rs t a t i o ng r o u ps c a l ei np r o v i n c i a lp o w e rg r i d s ，t h e o p t i m a lo p e r a t i o no fm u l t i b a s i ni sb e c o m i n gi n t r i c a t ea n df a c i n gu r g e n tc h a l l e n g e t h e r ea r e m o r er e q u e s t st oc o n s t r u c tt h er e l i a b l ea n da p p l i e dm o d e lf o rt h eo p t i m a lo p e r a t i o no f m u l t i - h y d r o p o w e rs t a t i o n sb e c a u s eo ft h ec o m p l i c a t e do p t i m a lc o m p u t a t i o n a lp r o c e s sw h i c h f e a t u r i n gb yh i g h d i m e n s i o n a l ，s t r i c tr e s t r i c t i o n s ，n o n l i n e a ra n dm u l t i p h a s ec h a r a c t e r i s t i c s t h ei n t e l l i g e n ta l g o r i t h m s ，w h i c hh a v et h ef i x e ds h o r t c o m i n g so fc o m p l e xm o d e ls t r u c t u r e ， d i f f i c u l tp r e f e r e n c e s ，s t o c h a s t i co p t i m a lr e s u l t s ，a r eh a r dt oa p p l yi np r a c t i c e n e v e r t h e l e s s ，t h e c l a s s i c a lc o n v e n t i o n a lo p t i m a la l g o r i t h m sw i l lf a c et h e d i s a s t e r - d i m e n s i o n ”、析t ht h e i n c r e a s i n gv a r i a b l e s i ti sv i t a lt oc o n s t r u c taa v a i l a b l eo p t i m a lm o d e lf o rl a r g es c a l eo p e r a t i o n h y d r o p o w e rs t a t i o n s m o r e o v e r ，t h eu n i tm a i n t e n a n c ea n dp o w e rb a l a n c ei np o w e rg r i d s ，弱 t h ep r e v i o u sc o n d i t i o na n dt h em e t h o do fv e r i f y i n gr a t i o n a l i t yf o rt h eo p t i m a lr e s u l t s r e s p e c t i v e l y ，a r ev e r yc o m p l i c a t e d i ti sv e r yh a r dt os a t i s f yt h ei n c r e a s i n gr e q u i r e m e n t sb y t r a d i t i o n a le x p e r i e n c ea n dm a n a g e m e n tm o d e i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h ep r o j e c tb a c k g r o u n d o fp o w e r 班d si ny u n n a n , f 吗i a na n dg u i z h o ut h ep r a c t i c a lo p t i m a lp r o b l e m si n c l u d i n g h y d r o p o w e rs t a t i o n so p t i m a lo p e r a t i o n , l a r g es c a l e u n i t sm a i n t e n a n c es c h e d u l i n ga n d a d j u s t i n gd i s c h a r g ep e a kb yh y d r o t h e r m a lp l a n t sa r es t u d i e di n - d e p t h t h em a i nc o n t e n t sa n d r e s e a r c hp r o g r e s sa r e 弱f o l l o w s ： ( 1 ) f o rt h es i t u a t i o no fi n s u f f i c i e n tr e s e r v ec a p a c i t yi nm a n yp o w e r 鲥d sa tp r e s e n t ，a m i n i m u mm o d e lf o re n e r g ys h o r t a g ei sd e s i g n e dt oo p t i m i z et h eu n i tm a i n t e n a n c es c h e d u l i n g b a s e do ne q u i v a l e n tr e s e r v ec a p a c i t ym e t h o d ，t h ep r e s e n t e dm o d e lc a l le n s u r et h e 鲥ds a f e t y b ya d o p t i n gt h eo b j e c t i v eo fm i n i m u me n e r g ys h o r t a g ea n dp u t t i n gt h ee q u i v a l e n tl o a dc u r v e f r o mu n i tm a i n t e n a n c es c h e d u l i n gu n d e rt h es y s t e mc a p a c i t yc u r v e t h eo p t i m a lr e s u l tc a nb e o b t a i n e dt h r o u g hc o m b i n i n gt h eh e u r i s t i cs e a r c hm e t h o d ( h s m ) w i t l lt h es u c c e s s i v e a p p r o x i m a t i o nm e t h o d ( s a m ) t h er e s u l tg a i n e df r o mh s m i ss p e c i f i e da st h ei n i t i a lf e a s i b l e s o l u t i o ni ns a ma n dt h eo p t i m a lr e s u l tm e e t i n ga l lc o n s t r a i n t si sa c h i e v e db yi t e r a t i v e c a l c u l a t i o n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so f17 5u n i t sa ty u n n a np o w e r 鲥di n d i c a t et h a tt h e p r o p o s e dm o d e l i sm o r ee f f i c i e n ti np r a c t i c a la p p l i c a t i o n ( 2 ) i no r d e rt om e e tt h ee o m p l e xr e q u i r e m e n t si nh y d r o p o w e rs t a t i o n so p t i m a lo p e r a t i o n , ah y b r i do p t i m a lm o d e lc o n s i s t e dd p s a ，d d d pa n dp o ao r g a n i c a l l yw i t ht h es y s t e m c o n s t r a i no fu p - d o w nb o u n di sp r e s e n t e d t h em o d e li ss e i z e do ft h ea d v a n t a g e si n c l u d i n g i i i - 面向省级电网的跨流域水电群优化建模与应用研究 d e c r e a s i n gt h en u m b e ro fh y d r o p o w e rs t a t i o n sb yd p s a , m i n i f y i n gt h ed i s c r e t es t a t e sb y d d d pa n dr e d u c i n gt h ec o m p u t a t i o n a lt i m eb yp o a u s i n gt h ed i r e c t e d - g r a p ht od e s c r i b et h e i n t r i c a t et o p o l o g yo fm u l t i b a s i n , t h em o d e lc a no b t a i nt h ec a l c u l a t i n go r d e rq u i c k l yb yt h e d f sm e t h o di nt h ed i r e c t e d - g r a p ha n dc a nc a l c u l a t ea l lt h eh y d r o p o w e rs t a t i o n se a s i l y f i n a l l y , t h er e s u l t so f t h ef u j i a nh y d r o p o w e rs y s t e mw h i c hc o n s i s t so f 4 4h y d r o p o w e rs t a t i o n s s h o wt h a tt h em o d e lc a na v o i dt h e d i m e n s i o n - d i s a s t e r a n dt h et r o u b l eo fc o m p l i c a t e d r e s t r i c t s f u r t h e r m o r e ，t h eo p t i m a lr e s u l t sa r ev e r ys a t i s f i e d ( 3 ) w 池t h ed e m a n dl o a di n c r e a s i n g ，t h eg a po fd a y - e n e r g ya n dt h ed i f f e r e n c eo p e n - o f f i nt h e r m a lu n i t sb e t w e e nt w od a y sb e c o m el a r g e ra n dl a r g e r a c c o r d i n g l y ，i tw i l lc o n s u m e m o r ef u e la n di ti s v e r yd i f f i c u l tt o s c h e d u l ei nh y d r o p o w e rs y s t e m am e d i u m - t e r m g e n e r a t i o nm o d e lf o rt h ep e a k p o w e rm a x i m i z a t i o ni sp r e s e n t e d i no r d e rt os m o o t ht h er e s t l o a dc u r v ef o rt h et h e r m a lp l a n t sa n ds a v i n gt h ef u e l ，t h em o d e le n s u r e st h eh y d r o p o w e r s t a t i o n st of i tt h eg a po fs y s t e ml o a dc u r v e t oa c h i e v et h er e s u l t so ft h em o d e l ，a l lt h e h y d r o p o w e rs t a t i o n sa r ec l a s s i f i e di n t ot w ot y p e sa c c o r d i n gt h er e g u l a t i o na n dp o s i t i o ni nt h e d r a i n a g eb a s i na tf i r s t t h e nt h ew o r kl o c a t i o nw h i c hw i l lb ea st h ei n i t i a l i z a t i o no fh a i s d e c i d e db yt h em e t h o do fl o a ds h e d d i n ga n dt h ew a t e rb a l a n c ei se n s u r e dt h r o u g hc a l c u l a t i n g w a t e rd e p e n d i n go np o w e rg e n e r a t i o n f i n a l l y ，t h er e s u l t so ff l o o ds e a s o na n dd r ys e a s o ni n t h ef u j i a nh y d r o p o w e rs y s t e mw h i c hc o n s i s t so f19u pw e e k r e g u l a t i o nh y d r o p o w e rs t a t i o n s s h o wt h a tt h em o d e li se f f e c t i v e ( 4 ) t h e r m a lp o w e rp l a n t ss h o u l dp a r t i c i p a t ei na d j u s t i n gd i s c h a r g ep e a ko fp o w e rs y s t e m i no r d e rt or e d u c eo re l i m i n a t et h ew a t e rs p i l lo fh y d r op o w e rp l a n t si nf l o o ds e a s o n a n i m p r o v e da l g o r i t h mo fa d j u s t i n gd i s c h a r g ep e a ko fp o w e rs y s t e mb yt h e r m a lp o w e rp l a n t si s d e v e l o p e df o re l i m i n a t i n gf l u c t u a t i n gl o a d so ft h e r m a lp o w e r s t h i sa l g o r i t h ma d o p t st h e b a s i cf r a m e w o r ko r i g i n a t e df r o mt h em e t h o do fl o a ds h e d d i n ga n da p p e n d st h er e s t r i c t i o n c o n d i t i o n so nl o a d sw h e nc u t t i n gs y s t e md i s c h a r g e ，t h e r e f o r ea v o i d i n gd i f f i c u l tj u d g m e n ti n t h en o r m a lm e t h o do fe l e c t r i cp o w e ra n de n e r g yb a l a n c ea l g o r i t h ma n dd e c r e a s i n go p e n o f f f r e q u e n c yo ft h e r m a lp o w e rp l a n t s f u r t h e r m o r e ，t h em e t h o dh a sn o to n l y e n s u r e dt h e d i f f e r e n c eo nt w on e i g h b o rh o u r sl e s st h a nt h er i s i n gr a t eo ft h e r m a lp o w e rp l a n t ，b u ta l s o p r o d u c e dt h eu n i f o r ml o a d s t h ea p p l i c a t i o nr e s u l t so fy u n n a ne l e c t r i cp o w e rs y s t e ms h o w t h a tt h ep r e s e n tm e t h o di sm o r er e a s o n a b l ea n de a s i l ym e e t st h ed e m a n do fa d j u s t i n g d i s c h a r g ep e a k ( 5 ) c h i n a sh y d r o p o w e rs y s t e m ，a f t e rn e a r l y2 0y e a r sd e v e l o p m e n t ，h a sf o r m e da t r a n s b a s i n , l a r g e s c a l eh y d r o p o w e rs t a t i o n so p e r a t i o ns y s t e m w i t l lc o m p l e xs c h e d u l i n g r e l a t i o n sa n dr e q u i r i n gav a r i e t yo fm e t h o d sa n dt e c h n i q u e st os o l v e t h e r e f o r e ，i ti sv i t a lt o c o n s t r u c tal a r g es c a l eo p e r a t i o nh y d r o p o w e rs y s t e mw h i c hi ss c i e n t i f i c ，e f f i c i e n t ，c o n v e n l e n t , a n da v a i l a b l ef o rp r a c t i c a ls y s t e m o nt h eb a c k g r o u n do ft h es u c c e s se x p e r i e n c ei nd e s i g na n d i v 大连理工大学博士学位论文 d e v e l o p e do p t i m a lo p e r a t i o ns y s t e m s i ns e v e r a lp r o v i n c i a lp o w e rg r i d s ，t h i sp a p e rp u t s f o r w a r das p a t i o - t e m p o r a lr e s o l u t i o nt os o l v et h eo p t i m a lo p e r a t i o np r o b l e mo fc o m p l e x t r a n s b a s i nc a s c a d eh y d r o e l e c t r i cp o w e rs t a t i o n s i tb a s e do na n a l y z i n gt h ee x i s t e do p t i m a l o p e r a t i o nt e c h n o l o g ya n du s e sc o m p u t e rs c i e n c ea s w e l la sa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e t h e r e s o l u t i o ni n c l u d e sd i r e c t e d - g r a p ht e c h n o l o g yt od e s c r i b et h et o p o l o g yo fc a s c a d eh y d r o p o w e r s t a t i o n s ；s m a r tm e m o r ya n ds c r i p tc o n t r o lt e c h n o l o g yt os e tt h er e s t r i c t i o n sa u t o m a t i c a l l y ； i n t e r f a c ep r o g r a m m i n ga n dt h es a m em o d e li nm v c t oh a n d l et h el i n k a g eb e t w e e nt a b l ea n d c h a r ta n dm u l t i - r e s e r v o i ro p e r a t i o n t h em i d 1 0 n gt e r mr u n o f fp r e d i c t i o ns y s t e m ，l o n g ，m e d i u ma n d s h o r tt e r mo m i m a lo p e r a t i o ns y s t e ma n dr e a l - t i m eo p e r a t i o ns y s t e mw h i c ha d o p t i n gt h e s e t e c h n o l o g i e sh a v eb e e na p p l i e ds u c c e s s f u l l yi np r o v i n c i a lp o w e rg r i d so ff u ji a n , y u n n a n a n d g u i z h o u f i n a l l y as u m m a r yi sg i v e na n d s o m ei s s u e st ob ef u r t h e rs t u d i e da r ed i s c u s s e d k e yw o r d s ：m u f t i b a s i n ；o p t i m a to p e r a t i o n ；h y b r i da t g o r i t h m ；a d j u s t i n gd i s c h a r g e p e a k i n3s t a g e s ；s p a t i o - t e m p o r a r e s o t u t i o n v 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他己申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目： 作者签名： 大连理工大学博士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 大连理工大学博士学位论文 1 绪论 1 1 选题背景和研究意义 1 1 1 我国水电及省级电网的发展 随着西部大开发国家战略的实施，我国水电开发进入快速建设期。水电装机从2 0 0 0 年的o 7 9 亿k w 发展到2 0 0 4 年9 月突破1 亿k w ，年水电发电量也从2 0 0 0 年2 4 3 1 亿k w h 增加 至1 j 2 0 0 4 年的3 2 8 0 亿k w h 。截止至2 0 0 7 年底，水电装机已经达到1 4 5 亿k w ，年发电量4 8 6 7 亿k w h ，与2 0 0 0 年相比水电装机规模及发电量翻了一番。随着小湾、构皮滩等大型水电 站的进一步竣工投产，我国水电规模将达到另一个新高。至2 0 0 8 年水电装机容量达1 7 1 5 2 万k w ，居世界第一位，是世界第二水电大国美国9 5 7 3 万k w 水电装机( 2 0 0 6 年) 的1 7 9 倍， 并且我国在建和待建水电规模庞大，仅2 0 0 8 年在建水电规模是7 0 0 0 多万k w ，2 0 2 0 年水电 装机将达n 3 o 亿k w 。我国水电快速增长给电网和梯级水电站群运行和管理带来极大挑 战，如何构建有效的大规模水电站群求解模型以提高我国电网库群优化调度管理水平是 亟待解决的关键难题。 与此同时我国电力调度关系也发生了重大的调整，随着电力体制改革的深入，原来 “发、输、配 高度统一的电力系统垄断局面发生了改变，原国家电力公司按照发电和 电网两类业务划分并分别进行重组，实现了厂网分开。在电网环节形成国家电网公司、 区域电网公司和省级电网企业这一紧密的层级式组织结构，其中省级电网企业作为区域 电网的子公司或分公司，主要负责分担国家电网公司、区域电网公司的管理目标、运营 方案的贯彻、实施与完成，是电网经营企业的业务操作层，扮演着十分重要的角色。 随着电力飞速发展，我国省级电网规模也越来越大，以贵州电网为例，截止2 0 0 8 年底，年统调发电量从2 0 0 0 年2 7 9 亿k w h 发展到9 7 2 亿k w h ，同比增长2 4 8 ，2 0 0 8 年电网统调装机规模2 2 4 6 万k w 相当于2 0 0 0 年装机容量4 9 5 万k w 的4 5 倍【2 j 。规模 的不断扩大使得电网对运营管理模式与运行计划方式的要求越来越高，而依靠传统的管 理方式及运行经验，已经无法胜任电网复杂运行调度管理的需要。 1 1 2 省级电网跨流域水电群优化调度的研究意义 水电作为省级电网中能源结构的重要组成部分，研究其库群联合调度不仅可以起到 水文补偿及电力补偿作用，还可以提高水电站及电力系统的经济管理水平，在不增加任 面向省级电网的跨流域水电群优化建模与应用研究 何额外硬件投资的条件下，便可获得显著的经济效益。我国水能资源理论蕴藏量为6 9 4 亿k w ，年发电量6 0 8 2 9 亿k w h ，是世界上水能资源总量最多的国家。水力发电在我国 之所以得到较快速度的发展，不仅是因为我国水能蕴藏量丰富，还由于水电具有成本低 廉、无环境污染、机组启停快、运转灵活、可靠性高、动态效益和综合利用效益显著等 许多其它能源所无法比拟的优点。随着投入运行的水电站日益增多，水电系统已成为电 力系统的主要组成部分，不仅承担着基本电力的供应，还担负着整个系统的调峰、调频、 调相以及事故备用的任务。研究水电站( 群) 优化运行方式，实现经济运行和科学管理， 不仅可以提高电力系统可靠性，实现安全优质供电，而且还可以提高水库水电站的能源 利用率，充分发挥水电站水库的经济效益，为国民经济的发展做出更大贡献。因此电网 调度过程中实行库群优化调度具有重要的意义。 规模不断扩大的省级电网在提高电力系统运行经济性和供电可靠性等方面具有极 大的优势，但是由于系统联系越来越多，跨流域水电群运行计划制定及调度操作过程中 要考虑的约束越来越繁琐，导致整个电网运行方式变得越来越复杂。与此同时，水电站 及水电系统出力约束的确定是水电群优化建模的前提条件，其可用容量大小主要取决于 机组检修优化安排，而全网电力电量平衡是检验库群调度结果是否合理的重要手段。因 此在研究规模水电群优化建模的同时需要研究全网机组检修优化安排及电力电量平衡。 跨流域库群调度与机组检修和负荷调峰等优化问题的规模与维数随着水电规模及电网 规模的不断扩大也不断增加，计算过程中考虑的约束越来越繁杂，逐步形成为高维次、 多阶段、非线性、非凸性、离散性等特点的复杂数学问题，依靠传统的计算模式与经验 已经无法满足实际计算需求。目前研究较热的智能搜索算法包括遗传算法、粒子群算法、 模拟退火算法及神经网络方法等由于计算模型复杂、参数选择困难、计算结果具有随机 性等特点使得其主要停留在理论研究层面，而无法真正应用于实际。传统的优化算法如 动态规划具有理论成熟、原理清晰、实现容易等特点被广泛应用于实际，但是随着问题 规模的扩大存在维数灾问题，因此通过分析各种传统算法的优缺点，构造整合多种传统 算法的实用最优化模型，并用于解决实际工程问题，具有非常重要的现实意义。 电网水电站群发电优化调度决策支持系统是国内外水电站优化调度的重要发展方 向，是国调中心对于省调水调自动化系统的基本要求。跨流域水电站群调度已经成为制 约我国电网安全、经济运行的重大因素，是必须要加以重点研究和解决的重大理论和关 键科学技术问题。随着我国水电规模越来越大，这个问题将表现得更加突出，开发制作 简单实用、操作性强、扩展性好、切实可行的库群优化调度软件系统是我国水电飞速发 展过程中以及复杂库群实际优化调度中普遍关心的问题。因此深入研究跨流域调度系统 的实现技术，有利于提高我国水库调度水平及电网调度管理水平。 大连理工大学博士学位论文 1 。1 3 研究的工程背景 本文研究以与多个省级电网合作的实际工程项目为背景，结合电网实际特点及复杂 的应用需求，对省级电网库群优化调度运行方式及其相关问题进行深入研究。首先通过 云南电网发输电设备检修项目，仔细分析云南电网的负荷需求及运行特点，深入研究了 基于备用不足情况下的长期机组检修优化模型及求解方法，计算结果表明，与常规模型 相比，新模型更能减少系统缺电量，提高可靠性，缓解电网供电压力，最大限度地保障 系统运行安全。然后以云南、贵州、福建电网跨流域优化调度软件设计开发及模型研究 为基础，从实际应用出发，仔细分析复杂库群间的水力联系，深入研究传统优化方法特 点，建立满足实际工程应用的跨流域优化模型，并总结了对于复杂流域的建模、求解方 法及系统实现技术。最后研究了水电调峰不足的情况下火电如何更好地参与调峰，实例 分析表明，更合理的火电调峰结果可以减少机组开停次数，节省系统资源。 1 2 长期计划检修的研究现状 发电机组的计划检修作为防止机组老化失效的主要方法，在确保电力系统可靠运行 方面起着重要作用”】，是与电力系统规划设计和运行调度密切相关的重要问题【6 1 。机组 检修停运涉及电网运行中的相关影响很多，如果检修计划安排不当，可能给系统安全运 行及生产带来严重后果。因此发电机组检修优化一直是人们十分关注的问题，从国内外 跟发电企业设备检修相关文献中给出的各种检修计划优化模型的求解方法来看，发电企 业设备检修计划的模型求解方法大体上可分为启发式算法、现代智能优化方法和常规数 学优化方法三大类。 ( 1 ) 启发式算法 启发式算法有等备用法和等风险度法，其优点是原理清晰、结果直观，运算速度快， 一直被很多部门采用。 等备用法【| 7 】是在计及发电机组的计划停运后，使系统的净备用在全年各时段内尽可 能的相等以制定检修计划的方法。这个方法的基本原则非常直观，是电力系统中安排检 修计划使用的传统方法，由于它的概念简明、所需计算工作量小，因而在电力部门实际 生产过程中都得到了广泛的应用们，该模型的缺点是不能反映机组可用度和负荷的不 确定性。 等风险度法是一种具有随机性、可靠性目标函数的方法【1 1 1 3 1 ，通过对检修计划的优 化，实现系统风险度在研究周期各时段接近相等的目标。它的实现步骤类似于等备用法， 面向省级电网的跨流域水电群优化建模与应用研究 也是一个“拉平”的过程。但是由于该方法计算过程需要各台机组的可靠性指标( 如： 强迫停运率等) ，而这些指标作为不确定量会随机组运行变化增加计算复杂性，直接影 响模型的实际应用。对于水电比重较大的电网，机组不确定性影响更加突出，因为水火 电机组强迫停运率直接与不确定性来水相关，其结果将导致由于原始数据偏差较大使计 算结果不能符合、满足实际运行，这就限制了等风险度模型在电网，特别是在水电比重 较大电网的实际应用。 ( 2 ) 现代智能优化方法 现代智能优化方法主要包括遗传算法、模拟退火、禁忌搜索、蚁群算法、粒子群算 法等。其优点在于适合数值求解带有多变量、多参数、多目标并且在多区域但连通性较 差的优化问题，可结合其它启发式方式考虑各类复杂的约束条件，非常适合发电机组检 修计划。但是这类算法存在模型参数不易确定、计算速度较慢、不能收敛到全局最优解 及结果存在随机性等缺点。b r e t t h a u e r 等【1 4 】利用进化策略和模糊决策来解决包括发电机 组和输电设备检修计划，是类似于专家系统的人机交互式优化程序，其中模糊决策用来 模拟工程师评估产生的检修计划。尤其它还考虑了发电机组和输电设备的实时检修需求 状态，以便根据实际情况灵活处理检修。陈少华等【1 5 , 1 6 j 分别通过遗传算法和模拟退火算 法对机组检修进行了计算。左郑敏等【1 7 】通过组合g a 和s a 算法对电网机组检修进行优化 计算。k i m 等【1 8 】把遗传算法、模拟退火、禁忌搜索结合在一起优化火电机组检修计划， 利用了它们各自的优点，取得了一定的成效。 ( 3 ) 常规数学优化方法 数学优化方法主要是整数规划法和线性规划法，通过建立确定性模型做各种简化处 理进行求解，这种方式虽然简单易行，但由于建模不够精确而影响了结果的最优性。文 献【2 l 】利用拉格朗日松弛算法进行核电机组的检修计划，给出了5 8 台核电机组的检修顺 序及安排结果。e g a n t 2 2 】利用了分支定界技术对机组检修进行了优化计算。 目前，关于发电设备的很多检修计划问题研究中又将模糊理论和人工智能方法1 2 3 。3 4 j 引入，将模糊理论和多种智能方法进行组合。这些方法的引入可以在一定程度上解决传 统的数学规划方法因其解的维数随发电机组数量成指数增加而不适用于大规模电力系 统的问题以及多目标优化问题。 1 3 库群优化调度研究综述 库群调度是根据水库群所承担的水利水电任务的主次和规定的运用原则，凭借水库 的调蓄能力，对水库的入库水量过程进行调节，确保大坝及下游防洪安全、多发电能， 提高综合利用效益的一种控制技术。按照划分的方法不同，水库群调度有不同的分类。 大连理工大