流域大規(guī)模梯級電站群協(xié)同發(fā)電優(yōu)化調度研究.pdf

1、流域大規(guī)模水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調度具有時間和空間的多維性、庫群入流復雜性、服務和調度主體非單一性等特點，受水文氣象、運行控制、用水需求、電網(wǎng)負荷等因素制約，水力、電力耦合關系十分緊密，是一類高維數(shù)、多約束、多目標的復雜優(yōu)化問題。隨著我國水電能源的持續(xù)開發(fā)，流域大規(guī)模水電站群已逐步形成，并在防洪抗旱、“三生”供水、節(jié)能減排等方面發(fā)揮著不可替代的作用。然而，隨著流域梯級電站群規(guī)模逐漸增大、綜合利用要求日趨復雜，流域電站單庫和梯級、流域和系統(tǒng)

2、整體之間競爭和沖突關系逐漸加劇，亟待開展適用于新形勢下大規(guī)模梯級電站群的整體優(yōu)化和水資源綜合利用方面的研究，以滿足流域大規(guī)模梯級電站群協(xié)同發(fā)電優(yōu)化調度的工程需求。本文以梯級水電站群綜合經(jīng)濟效益發(fā)揮和水能高效轉化為目標，結合水電能源學、群集優(yōu)化理論、多目標優(yōu)化方法和復雜系統(tǒng)科學，對流域大規(guī)模水電站群協(xié)同發(fā)電優(yōu)化調度面臨的理論瓶頸和技術難題展開了研究，取得了一些可供流域調度機構參考和借鑒的研究成果，相關應用成果已集成到“金沙江水調管控一體化

3、平臺”，并通過檢驗、測試和現(xiàn)場安裝部署，在金沙江梯級調控中心獲得了工程應用。本文的主要研究內容和創(chuàng)新成果包括：
　?。?）梯級水電站群消落運用方式是影響梯級水電站綜合經(jīng)濟效益充分發(fā)揮的重要問題，圍繞科學控制金沙江下游梯級電站枯期消落水位、兼顧梯級總發(fā)電效益并控制棄水這一關鍵工程難題，研究工作在分析了金沙江下游梯級設計代表站屏山站枯水期及汛前歷史徑流數(shù)據(jù)的基礎上，提出了5月、6月分旬控制消落的梯級水電站群枯期消落運用方式。在此基礎上

4、，分析了金沙江下游梯級近期水平下不同消落深度對梯級總體運行調度的影響，得到了不同頻率來水情況下溪洛渡、向家壩梯級電站水位消落控制方案；進一步，以金沙江下游流域烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩梯級電站群為研究對象，對金沙江遠景水平下聯(lián)合運行時枯期消落方式進行了分析，所得結論可作為金沙江下游梯級電站群枯期運行調度的方案指導。
　　（2）針對流域大規(guī)模水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調度時間和空間的多維性、庫群入流復雜性、服務和調度主體非單一性等特點

5、，研究工作從流域大規(guī)模電站群整體優(yōu)化的角度出發(fā)，建立了金沙江下游梯級電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調度模型和長江中上游大規(guī)模梯級電站群發(fā)電分區(qū)優(yōu)化調度模型，根據(jù)電站所屬流域相對位置以及其水力補償關系進行虛擬分區(qū)，以控制區(qū)內電站群子系統(tǒng)為對象進行分區(qū)優(yōu)化控制。為突破已有理論和方法在實際工程問題求解時存在計算精度低、時間復雜度較高等技術瓶頸，提出了一種基于精英向導的粒子群算法（EGPSO），通過引入外部檔案集保存精英解，為粒子進化提供精英向導，同時采用

6、約束廊道法有效解決發(fā)電優(yōu)化調度問題中的多約束耦合問題，應用實例表明所提出方法求解精度高、時效性好，具有較強的工程實用性，為求解大規(guī)模、多約束梯級電站群優(yōu)化問題提供了一種新思路。
　　（3）為探索金沙江下游梯級水電站群和三峽梯級聯(lián)合發(fā)電調度運行特點，揭示其在不同調度方式下的補償效益及響應規(guī)律，研究分別建立了以各電站自身經(jīng)濟效益為目標的單庫優(yōu)化調度模型和梯級電站整體優(yōu)化的聯(lián)合優(yōu)化調度模型，采用EGPSO算法分別對不同典型代表年徑流輸入

7、條件下兩模型進行求解，對比分析了不同調度方式下梯級電站群發(fā)電、棄水等時空分布的差異，揭示了梯級水電站群協(xié)同發(fā)電調度的補償效益規(guī)律。分析結果表明，梯級水電站群聯(lián)合調度能充分發(fā)揮調節(jié)性能強的電站對水量的補償調節(jié)作用，在提高系統(tǒng)整體發(fā)電效益的同時減少棄水；金沙江下游梯級電站群和三峽梯級梯級聯(lián)合運行時，金沙江下游梯級對三峽梯級進行了電量補償，在提高梯級整體枯期出力的同時，緩解了汛前集中消落帶來的調度風險。
　?。?）綜合考慮水電站群及區(qū)域

8、水火電系統(tǒng)多目標運行的工程需求，通過分析梯級電站群發(fā)電效益、保證出力和通航流量調度目標間的用水競爭關系，建立了流域梯級水電站群多目標均衡優(yōu)化調度模型；同時深入解析了區(qū)域水火電系統(tǒng)經(jīng)濟運行和節(jié)能減排之間的沖突關系，建立了區(qū)域水火電系統(tǒng)短期多目標調度模型。針對已有PSO算法無法滿足多目標求解的難題，提出了一種改進的多目標粒子群算法（MOPSO），通過引入外部精英種群為粒子進化提供多精英向導，在提高求解精度的同時增強了劣解集分布的均勻性。將提