水电站水库优化调度多目标决策教材
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计【摘要】本文主要介绍了《水电站水库运行与调度》课程案例集设计的内容。
在对课程的背景进行了介绍，并阐明了研究目的。
正文部分包括了案例分析、运行与调度策略、数据分析、问题解决方案以及课程应用等内容。
案例分析部分具体讨论了水电站水库的实际运行情况，运行与调度策略则探讨了如何有效地管理和调度水库资源。
数据分析部分则通过实际数据进行了具体分析，问题解决方案部分总结了解决问题的方法和途径。
结论部分对案例进行总结，评估了课程的实际应用效果，并展望了未来的发展方向。
该课程案例集设计为学习者提供了丰富的实践经验，有助于提升他们在水电站水库运行与调度领域的能力和技能。
【关键词】水电站，水库运行，调度，案例集设计，引言，背景介绍，研究目的，案例分析，运行与调度策略，数据分析，问题解决方案，课程应用，案例总结，实际应用效果，展望未来。
1. 引言1.1 引言《水电站水库运行与调度》课程案例集设计水电站水库的运行与调度是一个复杂而重要的课题，在现代社会的能源需求中扮演着至关重要的角色。
随着全球气候变化和能源环保意识的提高，对水库的运行和调度提出了更高的要求。
有必要对水电站水库运行与调度进行深入研究和分析，以制定更科学、有效的策略和方案。
背景介绍水电站作为清洁能源的重要组成部分，对于能源结构的优化和环境保护起着至关重要的作用。
水库是水电站的重要器件之一，对于水库的运行与调度不仅关乎能源供应的稳定性，还关系到水域资源的利用效率和环境的保护。
研究目的本课程案例集设计的目的在于通过对水电站水库运行与调度进行案例分析，探讨其运行与调度策略、数据分析方法、问题解决方案等内容，同时探讨课程在实际应用中的效果，以及展望未来的研究方向和发展趋势。
通过本课程的学习，希望能够深入了解水电站水库运行与调度的相关知识，为相关领域的研究和实践提供参考和支持。
1.2 背景介绍水电站水库是指利用水力发电的重要设施，是我国能源领域的重要组成部分。
“水库群优化调度”教学大纲
《水库群优化调度》教学大纲一、课程编号：0101041二、课程名称：水库群优化调度 (Optimal Operation of Reservoir Systems)三、学分、学时：1学分； 16学时四、教学对象：水文与水资源工程专业本科生五、开课单位：水资源环境学院六、先修课程：水利计算，运筹学，工程经济学七、课程性质、作用、教学目标本课程为水文与水资源工程专业选修课程，主要讲解最优化理论在水库运行管理中的应用。
通过学习使学生能从事水电系统运行管理，水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。
八、教学内容第一章概述第一节引言第二节系统与系统分析第三节径流特征及其处理第二章单库发电优化调度第一节引言第二节动态规划模型第三节动态解析模型第四节水电站机组负荷分配第三章库群发电优化调度第一节数学模型第二节增量动态规划轮库迭代优化算法第三节动态解析模型第四章水库防洪优化调度第一节引言第二节单库最大削峰准则调度第三节单库破坏历时最短调度第四节库群防洪优化调度第五章水电站水库随机模型第一节随机模型的特点与径流描述方法第二节有预报的随机模型第六章水库供水调度第一节确定性模型第二节随机线性规划模型第三节机遇约束模型第七章实例九、实践性环节的内容、要求十、多媒体教学手段运用的内容、要求及占用学时（或学时比例）十一、教材与参考书教材：陈乐湘主编《库群优化调度》，自编讲义。
参考书：长江流域规划办公室，河海大学，丹江口水利枢纽管理局合编《综合利用水库调度》水利电力出版社，1990。
十二、考核方式笔试十三、教学大纲说明（一）本课程的性质和任务本课程为水文水资源工程专业选修课程，主要讲解最优化理论在水库运行管理中的应用。
通过学习使学生能从事水电系统运行管理，水库运行管理，水利系统综合规划等方面的工作。
（二）本课程的基本要求学生学完本课程后应达到以下基本要求；1.掌握不同时间尺度的径流描述方法；2.掌握利用动态规划求解单库发电优化调度问题；3.掌握轮库迭代优化算法在库群优化调度中的应用；4.掌握防洪库群优化目标确定及优化调度模型的建模与求解；5.了解水电站水库调度的随机模型；6.掌握供水水库调度的确定性模型。
基于多目标决策技术的水库优化调度[1]
![基于多目标决策技术的水库优化调度[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/8256e822bd64783e08122b05.png)
1 2 约束条件
水量平衡方程 : Vi = V i- 1 + ( Qi - qi ) 库容约束 : Vm in ! Vi ! Vm ax 下泄流量约束 : qm in ! qi ! qm ax 电站出力约束 : Nm in ! N i ! N m ax t ( 2) ( 3) ( 4) ( 5)
对于较复杂 的 多目 标问 题 , 可用 数值 法求 解。通 过不 断 摄 动权 重值用 以生 成全部 或有 代表性 的非 劣解 , 从 而供 决策者选出 均衡解。
2 多目标决策技术
在多目标问题 中 , 决策 的目 的在 于 使决 策者 获 得最 满意的方案 , 或取得最大效 应。为此 , 在决策过程中 , 必须 考虑两个基本问题 : ∀ 问题的 结构或 决策态势 , 即 问题的 客观事实 ; # 决策 规则或偏 好结构 , 即人 的主观 作用。多 目标优化问 题 的 解是 非 劣解 , 一般 没 有 唯 一的 最 优 解。 多目 标问题 的最 终决策 , 就 是从 非劣解 集中 选出最 佳的 均衡解 , 从而最大限度地满 足各个目标的要求 [ 4 ] 。 本文采用多目 标决 策技 术中 的 权重 法 , 其基 本 思想 是根 据决策 需要 或态势 , 将 向量 优化问 题赋 予各个 目标 函数一定的权重 , 构成 一个目 标的标 量优化问 题 , 再通过 改变 各个目 标的 权重值 , 从 而生 成多目 标优 化问题 的非 劣解集 [ 5- 6 ] 。其过程见图 1。 多目标优化问题 : m in { f ( x ) = ( f 1 ( x ), %, f n ( x ) ) }
非负约束 : 以上各变量 均非负。 其中 Vi - 1、Vi 为 水 库第 i - 1 、i 时段 末 蓄 水 量 ( 104 m 3 ); Vm in 、 Vm ax为水库最 小、 最 大蓄 水 量 ( 104 m 3 ) ; Q i 为 i 时段 平均入库流量 ( m 3 /s ); qi 为 i 时段平均 下泄流 量 ( m 3 /s ); qm in 、 qm ax为水 库最 小、 最大下 泄流 量 ( m 3 / s); N i 为 i 时段 平均出力 ( 104 k W ); Nm in、 N m ax为 电站允许 的最 小、 最 大出 力 ( 104 k W )。 图 1 多目标决 策过程
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计该水库位于四川省雅安市，拦河坝高度为50米，总库容为5000万立方米，是该市唯一的城市供水水源地和3000千瓦水电站的上游水库。
该水库入库河流来自高山雪水和北面的仙女山，汇聚后形成了一个较大的水面面积，水质清澈透明，周围环境优美。
因此，在游客旺季，该水库已成为当地游客的热门景点。
该水库的主要问题是水位波动大，水库调度不当所导致的空间利用率低，以及水库引发的洪水危险性增加。
因此，需要制订一份水库运行与调度的策略。
1. 水库运行目标旨在保护水库及其下游河道正常运行不受威胁，保护人类生命和财产安全。
此外，在保证水库安全的基础上，还要实现以下目标：（1）供水目标：满足当地城市的日常生活和生产用水需求。
（2）发电目标：最大化发电量和经济效益。
（3）景观目标：保护和优化周围的自然景观，实现可持续发展。
2.水库的运行与调度为了实现以上目标，制定以下水库运行与调度的策略：（1）水库调度应随时根据降雨情况和下游河道水位情况调整水库水位。
尽量保持水位的稳定，防止波动过大。
（2）根据当地气候特点，定期疏浚、清淤和除草，确保水库正常运行，同时增加水库存水容量。
（4）并根据水库水情和地区用电情况，调度水电站发电，以最大化发电功率，并便利地协调调度，使发电、供水、导调有机配合，提高经济效益。
（5）鼓励旅游发展，但建议在游客旺季自觉限制游客，以保护水库生态环境和防止水库安全事故。
3.调度决策（1）冬季降水较少，水库储水量大，调度应该以供水为主，而电力调度不应过高。
（2）雨季需防洪，应降低水库水位。
同时，由于水库供水量大，应加强发电调度，增加水电站出力。
（3）夏季水库调度以发电为主，供水优先，发挥水库节能和发电效益。
二、案例二：水库调度优化某地一水库总库容15000万立方米，建设目的为区域供水和发电。
该水库位于地势较高且水位波动大的山区，所以水库调度受到严重影响。
并且，近年来，由于水流量减少，水库运行面临困境。
调水工程多目标优化调度及方案决策研究
多目标优化问题建模
建立数学模型
根据调水工程系统的特点和目标函数，建立 相应的数学模型，包括输水系统、水库调度 、水力发电等子系统模型。
约束条件考虑
考虑系统运行的约束条件，如水量平衡、水位限制 、电力负荷等，保证系统的稳定和安全。
多目标优化目标
根据实际需求，确定多目标优化的目标函数 ，如总输水量最大、总发电量最大、运行成 本最低等。
不足之处
现有的研究多关注于单一目标的优化调度，如最大供水量、最小弃水量等， 而忽略了多目标之间的协调和平衡。同时，现有的研究多侧重于理论分析， 缺乏实际应用和方案决策方面的研究。
研究内容与方法
研究内容
本研究旨在建立调水工程多目标优化调度模型，综合考虑 多种因素，如社会效益、经济效益和生态效益等，实现水 资源的可持续利用和工程的可持续发展。具体研究内容包 括
针对不同的调度方案，进行综合评价和分析，提出最优的 调度方案，为决策者提供科学依据。
研究方法
本研究采用理论分析和实际应用相结合的方法，首先进行 文献综述和分析，了解国内外研究现状和进展；然后建立 适合调水工程的多目标优化调度模型，并进行算法研究和 系统开发
02
调水工程调度模型构建
调水工程调度特点与原则
应用效果评估
通过实际运行数据，评估调水工程多目标优化调度的应用效果， 包括输水效率、供水量、水质等方面的指标。
环境影响评估
分析调水工程对周边环境的影响，包括生态保护、土地利用、移 民安置等方面的影响。
06
结论与展望
研究结论与创新点
1 2 3
建立了多目标优化调度模型
该模型综合考虑了调水工程的多个目标，如供 水保证、成本最低、环境影响最小等，并采用 了先进的优化算法进行求解。
水力发电厂的水库调度与运行优化
水力发电厂的水库调度与运行优化水力发电厂的水库调度与运行优化摘要：水力发电是一种利用水能转化为电能的可再生能源。
水力发电厂的水库调度与运行优化是实现水力发电最大化利用的关键环节之一。
本文将对水力发电厂的水库调度与运行优化进行综述，并重点讨论了现有的优化方法和模型，以及存在的问题和挑战。
最后，提出了未来研究的方向和展望。
1. 引言水力发电是一种利用水能转化为电能的可再生能源。
水力发电具有环保、可再生等优势，并在能源结构转型中发挥着重要作用。
水力发电厂由水库、水轮发电机组等组成，而水库调度与运行优化则是实现水力发电最大化利用的关键环节。
合理的水库调度和运行可达到以下目标：提高水库的水资源利用率、保证水电站的安全、稳定运行、满足电力系统对电能的需求等。
2. 水库调度与运行优化方法目前，水库调度与运行优化方法主要包括传统的经验法和基于优化模型的方法。
传统的经验法是根据水库的实际情况和经验知识进行调度和运行决策。
虽然这种方法简单易行，但其决策依据主要基于经验，缺乏系统性和科学性。
基于优化模型的方法通过建立数学模型，利用优化算法求解最优化问题，确定最佳的调度和运行策略。
这种方法具有较强的科学性和系统性，能够考虑更多的因素和约束条件，达到更好的优化效果。
3. 水库调度与运行优化模型水库调度与运行优化模型是优化方法的核心。
根据问题的特点和研究目标，可以建立不同类型的优化模型。
常见的水库调度与运行优化模型包括单目标优化模型和多目标优化模型。
单目标优化模型主要关注某一特定指标，如最大化发电量、最小化泄洪、最大化供水等。
多目标优化模型则同时考虑多个目标，通过建立目标函数进行多目标权衡和决策。
多目标优化模型可以基于加权法、约束法、模糊法等进行求解。
4. 现有问题与挑战虽然水库调度与运行优化在水力发电领域具有重要意义，但目前还存在一些问题和挑战。
首先，传统的经验法仍然在一些地区得到应用，缺乏科学性和系统性。
其次，优化模型的建立依赖于数据和模型参数，不同水库具有不同的特点和约束条件，难以复用和推广。
基于多目标决策技术的水库优化调度
Ｍｕｔ —ｏ ｊｃｉｅＤ ｃｓ ｎ—ｍａ ｉｇ ｌ — ｂｅｔ ｅｉ ｏ — ｋｎ ｉ ｖ ｉ
Ｗ Ｕ ｎｇ Ｐｅ
（ ｈ ｎｉ ｅｔ ｆ ｔｒＳｉ Ｃ ｎｅｖｔ ｎ＆ Ｅ ｏ ｇ ａ Ｅ ｖ ｏｍｅｔ ｏ ｓ ｕｔ ｎ Ｔ ｉ ａ ３ ０ ２ Ｃ ｉａ Ｓ ａ ｘ Ｃ ｎｒ ｏ ｅ／ ｏ ｏｓｒａ ｏ ｅ Ｗａ ｌ ｉ ｃｌ ｉ ｌ ｎ ｉ ｎ ｎ ｎｔ ｃ ｏ ，ａｙ ｎ０ ０ ０ ， ｈｎ ） ｏ ｃ ｒ Ｃ ｒ ｉ ｕ
第 ｌ 第１ ６卷 Ｏ期
２１ ０ ０年 １ ０月
水 利 科 技 与 经 济
Ｗ ａｅ ｎ ｅ ｖ ｎ ｙ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｃ ｎ ｍｙ ｔｒ Ｃｏ ｓ ｒａ ｃ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｏ ｏ
Ｖ０ ＿ ６ Ｎｏ ０ ｌ１ ．１ Ｏｃ．， ｔ ２０１ ０
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｍｏ ｅ ｅ ｅ ｏｒ ａ ｅ ｍｕ ｈ ｍｏ ｅ ｆ ｎ ｔｏ ．Ｔ ａ ｔｏ ｌｏ ｅ ａｉｎ ｗｉｈ ｔ ｅ ｏ ｌ ｎ ｏ ｌ ｔａ ｔ ｄ ｒ ｒ ｓ ｒ ｉｓｈ ｖ ｃ ｒ ｕ ｃｉｎｓ ｒ ｄｉ ｎａ ｐ ｒ ｔｏ ｔ ｈ ｎｙ ｏ ｅ ｇ ａ ｕ ｖ ｉ
化调度。
１ 数 学模 型
多年调节水库调度 的 目的是将 丰水年 多余 水量蓄 在 水库中 ， 以补充枯水年 水量不 足。因此 ， 多年调 节水库运 行调度的好坏 不仅 影响 当年 ， 还将影 响 以后若 干 年。水 库调度 的关键 是如何 科学 、 合理 地控制 年末水 位 以及 得 到相应的当年最优发 电策略 。 当年最优发 电策 略 以及 年末 水位 ， 主要影 响水 库 当 年发 电量 以及 来年 发 电蓄 能。 当年发 电量 与年 末 蓄 能 （ 来年发电蓄能 ） 构成 了多年调 节水 库贮存 的总能量 ， 本
水电站优化调度培训课件
水电站优化调度培训课件水电站优化调度培训课件随着能源需求的不断增长，水电站在能源供应中扮演着重要的角色。
为了提高水电站的效益和运行效率，优化调度成为了必不可少的环节。
本文将介绍水电站优化调度培训课件的内容，帮助读者了解水电站优化调度的重要性和实施方法。
一、水电站优化调度的背景和意义水电站作为可再生能源的一种，具有清洁、可持续的特点。
然而，由于水电站的运行受到水文条件、发电设备和电网负荷等多种因素的影响，如何合理调度水电站的发电量，成为了一个重要的问题。
优化调度可以提高水电站的发电效率，减少对环境的影响，同时满足电网对电力的需求，具有重要的经济和环境意义。
二、水电站优化调度的基本原理1. 水电站调度的目标：水电站调度的目标是在满足电网需求的前提下，最大程度地提高水电站的发电效益。
这需要综合考虑水文条件、电网负荷、发电设备运行状况等因素，确定合理的发电策略。
2. 水电站优化调度的方法：水电站优化调度可以通过数学模型和优化算法来实现。
首先，需要建立水电站的数学模型，包括水库水文模型、发电设备模型和电网模型等。
然后，利用优化算法对模型进行求解，得到最优的发电策略和调度方案。
三、水电站优化调度的关键技术1. 水库水文模型：水库水文模型是水电站优化调度的基础，它可以预测未来一段时间内的水文情况，包括降雨量、径流量等。
根据水文模型的预测结果，可以合理安排水库的调度计划。
2. 发电设备模型：发电设备模型是水电站优化调度的关键之一，它可以模拟发电设备的运行状况，包括发电机组的启停、负荷调节等。
通过对发电设备模型的建立和优化，可以提高发电设备的效率和可靠性。
3. 电网模型：电网模型是水电站优化调度的重要组成部分，它可以模拟电网的运行状况，包括电网负荷、线路功率等。
通过对电网模型的建立和优化，可以实现水电站与电网的协调运行，提高电网的稳定性和安全性。
四、水电站优化调度的实施步骤1. 数据采集和预处理：水电站优化调度需要大量的数据支持，包括水库水文数据、发电设备数据和电网数据等。
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计一、课程简介《水电站水库运行与调度》是水利工程专业的一门核心课程，旨在培养学生对水库运行与调度的理论基础和实践应用能力。
本课程案例集设计旨在帮助学生巩固和应用所学知识，提高解决实际问题的能力。
二、案例集内容1. 案例一：水库调度优化学生需要分析一个水库的实际情况，包括水库的容积曲线、进出水流量等数据，结合供水任务和水文情况，设计水库调度方案，使得出水量最大化的同时保证安全和经济性。
2. 案例二：洪水调度应急响应学生需要模拟一个水库面临洪峰流量的情况，通过分析洪水历时和洪峰流量，制定应急响应预案，包括调整泄洪流量和蓄洪水位等措施，以最大限度减轻洪灾损失。
3. 案例三：干旱期水库调度学生需要考虑水库在干旱期面临供水任务不足的情况，通过分析降水量和水库供水情况，制定干旱期调度方案，包括增加水库库容、提高库水利用率等措施，以满足供水任务。
4. 案例四：多水库的协调调度学生需要分析多个水库之间的协调调度关系，包括水库之间的引水关系、供水任务差异等情况，设计多水库的协调调度方案，最大限度提高整体供水能力。
三、案例集设计要求1. 案例集设计要求学生能够灵活运用所学知识，结合实际情况进行问题分析和解决。
2. 案例集设计要求问题具有一定的难度，能够挑战学生的思维和解决问题的能力。
3. 案例集设计要求问题的答案具有一定的商业性和实用性，能够满足实际工程需要。
4. 案例集设计要求问题之间具有衔接性，能够形成一个完整的学习和练习体系。
四、案例集使用方法1. 学生可以单独完成每个案例的分析和解答，然后进行答辩和讨论。
2. 学生可以分组完成每个案例的分析和解答，然后进行小组讨论和汇报。
3. 教师可以组织学生进行案例比赛，让学生在竞争中学习和提高。
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计第一章水电站水库运行与调度概述1.1 水电站水库运行管理的重要性水电站水库运行管理是水电站运行的重要组成部分，决定了水电站的发电效率和经济效益。
水库的调度管理对水库水位、流量和发电量的安排和调配起着至关重要的作用。
1.2 水库调度的原则和方法水库的调度管理需要遵循一定的原则和方法，包括基于水文资料和预测的水库调度原则、基于水电站设备状况和调度能力的水库调度方法等。
第二章水库调度案例分析2.1 水库干旱期的调度管理案例分析针对干旱期水库水位下降、水资源紧缺等问题，通过合理的调度管理来保障水库的供水和发电需求。
针对水库遭遇洪水时，如何通过调度管理来减少洪灾损失，保障水库的安全和周边地区的生命财产安全。
3.2 洪水期水库调度方案设计根据水库水位、降雨情况、下游地区的防洪需求等因素，设计针对洪水期的水库调度方案，通过合理的调度管理来减少洪灾损失。
第四章水库调度方案实施与效果评估针对设计的水库调度方案，制定具体的实施步骤和流程，包括调度人员的任务分工、调度指令的发布方式等。
通过对实施的水库调度方案进行效果评估，包括水位稳定情况、发电效率和经济效益等指标的评估。
5.1 案例分析及问题解决针对实际水库调度过程中遇到的问题进行深入分析，寻找解决问题的有效策略和方法。
5.2 案例讨论与经验分享通过案例讨论和经验分享，总结水库调度管理的经验和教训，为今后的实际工作提供借鉴和启示。
结语水电站水库运行与调度是一个复杂而又重要的课题，需要结合水文、水利和水电等多方面的知识与技术。
通过设计《水电站水库运行与调度》课程案例集，可以有效地帮助学生和从业人员理解水库调度管理的理论和实践，提高水库调度管理的能力和水平，为水电站的安全稳定运行提供有力支持。
水电站水库优化调度多目标决策教材
1.水库的水量平衡约束
Vt1 Vt (qt Qt )Kt
2.水库的需蓄水量约束
Qt，min Qt Qt，max
3.水库的下泄流量约束 Vt，min Vt Vt，max
4.水电站的出力约束
Nt，min AQt Ht Nt，max
t时段允许水库最大蓄水量
水电站的最小下泄流量为下游生态环境需水流 量，而最大下泄流量按6台机组同时下泄，最 大下泄流量为1800m³/s。
Qt,min Qt 1800
目标函数 12 max E 8.3 730Qt (H t上 -H t下-0.5) t 1
约束条件
Vht Vht min 18.9 Nt 108 Vt1 Vt (qt Qt ) 2.63106 Vt,min Vt Vt,max
通过Tennant法和最小月径流法计算，取其较 大值：
（2）库区本身生态环境需水约束
在任何时刻，水库的水位都应该在其最小生态环境 库容对应的水位之上。
Vht Vht min
t时段水库最小生态环境库容对应的水库水位
水电站的保证出力为18.5万kW，考虑到应该尽 可能提高好的保证出力，取最小出力限制为 18.9万kW，最大出力限制为装机容量108万kW
3.满足电力系统和水资源综合利用部门一定要求的前提 下，使水电站的发电量最大
4.火电为主，水电为辅的电力系统中的调峰调频电站，
使水电站供水期的最小出力最大（或保证电能最大）
➢目标函数
1.以发电量（或发电效益）最大为目标
T
max E AQtHtMt t 1
T
max F ApQtHtMt t1
梯级水电站多尺度多目标联合优化调度(李想,尹冬勤,魏加华著)PPT模板
2.1水电站短期调
01 度的数学模型
2.1.1目标函数 2.1.2约束条件
03 2.3结果和讨论
2.3.1三峡水电站短期调度结果 2.3.2隔河岩水电站短期调度结 果
2.2非线性约束线
02 性化
2.2.1机组净水头 2.2.2机组出力特征曲线
04 2.4本章小结
0
5
第3章梯级水库中期调度的知识方法
第3章梯级水库中期调度的知识方法
3.1传统发电计算模型
3.2基于知识的方法 3.2.1水电站机组组合模型
3.2.2知识方法 3.3三峡梯级理论最大发电量计算
3.3.1综合出力系数的问题 3.3.2水电站机组组合单层优化 3.3.3梯级水库调度和水电站机组组合双层优化 3.4与相关研究对比
3.5本章小结
梯级水电站多尺度多目标联合优化 调度(李想,尹冬勤,魏加华著)
演讲人
2 0 2 X - 11 - 11
0
1
序
序
0
2
前言
前言
0
3
第1章绪论
第1章绪论
1.1研究背景 1.2研究进展 1.3研究对象 1.4研究内容
第1章绪论
1.2研究进展
1.2.Байду номын сангаас水电站 机组组合优 化研究
1.2.1水库优 化调度研究
0
6
第4章梯级水库长期调度的并行动态规划
第4章梯级水库长期调度的并行动态规划
4.1多维DP模 型
4.2串行DP算 法
4.3并行DP算 法
4.4高性能计算 系统
4.5经典四水库 问题
4.6三峡－清江 梯级长期联合 优化调度
第4章梯级水库长期调度的并行动态规划
水库多目标优化调度
水库多目标优化调度水库是人类对水资源进行调控和管理的重要基础设施之一，其优化调度对于实现水资源的高效利用、水文气象灾害的防控以及保障区域经济社会可持续发展具有重要意义。
随着水资源需求日益增加和水环境保护要求的提高，水库优化调度面临着更为复杂的多目标问题。
本文将从问题提出、优化模型建立、算法求解和实施效果评价等方面进行探讨。
1. 问题提出水库多目标优化调度的核心问题是在满足多个目标的约束条件下，确定最优的水库调度策略。
常见的水库调度目标包括：保障下游河流生态环境、满足上游农田灌溉和城市供水需求、发电优先等。
同时，还需考虑到水库间的相互影响以及水文气象条件的变化等因素。
因此，水库多目标优化调度问题是一个典型的复杂动态规划问题。
2. 优化模型建立为了解决水库多目标优化调度问题，需要建立相应的优化模型。
优化模型的基本思想是将水库调度过程转化为一个数学规划问题。
常用的数学规划方法包括线性规划、整数规划、动态规划、遗传算法等。
根据具体的调度目标和约束条件，选择适合的优化模型。
以线性规划为例，假设有n个水库，目标是最大化发电量和满足下游灌溉需求。
建立线性规划模型如下：目标函数：Maximize Σ(wi * xi + si * yi)约束条件：1) Σ(xi) ≤ Qmax （发电容量约束）2) Σ(yi) ≤ Imax （灌溉需求约束）3) Σ(mij * xi) ≤ Dmaxj （下游需求约束）4) xi, yi ≥ 0 （调度决策变量非负）其中，wi和si分别表示第i个水库单位发电产量和灌溉效益；xi和yi分别表示第i个水库的发电量和灌溉量；mij表示第i个水库供水给第j个下游区域的单位供水量；Qmax、Imax和Dmaxj分别表示发电容量上限、灌溉需求上限和下游需求上限。
3. 算法求解对于复杂的水库多目标优化调度问题，常常采用启发式算法进行求解。
常见的启发式算法有遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等。
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计一、课程简介《水电站水库运行与调度》是针对水电站运行管理相关专业的一门重要课程，通过对水电站水库运行与调度的理论和方法进行系统的学习，培养学生的实际操作能力和技术素质。
本课程以案例分析的方式，涵盖了水库调度的基本理论、实践技术和实战操作，旨在为学生提供丰富的实践经验和应用技能。
二、课程目标1. 掌握水库调度的基本理论和方法2. 熟悉水电站水库运行与调度相关技术3. 培养学生分析和解决实际问题的能力4. 提高学生在水电站运行管理领域的实际操作水平三、课程内容1. 水库调度的基本原理和方法2. 水库调度的实际操作流程3. 水库调度过程中的常见问题分析与解决4. 水库调度系统的应用与发展趋势四、案例集设计1. 案例一：水库调度实际操作流程案例描述：某水电站水库在汛期突发暴雨，水位急剧上涨，需要进行紧急调度，保证水库安全运行和附近村庄的安全。
学生需要根据给定的实时水位、流量等数据，制定相应的调度方案，并进行模拟操作。
学习目标：学生通过实际操作，了解水库调度的具体流程和方法，掌握紧急调度时的操作技巧和应对措施。
2. 案例二：水库调度过程中的常见问题分析与解决案例描述：某水电站水库运行出现了水位波动较大的情况，导致周边农田受灾，需要及时解决问题。
学生需要分析水库调度过程中可能出现的问题，找出原因并制定相应的改进措施。
3. 案例三：水库调度系统的应用与发展趋势案例描述：某水电站引入了先进的水库调度系统，提高了水库运行效率和安全性。
学生需要研究该系统的应用情况，并探讨水库调度技术的发展趋势。
学习目标：学生通过案例分析，了解水库调度系统的应用技术和发展趋势，培养学生的创新思维和技术研究能力。
五、案例教学方法1. 理论讲解与案例分析相结合，提高学生的理论认识和实际操作能力。
2. 利用真实的水库调度数据进行案例分析，增强学生的实践操作能力。
3. 组织学生参观实际水电站运行，让学生深入了解水库调度的实际工作环境和流程。
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计
《水电站水库运行与调度》课程案例集设计一、课程名称：水电站水库运行与调度二、课程简介：水电站水库运行与调度是水利工程专业的重要课程之一，主要介绍水电站水库的运行管理和调度技术。
通过本课程的学习，学生将掌握水库调度与管理的基本理论和方法，了解水电站水库运行的相关知识，为未来从事水利工程相关工作打下坚实的基础。
三、课程目标：1. 了解水电站水库的基本运行原理和调度方法；2. 掌握水库调度与管理的基本理论和方法；3. 能够分析和解决水电站水库运行中的实际问题；4. 培养学生的创新意识和团队合作能力。
五、课程案例集设计：1. 简单水电站水库调度案例：设计一个简单的水电站水库调度案例，包括水库的水位、入流和出流的数据，要求学生利用所学知识，编制水库调度方案，实现最大限度地利用水资源，确保水电站的正常运行。
2. 水库调度方案的比较分析案例：选取不同水库调度方案，分析其优缺点，并比较各方案对水电站水库运行的影响，要求学生分析各种方案的特点和适用情况，培养其对不同方案的评判能力。
3. 水库运行中的安全管理案例：结合实际水电站水库运行中的安全管理问题，设计相关案例，要求学生深入分析水库运行中的安全隐患，并提出相应的解决方案，培养其安全意识和应急处理能力。
六、案例教学方法：1. 案例设计：由教师设计相关水电站水库运行与调度的案例，确保案例的质量和实用性；2. 教师讲解：教师对案例进行详细讲解，引导学生理解和掌握相关知识；3. 学生讨论：学生在小组内进行讨论，分析案例中的问题，并提出解决方案；4. 学生演示：学生进行案例演示，实操相关知识和技能；5. 教师点评：教师对学生的演示进行点评，并给出指导性意见；6. 学生总结：学生对案例进行总结，反思所学知识和经验。
七、案例集评价方式：1. 学生演示成绩：根据学生的案例演示情况，给予相应的分数；2. 学生讨论表现：根据学生在小组内的讨论情况，给予相应的评价；3. 学生总结成绩：根据学生对案例的总结情况，给予相应的评分；4. 教师综合评价：根据教师对学生表现的全面评价，综合确定学生的最终成绩。
浅析水库多目标优化调度
（ ４ ） 泄洪流量约束 ： 泄 洪 流 量 既 要 考 虑 水库 在 某 一 水 位 Ｚ
的 最 大泄 流 能 力 Ｑ ｚ 约 束
，
也 要 考 虑 下 游 的 防 洪 安 全 泄 量ｏ ：
要求 ， 取 两者 最 小 值作 为 泄 洪设 施 的 最 大 泄 洪 流 量 约束 ， 即 ０ ．
≤ｍｉ ｎ（ ０一 ， ０～ ） ， ｔ ＝ １ ， ２， …， Ｔ。
以上 各 式 中 ， Ａｔ 为计算时段 长 ； Ｉ ． 和 Ｏ 。 分 别 为 入 库 流 量
引 言
随 着我 国社 会 经 济 的 快速 发 展 ，人 们 对 用 水 的 需 求 也 在 段 ．合 理 的 调 配社 会 中有 限 的 水 资 源 已经 成 为 亟 需 解 决 的 问 题． 而 水库 的优 化 调 度 作 为 水 资 源优 化 配 置 的 重要 方 式 ， 必 须
其决策域为（ Ｑ Ｄ ｉ ， ｔ ； Ｑ ｘ …， ｔ ） ， 也就是决策变量的下限和上限分 别为 Ｑ 。 ｌ ｎ 、 Ｑ ， 此时有 Ｉ Ｔ １ 个分量的向量。如果在决策域 内优
优 的 泄水 量 ‰ ， 则 Ｓ ｔ － ｑ ￣ 关 系 曲 线 称 为 时段 ｔ的调 度 线 。
不 断 的 供 需 矛 盾 。 现 阶 选 时采 用 ０ ． ６ １ ８法 ，也 就是 对 每一 状 态变量 Ｓ ． 都要 选 择 一 个 最
１ ｔ＝１
时段 个 数 ； Ｚ （ ｔ ＝ １ ， ２ ， …， Ｔ） 为 时段 ｔ 的库 水 位 ； Ｐ ， Ｑ ， Ｑ （ ） 分别
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每天都是美好的一天，新的一天开启 。21.1.1 221.1.1 219:20 19:20:4 619:20: 46Jan-2 1
人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。2 021年1 月12日 星期二 7时20 分46秒T uesday , January 12, 2021
同时讨论不考虑生态时的水电站水库调度问题，不考虑生态时 发电量只增加了0.08亿kW·h，而对河流生态环境的负面影响是 深远的。因此，考虑生态环境，牺牲一小部分发电效益而换来 社会经济与生态环境的和谐发展是值得的，也是十分必要的。
模型：
T
max AQt Ht t
t 1
Vt1 (Qt,入 Qt,出) t Vt Qt Qf
水库生态环境需水量：水库生态系统发挥正常生态
环境功能所需的水量，包括生态需水与环境需水。
生态需水 ：水面蒸发量
保持天然条件下河床和河岸稳定等维持非生物 环境基本功能的河流基流量 维持赖水生存的生物体自身消耗生产空间的河 流生物需水量
环境需水：包括维持河道水沙平衡、水盐平衡、水功能区
划下一定水质标准、河道景观等基本用水需求 所需水量。
该水利枢纽作为跨流域调水工程的首部枢纽对 减少引水的含沙量、改善引水水质、减轻水泵 磨损、减少供水调节水库的淤积、增加引水时 段、降低提水扬程、节省电能、降低引水成本 等都有重要意义。枢纽电站对满足调峰需要， 降低系统燃料消耗，改善火电机组运行条件， 增加系统运行的稳定性，提高周波质量也起着 很大的作用，同时，水库的滞洪和拦蓄上游来 水，对下游防洪、防凌都是有利的。
做专业的企业，做专业的事情，让自 己专业 起来。2 021年1 月下午 7时20 分21.1.1 219:20 January 12, 2021
时间是人类发展的空间。2021年1月12 日星期 二7时2 0分46 秒19:20: 4612 January 2021
科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。下午7 时20分 46秒下 午7时2 0分19: 20:4621 .1.12
水库优化调度：以系统工程方法为基础，建立以水
库效益最大为目标，以水量平衡、 供水能力等为约束条件的优化调度 模型。
水库常规调度：根据水库的调度规则，利用径流调
节理论和水能计算方法，确定满足 水库既定任务的蓄泄过程。
1.国民经济效益最大或经济费用最小最优准则
2.满足水资源综合利用部门一定要求的条件下，使电力 系统的总耗煤量最小
2.以水电站出力最小的时段的出力尽可能大为目 标
max NP max minAOt Ht
3.以水库库区及下游河道生态环境需水量缺水量 最小为目标
N
min Z min RL(t) VL(t)
t 1
生态环境：河流+水库 河流生态环境需水量：满足河流生态系统设定生态
功能与环境功能的需水量，包括生态需水与环境需水 。
Logistic映射为：
i1, j i, j (1 i, j )，i 1，2，...p，j 1，2，...n
将混沌序列放大到决策变量取值空间：
xi，j ai (bi ai )i, j，i 1，2，...p，j 1，2，...n
6.编码（浮点码）
7.适应度函数值计算 8.最优保留策略（最优的10%） 9.选择、交叉和变异计算
天生我材必有用，千金散尽还复来。1 9:20:46 19:20:4 619:20 1/12/20 21 7:20:46 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。21. 1.1219: 20:4619 :20Jan-2112-Ja n-21
得道多助失道寡助，掌控人心方位上 。19:20: 4619:2 0:4619: 20Tues day, January 12, 2021
生态需水：水库库区生态需水（蒸发、渗漏损失水量，水生物
生存所需水量，赖水生存的动植物耗水量）与维持下 游基本 生态功能所需要的水量（水生物正常生存繁殖所需水量）。
环境用水：库区环境需水（满足水质要求和一定的水库景观水
位所需水量）与下游环境需水（维持水沙平衡、水盐平衡、 水质标准、河道景观等基本用水所需水量）。
安全在于心细，事故出在麻痹。21.1.1 221.1.1 219:20: 4619:2 0:46January 12, 2021
加强自身建设，增强个人的休养。202 1年1月 12日下 午7时2 0分21. 1.1221. 1.12
扩展市场，开发未来，实现现在。202 1年1月 12日星 期二下 午7时2 0分46 秒19:20: 4621.1. 12
随机联赛选择、算数交叉、均匀变异 10.混沌扰动算子 11.初始最优解
适应度函数值的最大值与与平均值的差值在允许范围 内，或迭代次数达到设定最大值，则寻优结束，得 初研究
某水利枢纽工程的任务是供水结合发电，同时 亦兼有防洪、防凌等综合效益。水库的总库容 为8.96亿m³，调节库容为4.45亿m³，水库最 高蓄水位为980.00m，正常蓄水位为 977.00m,电站设计保证率取90%。取水口设 于大坝左岸边坡坝段，两条引水钢管单孔引水 流量24m³/s，可满足枢纽年供水量14亿m³。 枢纽水电站装机1080MW，多年平均发电量 27.5亿kW·h。
3.满足电力系统和水资源综合利用部门一定要求的前提 下，使水电站的发电量最大
4.火电为主，水电为辅的电力系统中的调峰调频电站，
使水电站供水期的最小出力最大（或保证电能最大）
➢目标函数
1.以发电量（或发电效益）最大为目标
T
max E AQtHtMt t 1
T
max F ApQtHtMt t1
目标
水电站发电量最大 出力最小时段的出力尽可能大 生态环境蓄水缺水量最小
采用约束法将出力最小时段的出力尽可能大和生态环境需 水缺水量最小两个目标转换为约束条件。
• 用一个水文年为周期，将调度期分为12个时段， 每个时段的小时数为730
• 水电站综合出力系数为8.3
• 水头损失为0.5m
年发电量 t时段的发电流量
1.水库的水量平衡约束
Vt1 Vt (qt Qt )Kt
2.水库的需蓄水量约束
Qt，min Qt Qt，max
3.水库的下泄流量约束 Vt，min Vt Vt，max
4.水电站的出力约束
Nt，min AQt Ht Nt，max
5.变量边界约束
V(K，1) V(K，n)
6.变量非负约束
感情上的亲密，发展友谊；钱财上的 亲密， 破坏友 谊。21. 1.12202 1年1月 12日星 期二7 时20分4 6秒21. 1.12
谢谢大家！
计算得到的多年平均发电量为28.41亿kW·h，常规调度时多年 平均发电量是27.5亿kW·h，优化后年发电量增加0.91亿kW·h， 提高3.3%。
将DP、GA、CGA三种方法优化计算结果进行对比，可见CGA的 结果最优。
CGA算法综合了GA和COA算法的优越性，具有搜索效率高，收 敛性能好，更逼近全局最优解等优点。但是，计算时间较长。
18.9 Nt 108
水电站每月的出力，万kW
t时段末的水库蓄水量 t时段初的水库蓄水量
Vt1 Vt (qt Qt ) 2.63106 t时段的平均入库流量 t时刻的发电流量
水库蓄水量的上、下限可根据各时段水位的上 、下限值查水库的水位库容曲线确定。
t时段允许水库最小蓄水量
Vt,min Vt Vt,max
1.水库优化调度的内涵 2.水库优化调度的准则 3.水库优化调度数学模型的建立 4.水库优化调度数学模型的求解
水库调度：根据水库的功能和调蓄能力，在保
证下游防洪安全和水工建筑物安全 的前提下，对水库的来水过程进行 径流调节，提高发电效益的一种水 库运用控制技术。
兴利调度
水库调度 防洪调度
生态调度
12
max E 8.3 730Qt (H t上 -H t下-0.5) t 1 水库上水游库平下均游水平位均水位
• 目标函数中以各月初的水位作为决策变量，根 据水电站的资料，确定各时段水位的上下限， 得到：
生态蓄水约束 水电站的出力约束 水量平衡约束 蓄水量约束 下泄流量约束
（1）下游河道生态环境需水约束
X 0
水库优化调度模型求解
混沌是自然界的一种普遍现象，它看似混乱，却有着精致的内
在结构，具有“随机性”，“遍历性”，“规律性”等特点。 遍历性：在一定范围内能按其自身的规律不重复的遍历所有的 状态。 CGA:混沌优化的遍历性+遗传算法优化的反演性
将混沌状态引入到优化变量中，并把混沌运动的遍历范围 放大到优化变量的取值范围，然后把得到的混沌变量进行编码 ，表示成染色体，将他们置于问题的环境中，根据适者生存的 原则，对其进行选择，复制，交叉，变异，然后对各个混沌变 、量附加一混沌小扰动，通过一代代得不断进化，最后收敛到 一个最适合环境的个体上，求得问题的最优解。
通过Tennant法和最小月径流法计算，取其较 大值：
（2）库区本身生态环境需水约束
在任何时刻，水库的水位都应该在其最小生态环境 库容对应的水位之上。
Vht Vht min
t时段水库最小生态环境库容对应的水库水位
水电站的保证出力为18.5万kW，考虑到应该尽 可能提高好的保证出力，取最小出力限制为 18.9万kW，最大出力限制为装机容量108万kW
t时段允许水库最大蓄水量
水电站的最小下泄流量为下游生态环境需水流 量，而最大下泄流量按6台机组同时下泄，最 大下泄流量为1800m³/s。
Qt,min Qt 1800
目标函数 12 max E 8.3 730Qt (H t上 -H t下-0.5) t 1
约束条件