复杂条件下梯级电站短期优化调度耦合模型及方法研究

发布时间：2020-08-09 08:01

【摘要】：水电能源作为开发与运行技术最为成熟的清洁可再生能源,在我国能源消费结构中占据重要地位。受到清洁能源政策的影响,我国水电行业发展空间巨大,近年来水电己成为拉动电源投资以及清洁能源发展的主要动力,在我国能源结构调整中发挥越来越重要的作用。随着水电工程建设逐步完善、流域梯级开发规模不断扩大,梯级水电站运行管理在水电事业发展中的作用越来越重要。因此,开展梯级水电站联合优化调度研究,充分挖掘梯级各库间的补偿调节能力,提高梯级整体的水能资源利用率以及发电效益,对我国水电事业的发展具有十分重要的意义。梯级水电站规模庞大、运行模式复杂,加之后效性因素、不确定性因素等影响,其短期优化调度问题也十分复杂,故其一直是水资源管理领域的研究难点。但同时梯级水电站短期优化调度直接应用于生产实际,指导梯级系统实时运行,优化调度方案的制定与实施直接决定梯级实际运行过程,进而关系到梯级发电效益的发挥,因此对其进行深入研究具有十分重要的理论价值与现实意义。鉴于此,本文从理论研究与实际应用两方面入手,运用水利科学、统计学、运筹学、管理学等多学科理论方法,对梯级水电站短期优化调度模型构建与求解、优化调度方案决策与实施进行全面、深入的研究,主要研究内容及成果包括:(1)“以电定水”模式下传统目标函数改进研究。针对“以电定水”模式下传统目标函数对梯级水能计算不够准确、进而导致梯级耗能最小与蓄能最大出现差异的不合理现象,考虑各电站之间发电效率、水量利用率的差异以及电站未来调度方式的影响,引入能效系数对传统目标函数进行了改进,实现了耗能与蓄能的统一;在此基础上,采用逐步逼近算法对各电站的能效系数进行优化计算,提出了更加适用于优化调度方式的基于能效系数逐步逼近的梯级耗、蓄能一致性目标函数,并通过实例计算验证了所提目标函数的优越性。(2)复杂运行模式下梯级产蓄能最大通用性目标函数研究。针对梯级水电站运行模式日益复杂、传统的单一目标函数无法满足梯级内部差异化运行要求的现象,从长期运行梯级总能量的角度出发,将发电效益划分为本调度期的既得效益-产能以及未来效益-蓄能,进而提出了梯级产蓄能最大通用性目标函数,并将该目标函数应用于复杂的混合运行模式,构建了梯级水电站短期优化调度耦合模型,通过实例计算验证了目标函数以及耦合模型合理性、可行性。(3)梯级水电站短期优化调度精准化方案制定方法研究。为了满足梯级水电站实际生产对精准优化调度方案的需求,从优化调度模型准确构建与精确求解两方面展开了深入研究。在模型构建环节,计及水流滞时对目标函数的影响,建立了考虑后效性影响的梯级水电站短期优化调度耦合模型;在模型求解环节,综合考虑水流滞时与尾水位变化对优化结果的影响,采用反向传播(Back Propagation,BP)神经网络对复杂后效性变量即下库入库流量与上库尾水位进行了精确计算,进而对梯级水库运行过程进行了精确模拟,同时又考虑厂内机组负荷分配以及启停机耗水等对优化结果的影响,提出了逐步优化算法-动态规划法(Progressive Optimality Algorithm-Dynamic Programming,POA-DP)对模型进行厂间-厂内一体化求解;最后将上述两者结合,通过实例计算验证了所提精准优化调度方案制定方法的实用性、优越性。(4)考虑不确定性影响的优化调度方案制定与实施方法研究。为避免水库来流与水电站负荷不确定性对梯级系统安全、经济运行带来的不利影响,首先采用事后评价方法对优化调度方案的三种实施模式进行了评价及优选;在实施模式优选的基础上,提取常规调度与优化调度各自的优点,借鉴调度规则中警戒水位的概念对优化调度方案的制定与实施进行了改进;最后通过对不同运行工况下梯级系统的风险、效益分析验证了所提优化调度方案制定、实施方法的实用性。(5)利用预报信息的水库警戒水位自适应计算方法研究。针对小漩警戒水位采用主观方法计算时缺乏科学依据进而无法保证梯级系统安全、经济运行的不足,重点围绕小漩警戒水位客观计算方法展开研究。首先对小漩上警戒水位与汛限水位、下警戒水位与旱限水位的相似性进行了系统分析,并借鉴汛、旱限水位计算方法以及分期计算原理,利用潘口日发电量预报信息对小漩警戒水位进行了分级计算;为进一步提高梯级水电站的发电效益,在分级计算的基础上利用潘口日负荷过程预报信息,对小漩上警戒水位进行了自适应计算;最后通过实例计算验证了所提自适应计算方法的可行性、优越性。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV737
【图文】：

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论中的一种方法，其结合了宽度优先搜索算法、最短路径算法等众多经典算法，主逡逑要研究网络上的最优化问题。网络流规划法将实际问题通过节点与弧来表示，而节逡逑点与弧相互连接则形成了网络流，其示意图如图１－３所示。１９５５年，Ｈａｒｒｉｓ首次提逡逑出了在给定的铁路运输网络上寻求两点间最大运输量的问题；１９５６年，Ｆｏｒｄ与逡逑Ｆｕｌｋｅｒｓｏｎ等Ｗ指出最大流的流值等于最小割的容量，并根据这一原理提出了最大流逡逑的求解方法，进而建立了网络流理论；后来又有人对上述理论、方法加以改进，使逡逑其更加完善。逡逑／邋＼５逡逑￣逡逑图１－３网络流规划法示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｎｅｔｗｏｒｋ邋ｆｌｏｗ邋ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ逡逑采用网络流规划法求解水库水电站优化调度模型时，水库水电站可用网络流中逡逑的节点来表示，而目标函数、约束条件等则通过构建相应的弧来表示。２０世纪８０逡逑年代开始，网络流规划法逐渐被应用于水库水电站调度领域。１９８１年，Ｒ0Ｓｅｍｈａｌ［８７］逡逑针对梯级水电站发电收入最大模型，提出了一种非线性网络流规划法进行模型求解，逡逑得到了良好的结果；１９８２年

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华北电力大学博士学位论文逡逑２０１５年，吴昊等｜ｍ３１建立了梯级水库群优化调度二级递阶模型，并结合大系统分解逡逑协调算法以及计算机并行技术对模型进行了求解，通过李仙江梯级实例计算验证了逡逑算法的实用性。逡逑（５）动态规划（Ｄｙｎａｍｉｃ邋Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，邋ＤＰ）及其改进算法。动态规划作为运逡逑筹学的一个分支，主要用于求解多阶段优化问题。２０世纪５０年代初，Ｂｅｌｌｍａｎ１１０４１逡逑在研究该类问题时，提出了著名的最优化原理（把一个多阶段问题转化为一系列单逡逑阶段问题，通过逐个求解单阶段问题得到原问题的全局最优解），进而提出了动态逡逑规划算法，其示意图如图１－５所示。动态规划算法能够有效处理阶段性、非线性问逡逑题，对目标函数、约束条件的要求较低，并且在理论上具有全局收敛性，因此其成逡逑为求解多阶段优化问题的经典算法，在各领域得到了极为广泛的应用。逡逑

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堵河位于陕西省、湖北省，全长３５４ｋｍ，流域面积１２５０２ｋｍ２，是汉江中上游南逡逑岸的一级支流。潘口、小漩梯级水库水电站位于堵河上游湖北省境内，其地理位置逡逑如图２－２所示，基本参数如表２－１所示。由该表可知，潘口、小漩梯级在实际运行逡逑过程中并非属于“以电定水”模式，但本节只对“以电定水”模式下的优化调度目逡逑标函数进行理论研究，故仍选取该梯级进行实例计算。逡逑表２－１梯级水库水电站基本参数逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－１邋Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃａｓｃａｄｅ邋ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ邋ａｎｄ邋ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ邋ｓｔａｔｉｏｎｓ逡逑参数逦潘口逦小漩逡逑正常蓄水位／ｍ逦３５５逦２６４逡逑死水位／ｍ逦３３０逦２６１．３逡逑调节库容／亿ｍ３逦１邋１．２逦０．０６７８逡逑调节能力逦年调节逦日调节逡逑装机容量／ＭＷ逦５００逦５０逡逑运行模式逦“以电定水”逦“以水定电”逡逑图２－２梯级水库水电站地理位置逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃａｓｃａｄｅ邋ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ邋

【参考文献】