水库群的梯级调度.doc

洮河流域梯级电站水库群的联合调度模型实施梯级水库的集中联合调度，主要目的在于提高了流域水能利用率，提高发电效率。水库群的集中调度管理主要依靠“乌江流域卫星水情自动化系统”。流域遭遇来水特枯年份，在上下游来水极不均衡情况下，不仅要实现流域各梯级电站的水库零弃水，而且还要完成集团公司下达的年度发电计划。梯级电站水库特征水位表3.4.2水库的特征水位根据装机规模论证和水库回水特征，经调洪验算确定水库的特征水位为：水库校核洪水位2004.0m水库设计洪水位2002.00m水库正常蓄水位2002.00m水库汛期限制水位2001.00m（510月）水库发电死水位2000.0m3.4.3汛期库水位本电站水库为日调节，其发电出力主要受来水流量控制，汛期来水量一般大于电站额定引用流量，水库汛限水位2001.00m。当中、小洪水流量Q Q603 m3/s时，水库水位 2002.00m。当洪水流量2360m3/s(设计洪水)Q (P=5%) 1680 m3/s时，水库设计洪水位2002.00m。 当洪水流量Q设计洪水2360m3/s时，水库水位由2002.00m逐渐上升到最高洪水位2004.00m，在任何情况下，水库水位不得高于2004.00m。3.4设计标准及水库水位3.4.1枢纽设计标准正常蓄水位1968.80m，相应库容780万m3；设计洪水标准为3.33%，设计洪水位1969.1m，相应洪峰流量2110m3/ s,相应库容1000万m3；校核洪水标准为0.5%，校核洪水位1970.5m，校核洪峰流量3230m3/s，相应库容1362万m3；最低发电水位1966m。3.4.2汛期库水位根据来水量规定如下：流量为 20.00632.00 m3/s时，水位1969.101968.50 m流量为 632.001000.00 m3/s时，水位1968.501967.50 m流量为1000.001500.00 m3/s时，水位1966.001967.00 m流量为1500.002000.00 m3/s时，水位1965.001966.00 m流量为2000.002500.00 m3/s时，水位1963.001965.00 m流量为2500 m3/s以上时,水位不高于是1959.1 m，在任何情况下，库水位不得高于1970.50 m。九甸峡电站总装机容量300MW，单机容量30MW，设计年发电量8.971亿kw.h，保证出力50.4MW，年利用小时数3395h。最大水头18m ，设计水头16.2 m，最小水头12.22m。设计单机流量90m3/s，总额定流量约为270m3/s。发电引水系统水头损失采用0.5 m。莲麓一级电站总装机容量66MW，单机容量22MW，设计年发电量2.382亿kw.h，保证出力13.87MW，年利用小时数3609h。最大水头30.4m ，设计水头27.5 m，最小水头21.75m。设计单机流量90.28m3/s，总额定流量约为270.84m3/s。发电引水系统水头损失采用0.5 m。莲麓二级电站总装机容量37.5MW，单机容量12.5MW，设计年发电量1.450亿kw.h，保证出力8.54MW，年利用小时数3625h。最大水头18m ，设计水头16.2 m，最小水头12.22m。设计单机流量90m3/s，总额定流量约为270m3/s。发电引水系统水头损失采用0.5 m。海甸峡电站总装机容量60MW，单机容量20MW，年发电量2.708亿kw.h，保证出力15.4MW，年利用小时数4513h。最大水头33.36m ，设计水头29.5 m，最小水头23.49m。设计单机流量81.4 m3/s，总额定流量约为243m3/s。发电引水系统水头损失采用0.5 m。三甲电站总装机容量31.5MW，单机容量10.5MW，设计年发电量1.450亿kw.h，保证出力8.54MW，年利用小时数3625h。最大水头17.4m ，设计水头15.8 m，最小水头14.1m。设计单机流量70.2 m3/s，总额定流量约为210.6m3/s。发电引水系统水头损失采用0.5 m。二滩水电站水库优化调度及经济运行实践缪益平 蹇德平 陈国春(二滩水电开发有限责任公司，四川成都610051)摘要：二滩水电站是以发电为主的大型水力发电枢纽，自1998年投入运行以来，累计发电量已超过l 240亿kW h，为川渝地区经济发展作出了巨大的贡献。对二滩水电站水库优化调度及经济运行实践情况进行了分析。为了给雅砻江流域梯级水电站群联合优化调度积累经验，对二滩水电站在推行水库优化调度、降低机组耗水率等方面而采取的一些行之有效的措施作了简要介绍。关键词：水库；优化调度；经济运行；二滩水电站中图分类号：TV69711 文献标识码：A1 概述二滩水电站位于四川省西南部攀枝花市境内的雅砻江下游，距雅砻江与金沙江的交汇口33 km，是以发电为主的大型水力发电枢纽；坝型为混凝土双曲拱坝，最大坝高240 m，是中国已建成的最高坝，在世界同类型坝中居第3位。水电站装机容量330万kW，多年平均发电量为170亿kW h。水库正常蓄水位1 200 m，总库容58亿m。，调节库容337亿m ，为季调节水库。1987年9月，开始进行二滩水电站施工的前期准备工作；1991年9月14日，主体工程开工；1993年11月26 13，二滩水电工程实现大江截流；1998年5月1日，水库开始蓄水；同年8月18 Et，第1台机组并网发电；1999年l2月，二滩水电站工程全部建成投产。自投产以来，二滩水电站一直担负着系统调频、调峰、调压和事故备用任务，80以上的运行时段作为川、渝电网第一调频和调峰电厂。低谷时，电厂机组进相调压，为提高电网的安全运行水平和电网频率、电压合格率起着不可替代的作用，也大大改善了系统的供电质量和运行条件，使川、渝电网的频率合格率达到了9999 ，电压合格率提高了3。二滩水电站建成抗入运行，改变了川渝地区多年缺电的局面，对充分合理利用四川水能资源，促进川渝地区经济持续健康发展做出了巨大贡献。2008年是二滩水电站建成投产l0周年，在这过去的10 a里，二滩水电站运行之路历经坎坷。建成投产初期，由于JiI渝电力市场需求、输出线路等因素影响，19982001年发电能力利用率为56。在中央和地方政府的关注和支持下，2002年开，起二滩水电站年计划发电量达146亿kW h。20032005年二滩水电站取得了良好的发电效益，其中2004、2005年节水增发电量分别为4 360、2 370万kW h。2006年二滩水电站水库遭遇了自1953年以来雅砻江流域来水特枯年份，2007年来水持续偏枯，二滩水电站实际发电量连续2 a没有达到146亿kW h。面对不利因素，二滩水电开发有限责任公司加强了对二滩水电站的经济运行管理，增加发电量，力争在2008年使发电量取得新的突破。2 推行水库优化调度，动态控制水库水位二滩水电站水库发电调度原则是，在满足电力系统要求的条件下，充分合理地利用水量与水头，尽可能多地增发电量，取得最好的经济效益。公司为此积极采用优化调度方法来挖掘二滩水电站经济运行的潜力，一方面，以水电站发电量最大化为目标，在协调好电网、防汛管理部门与二滩水电站之间各方面关系的基础上，充分发挥水库调节性能，提高发电效益；另一方面，当二滩水电站受制于短期电网负荷需求，无法实现中长期发电量最大化目标时，二滩水电站以耗水量最小为目标，安排机组运行发电。二滩水电站水库优化调度是以长、中、短期三者优化调度紧密结合为主，长期优化调度是在分析历史径流资料，对水库来水做中长期预报的前提下，推求二滩水库年内逐月水位控制目标；中期优化调度是将长期优化的目标进一步细化，结合实际来水情况，对水库来水滚动(旬、日)预报，并依据电网实际负荷需求调整逐句(日)水库运行发电计划；经过电网每日的负荷分配及电力系统限制进行校正，可得出短期优化调度的目标，即峰平谷的电量分配 。21 汛期(61O月)水库优化运行雅砻江流域来水丰富，根据所进行的径流系列分析，二滩水库汛期6t0月来水量占据全年来水总量的766 。二滩水库在设计方案是设计为不承担上下游的防洪任务，也无防洪限制水位。由于泄洪能力大，在原设计方案中，二滩水库为高水位运。后来，结合调度经验，对二滩水库汛期运行方式进行了研究。结果表明，在确保水库蓄满水和完成发电计划的前提下，适当降低水库汛期的运行水位，可以提高水库调度的主动性和灵活性，减少泄洪闸门的操作频次和有效库容淤积，有利于合理分摊泄量，保证大坝及枢纽工程安全度汛，同时，还可获得较好的发电量效益。随着雅砻江流域水电开发工程的深入，对二滩水库的运行要求也在不断提高。2007、2008年为了兼顾雅砻江流域在建电站防洪安全，对二滩水电站水库汛期运行方式进行了深入的分析研究，根据不同来水情况，研究了汛期运行水位的动态控制过程，确定蓄水时机，以便在确保安全防洪度汛的前提下，完成发电任务和保证汛末蓄满水库。211 6月份的水位控制对二滩水库运行资料进行的分析表明，5月中旬，库水位消落至死水位1 1550 m左右为宜。雅砻江雨季大部分在5月下旬开始，此时来水逐渐增加，5月底水位逐渐二升至1 1600 m左右。根据水轮机运转特性曲线，在库水位达到1 185 m时，可满足额定水头165 m的要求，且能避免机组容量受阻，满足电网调峰、调频的要求。计算表明，当6月底水位分别控制在1 185、1190 m时，二滩水电站汛期6月上句至7月上甸多年 均发电量分别为1944、1886亿kW h。6月未发生弃水，月底库水位不宜过高，在满足机组发电水头的前提下，充分利用水量发电，可获得较好的发电效益；当发生弃水时，适当提高库水位，首次泄洪时，将水库水位控制在1 190 m，以中孔泄洪为主，这样有利于排沙和减少有效库容淤积。6月底，则应将水位控制在1 18501 1900 m 。212 7、8月份的水位控制7、8月份，雅砻江流域处于主汛期，二滩水电站来水较大，水头高，并出现弃水。根据计算分析，7、8月底，二滩水库水化应按1 19o m或1 197 nl控制，这样对二滩水电站7、8月的发电量影响不大。7、8月属于雅砻江主汛期，为掌握洪水调度的主动权，减少闸门启闭次数，宜将二滩水库水位控制在11900l1970 nl的范围内。213 9、10月份的水位控制9月是汛后蓄水的关键时期，水库运行方式直接关系着二滩水库汛末能否蓄满水库。设置9月初不同的起调水位，考虑二滩水电站在9月上旬至10月中旬各旬送出的负荷为月平均最大出力300万KW(月平均负荷率采用092)，以此来研究二滩水库的蓄水时机和蓄满率问题。针对9月初设置11800、1181，11820， ，1 2000 m共21个不同蓄水方案，根据19582006年9月上旬至l0月中旬共49 a的汛后各旬入库径流资料进行了计算分析。结果表明，当二滩水电站水库9月初运行水位在1 1900 nl以上时，二滩水库在9月底蓄至正常蓄水位12000 m的蓄满率均在82以上；按照蓄满率最大的原则，二滩水库蓄满水库的最佳时机在9月下旬。9月底应将水位控制在1 2000 m左右。10月为雅砻江副汛期，来水逐渐减少，10月下旬来水平均出力不足300万KW，可按来水发电。10月份，水库可以维持在正常蓄水位1 2000 m运行。对二滩水库汛期水位采取控制措施后，为二滩水电站水库优化调度工作发挥了巨大的作用。比如：2006年、2007年雅砻江连续遭遇偏枯来水，二滩水电站均能在满足电力系统需求的情况下，圆满完成汛末水库蓄水任务。214 汛期发电效益随着二滩水电站送出线路的建设，二滩送出负荷极限得到逐步提高。2001年，二滩水电站最大负荷为250万kW；2002年4月，二滩水电站安全稳定装置投入运行，使送出负荷提高到270万kW；2002年底，二石线500 kV线路投运，将送出负荷提高到了290万kW；2007年6月，随着送出线路串联补偿装置及二石二线竣工，二滩最大负荷限制达到了330万kW，满足设计出力水平。二滩水电站负荷送出瓶颈的逐步化解，为二滩水电站水库汛期优化调度提供了有利条件。二滩水电站日最大发电量从6 908万kW h逐步提高到7 673、7 848万kW h，直至提高到7 962万kW h；月最大发电量从201亿kW -h提高到了2045亿kW h，直至提高至目前的2255亿kW h。由此可见，汛期优化调度效益显著。22 枯平期水库优化调度枯平期，即11月至次年5月，雅砻江流域退水规律明显，径流预报精度较高，为二滩水库优化调度提供了有利条件。原则上，1112月份，二滩水库要求尽量维持在高水位运行，充分利用高水头，按照来水发电。15月均匀消落水位，5月中旬消落至死水位。为实现二滩水电站2008年15月水库优化调度，二滩水电开发有限责任公司组织对优化调度方案进行专题研究。结合电力系统的电力需求，以枯期发电量最大为目标，采用动态规划方法推求各旬末的水库水位控制过程，以指导二滩水电站水库运行。二滩水电站水库2008年初的水位为1 19671 m，1月底为l 18794 m，降幅为877 lit；2月末，水位为l 17809m，降幅为984 m；3月底，水位消落至1 16575 m，降幅达1234 m。而2007年3月底，二滩水库水位为1 16982 m，相比之下，2008年第一季度的二滩水库水位消落较快。4月底水位为1 16025m，水位降幅为957 m，水位基本符合控制L1标。经二滩水电开发有限责任公司与电力调度部门积极协调、共同努力，2008年5月3日18时，水位消落至1 15539 m，逼近死水位，成功完成了二滩水电站水库2008年汛前供水发电任务。2008年15月，二滩水电站发电量为39O9亿kW h，比2007年同期(发电量为3653亿kW h)增加了256亿kW -h。2008年15月库水化的合理消落，有效降低了发电耗水率。3 降低机组耗水率，加强厂内经济运行管理通过对历年耗水率进行分析，发现二滩水电站厂内负荷分配不尽合理是导致二滩水电站枯水期耗水率增大的主要原因，为此，通过进一步落实精细化管理，制定降低耗水率的技术措施，优化设备运行方式，加强设备状态分析，以提高设备的可靠性、稳定性及机组的等效利用率。同时，还开展了加深机组进相深度、减少机组空转耗水的试验研究工作，并加大对设备的巡查和日常维护保养力度，以提高设备检修质量，保证设备完好率。二滩水电站厂内经济运行主要是在系统负荷给定的条件下，根据机组工作特性及运行经验，判断可投入机组发电效率的高低。通过AGC自动发电控制系统，减少机组空载耗水，合理安排工作机组投入的次序、投运机组组合及机组负荷分配，实现厂内耗水量最优化控制，从而提高二滩水电站的发电量。随着电网建设的推进，四川500 kV电网结构发生了重大变化，枯期系统无功过剩问题更加突出，在枯水期小负荷运行方式下，二滩水电工程进相调压任务艰巨。二滩水电开发有限责任公司积极开展机组优化运行、节水增发电工作，多次召开有关节水增发电的专题会议，协调解决二滩枯水期优化运行方式。经过积极努力，四川省调度中心2007年2月调整了二滩机组低励限制整定值，枯期减少一台机组空转，使节水增发电工作取得了一定的效果。图1为二滩水电站2007年枯平期耗水率分布情况。31 机组空转时间大大缩短以单机负荷小于6万kW 为空转统计，2007年13月份，机组累计空转时间为4912 h，比2006年同期机组累计空转时间(60507 h)减少了近11387 h，尤其是2007年3月份，机组空转时间减少了6877 h(2007年3月机组空转时间为1222h，2006年3月机组空转时间为19097 h)。32 机组耗水率降低以2007年5月14 Et二滩水库降至死水位运行为界，根据2006年及2007年1月1日5月14习逐日平均水头及耗水率，经统计，得到在相同水头级别运行下的平均耗水率。对2006年、2007年在185149 m水头段相应的耗水率进行了分析，结果表明，当水头降至170 m以下(2007年2月19日以后)时，相同水头下2007年的耗水率明显低于2006年的耗水率水平。4 结语截止2007年底，四川省电力系统总装机容量为2 4509万kW，其中，水电站装机容量为1 3772万kW，二滩水电站大约占四川省水电总装机容量的24。二滩水电站的水电容量也在逐步得到利用，其在川渝电网中的骨干作用和在川渝地区经济发展中的支撑作用已明显显现。十年磨一剑。在二滩人的共同努力下，二滩水电站在水库优化调度及经济运行实践方面走出了一条科学发展的道路。如何推行雅砻江梯级电站联合优化调度运行，充分发挥梯级电站补偿效益及库容效益，为国家经济发展提供优质电能，将是水电站经济运行研究所面临的课题。1 概述三峡水库正常蓄水位175m时，回水区长达614km，库面面积约2 000km2，水库的长宽比很大，属于典型的河道型水库。三峡梯级水利枢纽由三峡枢纽和葛洲坝枢纽形成一个串型梯级枢纽，具有防洪、发电、航运等多项综合效益。电站设计共装有26台单机额定功率为700MW的水轮发电机组，三峡电站全部建成后水库为季调节水库，按防洪、发电、航运的综合利用要求进行调度。目前，处于围堰发电期，为围堰期运行，一般情况下原则按135m水位控制，初期实时调度中库水位允许在134.7135.4m范围内运行。电站属于径流式运行，在电力系统中主要承担基荷和腰荷，非汛期电站有限参与系统的调峰。洪水调度以确保围堰和枢纽安全为主。葛洲坝水利枢纽距三峡水利枢纽下游约40km，为长江上游的出口处。库水位逐步放宽在63.066.5m范围内运行，与三峡枢纽联合运行后，利用两坝间水库进行航运反调节，使三峡电站在系统调峰时，保障葛洲坝上下游航运安全。葛洲坝洪水调度以确保枢纽自身安全为主。为满足梯级水库调度要求，在上达金沙江的石鼓水文站，下至长江汉口站的广大地区布设报汛站网，重点在重庆至宜昌区间（称三峡区间）还布设自动遥测站。水情信息收集获取的数据通过处理生成的重要信息形成完整的水库调度自动化数据库系统，以支持系统完成监视、查询、预报、调度等功能。三峡梯级水库调度根据三峡入库洪水水文预报成果，按水库调度规程要求，考虑枢纽工况等信息进行调洪演算，对天然来水进行合理蓄放，满足水库各项综合利用要求，制定防洪、发电调度计划。水库实时调度时根据上级调度部门批准的发电计划及防洪主管部门下达防洪计划或调度命令，确定梯级水库的蓄泄对策及闸门的开启程序与方式，制定闸门的操作命令。如入库来水有变化，则实时提出修正方案，经上级同意后实施。三峡出库流量加上区间流量即为葛洲坝入库流量，葛洲坝枢纽水库调度在汛期时与三峡枢纽一样，基本按径流方式运行，在非汛期配合三峡反调节运行。2 水库调度原理2.1 水库调度计算水库常规调洪演算方法使用净库容水量平衡法，不考虑库面蒸发、水库渗漏等损失。演算时，给定入库流量预报过程后，一般有两种方式，一种是给定水位过程计算出库流量过程，一般用于发电出力预报；第二种是给定出库流量过程计算库水位过程，一般用于防洪调度计算。由于水库下游水位必须通过出库流量查算，所以，调洪演算时，一般要进行试算。三峡水库调洪演算时段计算公式为：Q三入Q三出V三/T式中：Q三入：T时段内三峡入库流变化量，（m3/s）；Q三出T时段内三峡出库流量变化量，（m3/s）；葛洲坝水库调洪演算时段计算公式为：Q三出（t)+Q区V葛出V葛/T式中：Q三出（t)（t-)时刻前，T时段内三峡出库流量变化量，（m3/s）；：三峡出库流量传播至葛洲坝前的传播时间；Q区：T时段内三峡至葛洲坝区间入库量变化量，（m3/s）；Q时段内葛洲坝出库流量变化量，（m3/s）；VT：T时段内葛洲坝水库库容变化量，（m3/s）；2.2 发电调度计算电站发电出力计算方法有K值法、出力限制线查算法及N-H-Q曲线查算法3种，一般在制定中长期计划时，使用K值法结合出力限制线查算法计算，在制定短期计划时，使用N-H-Q曲线查算法结合出力限制线查算法计算。K值法计算公式为：N=KQH式中：电站出力，（kW）；Q：电站发电流量，（m3/s）；K：电站综合效率系数；H：发电净水头，（m）。三峡K值一般取8.5，葛洲坝一般取8.35。2.3 防洪调度计算规防洪调度时一般给定库水位上（下）限，当调洪演算水位越上（下）限时，判断可用操作区，根据调度规程开启（关闭）闸门，形成闸门操作命令。由于要计算出准确的闸门操作时间，计算步长要求很短，一般取5min。以下以葛洲坝常规调度基本过程为例说明一次闸门操作的计算过程：计算越限时段初出入库平衡泄量变化量Q平：Q平IQ入-Q出I式中：Q入越限时段初出库流量。Q出越限时段初出库流量。 n=1。计算闸门启闭流量变化量Q泄= Q平+100n，由此泄量计算开度（取整），维持此开度保持不变计算水位变化过程（从越限时段初开始按计算步长计算至下次越限时停止）。计算确定最低（高）库水位H，即下一个水位越限时段初至当前越限时段初水位过程间的最低（高）库水位，同时确定下一个水位越限时段初至当前越限时段初的时段长T。 若H超出库水位下（上）限，则取Q泄= Q平+100（n-1），跳出循环。 若T最长动门时间，则取Q泄= Q平+100n，跳出循环。 n=n+1，转至。2.4 几个特殊的计算参数库容差折减系数：因常规调洪演算使用的是净库容水量平衡方法，但来水实际情况是动库容，因此，在时段计算时，库容差（V）应乘以库容差折减系数，该系数的取值范围一般为0.2.0，该系数与入库来水大小，型式及水库调度方式等有关，运用时由水库调度技术人员灵活掌握。最长动门时间：一次闸门操作中闸门开启孔数（或闸门开度的大小）一般由人为确定，在引入最长动门时间参数概念后，闸门操作时间及增（减）下泄流量可以准确计算，较好的解决了闸门操作的自动计算的实用化问题。下游站水位差：水库出库流量与下游站水位流量关系对发电流量计算关系很大，该关系受出库流量的涨退水及枢纽的运用方式的影响定线误差较大，引入下游站水位差参数消除其影响。三峡至葛洲坝洪水传播时间：目前三峡至葛洲坝洪水传播时间一般取40 min，通过该参数使三峡与葛洲坝的调洪演算有机地结合起来。3 系统介绍3.1 软件总体介绍WDS9002系统应用软件是以网络数据服务子系统为核心，连接了数据库系统的应用软件各子系统，三峡-葛洲坝梯级枢纽常规水库调度系统是该应用软件系统的一部分。高级应用部分软件的业务流程如下：开始信息采集、处理、入库（水情实况、雨情实况、上游水情预报、降雨预报、枢纽运行信息等）坝址流量预报制作发电调度洪水调度调度方案实施（闸门启闭、水位调节、冲沙排漂、下泄流量控制等）3.2 发电调度发电调度是已知水库的入流过程及综合利用要求，根据水库承担的水利任务与调度规则，有计划地对天然入库流量进行蓄泄，制定出水电站及其水库优化运行调度计划。结果以直观的图形和表格形式显示。水库发电调度分为长、中、短期调度。长期发电调度是将较长时期(一年)的有限输入能优化分配到较短时段(月或旬)；中期是以日为时段，制定未来一段时期内的发电计划；而日计划则根据中期运行调度，结合电网的实际负荷需求，制定日内各计算时段(1 h或15 min)电站的预计出力。发电调度部分软件的业务流程如下：开始选择调度模块（长期、中期、短期）读取流量预报、枢纽运行等信息设置约束条件进行调度计算调度方案输出、保存结束3.3 防洪调度洪水调度子系统作为水库常规调度应用的一部分，主要承担了三峡-葛洲坝水利枢纽在三峡围堰发电期（20032007年）调洪演算任务，为调度员提供辅助决策，从而保证水利枢纽工程施工安全和葛洲坝水利枢纽度汛安全。洪水调度子系统是基于三峡（围堰发电期）-葛洲坝水利枢纽梯级调度规程防洪调度部分的基本原则，结合葛洲坝水利枢纽以往调度经验、三峡围堰发电期的防洪原则、三峡围堰施工期的枢纽及机组安装状况作为洪水调度的基本框架，采用三峡梯调中心提供的基本调洪流程（闸门调整、泄量调整）作为调洪细则，引入了最长动门时间约束、闸门启闭顺序、分区开启顺序、库容折减系数等参数，利用高性能的计算机进行调洪演算，从而生成三峡-葛洲坝水利枢纽的梯级防洪调度结果及对应的闸门启闭状况（计算到闸门号、开度）。三峡防洪调度从操作方式上分为两种，常规调度和实时调度。常规调度即由三峡调度规程、葛洲坝调度规程结合闸门各种状态表、三峡梯调中心提供的闸门调整算法实现的调洪过程演算，形成水库调度方案及闸门操作方案；实时调度即按照一定条件生成多个闸门操作方案，用户通过实时调度所提供的人机交互界面选择合适闸门操作方案，利用自动（或手动）下达闸门操作命令，并将闸门操作结果自动（或手段）返回。防洪调度部分软件的业务流程如下：开始选择调度模块（实时、常规）读取流量预报、枢纽运行、发电计划等设置约束条件进行调度计算调度方案输出、保存结束4 结束语（1）该软件系统按实用性要求设计,已成功运用于三峡-葛洲坝水库调度生产上。引用库容差折减系数参数解决动库容和库容曲线误差问题，最长动门时间约束解决了闸门操作计算的实用化问题，下游站水位差、三峡至葛洲坝洪水传播时间等参数的运用较好地解决了生产调度实际要求。（2）发电调度软件是针对三峡围堰运行期进行设计的,防洪调度软件也只考虑水位控制模式。因此进入正常运用时期后，工程可全面发挥防洪、发电、航运等综合利用效益时，软件也应不断地增加新功能。（3）水库调度高级运用还应包括其他如梯级优化调度、动库容调洪演算等功能。通过生产实践不断积累经验，开展课题研究，不断提高水库调度水平，创造更大的效益。三峡葛洲坝梯级水电系统短期优化调度问题是一个多阶段决策过程,因此,适合应用动态规划法来求解.其调度子问题“以水定电”的基本过程概述如下:在一定的调度时间范围内,给定水库库容期初或期末的初始状态,根据水库来水情况和其它约束条件,如何选择调度期用水(或出力)策略,使全过程的发电运行达到最优.三峡电站是一个具有不完全季调节性能的大型水库,三峡葛洲坝梯级水电站不仅存在电力联系,而且存在水力联系.因此,三峡梯级水电厂的“以水定电”短期优化调度是一个具有复杂约束条件的大型、动态、有时滞的非线性系统的优化问题. 基于“视模型为对象”的技术,以及对象分解的基本准则是一个从粗粒度到细粒度的过程.本文通过对三峡梯级电站优化调度模型进行分析,认为该复杂对象是由一系列基本对象和复合对象按数据流的关系组合而成的有机整体.为了解决两库之间存在的“时滞” 问题,首先将优化运行模型分解为两个子模型,周期平稳日优化运行模型和过渡日优化运行模型,然后将子模型分解为一系列基本对象和复合对象.这样处理后,为模型的程序编写、修改、维护与扩展提供了方便,克服了以往模型只是单纯地面向某一应用或缺乏程序的通用性与可移植性等缺点.最后的计算表明了模型的有效性. 二、三峡梯级水电站短期经济运行的数学模型 根据动态规划最优性原理,三峡梯级水电站短期经济运行的数学模型为: (一)目标函数 (1) 从时段末水库蓄水量出发,从t时段到T时段的最优发电量; , 分别表示三峡(葛洲坝)在t时段时蓄水量(和该时段发电用水量()时的发电量; 余留期(从t+1)时段到第T时段)三峡与葛洲坝最优发电量;t表示单位时段,t=T,T-1,2,1, T为调度期. (二)约束条件 1.负荷约束 (2) 式中 , ,分别表示时段时水库(三峡或葛洲坝)的系统负荷下限与上限. 2.电厂出力约束: (3) 式中 , ,分别表示t时段时i 水库的出力下限与上限. 3.发电流量约束: (4) 4.库容约束: (5) 5.水量平衡方程式: (6) (7) (8) 式中,分别表示三峡与葛洲坝在t时段时的弃水流量;,分别表示三峡与葛洲坝在t时段的预报来水;为水流从三峡水库流至葛洲坝电站的流达时间,一般取为常数. 已知条件:调度期初、末水位已知,梯级电站提供的可投入运行的机组型号和台数,以及给定三峡电站一天的用水量等. 由于目标函数(1)中的递推公式既考虑了面临时段的发电效益,又考虑了余留时期的发电效益,因此,通过对模型(1-9)求解,可以制定出各个时段的最优出力决策与相应的库容最优策略集合,从而达到满足发电量最大的要求. 三、模型对象的分析与说明 上述的“以水定电”模型是一个复杂的决策问题,从“视模型为对象”的观点出发,可以把复杂对象分解为最基本的对象并进行功能分析,这些基本对象又成为复杂对象的基本构件.在复杂对象分解的同时,对各个基本对象之间的关系以及它们之间的处理顺序进行综合设计.这样,当复杂对象的大小,结构和内容改变时,不会影响到系统中的基本构件和其他对象.这样处理后,对整个复杂模型的程序设计,运行和维护都带来极大的方便.首先对“以水定电”模型中出现的“时滞”问题预以探讨和说明,然后再对模型结构进行详细分析,给出模型分解和组合的过程以及这种方法扩展的意义. (一)两库之间存在的 “时滞”问题的处理办法 由于葛洲坝在t时段时的入库径流量等于三峡在时段时的发电泄流量加上该时段弃水流量,因此,两库之间存在水力联系和电力联系.这样,如何处理时滞是解决三峡梯级水电站短期经济运行比较关键的一个问题.处理办法是:将优化运行模型分解为两个子模型,周期平稳日优化运行模型和过渡日优化运行模型.经过如此处理后,计算复杂程度略有增加,但计算量并末明显增加,从而为解决“时滞”问题提供了一种现实可行的途径. (二)模型对象的分解与组合 为便于说明,本文以三峡葛洲坝梯级各水库的蓄水量作为状态变量来进行考虑.根据水库库容上,下限约束(5)式,可得三峡状态变量的子空间 ,其中 , 为三峡库容等分的个数.同理,可得葛洲坝状态变量的子空间 ,其中 ,i,为葛洲坝库容等分的个数.这样,时段的分割和状态的分格形成一个网格,从各阶段间网格交点连线组成的调度线群中来选择最优调度线. 从相邻的两个时段(t时段与t+1时段)来分析,可以发现t 时段的某一初始状态Vi同t+1时段的n个状态构成n个可能的调度方案.此时,全时期的发电量等于该时段的发电量与余留期最优发电量之和,并从中选出全时期发电量最大的方案,该方案即为在该初始状态时的最优调度方案.按同样方法,对所有可能的t时期的初始状态,均可分别求出最优调度方案,然后将其记录入余留效应系数表中,以便提供给下一个时段的计算. 进一步地分析表明,最优调度模型的计算实质上是计算一系列相邻两个时段的两个状态(由于状态之间的转移)而产生的发电量或出力(简写为:点点出力)而得出的.也就是说,“以水定电”模型对象可以分解为最基本的对象“点点出力”基本对象的各种组合.“点线出力”对象是“点点出力”对象的自然扩展;而“线线出力”对象则是由“点点出力”对象以及“点线出力”对象组合而成的复合对象;此外,“线点线出力”等对象是在上述对象基础上组合而成的各种复合对象.“点线出力”对象说明的是:相邻两个时段中t 时段的某一初始状态(点)分别转移到t+1时段的n个状态(线)时构成的发电量最大值.“线线出力”对象指的是:相邻两个时段中t 时段的各种初始状态(线)转移到t+1时段的各种可能状态(线)构成的发电量最大值的向量.而“线点线出力”对象可类似说明.(如图1).总之,“以水定电”模型是由一系列“点点出力”、“点线出力”、“线线出力”等对象组合而成的复杂对象. “点点出力”对象 “点线出力”对象 “线线出力”对象 图1:三种对象结构图 需要指出的是,“点点出力”对象的计算应满足约束条件式(3)与(4)(约束条件式(5)自然成立).如果满足约束条件,则记录其出力大小,否则记录其标识(假),此外,根据水库蓄水状态转移方程式(式68),当计算下一时段的相邻两点之间的出力时,只需动态地将数据传递给“点点出力”对象中的参数即可,这样可以对“点点出力”基本对象给予数据和数据操作上的封装和实现.由以上分析可知,“以水定电”复杂对象是由一系列基本对象与复合对象通过类似“搭积木”的方式构建而成的整体.因此,在编写三峡梯级水电厂的“以水定电”短期日优化调度模型的程序时,只需构建基本对象程序模块以及在此基础上一些复合对象程序模块,这样当调度模型结构发生部分改变时(如梯级水电站最优运行模型变为单一水电站最优运行模型等),基本对象程序模块和一些复合对象程序模块可以只作少量的修改甚至不作任何修改,只需按调度模型结构中的数据流向重新对模块进行组织和处理即可. 四、模型测试 根据“以水定电”的模型,以及中国长江三峡工程开发总公司提供的数据资料,本文编制了c+程序,对三峡葛洲坝梯级水电站短期优化调度模型进行了仿真计算.两库之间存在的“时滞”按3.1节的方法来进行,因此,计算工作量大为简化,并为计算程序的编制带来很大的便利.仿真计算表明,计算速度快(如三峡库容状态划分200个离散点,葛洲坝库容状态划分100个离散点,计算时间12s,若状态空间划分愈少时计算时间更短),占用内存少,操作简便,运行效果良好. 五、结语 本文给出了三峡梯级水电系统“以水定电”短期优化调度的数学模型,对模型结构进行了详细地分析和说明,基于“视模型为对象”的技术,将此复杂对象分解为若干较小且容易解决的基本对象和复合对象,在此基础上编写和测试了软件程序.这种方法为三峡梯级水电系统优化运行的软件包的程序编写、修改、维护与扩展提供了方便,具有软件重用与软件可移植等优点.梯级水库的参数辨识型优化调度方法()最优调度函数的确定周晓阳 马寅午 张勇传(华中理工大学)摘 要 本文综合若干合理的水库调度原则，建立了梯级水库的非线性实时调度函数。其参数具有直观性。然后对最优参数进行辨识，从而优选出最优调度规则。由于改进了调度模型的结构，减少了维数灾效应，所以模拟计算取得了好的效果。关键词 实时调度函数，最优调度规则，有限参数辨识。本文于1999年2月24日收到。1 引言文献4概述了水库系统辨识型优化调度理论的思想。实际上，如何结合水库调度知识经验建立合理的调度决策模型(这种决策模型可以用面临时段的实时调度函数来刻划)是辨识型优化调度理论的重点和难点。在现有文献中很少涉及到这一问题，例如隐随机方法常采用出力与初库容、来水的线性函数关系作为实时调度函数3，缺乏机理分析。本文采用灰箱建模法来建立实时调度函数。即通过机理分析把握问题的已知部分并在建模时予以充分利用，而问题不清楚部分则依据某些准则由优化算法和历史水文数据所呈现的统计规律所决定。显然，对问题了解的越深入(水库调度的知识经验掌握的越多)，建立的决策模型就越合理，所得到的实算效益可能就越大。 水库调度是一个复杂的系统工程，作为初步研究不使问题复杂化，暂不考虑诸如灌溉、航运等因素，而仅考虑防洪、供电问题。这时水库的运行需遵循“一安全、二可靠、三经济”的原则。在工程中常采用在汛期制订汛期限制水位的方法将防洪目标转化约束处理。这时问题简化为在保证系统能够正常供电的前提下，追求经济效益的最大化(如年平均发电量越多越好或其它的最优性准则). 本文以清江水布垭隔河岩高坝洲梯级水库系统的长期发电优化调度(流达时间可以忽略)为背景研究辨识型优化调度方法。所采用步骤是，首先建立面临时段实时调度函数：即建立作为决策的面临时段末库容与时段初库容时段来水的函数关系(以旬为时段单位，一年有36个时段，每一时段均可建立这样的实时调度函数).然后通过求解在一定的保证率约束下追求发电效益最大(当然也可使用其他的优化准则)的优化问题优选出最好的调度函数。然后采用长委会提供的25年径流资料，以这种最好的实时调度函数进行逐时段模拟实时调度，进行数值验证。在实时调度函数的建立中，主要考虑了以下的定性水库调度原则：高水位原则：在保证系统正常供电要求的前提下，维持尽可能高的水库水位，使水库系统有较高的水头。 全箱库能增益原则：文献4研究了梯级水库能量转换特点。按文献4的分析，对梯级水库，应采用全箱库能增益转换策略，使水库的潜能得到充分释放和利用。在汛期采用汛期限制水位对水位进行约束以满足防洪的需要，但采用上述两个原则可能产生大量无益弃水而导致能量浪费。所以需进一步考虑如下的减少无益弃水原则。减少无益充水原则：在汛前适当降低库水位，尽可能减少无益充水以充分利用水能。采用高水位原则的理由是：(1)在满足系统正常供电的前提下，使水库维持尽可能多的水库能可在供水期释放，这利于水库系统维持较高的保证率水平。(2)相同的发电流量在较高水头下所发出力较大，这意味着将获得更大的发电效益。所以高水位原则也可解释为使水库系统保持较大蓄能原则，而全箱库能增益转换原则又进一步考虑了水库潜能的利用问题。显然它们与减少无益弃水原则是相互冲突的，因此需设法调和此种冲突。以上三个原则是定性的，因而是较粗糙的。例如对于高水位原则，很难具体的指出哪一个水库应维持高水位。可能存在不同的水位分配合理模式均可体现高水位原则。而本文将此原则与文献4研究的全箱库能增益转换策略结合使用，将给出一种具体模式。我们的目的仅是探索建立一种合理的实时调度函数，而实际上，这种调度函数的形式不会是唯一的。另外，采用何种标准来体现减少无益弃水原则中“适当降低库水位”的要求也与所追求的优化目标有关，将在后面加以论述。本文采用的研究步骤为(1)基于对高水位原则的分析，确定面临时段末库容的初态。(2)由于末库容的初态不一定能够使梯级水库的出力达到联合保证出力，所以本文研究了用全箱库能增益转换原则将联合保证出力分配到各库的技术。(3)对确定末库容初态的方案加以改造，通过引入直观性强的参数对末库容加以控制，吸纳了“减少无益弃水原则”，由此建立了合理的非线性实时调度函数。(4)利用所建立的调度函数，求解在一定保证率水平约束下追求年均发电量最大的优化问题(以此为标准实现在汛前适当的降低水位的减少无益弃水原则)，优化出最优参数，得到最优调度函数。(5)数值验证。以水布娅 隔河岩 高坝洲梯级水库群的25年水文资料进行数值模拟实时调度(最优回检).以检验方法的正确性。2 确定末库容初态的调度方案 设vC(j),vM(j),u(j),d(j),q(j),Zd(j)分别为面临时段第j库的初库容，末库容，发电流量，弃水，区间来水和下游水位。Zj(v)为第j库的水位库容函数。记，,Wj分别为第j库的死库容，库容上界(库容上界在汛期指限制库容、而在其它时段则指正常蓄水位所对应的库容值)和水轮机的最大过水能力，j=1,2,m,按自上而下的顺序编号。为简洁起见我们仅讨论3个水库的情形，即m=3. 末库容的确定将体现高水位原则。给定面临时段的来水和初库容，如果将来水尽可能的存入水库中，则梯级水库系统向外输出发电能是最小的(为保证正常供电，仅输出保证出力)，这时直观上，水库应维持最大的蓄能。对于单个水库，这种最大蓄能与水库维持尽可能高的水位是相对应的，因而较易实现。但对梯级水库，问题就变得复杂起来。为此可采用松弛法，即先忽略联合保证出力约束(即先不考虑系统正常供电的要求)，单纯考虑如何“将来水尽可能存入库中”的实现方案，这时梯级水库可能不向外输出发电能，所以在后面将作进一步调整。所谓“将来水尽可能的存入库中”是指：(1)当水库可容纳全部来水时，将来水全部存入库中，水库不输出发电能；(2)当来水不能全部存入水库中时，把水库蓄满后，并将多余水量转化为发电能。对于梯级水库，可由上游至下游按此法对各库作同样的处理。由此对面临时段给定的梯级水库的来水和初库容，便确定了时段末库容的初始状态。由于输出水量较小，所以水库系统具有较大的蓄能，这就体现了高水位原则。而且直观上这样的处理也将使系统有较大的水库潜能。下面的调度方案描述了末库容初态的确定方法。为了便于理解，我们在后面仅对3个水库组成的梯级水库系统加以论述，不难将所得的结果推广的一般情形。【调度方案1】(面临时段末库容初态的确定)输入：面临时段梯级水库的初库容向量C=(vC(1),vC(2),vC(3)，区间来水向量=(q(1),q(2),q(3); 输出：面临时段末库容初态，记为.(1)对于第1库，来水为q(1)，库中已有的存水为vC(1)，故其总的可用水量(水库存水加来水)为vC(1)+q(1),将所有可用水量尽可能存入库中，则可按如下方式确定末库容初态(1):若水库可容纳来水，即vC(1)+q(1),则将来水全部存入水库中，所以末库容为M(1)=vC(1)+q(1),(相应的，该库放水为=0) 若水库不能完全容纳来水，即vC(1)+q(1),则让水库蓄满，并通过发电输出多余水量，所以末库容等于库容上界，即=1,(相应的放水为(1)=vC(1)+q(1)-). 综合之有=maxvC(1)+q(1),(1)=maxvC(1)+q(1)-,0(2)再确定第2库末库容初态。第2库的输入水量由第1库的下泄水量(1)和区间来水q(2)组成，而初库容为vC(2).同第1库情形一样，若水库可容纳来水，则将来水全部存入水库中；否则让水库蓄满，并通过发电输出多余水量。因