水库优化调及应用PPT课件

1、目录目录水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念1水电站径流预测水电站径流预测 2水电站长期优化调度水电站长期优化调度 3 水电站厂内经济运行水电站厂内经济运行 5水电站短期优化调度水电站短期优化调度 4第1页/共88页1. 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念第2页/共88页四川大学水利水电学院 水力发电的基本原理 水力发电是利用天然水能生产电能的水利部门。 将河段所蕴藏的分散的水能资源，集中起来，并尽量减少无益消 耗。引取集中了水能的水流去转动水轮发电机组，在机组转动的过程中，将水能转变为电能。 水体所含机械能： 1.河川径流相对海平面（或某基准面）具有一定的势能。 2.径流有

2、一定的流速，因此具有一定的动能。 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念第3页/共88页四川大学水利水电学院取0-0为基准面，按伯努利方程，流经11断面至22断面的单位重量水体所消耗的水能为其中，大气压强p1与p2近似相等，流速水头差值 也相对微小，可忽略不计。于是，单位重量水体的水能可近似地用落差H1-2表示。 e1-2 = H1-2 =z1-z22212112212ppvv(zz )2ge2gvv222211 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念第4页/共88页四川大学水利水电学院 t秒内河段上消耗的水能为： E1-2=rQtH1-2=9807QtH1-2 其中，r为水的单位

3、重量，通常取9807N/m3 采用kw.h（度）为单位时，T小时内河段消耗水能为： E1-2=9.81H1-2QT(kw.h) 出力：电站发出的电力功率。 可用河川水流出力表示水能资源。 河流的水能资源蕴藏量计算： N1-2=E1-2/T=9.81QH1-2(kw) 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念第5页/共88页四川大学水利水电学院 河川水能资源蕴藏量的估算 a.估算：沿河长分段计算水流出力，逐段累加求出全河总水流出力。 （分段时，应将流量以及河流纵比降有较大变化处划分为单独的计算河段。计算中，流量取首尾断面流量的平均值） 根据多年平均流量计算所得的水流出力，称为水能资源蕴藏量。

4、 b.我国水能资源概况：我国河川水能资源蕴藏量为6.76亿kw，相应的年水能约为6万亿kw.h，居世界首位。 水能资源蕴藏量计算示例 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念第6页/共88页四川大学水利水电学院 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念第7页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念水利电力系统中水电站及其水库优化课题或问题可概括为：在已知系统结构类型、水电站及其水库、系统其它组成单元的功能、任务、参数、特性等原始依据和各种信息及约束条件下，为满足国民经济各有关部门和社会的要求，按前述运行调度基本原则，利用一定优化理论方法和技术，制定和实现对水能、水资源的

5、最优利用和控制方式，即寻求系统和水电站及其水库的最优运行调度方式、最优策略和最优决策。 第8页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 1.1、水电站及其水库的地位、作用和运行调度的特点、水电站及其水库的地位、作用和运行调度的特点 水库和水电站既是水库和水电站既是水利系统水利系统的重要组成单元，又是的重要组成单元，又是电电力系统力系统的主要动力单元。的主要动力单元。 水电站的主要作用：水电站的主要作用：利用水能发电利用水能发电。 其水库的主要作用：其水库的主要作用：汇集和调节径流，抬高水位、集汇集和调节径流，抬高水位、集中落差形成水头中落差形成水头。第9页/共88页 水电站优化

6、调度基本概念水电站优化调度基本概念 电力系统中各电站之间、电站与用户及其它动力单元之间电力系统中各电站之间、电站与用户及其它动力单元之间有着密切的联系。因此：有着密切的联系。因此： 1 水电站及其水库的运行调度方式不但会受到水电站及其水库的运行调度方式不但会受到整个电力系整个电力系统统的制约，而且也影响其它电站的运行方式；的制约，而且也影响其它电站的运行方式； 2 由于水资源是水能的载体，水电站及其水库是开发利用由于水资源是水能的载体，水电站及其水库是开发利用水资源的主要工具和单元，其运行调度方式不但会受到水利系水资源的主要工具和单元，其运行调度方式不但会受到水利系统的统的制约制约，而且也影响

7、其它水利单元的运行调度方式。，而且也影响其它水利单元的运行调度方式。第10页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 水电站及其水库运行调度具有如下水电站及其水库运行调度具有如下特点特点：1 目标的综合性与效益的整体性目标的综合性与效益的整体性2 水资源及其它信息的随机性和水电站及其水库工作的风险性水资源及其它信息的随机性和水电站及其水库工作的风险性3 运行的经济性运行的经济性4 调度的机动灵活性调度的机动灵活性5 运行调度的复杂性和多学科性运行调度的复杂性和多学科性第11页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 1.2、各用水部门对水电站及其水库的要求、各用

8、水部门对水电站及其水库的要求防洪要求防洪要求电力部门的发电要求：电力部门的发电要求： 可靠性要求可靠性要求发电设计保证率发电设计保证率 经济性要求经济性要求充分利用水能多发电充分利用水能多发电其它部门和方面的要求：农业、水运、工业与生活其它部门和方面的要求：农业、水运、工业与生活用水以及渔业、生态环境、排冲砂、旅游等。用水以及渔业、生态环境、排冲砂、旅游等。第12页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 1.3、各类型电站的运行特点、各类型电站的运行特点电力系统中有各类发电厂在系统统一调度下共电力系统中有各类发电厂在系统统一调度下共同工作，它们之间密切联系，相互影响。同工作，

9、它们之间密切联系，相互影响。一、水电站的一、水电站的特点特点1 水电站的入库径流随季节和年际而变化，决定了水水电站的入库径流随季节和年际而变化，决定了水电站运行情况的多变性和随机性。在丰水年份发电量电站运行情况的多变性和随机性。在丰水年份发电量较多，遇到特枯水年份，发电量不足，甚至正常工作较多，遇到特枯水年份，发电量不足，甚至正常工作遭到破坏。遭到破坏。第13页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 2 水电站水电站机组开停灵便、迅速机组开停灵便、迅速，从停机状态到满负荷运，从停机状态到满负荷运行仅需行仅需12min时间，并能迅速改变出力的大小，以适应时间，并能迅速改变出力的

10、大小，以适应负荷的剧烈变化，从而保证系统频率的稳定。因此，水负荷的剧烈变化，从而保证系统频率的稳定。因此，水电站适宜担任系统的调峰、调频和事故备用等任务。电站适宜担任系统的调峰、调频和事故备用等任务。3 水能是再生性能源，水电站的年运行费用与所产生的水能是再生性能源，水电站的年运行费用与所产生的电能无关。因此，在丰水期应尽量多发电，以节省系统电能无关。因此，在丰水期应尽量多发电，以节省系统燃料消耗。故单位电能燃料消耗。故单位电能成本比火电厂低成本比火电厂低。第14页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 4 一般水电站水库常具有一般水电站水库常具有综合利用任务综合利用任务。对

11、于下游有航。对于下游有航运、城市供水任务的水库，水电站需承担电力系统部分运、城市供水任务的水库，水电站需承担电力系统部分基荷，以便向下游经常泄放一定流量。兼有防洪和灌溉基荷，以便向下游经常泄放一定流量。兼有防洪和灌溉任务的水库，汛期和灌溉期内水电站发电量较多，但冬任务的水库，汛期和灌溉期内水电站发电量较多，但冬季发电受到限制。季发电受到限制。5 水电站建设地点要受到水资源、地形、地质等条件的水电站建设地点要受到水资源、地形、地质等条件的限制。水库淹没损失一般较大，移民安置工作比较复杂。限制。水库淹没损失一般较大，移民安置工作比较复杂。第15页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本

12、概念 二、火电站的特点二、火电站的特点1 只要保证燃料供应，火电厂可以全年按额定出力工只要保证燃料供应，火电厂可以全年按额定出力工作，不像水电站那样受天然径流的制约。作，不像水电站那样受天然径流的制约。正常工作保正常工作保证程度高证程度高。2 火电厂机组启动比较费时，机组由冷却状态过渡到火电厂机组启动比较费时，机组由冷却状态过渡到热状态，出力上升值不能增加过快，因此，机组从冷热状态，出力上升值不能增加过快，因此，机组从冷状态启动到满负荷运行约需状态启动到满负荷运行约需23h。一般来说，火电厂。一般来说，火电厂适宜担任电力系统的适宜担任电力系统的基荷基荷，以节省单位煤耗。，以节省单位煤耗。第16

13、页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 3 火力发电必须消耗大宗燃料，故单位发电成本比水火力发电必须消耗大宗燃料，故单位发电成本比水电站高，火电厂的电站高，火电厂的年运行费用年运行费用与生产的电能成正比。与生产的电能成正比。4 火电厂高温高压机组的技术最小出力约为额定出力火电厂高温高压机组的技术最小出力约为额定出力的的75%，如果连续不断地在接近，如果连续不断地在接近满负荷满负荷的情况下运行，的情况下运行，则可获得最高的热效率和最小的煤耗。则可获得最高的热效率和最小的煤耗。第17页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 三、核电站的特点三、核电站的特点1

14、机组快速升降负荷机组快速升降负荷,特别在燃耗末期由于氙毒的变化特别在燃耗末期由于氙毒的变化,将导致反应堆轴向功率偏差控制困难将导致反应堆轴向功率偏差控制困难,易产生堆芯局部易产生堆芯局部热点热点,有造成堆芯烧毁的潜在风险有造成堆芯烧毁的潜在风险;若频繁进行负荷跟若频繁进行负荷跟踪踪, 将产生大量的放射性废气、废液将产生大量的放射性废气、废液,对环境产生潜在对环境产生潜在威胁威胁,故核电机组需要持续不断地以额定出力工作，所故核电机组需要持续不断地以额定出力工作，所以在电力系统中总是承担以在电力系统中总是承担基荷基荷。2 核电站的设备比较复杂、建设标准质量和安全措施核电站的设备比较复杂、建设标准质

15、量和安全措施要求日益提高，因此核电站的单位千瓦造价比燃煤火要求日益提高，因此核电站的单位千瓦造价比燃煤火电站要高，但单位发电量所需的燃料费用则较低，因电站要高，但单位发电量所需的燃料费用则较低，因此核电站的单位发电成本有可能比火电站低一些或差此核电站的单位发电成本有可能比火电站低一些或差不多，不易受到国际经济情势影响，不多，不易受到国际经济情势影响，发电成本较为稳发电成本较为稳定定。第18页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 四、抽水蓄能电站的特点四、抽水蓄能电站的特点1 机组开停灵便、迅速机组开停灵便、迅速，从停机状态到满负荷运行仅，从停机状态到满负荷运行仅需需12mi

16、n时间，并能迅速改变出力的大小，以适应时间，并能迅速改变出力的大小，以适应负荷的剧烈变化，从而保证系统频率的稳定。因此，负荷的剧烈变化，从而保证系统频率的稳定。因此，水电站适宜担任系统的调峰、调频和事故备用等任务。水电站适宜担任系统的调峰、调频和事故备用等任务。2 吸收系统负荷低谷时的吸收系统负荷低谷时的多余电能多余电能进行抽水蓄能，使进行抽水蓄能，使火电核电机组不必降低处理或临时停机，保持高效率火电核电机组不必降低处理或临时停机，保持高效率下运行，达到单位电能煤耗最小。下运行，达到单位电能煤耗最小。3 抽水蓄能电站的综合效率为抽水工况和发电工况运抽水蓄能电站的综合效率为抽水工况和发电工况运行

17、时的综合效率的乘积，常为行时的综合效率的乘积，常为0.75左右。左右。第19页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 五、燃气轮机电站的特点五、燃气轮机电站的特点1 燃气轮机组及其设备占地小，基建工期短，不需大燃气轮机组及其设备占地小，基建工期短，不需大量冷却水，量冷却水，单位千瓦投资较低单位千瓦投资较低。2 油耗量较大，年运行费较高，油耗量较大，年运行费较高，发电成本高发电成本高。3 由启动至满负荷运行约需由启动至满负荷运行约需5 58 8分钟分钟，当系统内缺乏，当系统内缺乏水电容量时，可以把燃气轮机组当作电力系统的短时水电容量时，可以把燃气轮机组当作电力系统的短时间调峰容

18、量以及系统的事故备用容量。间调峰容量以及系统的事故备用容量。第20页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 六、风力发电电站的特点六、风力发电电站的特点1 风能可以随大气循环再生，对人类及环境危害小，风能可以随大气循环再生，对人类及环境危害小，建造费用相对较低。建造费用相对较低。2 风力不稳定，风力和风向时常改变，能量无法集中，风力不稳定，风力和风向时常改变，能量无法集中，噪音较大噪音较大。3 风电风电土地土地不易获取。风机之间需保持一定的距离以不易获取。风机之间需保持一定的距离以增加发电的效能，如所有土地均需购买，成本很高，增加发电的效能，如所有土地均需购买，成本很高，且土

19、地的使用受许多法规限制困难重重。且土地的使用受许多法规限制困难重重。第21页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 1.4、水电站及其水库运行调度的、水电站及其水库运行调度的任务、原则、内容及分类任务、原则、内容及分类任务：合理利用水电站及其水库的工程和技术设施，任务：合理利用水电站及其水库的工程和技术设施，对来水径流进行经济合理调度，确保工程和生产安全，对来水径流进行经济合理调度，确保工程和生产安全，充分利用水能资源和水资源，尽可能大地减免水害、充分利用水能资源和水资源，尽可能大地减免水害、增加发电和综合利用效益，为电力部门和其它有关部增加发电和综合利用效益，为电力部门和其

20、它有关部门提供有效服务。门提供有效服务。第22页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 原则原则：在首先确保工程本身安全的前提下，分清发电：在首先确保工程本身安全的前提下，分清发电与防洪及其它综合利用任务之间的主次关系，统一调与防洪及其它综合利用任务之间的主次关系，统一调度，使水库综合效益尽可能大；当工程安全与满足供度，使水库综合效益尽可能大；当工程安全与满足供电、上下游防洪及其它用水要求发生矛盾时，应当首电、上下游防洪及其它用水要求发生矛盾时，应当首先考虑工程安全；当供电的可靠性与经济性发生矛盾先考虑工程安全；当供电的可靠性与经济性发生矛盾时，应当首先满足可靠性要求。时，应

21、当首先满足可靠性要求。第23页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念 主要工作主要工作内容内容：编制最优的或合理的运行调度方案、方式和计划；编制最优的或合理的运行调度方案、方式和计划；按所编制的方案、方式和计划根据面临的实际情况和按所编制的方案、方式和计划根据面临的实际情况和信息进行实时调度和操作控制，尽可能实现最优调度；信息进行实时调度和操作控制，尽可能实现最优调度；进行运行调度资料的记录、整理和分析总结；进行运行调度资料的记录、整理和分析总结；开展其它有关各项工作；开展其它有关各项工作；开展水文气象预报。开展水文气象预报。第24页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优

22、化调度基本概念 水电站优化调度的水电站优化调度的分类分类：从研究问题的范围分可分为：从研究问题的范围分可分为：厂内经济运行厂内经济运行厂间或电力系统经济运行厂间或电力系统经济运行从时间范围分可分为：从时间范围分可分为：长期经济运行长期经济运行短期经济运行短期经济运行瞬时（小时）经济运行，即实时调度瞬时（小时）经济运行，即实时调度第25页/共88页 水电站优化调度基本概念水电站优化调度基本概念水电站调度的工作流程水电站调度的工作流程年负荷历史代表年内分配月电量滚动计划(余留期)日电量预计划收电费月流量滚动预测96点电价日流量年电量、月电量预计划年来水趋势预测月流量过程预测丰枯电价第26页/共88

23、页2. 水电站径流预测水电站径流预测 第27页/共88页1.1 研究的研究的目的目的 水电径流预测水电径流预测 321径流预测是水电厂防洪度汛的重要依据。径流预测的准确性将直接影响水电厂丰、平、 枯期电量的安排和发电收益。径流预测作为水电站优化调度的基础，其预报结果的准确与否，将成为水电站的最优调度方式能否发挥作用的关键。第28页/共88页国内外研究现状国内外径流预测方法物理成因方法数理统计方法智能水文预报方法基于数值天气预报的综合预报方法时间序列法马尔科夫链集对分析法分形理论法模糊数学法人工神经网络法小波分析法灰色系统方法混沌理论方法第29页/共88页3. 水电站长期优化调度水电站长期优化调

24、度第30页/共88页1.1 基本概念基本概念水电站长期运行调度研究较长时期（季、水电站长期运行调度研究较长时期（季、年及多年）内的最优运行调度方式制定和年及多年）内的最优运行调度方式制定和实施的有关问题，用来指导和控制长期运实施的有关问题，用来指导和控制长期运行调度，并用于编制电力系统和水利系统行调度，并用于编制电力系统和水利系统的有关长期计划。其中心内容和关键是水的有关长期计划。其中心内容和关键是水库调度。库调度。 水电站长期优化调度水电站长期优化调度第31页/共88页1.2 水电站长期运行调度具有如下水电站长期运行调度具有如下特点特点：天然来水的剧烈变化和水库调节能力影响更显著天然来水的剧

25、烈变化和水库调节能力影响更显著具有较大调节能力水库的长期调节水电站，可以具有较大调节能力水库的长期调节水电站，可以对长时期（季、年及多年）内剧烈变化的天然来水径对长时期（季、年及多年）内剧烈变化的天然来水径流起调节作用，将丰水期或丰水年份的多余水量蓄起流起调节作用，将丰水期或丰水年份的多余水量蓄起来，在枯水期或枯水年份使用，以增加水电站的发电来，在枯水期或枯水年份使用，以增加水电站的发电流量和其它部门用水，更好的适应电力负荷变化和满流量和其它部门用水，更好的适应电力负荷变化和满足综合利用要求。足综合利用要求。 水电站长期运行调度水电站长期运行调度第32页/共88页原始信息的随机性和不确定性使水

26、电站及其水库原始信息的随机性和不确定性使水电站及其水库长期运行调度更加复杂困难长期运行调度更加复杂困难根据不确定性和随机性很大及根据不确定性和随机性很大及精度较差精度较差的长的长期预报信息资料制定长期运行方式计划是一个极为期预报信息资料制定长期运行方式计划是一个极为困难复杂而又必须想方设法解决的问题。困难复杂而又必须想方设法解决的问题。 水电站长期运行调度水电站长期运行调度第33页/共88页水电站长期运行调度方法：水电站长期运行调度方法：一、调度图：一、调度图：按以实测的径流时历特性资料为依据计算和编制的一组按以实测的径流时历特性资料为依据计算和编制的一组综合考虑各种可能来水，以综合考虑各种可

27、能来水，以水库水位水库水位Z（或蓄水（或蓄水V）为纵坐标，）为纵坐标，以时间以时间t为横坐标为横坐标的调度线组成的调度图，根据面临时刻水库实的调度线组成的调度图，根据面临时刻水库实际蓄水在该图中的位置进行调度，决策水库和水电站及其它综际蓄水在该图中的位置进行调度，决策水库和水电站及其它综合利用部门的工作。合利用部门的工作。 水电站长期运行调度水电站长期运行调度第34页/共88页1212ADCBE死水位死水位正常蓄水位正常蓄水位Z(m)t(月月)水库基本调度图水库基本调度图1上基本调度线上基本调度线2下基本调度线下基本调度线水库基本调度图分为五个主要区域：水库基本调度图分为五个主要区域：A区：供

28、水期出力保证区。区：供水期出力保证区。B区：蓄水期出力保证区。区：蓄水期出力保证区。C区：加大出力区。区：加大出力区。D区：供水期出力减小区。区：供水期出力减小区。E区：蓄水期出力减小区。区：蓄水期出力减小区。 水电站长期运行调度水电站长期运行调度第35页/共88页水库调度图水库调度图 水库基本调度图水库基本调度图 总之，当一个时总之，当一个时段的来水高于调度范段的来水高于调度范围时，前一个时段就围时，前一个时段就要放水，低于调度范要放水，低于调度范围时，前一时段就要围时，前一时段就要蓄水。蓄水。Z死死正常蓄水位正常蓄水位t (月月) Z(m)DACBE1221t1 t211上基本调度线；上基

29、本调度线；2 2 下基本调度线下基本调度线A区：供水期出力保证区。区：供水期出力保证区。B区：蓄水期出力保证区。区：蓄水期出力保证区。C区：加大出力区。区：加大出力区。D区：供水期出力减小区。区：供水期出力减小区。E区：蓄水期出力减小区。区：蓄水期出力减小区。在此区域，水电站可按保证出力图工作，以保证电力系统正常运行水库水位在此区域内水库水位在此区域内时，水电站可以加大时，水电站可以加大出力工作，充分利用出力工作，充分利用水能资源水能资源水库水位在此区域内时，水电站应及早减小出力工作第36页/共88页（一）加大出力调度线（一）加大出力调度线 运行至运行至 时，发现水库实际水位比该时刻水库调度时

30、，发现水库实际水位比该时刻水库调度线相应的水位高出线相应的水位高出 ，可用它来加大水电站出力。常见，可用它来加大水电站出力。常见以下三种运行方式：以下三种运行方式： 加大出力和降低出力加大出力和降低出力iZit（1）立即加大出力。使水库水位在时）立即加大出力。使水库水位在时段末段末t i+1就落在上调度线上。就落在上调度线上。（2）后期集中加大出力（线）。这）后期集中加大出力（线）。这种方式可使水电站较长时间处于较高水种方式可使水电站较长时间处于较高水头下运行，对发电有利，但出力不均匀。头下运行，对发电有利，但出力不均匀。（3）均匀加大出力（线）。使出力）均匀加大出力（线）。使出力均匀，充分利

31、用水能资源。均匀，充分利用水能资源。1上基本调度线；上基本调度线；2下基本调度线下基本调度线第37页/共88页（二）降低出力调度线（二）降低出力调度线 经过一段时间至经过一段时间至 时，由于出现特枯水情况，水库供时，由于出现特枯水情况，水库供水的结果使水库水位处于下调度线以下，出现不足水量。常见水的结果使水库水位处于下调度线以下，出现不足水量。常见以下三种运行方式：以下三种运行方式：it（1）立即降低出力（线）使）立即降低出力（线）使水库蓄水在水库蓄水在ti+1时就回到下调度时就回到下调度线上。线上。（2）前期保证出力，后期集中）前期保证出力，后期集中降低出力（线）。调度方式简降低出力（线）。

32、调度方式简单，且系统正常工作破坏的持续单，且系统正常工作破坏的持续时间较短，但破坏强度大。时间较短，但破坏强度大。（3）均匀降低出力（线）均匀降低出力（线）。）。该方式使破坏时间长，但破坏强该方式使破坏时间长，但破坏强度最小。度最小。加大出力和降低出力加大出力和降低出力第38页/共88页二、调度函数：二、调度函数：为了能够根据所获得的多种调度信息对水电站水库为了能够根据所获得的多种调度信息对水电站水库进行调度，作为调度图的延拓，应当利用调度函数作为调进行调度，作为调度图的延拓，应当利用调度函数作为调度工具，以度工具，以调度函数调度函数为工具的调度是间接利用优化技术的为工具的调度是间接利用优化技

33、术的更概括的水库最优调度。实际上也可将调度图看作为一种更概括的水库最优调度。实际上也可将调度图看作为一种最简单的调度函数。最简单的调度函数。 水电站长期运行调度第39页/共88页影响水电站水库时段决策的主要因素为本时段初的水库存影响水电站水库时段决策的主要因素为本时段初的水库存水状态水状态St-1(水位或库容水位或库容)和本时段的入库径流和本时段的入库径流It，决策变量，决策变量ut(通常可取为时段末水位、库容，时段下泄流量或时段发通常可取为时段末水位、库容，时段下泄流量或时段发电出力电出力)是时段初的水库存水是时段初的水库存水St-1和入库径流和入库径流It的的函数函数。由于。由于任一光滑的

34、非线性函数，在一定范围内，都可用线性函数任一光滑的非线性函数，在一定范围内，都可用线性函数(切线或切面切线或切面)来近似。所以，我们假设调度函数是线性的，来近似。所以，我们假设调度函数是线性的，即假设：即假设：Ut=a It+b St-1+c其中其中a，b，c为回归系数。为回归系数。调度函数的形式设定后，余下的工作就是如何从历史资料调度函数的形式设定后，余下的工作就是如何从历史资料中求出系数中求出系数a,b,c。 水电站长期运行调度第40页/共88页调度函数的制作方法调度函数的制作方法第一步：利用长系列年内逐旬径流资料，按水利年逐年第一步：利用长系列年内逐旬径流资料，按水利年逐年对水库进行优化

35、调度计算，得到水库长系列的逐年运行对水库进行优化调度计算，得到水库长系列的逐年运行过程。计算过程中，水库始末水位均设为死水位，水利过程。计算过程中，水库始末水位均设为死水位，水利年起始时间从年起始时间从5月下旬开始，即月下旬开始，即5月月20日为起算日期，同日为起算日期，同时，在计算过程中，考虑水库的防洪、供水等相关时，在计算过程中，考虑水库的防洪、供水等相关约束约束条件条件。第二步：采用人工神经网络模型，对水库长系列运行过程第二步：采用人工神经网络模型，对水库长系列运行过程进行进行统计回归统计回归，得到水库调度函数，得到水库调度函数11(,)tttNf Z Q第41页/共88页已知输入：已知

36、输入：面临时段初水位、预测入库流量面临时段初水位、预测入库流量输出：输出：面临时段发电出力面临时段发电出力调度函数调度函数11(,)tttNf Z Q计算流程计算流程第42页/共88页水库调度函数方法的水库调度函数方法的优缺点优缺点优点：优点：包含水电站优化运行的规律性信息包含水电站优化运行的规律性信息 ，仅需要，仅需要对面临时段的来水流量做出预测。对面临时段的来水流量做出预测。缺点：缺点：需要水库具有长系列历史径流资料需要水库具有长系列历史径流资料第43页/共88页三、预报调度滚动决策方法三、预报调度滚动决策方法按照电网调度要求，根据预知的入库（或区间）按照电网调度要求，根据预知的入库（或区

37、间）径流，采用径流，采用优化算法优化算法，编制梯级电站，编制梯级电站中长期调度方案中长期调度方案，并能根据径流预测的修正，进行调度方案的滚动计算，并能根据径流预测的修正，进行调度方案的滚动计算，确定确定水库控制水位，电站年内各月发电量、发电收入水库控制水位，电站年内各月发电量、发电收入。 水电站长期运行调度水电站长期运行调度第44页/共88页滚动决策采用逐时段向前滑动的、以不断修正的面临实滚动决策采用逐时段向前滑动的、以不断修正的面临实时预报调度期发电量优化策略为控制的时预报调度期发电量优化策略为控制的面临决策调度方法面临决策调度方法。每。每滑动一次的面临决策都是指其相应实时预报期第一时段（即

38、面滑动一次的面临决策都是指其相应实时预报期第一时段（即面临时段）的决策。其实质是，对由计算时段临时段）的决策。其实质是，对由计算时段t1，tT组成的计组成的计算期，根据按一定优化准则和在计算期初获得的初始调度信息算期，根据按一定优化准则和在计算期初获得的初始调度信息所进行的优化计算结果得出最优决策值序列所进行的优化计算结果得出最优决策值序列X1,1，X1,T，构，构成的初始最优策略，即初始的最优运行调度方式，且初始时段成的初始最优策略，即初始的最优运行调度方式，且初始时段最优决策最优决策X1*即等于即等于X1,1。 水电站长期运行调度水电站长期运行调度第45页/共88页运行中，随着对面临时段以

39、后更精确调度信息的逐步获运行中，随着对面临时段以后更精确调度信息的逐步获得和预报更新（主要是得和预报更新（主要是径流预报的更新径流预报的更新），对初始最优策略），对初始最优策略（运行调度方式）相应作出不断修正，并据之得出新的面临时（运行调度方式）相应作出不断修正，并据之得出新的面临时段的最优决策。这样，逐次从面临时段之前所达到的状态出发，段的最优决策。这样，逐次从面临时段之前所达到的状态出发，根据不断更新的预报信息，优化计算结果，最终得到下列根据不断更新的预报信息，优化计算结果，最终得到下列不断不断修正模式修正模式的矩阵：的矩阵： 水电站长期运行调度水电站长期运行调度第46页/共88页 水电站

40、长期运行调度水电站长期运行调度X1,1X1,2X1,3X1,TX2,2X2,3X2,TX3,3X3,TXT,T其中，每一与面临时段决策及到计算期末的运行调度方式相应的一行是对上其中，每一与面临时段决策及到计算期末的运行调度方式相应的一行是对上一行前一时段到计算期末运行调度方式的修正。这样，随着面临时段调度信一行前一时段到计算期末运行调度方式的修正。这样，随着面临时段调度信息的不断更新预报，计算期的逐步缩短，矩阵中相应行的列数也不断减少。息的不断更新预报，计算期的逐步缩短，矩阵中相应行的列数也不断减少。显然，由矩阵主对角线相应的各时段决策构成的调度策略显然，由矩阵主对角线相应的各时段决策构成的调

41、度策略X1,1XT,T即为即为最优最优策略策略，即实际采用的水电站及其水库的最优运行方式，即实际采用的水电站及其水库的最优运行方式X1*XT*。第47页/共88页目标函数 选择下列两项目标，即： 梯级电站年内出力最小的时段的出力尽可能大,即最大化最小出力，该目标的效果是为电网提供尽可能大的均匀的可靠出力。 目标： 式中：NP为整个梯级最大化的最小出力（MW）；Ai为第i个电站出力系数；Qit为第i个电站在第t时段发电流量（m/s）；Hit为第i个电站在第t时段平均发电净水头（m）； T为年内计算总时段数（计算时段为月，12个月）； N为梯级电站总数； Tt)(1,NititiitHQAMaxM

42、inNP第48页/共88页 梯级电站年发电量最大。 目标：式中：E为电站最大化第k年年发电量； Mt为第t时段小时数； L为系列长度（年）； 其它符号意义同前。 LiMHQAMaxMaxFELiTtttitiii11,)(第49页/共88页约束条件 水量平衡约束式中：为第i个电站第t时段末水库蓄水量； 为第i个电站第t时段初水库蓄水量； 为第i个电站第t时段入库流量； 为第i个电站第t时段弃水流量； TtSQRQVV,1,tititititi1,Vtiti ,Vti,RQti ,S第50页/共88页 水库蓄水量约束 水库下泄流量约束 电站出力约束 非负条件约束 上述所有变量均为非负变量第51页

43、/共88页电站下泄流量约束变量非负约束水量平衡约束水库蓄水量约束电站出力约束约束条件约束条件 约束条件水库水位约束 水电站长期运行调度水电站长期运行调度第52页/共88页 LiTtttitiiNititiiMHQAMaxMaxFHQAMin11,i1,t)(E Tt)(MaxNP）所有变量非负（0TtNHQANTt0STtQQQTtVVTtSQRQVVmax,min,max,min,max,min,1,ittitiiittiittiitittiittititititiV综上所述，水库（电站）长期（年内逐旬）优化调度数学模型为： 第53页/共88页年年初初水水位位年年末末水水位位1月2月3456

44、78910月11月12月最最高高水水位位最最低低水水位位13245水库水位离散第54页/共88页动态规划 引言 基本概念和应用 动态规划模型的基本要素 基本定理和基本方程 适用条件 基本思想 动态规划算法的基本步骤 数学理论模型 第55页/共88页引言由一个问题引出的算法 例例1 1 最短路径问题现有一张地图，各结点代表城市，两结点间连线代表道路，线上数字表示城市间的距离。如图1所示，试找出从结点A到结点E的最短距离第56页/共88页动态规划的改进方法 微分动态规划法（DDP） 状态增量动态规划法（SIDP）（或简称增量动态规划法IDP） 离散微分动态规划法（DDDP） 逐次逼近动态规划法（D

45、PSA）第57页/共88页最短路径问题 第58页/共88页年年初初水水位位年年末末水水位位1月2月345678910月11月12月最最高高水水位位最最低低水水位位13245水库水位离散第59页/共88页第60页/共88页项目单位硗碛宝兴小关子铜头雨城完成阶段已建成已建成已建成已建成已建成多年平均流量m3/s23.939.189.198.6368正常蓄水位m21401352990760598.5正常蓄水位以下库容万m3199797554.7831908调节库容万m3187004244.41450150调节性能年日日日日装机容量MW2401951608060宝兴河梯级电站基本参数宝兴河梯级电站基本

46、参数 第61页/共88页径流资料径流资料 2006年天然年天然 径流资料径流资料期初水位期初水位 2130米米期末水位期末水位 2130米米枯期梯级最小枯期梯级最小 出力限制出力限制 318MW丰期梯级最小丰期梯级最小 出力限制出力限制 370MW径流资料径流资料 期初水位期初水位 期末水位期末水位 出力限制出力限制 中长期优化调度实例计算中长期优化调度实例计算 第62页/共88页调度结果图示 第63页/共88页旬段旬末水位入库流量发电流量弃水流量梯级出力硗碛出力宝兴出力小关子出力铜头出力雨城出力一月上旬2126.06.022.00323.50101.37101.1967.8439.1513.

47、95一月中旬2121.45.022.30321.50101.90100.4967.0638.5913.49一月下旬2116.05.022.30322.90100.95102.2067.8438.8413.03二月上旬2111.05.021.40323.4096.07104.7468.1939.5514.83二月中旬2105.54.020.40323.6090.67110.0267.6140.6914.58二月下旬2099.24.025.60322.30112.39103.3960.2434.4711.81三月上旬2090.64.024.70318.70107.0495.5260.0935.32

48、20.74三月中旬2081.94.021.30322.7090.5092.5069.9445.4524.29三月下旬2072.55.019.10318.6079.9196.0571.4041.9729.29四月上旬2066.48.016.60322.5068.35100.2778.8847.1627.86四月中旬2062.28.013.20321.1053.57101.6283.6650.4731.78四月下旬2060.012.014.60322.4058.87103.0083.9249.1527.45五月上旬2064.423.017.80375.3072.0395.56109.4265.25

49、33.08五月中旬2077.927.07.10377.6029.37120.60111.6070.5945.47五月下旬2086.826.011.10371.7046.71102.17111.8274.2436.79六月上旬2098.133.07.30375.3031.51105.57126.2680.0032.00六月中旬2106.833.09.20371.6040.59105.66118.5378.6428.20六月下旬2112.431.013.80376.2061.42101.84109.1872.0531.72第64页/共88页旬段旬末水位入库流量发电流量弃水流量梯级出力硗碛出力宝兴出

50、力小关子出力铜头出力雨城出力七月上旬2120.836.07.30373.7033.0794.34120.2280.0046.03七月中旬2127.627.00.80420.603.60131.12145.8880.0060.00七月下旬2135.129.00.70466.803.26163.55160.0080.0060.00八月上旬2136.018.013.90375.4065.03114.2898.6960.0337.33八月中旬2135.914.015.60377.6073.15107.9390.8761.1944.48八月下旬2137.519.011.60429.1054.11120.

51、12116.5578.3260.00九月上旬2137.528.028.00613.10131.32181.75160.0080.0060.00九月中旬2137.538.038.00668.20178.20195.00160.0080.0054.98九月下旬2137.520.020.00466.9093.81142.37115.5874.0741.08十月上旬2137.528.028.00595.30131.32177.31157.4480.0049.26十月中旬2137.525.025.00538.80117.26163.58133.8980.0044.05十月下旬2140.018.07.70

52、317.1036.3597.0490.0961.1432.45十一月上旬2140.014.014.00314.7065.9894.8479.1948.7226.02十一月中旬2140.012.012.00256.4056.5574.2464.3140.1921.14十一月下旬2140.011.011.00236.0051.8466.7856.9437.7722.66十二月上旬2138.310.017.80274.1083.6680.9455.7134.0519.78十二月中旬2134.98.024.40311.20114.3389.7255.3033.6218.21十二月下旬2130.07.0

53、24.70317.80114.7492.4357.9835.8516.78第65页/共88页时段梯级总电量硗碛电量宝兴电量小关子电量铜头电量雨城电量全年电量3276902665262980740841838504159284903丰期电量1652881255213489490465567275373167238平期电量472570785151354581306718260545321枯期电量115145133153435579224560014618172344注：电量，注：电量，MWhMWh。 电量统计第66页/共88页时段梯级总电量硗碛电量宝兴电量小关子电量铜头电量雨城电量全年电量1001

54、00100100100100丰期电量50.438.449.955.354.658.7平期电量14.411.813.815.516.415.9枯期电量35.249.836.329.229.025.4电量结构第67页/共88页 计算结果表明，经过优化计算后梯级总电量 得到了提高 ，枯期电量比例较大，丰平枯期电量 结构更合理。可以看出，通过水库调节，可以较 好地实现“保证梯级电站年内最小出力尽可能大” 和“梯级电站年发电量最大”等多项目标。 成果分析 第68页/共88页4. 水电站短期优化调度水电站短期优化调度 第69页/共88页水电站短期优化调度水电站短期优化调度 水电站短期经济运行是将其长期经济

55、运行所水电站短期经济运行是将其长期经济运行所分配给的一定较短时期（周、日）的输入能在其分配给的一定较短时期（周、日）的输入能在其中各更短时段（中各更短时段（日、小时日、小时）间合理分配，制定短）间合理分配，制定短期经济（或最优）期经济（或最优）运行方式运行方式。周经济运行是确定水电站在周内各日的最优周经济运行是确定水电站在周内各日的最优发电量和相应的水库最优调度方式。发电量和相应的水库最优调度方式。日经济运行是确定水电站在日内各小时的发日经济运行是确定水电站在日内各小时的发电量和相应的水库最优调度方式。电量和相应的水库最优调度方式。第70页/共88页水电站短期优化调度水电站短期优化调度 问题：

56、1.日前预发电计划的编制 2. 梯级的总发电量一定时，电量在各电站怎样分配 目标：1.梯级日发电收益最大 2. 梯级耗水最小化 方法：根据电网调度方式和梯级水电厂运行侧重点不同，分别建立数学模型，优化求解第71页/共88页 梯级水电站群短期优化调度研究，以日为周梯级水电站群短期优化调度研究，以日为周 期，考虑电网期，考虑电网潮流分布、网内其他水火电站发电潮流分布、网内其他水火电站发电 出力等因素，在由中长期优出力等因素，在由中长期优化调度方案确定的硗化调度方案确定的硗 碛水库水位，以及预报径流、检修计划等碛水库水位，以及预报径流、检修计划等条件条件 下，以下，以日发电收入最大日发电收入最大为目

57、标确定梯级水电站日为目标确定梯级水电站日 内内9696点点发电出力。同时也可以在电网下达的梯级发电出力。同时也可以在电网下达的梯级 总发电量已知的情况总发电量已知的情况下，以梯级电站的下，以梯级电站的耗水量最耗水量最 小小（蓄能最大）为目标进行优化计（蓄能最大）为目标进行优化计算，达到节约算，达到节约 用水的目的。用水的目的。 短期优化调度研究短期优化调度研究 第72页/共88页目标函数目标函数约束条件约束条件水量平衡约束水量平衡约束 、水库蓄水量约束、水库蓄水量约束 、 机组过水能力约束机组过水能力约束 、电站出力约束、电站出力约束 、出力比约束、非负条件约束等、出力比约束、非负条件约束等

58、。 求解方法求解方法POA逐步优化算法。逐步优化算法。,11()NTii ti tttitMaxSMaxA QHM模型一：短期（日）发电收入最大模型模型一：短期（日）发电收入最大模型 第73页/共88页 在以日为周期的短期优化调度计算过程中， 需考虑梯级各个电站的日调节能力。同时，在中 长期优化调度确定的水库初末水位的基础上，取 某代表日进行仿真计算，得到该代表日的优化计 算结果。 实例计算实例计算 第74页/共88页硗硗碛碛 宝宝兴兴小小关关子子铜铜头头雨雨城城梯梯级级总总出出力力逐逐时时段段水水位位过过程程图图第75页/共88页时段硗电量MWh(%)宝电量MWh(%)小电量MWh(%)铜电量MWh(%)雨电量MWh(%)梯级总电量MWh(%)峰段555(57%)472(56%)279(57%)195(57%)53(57%)1554(57%)平段277(29%)236(28%)140(29%)97(29%)27(29%)777(28%)谷段139(1