面向生態(tài)和航運的梯級水電站多目標發(fā)電優(yōu)化調度研究.pdf

1、隨著我國人口持續(xù)增長和經濟飛速發(fā)展，能源需求不斷增加的同時環(huán)境污染問題日益嚴重，如何實現(xiàn)節(jié)能減排以促進能源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的建設是我國當前面臨的重大挑戰(zhàn)。水電作為純天然的清潔能源，具有可再生、無污染、運行成本低、便于調峰調頻等優(yōu)勢，受到世界各國的普遍青睞。水電資源是我國的優(yōu)勢資源，在國民經濟發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位，大力發(fā)展水電是確保我國經濟可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。隨著我國大型水利樞紐的建設和投運，充分發(fā)揮了流域防洪、發(fā)電、航運、供

2、水和生態(tài)等效益；然而，水電站群優(yōu)化調度不僅受氣象、水文、負荷等因素的制約，而且需考慮不同調度效益的均衡優(yōu)化與充分發(fā)揮，是當前工程和學術界的熱點研究問題。本文圍繞梯級電站水資源綜合管理問題，以流域梯級水電站實際運行狀況和相關規(guī)范文件為基礎，深入研究了大型梯級電站水資源優(yōu)化調度的建模理論和求解方法，實現(xiàn)水資源在不同調度目標間的合理分配與高效利用，為水電站優(yōu)化運行和流域綜合管理提供了理論支撐和技術支持。本文的部分成果已集成于“金沙江梯級水調管

3、控平臺”和“三峽梯級優(yōu)化調度系統(tǒng)”，并在三峽梯調中心和金沙江成都調控中心成功部署應用。
　　本研究主要內容包括：⑴針對梯級水電站水頭聯(lián)系影響實際調度運行的問題，本文在整理、分析歷史實測數(shù)據(jù)資料的基礎上，探究了上下游電站水位銜接關系與梯級整體效益間的響應規(guī)律，并結合一維水動力模型、數(shù)據(jù)擬合、機組精細化模擬、Vague集等理論和技術，提出了一套完整的梯級最優(yōu)水位控制方法。三峽梯級發(fā)電調度的實例研究表明該方法具有很好的工程實用性；在溪洛

4、渡-向家壩梯級調度中，由于向家壩庫容較大導致水位難以迅速調整，為此制訂了更為嚴格的水位約束方式，進而計算得到溪洛渡-向家壩梯級的最優(yōu)水位控制方式。所得結論能為梯級水電站日計劃制作和實時出力調整提供有效的決策支持。⑵以梯級水電站多目標問題的高效求解為切入點，本文改進并完善了差分進化框架，提出了雙種群多目標差分算法（DPMODE）。該算法不僅改進了變異算子，并嵌入了局部優(yōu)化技術，在確保種群多樣性的前提下提高了算法的收斂性。此外，結合本文提出

5、的梯級水電站水位優(yōu)化控制方法，改進了種群初始化方式和約束條件處理，使其能更好地適用于水電站優(yōu)化調度。相關函數(shù)測試結果表明，DPMODE能夠有效處理高維、非線性、非連續(xù)的多目標優(yōu)化問題，具有良好的求解性能。⑶為滿足河道生態(tài)恢復對梯級水電站調度的需求，本文從三峽水庫生態(tài)調度現(xiàn)狀入手，采用水文學統(tǒng)計方法確定了三峽梯級的生態(tài)適宜流量可行范圍，再通過分析長江中下游若干典型生態(tài)因素，制定了三峽梯級生態(tài)適宜流量過程，并將其作為生態(tài)效益的評價標準，建立

6、了生態(tài)-發(fā)電優(yōu)化調度模型。運用本文提出的水位控制方式和DPMODE算法，進行了三峽梯級實例研究并獲得能夠均衡生態(tài)和發(fā)電的非劣方案集，通過詳細分析計算結果，揭示了生態(tài)與發(fā)電間的影響規(guī)律。同時，針對長江中上游初露端倪的供水問題，提出了供水保證率指標以評價流域供水效益，進而構建了生態(tài)-供水-發(fā)電優(yōu)化模型，調度結果驗證了長江中上游未來可能出現(xiàn)的供水緊缺問題，為流域規(guī)劃管理提供了有效的技術支持。⑷針對面向航運的梯級水電站優(yōu)化調度問題，本文從三峽航