流域大規(guī)模梯級電站群協(xié)同發(fā)電優(yōu)化調(diào)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(diào)度具有時間和空間的多維性、庫群入流復(fù)雜性、服務(wù)和調(diào)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(guān)系十分緊密，是一類高維數(shù)、多約束、多目標的復(fù)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(fù)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(guān)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(diào)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(zhuǎn)化為目標，結(jié)合水電能源學(xué)、群集優(yōu)化理論、多目標優(yōu)化方法和復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)，對流域大規(guī)模水電站群協(xié)同發(fā)電優(yōu)化調(diào)度面臨的理論瓶頸和技術(shù)難題展開了研究，取得了一些可供流域調(diào)度機構(gòu)參考和借鑒的研究成果，相關(guān)應(yīng)用成果已集成到“金沙江水調(diào)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(diào)控中心獲得了工程應(yīng)用。本文的主要研究內(nèi)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(xué)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(guān)鍵工程難題，研究工作在分析了金沙江下游梯級設(shè)計代表站屏山站枯水期及汛前歷史徑流數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)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(chǔ)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(diào)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(jié)論可作為金沙江下游梯級電站群枯期運行調(diào)度的方案指導(dǎo)。
　?。?）針對流域大規(guī)模水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度時間和空間的多維性、庫群入流復(fù)雜性、服務(wù)和調(diào)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(diào)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(diào)度模型，根據(jù)電站所屬流域相對位置以及其水力補償關(guān)系進行虛擬分區(qū)，以控制區(qū)內(nèi)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(fù)雜度較高等技術(shù)瓶頸，提出了一種基于精英向?qū)У牧Ｗ尤核惴ǎ‥GPSO），通過引入外部檔案集保存精英解，為粒子進化提供精英向?qū)?，同時采用

6、約束廊道法有效解決發(fā)電優(yōu)化調(diào)度問題中的多約束耦合問題，應(yīng)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。
　?。?）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(diào)度運行特點，揭示其在不同調(diào)度方式下的補償效益及響應(yīng)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(diào)度模型和梯級電站整體優(yōu)化的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)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(diào)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(diào)度的補償效益規(guī)律。分析結(jié)果表明，梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度能充分發(fā)揮調(diào)節(jié)性能強的電站對水量的補償調(diào)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(diào)度風險。
　　（4）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(diào)度目標間的用水競爭關(guān)系，建立了流域梯級水電站群多目標均衡優(yōu)化調(diào)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(guān)系，建立了區(qū)域水火電系統(tǒng)短期多目標調(diào)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?qū)?，在提高求解精度的同時增強了劣解集分布的均勻性。將提