（水文学及水资源专业论文）梯级水电站群优化调度图研究及应用.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 近年来随着我国巨型梯级水电站群集中建成 如何充分发挥这些水电站群作用和效 益 急需科学 实用的梯级水电站群发电优化调度图做指导 但目前的研究大都集中在 单库调度图 切实可行的梯级水库群发电调度图制定方法并不是多见 和单库调度变量 简单 目标单一不同 梯级水库群调度往往具有维数大 目标多的特点 绘制调度图时 最大的难点是如何将梯级联合调度的思想融入其中 以发挥联合调度的优势 本文以乌 江流域梯级水电站群为实例 分别运用隐随机优化调度算法和模拟逐次逼近混合算法对 调度图进行了研究 同时针对径流资料短缺的问题 对流域的径流过程进行了模拟 以 便为调度图制定提供更加全面的信息 主要内容如下 1 采用自回归滑动平均模型和典型解集模型 分别对乌江流域6 个主要电站的年 径流量和月径流进行模拟 经过对模拟结果进行了分析和检验 表明模型实用性较好 2 运用隐随机优化调度方法绘制了梯级水库群总调度图 即在逐步优化算法对长 系列资料运行基础上 采用回归分析获得状态变量和决策变量的调度函数 最终绘制出 水库群总调度图 3 结合我国开发得较为完善的乌江流域梯级水电站群 提出了一种实用的梯级水 电站群发电优化调度图制定方法 该方法以单库调度图为基础 综合形成初始的库群调 度图 并根据两种调度图对长系列资料逐时段计算 获得两种负荷结果 最终运用库群 负荷分配调整负荷偏差 进行模拟调度 然后以模拟调度统计的多年平均发电量最大为 目标 采用逐次逼近算法不断修正两种调度图的基本调度线 最终获得满足精度要求的 单库调度图和库群调度图 模拟调度结果表明所建立的方法有效 实用 在兼顾电网对 电站要求的基础上 大大提高了梯级长期发电效益 最后对全文做了总结 并对有待于进一步研究的问题进行了展望 关键词 优化调度图 梯级水电站群 径流随机模拟 梯级水电站群优化调度图研究及应用 t h es t u d ya n da p p l i c a t i o nf o ro p t i m a lo p e r a t i o nc h a r to fc a s c a d e r e s e r v o i r s a b s t r a c t w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fg i a n tc a s c a d er e s e r v o i r sc o n s t r u c t i o n h o wt oe f f i c i e n t l yu t i l i z e t h e s ec a s c a d e dh y d r o e l e c t r i cp l a n ti sb e c o m i n gai m p e r a t i v ep r o b l e m a n dm e ya r ei nu r g e n t n e e do fs c i e n t i f i ca n dp r a c t i c a lo p t i m a lo p e r a t i o nc h a r tf o rc a s c a d er e s e r v o i r st o g u i d e h o w e v e r t h ec u r r e n ts t u d yf o c u s e do ns i n g l er e s e r v o i ro p e r a t i o nc h a r t a n de f f e c t i v e m e t h o df o rd r a w i n go p e r a t i o nc h a r to fc a s c a d e dh y d r o e l e c t r i cp l a n ti sf o u n ds e l d o m c o m p a r e dw i t hs i n g l er e s e r v o i r s i m p l ev a r i a b l e sa n ds i n g l et a r g e t c a s c a d er e s e r v o i r sp o s s e s p r o p e r t i e so f m u l t i d i m e n s i o na n dm u l t i o b j e c t i v e h o wt oj o i n tt h ei d e ao fu n i t e do p e r a t i o n t oo p e r a t i o nc h a r ti no r d e rt os h o wt h ee x c e l l e n ta d v a n t a g ei sd i f f i c u l t y m 廿lt h ec a s c a d e h y d r o p o w e rs t a t i o n si nt h ew 坷i a n gr i v e r 筋a l le x a m p l e t h i sp a p e rr e s p e c t i v e l yu s et h e i m p l i c i ts t o c h a s t i co p t i m i z a t i o ns c h e d u l i n ga l g o r i t h ma n dt h ed y n a m i cp r o g r a m m i n g s u c c e s s i v ea p p r o x i m a t i o n d p s a b a s e ds i m u l a t i o nt os t u d yo p e r a t i o nc h a r t b e c a u s et h e l e n g t ho ft h er u n o f fs e r i e si sn o tl o n ge n o u g h t h er u n o f fp r o c e s s i ss i m u l a t e dt oo f f e rm o r e c o m p r e h e n s i v ei n f o r m a t i o nf o rm a k i n go p e r a t i o nc h a r t t h em a j o rr e s e a r c hw o r k i so u t l i n e s 笛f o l l o w s 1 1 1 1 ea u t o r e g r e s s i v em o v i n ga v e r a g e a r m a m o d e la n dt h ed i s a g g r e g a t i o nm o d e li s p r o p o s e df o rt h ey e a r l ya n dm o n t h l yr u n o f fs i m u l a t i o no ft h ec a s c a d e dh y d r o e l e c t r i cp l a n to n t h ew u j i a n gr i v e r r n l ea n a l y s i sa n dt e s to ft h es i m u l a t i v er u n o f fs e r i e sa r ee s t a b l i s h e da n d t h er e s u l ts h o w st h a t t h ep a r a m e t e r sa r er e a s o n a b l ea n dt h em o d e li ss u i t a b l ef o rt h es t o c h a s t i c g e n e r a t i o n 2 i m p l i c i ts t o c h a s t i co p t i m a lo p e r a t i o nm e t h o di su s e dt od r a w i n go p t i m a lo p e r a t i o n c h a r to fc a s c a d er e s e r v o i r s f i r s t t h ep r o g r e s s i v eo p t i m a l i t ya l g o r i t h mo p t i m i z et h el o n gr u n o f f s e r i e s t h e n b a s e do nr e s u l t o p e r a t i o nf u n c t i o no fd e c i s i o n m a k i n gv a r i a b l e sa n ds t a t e v a r i a b l e si so b t a i n e du s i n gr e g r e s s i o na n a l y s i s f i n a l l y t h et o t a lr e s e r v o i ro p e r a t i o nc h a r ti s w o r k e do u t 3 i nt h i sp a p e r a 1 1a p p r o a c ho fw o r k i n go u tt h eo p t i m a lo p e r a t i o nc h a r tf o rc a s c a d e r e s e r v o i r si sp r o p o s e da n da p p l i e dt oh i g h l yd e v e l o p e dw u j i a n gr i v e rh y d r o p o w e rs y s t e mi n c h i n a b a s e do ni n i t i a lt r a d i t i o n a lo p e r a t i o nc h a r t sb o t l lf o rs i n g l er e s e r v o i ra n df o rc a s c a d e r e s e r v o i r s p o w e rr e s u l t so fe v e r ys i n g l ep l a n ta n dc a s c a d es y s t e ma r eo b t a i n e d t h e na l o a d d i s p a t c h i n gs t r a t e g yo fc a s c a d er e s e r v o i r si su s e dt or e g u l a t et h ep o w e r v a r i a n c eb e t w e e nt h e i i 大连理工大学硕士学位论文 s u mp o w e ro fs i n g l ep l a n t sa n dt h ep o w e ro fc a s c a d es y s t e m b yu s i n gt h i sp r o g r a m c o n t i n u o u s l y s t i m u l a n tp r o g r e s so fh i s t o r yr u n o f f d a t ai so b t a i n e d o n 血eb a s i so fs t i m u l a n t r e s u l t s t h ed y n a m i cp r o g r a m m i n gs u c c e s s i v ea p p r o x i m a t i o ni su s e dt om o d i f yt h eb a s i c p a r a m e t e r so f t h et w ok i n d so f o p e r a t i o nc h a r ta c c o r d i n gt ot h eo b j e c t i v eo f e n e r g ym a x i m i z i n g b yc o m p a r i s o nw i t h t r a d i t i o n a le f f o r t t h i sa p p r o a c hc a ng e ti n t e g r a t i v eo p t i m a lo p e r a t i o n o h a r t sf o rs i n g l er e s e r v o i ra n dc a s c a d es y s t e m a n da v o i df u s s yc o m p u t a t i o na n dr e p e a t e d l y m o d i f i c a t i o n t h es t i m u l a n tr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ep r o p o s e da p p r o a c hi sv a l u a b l ea n df e a s i b l e b yi m p r o v i n gp o w e rg e n e r a t i o nb e n e f i t sg r e a t l yc 0 r l s i d e 血gt h ep o w e r 鲥dr e q u i r e f i n a l l y as u m m a r yi sg i v e na n ds o m ep r o b l e m st ob ef u l 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 o p t i m a to p e r a t i o nc h a r t c a s c a d e dh y d r o e t e c t r i cp t a n t r u n o f f s t o c h a s t i cg e n e r a t i o n i 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 也不包含其他已申请 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 拯丝垄也五匕鲜丝丝鲴重囤绍笕昼盔单 作者签名 扬凰整日期 二蛆年 五月 乏日 大连理工大学硕士学位论文 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 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1选题的背景和研究的意义 水电作为一种清洁环保的可再生能源 具有运行成本低廉 机组起停灵活 调峰调 频能力强等突出优点 已成为国内外首选开发能源 我国是世界上水能资源总量最多的 国家 l 其水能资源主要集中在十三大水电基地 而河流集中 落差显著的西南地区以 可开发水能资源占全国6 1 3 8 成为水能资源最丰富的区域 随着梯级水库群联合调度在经济和社会效益方面的巨大优势越来越受到关注 我国 逐步从孤立的单一电站开发模式转变为以整个流域为单位 滚动开发梯级水库群的新开 发建设模式 目前 以西南地区为代表 正在形成乌江 澜沧江 雅砻江 金沙江 大 渡河等规模巨大的干流梯级水电站群 在上述干流梯级水电站群中 乌江规划1 1 级电 站 总装机超过l1 0 0 万k w 是我国水能资源开发得较早的河流 其干支流上目前已有 6 座大中型水电站 到2 0 1 4 年前将建成9 座梯级水电站群 澜沧江干流中国境内规划按 1 5 级开发 总装机超过2 5 0 0 万k w 雅砻江规划开发2 1 级 总装机接近3 0 0 0 万k w 金沙江干流大于1 5 万k w 的水电站就规划了2 l 座 总装机超过7 0 0 0 万k w 大渡河也 规划了2 2 座梯级水电站 总装机超过2 3 0 0 万k w 这些梯级水电站群具有级数多 装 机大 输送电范围广等特点 它们的运行管理不仅直接关系到工程经济效益发挥 而且 水电站的安全运行对电网的安全稳定运行的影响也越来越大 也关系到河流两岸防洪 供水 生态 环境等方面 水电站群调度运行方式作为指导其实际操作的有效工具 是水电系统日常运行和管 理的基础 更成为水库群效益发挥的关键 但目前为止 还没有形成一套完整有效的水 电站群调度运行方式制定理论 对其应用缺乏深入的研究 致使梯级水库群的调度基本 上停留在依靠经验或者单一水库调度阶段 难以充分发挥其补偿调节带来的巨大效益 水电站群调度运行方式制定主要是在充足的径流资料基础上 通过合理的模型方法 挖掘隐含的优化运行策略 当水电系统规模扩大后 梯级水库群高维联合运行模型求解 面临的不仅是各种复杂性的约束和限制条件 庞大的径流数据更是对其效率和可行性提 出了严峻的挑战 实际运行对调度运行方式的度量标尺选择 实时更新和自动修正及其 与水电调度决策支持系统融合等方面也提出了更高的要求 同时 直接决定调度运行方 式准确度的径流信息也面临不够完整 连续性差的问题 如何利用先进径流预报成果也 是其不可避免的问题 目前 在国家节能发电调度的大背景下 水电站群调度运行方式 确定还面临着一系列新问题 突出的表现为新的优化准则的确定以及如何与火电等其它 梯级水电站群优化调度图研究及应用 能源形式相协调以符合节能要求等 在这样的情况下 如何针对水电系统调度的特点 建立符合实际需要的调度方式制定模型和求解方法并将其应用于水电调度运行决策支 持系统中 是水电优化调度领域亟待解决的关键性问题 1 2 径流随机模拟研究现状 径流随机模拟是把实测径流序列作为样本 以此来估计一种数学模型 然后用此模 型生成充分长的径流序列 以对未来径流做出预估 该技术是建立在统计数学 气象与 气候学以及天体理论等多个学科理论基础上 用于对径流要素进行预测的 l j 科学 它 首先要确定一个径流序列所包含的成分 并分离这些成分 然后按所确定的成分建立适 当的数学模型 再以模型为基础 进行检验分析 并选择最优模型 生成径流序列 2 其中模型结构是否合理 参数估计方法是否稳健 是径流随机模拟的关键所在 目前它 的主要研究对象是日径流量 旬径流量 月径流量 年径流量和定时段洪量及其分配 随着人们对径流随机模拟本质和科学作用的认识得到全面提升 它被广泛应用于防洪安 全设计 风险分析 水利工程规划 调度及经济评价等各个方面 水文随机模拟技术最早可追溯到2 0 世纪2 0 年代末 但是直到1 9 6 1 年b r i t t a 将马尔 柯夫模型用于年径流模拟和1 9 6 2 年t h o m a s f i e r i n g 将季节性马尔柯夫模型用于月径流 随机模拟时 标志着水文随机模拟技术的形成 3 经过几十年的发展 径流随机模拟理 论日渐成熟 出现了一大批有代表性的著作 4 文献 从应用研究现状看 随机模型大体有三类t 线性参数随机模型 非线性参数随机模 型以及非参数或半参数随机模型 随着研究的不断深入和计算技术的发展 已经出现了 很多基于人工智能方法的模型 这些智能算法有人工神经网络 5 模糊分析 6 j 灰色系 统分析 小波分析 混沌理论 遗传算法等以及他们的相互耦合 目前径流随机模拟有 如下几类模型1 7 j 1 线性参数随机模型 线性参数随机模型一般是对研究对象的相依形式 线性 和概率分布形式 正态 对数正态 p 型分布等 进行了假定 然后用有限个参数的特定函数关系来描述 线 性参数随机模型相对简明 应用方便 它又可以分为单变量线性参数随机模型和多变量 线性参数随机模型 单变量线性参数随机模型包括常用的比较成熟的线性平稳随机模型 季节性随机模 型 前者的典型代表为具有短持续相关结构的a r m a p q 类模型和具有长持续性相 关结构的分数高斯噪声模型 后者的典型代表为季节性自回归模型和解集模型 而解集 一2 一 大连理工大学硕士学位论文 模型又分为典型解集模型和相关解集模型 同时还存在一种介于线性平稳随机模型和季 节性随机模型之间的改进模型 分期平稳自回归模型 多变量线性参数随机模型从2 0 世纪6 0 年代中期开始出现 6 0 年代后期提出了多变 量一阶自回归模型 7 0 年代初期出现了多变量高阶自回归模型 随后产生了多变量一阶 自回归滑动平均模型 与此同时解集模型也提了出来 除此以外 还有人建议多变量分 数高斯噪声模型和多变量折线模型 当前多变量模型有多变量自回归模型 多变量分数 高斯噪声模型以及多变量折线模型等 其中应用最为广泛的是多变量一阶自回归模型和 空间解集模型 目前线性参数随机模型中有3 类径流随机模拟模型比较成熟 包括回归模型 解集 类模型和具有物理基础类模型 下面详细予以介绍 刘权授等 8 用多阶自回归月径流随机模型对我国自南向北主要河流的控制站进行研 究 以工程上常用的水利指标作为检验 以3 0 4 0 a 为计算长度 对一模型进行检验 认 为多阶自回归月径流随机模型在这些测站能够通过实测资料检验的 是可行的 邓慧萍 等 9 在现有随机模型基础上 通过分析月径流与日径流量的统计关系 提出了按月径流 大小分组建立的日流量随机模拟模型并用于气候变化研究 该模型包含了更多的气候变 化对日尺度水文时间的影响信息 张明等 lo 从多年调节综合利用水库入库径流随机模拟 的特点入手 利用平稳随机模型和季节性随机模型建立了适用的混合随机模型 李友辉 等 l l 使用一阶自回归模型模拟生成年径流序列 使用相关解集模型在年径流模拟的基础 上生成月径流序列并在潇湘水库入库流量的模拟中取得了较好的效果 袁宏源等 l2 j 考虑 年 月径流分类的模糊性建立了多站径流随机模拟的模糊自回归模型 m e h e o t r a 等1 1 3 用空间解集模型把平均降雨量随机分成点降雨量 并与频率分析法 相关法对比 1 9 9 0 年k o u t s o y i a n n i s 1 4 建立了动态解集模型 并应用于短时段降雨解集 1 9 9 2 年该作者又对动态解集模型进行了深入研究 并随机模拟了多站降雨和径流 s a l a s 15 1 和s a n t o s 16 研究了逐步式解集模型 其思路是逐步将总量分解成两部分 当前 分量和余下待分配的总量 直至所需要的各分量 具有物理意义的随机模型研究进展不大 1 9 9 0 年清华大学对散粒噪声进行论文改进 并用于宜昌站洪水随机模拟 1 7 缪韧等 i s 应用伊藤型随机微分方程建立了具有水文物理 参数的日流量随机模型 由于水文系统受气候 地形 地貌 植被和人文等因素影响 是十分复杂的非线性的开放巨系统 因此赋予参数一定物理意义 既是一项比较困难的 工作 也是目前研究的重要前沿的问题 2 非线性参数随机模型 梯级水电站群优化调度图研究及应用 传统的随机模型一般都是线性的 而水文系统是非线性的 为客观描述水文序列的 非线性特征 近年来 众多学者对非线性随机模型进行了研究 并取得了不少理论及应 用方面的成果 门限自回归模型结构简单 概念清楚 可用于反应径流在时间序列上的 非线性特征 王文圣等 1 9 将门限自回归模型引入日流量过程随机模拟 结果表明模型能 很好地表征日流量的变化特征 袁鹏等 2 0 将双线性模型首次引入随机水文学中 介绍了 模型的结构和参数估计方法 并用于洪水期日流量随机模拟 实例表明双线性模型是可 行的 r a m a n 2 将人工神经网络模型用于印度多水库入库月径流序列随机模拟 并与 多变量自回归模型进行了对比 研究表明 神经网络模型优于自回归模型 杨荣富等人 捌提出了一种基于水量平衡和非线性水库的水文模拟神经网络 该网络的结构和参数具 有明显的物理意义 克服了b p 网络在水文模拟上的缺陷 初步试用获得了较好结果 王文圣等团j 首次将指数自回归模型用于随机水文学 并在洪水预报中进行了试用 取得 了较好的成果 金菊良等 建议了指数自回归模型参数估计的遗传算法 并用于日径流 预测 3 非参数随机模型 上述随机模型都是对水文序列的概率分布 正态分布 p i t l 分布 和相依形式 线 性或非线性 作了适当简化和假定的 因而有其自身的缺陷 为此 提出了非参数随机 模型途径 非参数模型避免了序列相依结构和概率密度函数形式的人为假定 是一类数 据驱动的 不需识别模型参数的随机模型 它主要包括最近邻抽样随机模型 基于核密 度估计的单变量非参数模型 基于核密度估计的多变量非参数模型 基于核密度估计的 非参数解集模型和基于小波变换的组合随机模拟模型 对于独立时间序列非参数模拟 主要有b o o t s t r a p 自展法 和j a c l d c n i f e 刀切法 两种方法 f o t j n 2 5 j 从贝叶斯观点出发构造了非参数贝叶斯模拟方法 该方法用于独立 同分布序列模拟研究 取得了有价值的结果 对相依水文序列的非参数随机模拟最近十几年取得了较大的进展 u p m a n u 2 6 黜 了非参数最近邻抽样模型 并首次将它用于水文相依时间序列随机模拟中 袁鹏等人 2 7 1 提出了最近邻抽样扰动模型 在水文序列随机模拟时进行了扰动 实现了合理的内插和 外延 单站和多站洪水随机模拟表明建议模型是有效的 s h a r m a 2 8 使用非参数一阶马 尔柯夫模型 n p 1 分别对a r 1 和s e t a r 1 模拟的序列进行统计试验 结果 表明 n p 1 能逼近资料的真实分布 能保持总体的线性或非线性相依关系 u p m a n u 2 9 构造了核密度估计干 湿长度的随机模型 并用于单站日降雨量的模拟 表明核密度估计模型是优良的 可用于降雨量模拟 王文圣等唧 基于核密度估计理论构 一4 一 大连理工大学硕士学位论文 造了单变量多阶非参数随机模型 将其用于金沙江屏山站日径流过程随机模拟 适用性 分析表明是合适的 随后又以金沙江流域屏山站和宜宾一屏山区间两站日流量过程同时 进行多变量非参数随机模拟 由于模拟序列来自于实测样本又不同于实测样本 因而可 很好的保持日径流过程的各种统计特性 3 4 基于人工智能方法的模型 它属于半参数类随机模型 但由于近年来这类模型在水文水资源系统中的影响越来 越广泛 成为探索更合适 更有效的随机模型是重要的研究方向 故单独在此予以介绍 1 9 6 5 年 美国控制论专家 数学家查德发表 模糊集合 标志着模糊数学的诞生 从8 0 年代开始 模糊分析方法被广泛应用于水文水资源领域 水文气象要素存在大量 的模糊性概念 是系统的真实体现 而传统的精确性描述方法却难于展现 同时在水文 要素预报领域 经验丰富的预报员能够做出令人满意的预报 而传统的数理统计方法难 以容纳和描述人的经验 模糊数学则能够很方便地描述人的经验 陈守煜等 3 2 j 首次将模 糊控制原理应用于径流预测中 随后在水利 水文 水资源与环境科学领域中进行了模 糊集的应用研究 并将模糊集分析与系统分析结合起来 形成了一个新的模糊随机系统 分析体系 3 3 蚓 包括模糊模式识别模型 模糊聚类模型 并在此基础上建立了模糊模式 识别预测模型3 5 以及长期径流综合分析理论模式与方法 3 6 这些研究为提高预测精度 提供了一条新的途径 但由于信息模糊化带有明显的主观性 使模糊分析的应用受到了 一定的限制 9 0 年代以来 人工神经网络在径流模拟中的应用逐渐增多 吴超羽等阳认为人工 神经网络模型具有生物神经网络的一些特性 能够 学习 因此易于应用在各种类型的 流域系统 能够有效地模拟本质为非线性的实际水文系统 k a n m a n i t h i 掣3 8 应用人工神 经网络进行了河川径流研究 胡铁松等 3 9 对人工神经网络在水文水资源中的应用现状作 了全面的介绍 并认为神经网络为一些复杂水文水资源问题的研究提供了一条有效的途 径 丁晶等 删尝试应用人工神经网络模型预测兰州站过渡期的月径流量 结果表明 人 工神经网络模型用作过渡期径流预测可行 且效果优于多元回归方法 徐留兴等1 4 l 采用 改进的e l m a n 递归神经网络对岷江紫坪铺站的天然月径流进行预测分析 结果表明该模 型应用在紫坪铺水文站的月径流预测中是合理 可行的 影响人工神经网络拓扑结构的 因素众多 且参数优选理论发展不甚完善也制约了人工神经网络模型优势的发挥 使之 在应用推广方面遇到了一定的困难 由于水文要素中不确定性成份较多 如系统本身的复杂性 变化的随机性以及人类 认识的不完善性等 且各种成分难以严格区别 即部分信息清楚部分信息不清楚 基于 这一事实 1 9 8 2 年邓聚龙创立灰色系统理论 将水文过程看成一个含有灰信息和灰元素 梯级水电站群优化调度图研究及应用 的多因素影响的灰色系统 李正最 4 2 j 认为灰色静态模型g m o h 与多元线性回归模 型在模型形式与参数辩识 方法处理等方面是相同的 因此 两种模型用于水文变量相 关分析所得结果一致 谢科范 4 3 1 认为灰色系统理论在某些方面存在不少缺陷 与回归分 析相比短期预测结果较好 长期预测结果欠佳 夏军i 删基于时间序列多重信息利用的扩 维原理和灰色系统理论的关联分析思想 提出一种适合于缺乏输入因子资料或选择影响 因子有困难条件下的预测方法 由于灰色系统模型特点比较适合具有指数增长趋势的问 题 对于其他变化趋势会出现拟合灰度较大而导致精度难以提高的现象 同时灰色系统 理论体系尚不完善 正处于发展阶段 它在预测中的应用多属于尝试和探索性质 2 0 世纪8 0 年代初兴起的小波分析具有时频多分辨功能 能充分挖掘水文序列中的 信息 近年来 小波分析在水文学中获得很好应用 4 5 1 从实际应用中看 小波分析在中 长期水文预测研究中的应用主要体现在以下两点m 4 7 j 1 用于分析水文序列的变化 特性 检测水文序列的周期 2 对水文序列的各种成分进行分解并通过重构随机模 拟序列过程 从而进行有效的预测 王文圣1 4 8 利用at r o u s 算法将日流量过程分解成几 个小波序列和一个尺度系数序列 再根据主周期将小波变换序列分解 经无条件随机抽 样获得大量组合 最后由逆变换得到模拟日流量过程 衡彤f 4 9 l 等人以屏山站年径流过程 为例 将小波分析与随机理论结合 提出了基于小波变换的组合随机模型 赵太想 则 等人将小波分析的滤波技术与改进的非参数解集模型结合 提出了基于小波消噪的非参 数模型 并应用于月径流随机模拟中 取得较好成果 需要指出的是 小波分析理论和 方法还处于发展阶段 远未成熟 其在水文水资源中的应用才刚刚开始 还有许多工作 有待深入 5 l 混沌理论认为 客观事物的运动除定常 周期 准周期运动外 还存在着一种更加 普遍的运动形式一混沌运动 即一种由确定性系统产生的 对初始条件具有敏感依赖性 永不重复的 回复性周期运动 大多数水文现象的运动特征都具有确定性的一面又具有 随机性的一面 应用混沌理论 将能打破以往传统分析中单一的确定性分析和随机性分 析 建立将两者统一起来的混沌分析法 使水文工作有所突破 b r e a f o r d 等 5 2 首次将混 沌理论应用于融雪径流的研究 认为嵌入空间求取饱和关联维数的方法能鉴别低维混沌 系统 但其结果表明融雪径流是具有很多自由度的随机行为 支持用随机模型描述径流 s i v a k u m a r 5 3 j 基于确定性的混沌理论建立了二阶局域预测模型 并应用于巴西a r a g u a f i 流域的月径流预测 结果验证了模型的可行性 也得出该流域的月径流动力系统具有低 维混沌特性的结论 赵永龙 丁晶等 5 4 j 利用小波网络模型 将混沌重建相空间理论和小 波网络模型相结合 对金沙江屏山站汛期日径流量进行拟合和预测 陈南祥 黄强等阁 一6 一 大连理工大学硕士学位论文 以汉江石泉水库逐月平均入库径流序列为例 建立了径流时间序列相空间重构与神经网 络耦合预测模型 计算结果表明 模型有较高的预测精度 国内外发表的文献表明 混 沌理论在水文中的应用还只进行了一些初步探索工作 大多数新方法还未涉及 遗传算法 g p 是一种新的演化算法 可以用来实现问题求解自动实现 目前在水 文中的应用也引起关注 金菊良 5 6 等人将遗传算法和随机模型结合 提出了用遗传算法 估计门限自回归模型参数的简便方法 为门限自回归模型在随机模拟中的应用奠定了基 础 金菊良等人网将遗传算法用于双线性模型参数的估计 王文川等 袁晓辉等将其应 用于径流预测建模 取得了较好的效果玲嚣t 驯 1 3 水电站 群 调度规则制定研究现状 水电站群调度规则制定是一个典型的大规模 多维度 多目标 多阶段的复杂非线 性优化问题 它以系统工程学为理论基础 利用现代计算机技术和各种优化技术 寻求 满足调度原则的满意的调度策略 以指导水电系统运行 水电站群调度规则制定实质上 是考虑各种约束条件和库群间的相互联系 利用径流调节理论 水能计算方法以及各种 传统 优化方法 从历史径流中挖掘隐藏的优化运行规律 它主要需要解决两个方面的 问题 c 何时调度 及相应的 调度策略 6 唧 前者决定了调度规则中的临界点 6 3 6 4 后 者决定了实际调度中具体的蓄放水方式 水库群调度规则确定的重点和难点在于界定标 尺的选择以及对于有着复杂水力电力联系的水电站群系统优化建模与求解 其模型效 率 稳定性与可行性至关重要 水库调度规则与入库径流过程紧密相关 其制定主要是基于以往历史径流序列或人 工生成的径流序列 因此 从理论上讲采用隐随机优化方法求解最合适 自从1 9 6 2 年 d o r f m a n 6 s 首次提出水库优化调度隐随机线性规划模型以来 它也成为水库规则问题诞 生后主要的研究方向 正是由于水电站群的确定性优化方法是作为隐随机优化调度的一 个重要组成部分 对水电站群调度规则的研究也伴随着优化方法求解体系的成熟而不断 发展 由于巨大的理论价值和应用价值使得几十年来求解该问题出现了多种方法 一直 是众多水利专家学者的研究热点 出现了一批学术专著 6 6 6 9 1 对水电站群调度规则研究最开始是从单一水库的常规调度开始 随着水电站水库规 模的不断扩大 由多个调节性能较好水库组成并实行统一管理调度的水库群越来越多 以及各种形式的新模型与新算法相继出现 使得目前的研究已经开始向梯级水库群延 伸 梯级水电站群优化调度图研究及应用 1 3 1 单一水电站调度规则 水库的调度规则具有不同的度量标尺 对于单一水电站而言 由于通过水位 库容 便于判定调度时机而成为主要的度量标准f 舐彻 其特点是具有不连续性 7 n 自从1 9 6 7 年y o u n g 针对单一水库调度首次提出隐随机优化的方法以来 该方法广泛应用于水库调 度规则的研究 从表现形式上看 主要偏重于调度函数和调度图 调度函数是将径流序列 确定性优化方法得到的最优运行轨迹以及决策序列作为水 库运行要素的实验观测数据 通过回归分析等方式 获得调度决策与运行要素之间的回 归方程 以指导水库调度运行 上世纪七八十年代 对调度函数的研究成为热点 受到 众多学者关注阮7 3 1 2 0 0 8 年 k a r a m o u z 和恕醒1 1 i n e j a d 7 4 为研究旱季农业用水 利用历 史水文数据对伊朗某水库进行实时模拟调度 得到长期预报预测枯水季用水策略 由于调度函数在面临实际水库状态时 只能够做出唯一一个调度决策 这就使得调 度本身存在很大的风险性和不确定性 与此同时产生了另一种调度规则的表现形式 调 度图 经过不断探索 出现了多种调度图制定的方法 7 5 7 7 1 通常是选择某一枯水年 或 枯水系g j j 通过径流调节计算得到 运用时可充分融合调度管理者的经验 并且由于 其简单实用 易于操作的特点 成为目前应用最广泛的常规调度方式 1 9 6 2 年 m a a s s 和h u f s c h m i d t 7 8 提出s 型标准调度曲线 其主要思想是水库调度要尽量满足需求 随后 l o u c k s t 7 9 j 和s t e a i n g e r t 3 0 继续对该曲线进行分析 h a s h i m o t o 9 1 认为曲线在枯期需要加以 修正 针对调度图没有考虑预报来水 正常出力区范围太大 难以达到全局最优和准全局 最优等一些不可避免的缺点 更多的学者希望运用新型模型和优化算法进行改进 进而 提出了优化调度图 例如 o l i v d r a 和l o c k s 8 2 1 c h a n g i s 3 等人先后将遗传算法用于具 有综合利用要求的单一水库调度图制定中 i i i c h 矧采用人工神经网络优化模拟模型优化 了印尼某水库的调度线 l ic h c n s s 等人采用进化多目标遗传算法优化台湾一座多目标 水库的调度曲线 k i m i s 6 等利用时间序列模型生成的径流数据 采用多目标遗传算法进 行模拟优化 得到调度曲线 m c h t a 以印度r a m g a n g a 多目标水库为例 采用神经模糊 技术研究雨季旱季的不同优化调度策略 目前还出现了将调度图和调度函数两种决策方式结合起来对水库调度的新方式 例 如 裘杏莲 汪同庆 8 7 l 等人在权衡以泄流量为决策变量的分区域调度图以及相应的调度 函数基础上 做出调度决策 2 0 0 8 年 c o n s o l i t s s 等人在研究以灌溉为主的水库时 采 用多目标优化技术得到调度图和调度函数相结合的调度规则 一8 一 大连理工大学硕士学位论文 1 3 2 水电站群调度规则 与单一水电站调度规则制定不同 梯级水库群间由于存在复杂的水力电力联系 使 得度量标尺选择 联合调度方式可行性以及模型求解规模等问题变得尤为突出 例如 1 9 8 1 年u n n y 等人探索了用隐随机优化法求解水电站库群联合调度的可行性 但其研究 成果所提供的调度规则过于粗略 尚难真正实现优化联调的效果 o t s s t g v a l d a s o n 曾 用模拟模型研究了4 8 个水库系统可供比较的运行策略 找出了最优运行策略 但没有 直接优化功能 只能借助其它优化技术对输出响应寻优 a r v a n i t i d i s 等的聚合分解法及 大系统分解协调法是优化水电站水库群运行策略的一种有效模型 由于规则分解时的非 线性关系 使分解过程较为复杂 总体来说 对于水电站群调度规则的研究思路主要是 借鉴单一水库 研究形式仍然偏重于对调度函数和调度图 随着对这一问题的研究逐步 深入 众多学者又做了很多新的探索和尝试 目前 对该方向的研究正越来越受到人们 的重视 在研究初期 很多学者将调度函数引入水库群联合调度中 例如d a ns h e e r 于1 9 8 6 年提出了以势能损失最小决定水库放水次序的原则 同年 黄永皓 张传勇眇j 提出用 线性多元回归分析方法得到联合调度的各个水库各时段的运行公式 张勇传 删在其著作 中正式提出多库系统优化调度函数 1 9 9 0 年 陈洋波 陈惠源1 9 0 基于水库群联合确定 性优化聚合分解法 以一个电网库群联调为例 采用隐随机优化调度方式制作了水电站 库群的联合调度函数 1 9 9 6 年 万俊 陈惠源 9 1 提出了分解协调 聚合分解的模型思路 得到各时段梯级总的调度函数 具体运用时再通过离散微分动态规划方法将其分解到每 一个电站做出调度决策 2 0 0 0 年 j a y 9 2 j 在d a ns h e e r 的基础上 对以发电为主的串并 联水库进行了公式推导 h a d d a d l 9 3 1 利用蜜蜂杂交算法 以缺水最小为目标 得到放水 和蓄水 来水的线性函数 当水库数目较大时 调度函数中需要引入大量回归因子 并 且使用也很不方便 因而其广泛运用受到限制 关于水库群调度图的制定 早期借鉴了单一水库的思路 主要是以整个梯级的效益 指标最优为目标 统一优化调度库群 最后得到各电站的调度图 和单库的运用方式基 本相同 例如田峰巍 9 4 1 等人采用大系统分解协调理论 对汉江上游两个梯级水库绘制了 各电站调度图 1 9 9 3 年 李智录 9 5 等人运用逐步计算法对调度图中各调度线遍历寻优 t u 9 6 j 研究了当前蓄水位对多目标多水库调度规则的影响 并运用混合整数线性规划模 型得到一组调度曲线 p a r e d e s a r q u i o l a 少7 将启发式网络流求解方法应用于西班牙东部的 m i j a r e s 流域 以寻找最小必备容量为目标 并得到多库调度曲线 t u 唧j 等人以台湾一 个多库系统为例 建立了兼顾优化配水和寻找调度线的混合整数非线性规划模型 这种 调度图虽然简单实用 但是在实际运用时仍然是以每个水库的状态进行调度的 不能发 一9 一 梯级水电站群优化调度图研究及应用 挥梯级水库补偿调节的巨大效益 在此基础上 众多水利工作者对水库群联合调度图的 研究进行了新的探索和尝试 例如 1 9 8 8 年 万俊 9 9 1 等人运用动态规划方法以年初蓄 能最小为目标研究了混联水库群联合调度图 张双虎 1 删将遗传算法用于乌江渡水库群 的模拟调度 得到以梯级多年平均发电量最大为目标的梯级总调度图及每个电站调度 图 1 3 3 研究趋势 随着理论研究的日趋成熟和完善 尤其是一些新理论 新学科 新技术的不断发展 水电站群调度规则也逐渐由理论研究为主转向实际应用为主导 出现了许多新的研究趋 势 由研究单一水电站的调度规则发展到梯级电站群 跨流域电站群的联合调度方式研 究 这一趋势是与水电站群规模的不断扩大相伴随的 在我国现阶段尤其突出 由关注保证出力 发电量等单一目标向多目标 多准则的方向发展 考虑水电站水 库群系统的 非结构化 特点 广泛引进系统辩识思想 采用模拟与优化相结合的方法 研究模型简单 求解迅速 便于决策者参与 能根据实际快速给出 满意解 的模拟优化 调度模型及求解方法 由主要针对水电系统规划问题建立的调度方式 逐步过渡到兼顾规划与实际运行需 要的调度方式 面向规划的传统调度规则 调度图等方式 并不能完全用于指导实际运 行 这已在调度实践领域被广泛接受 建立面向运行