水库调度概述

Resevoir Optimization Dispatching
• 充分利用水电能源产生电能，提高水电系统的经 济效益是水电站水库群发电优化调度的总目标。 根据水电系统在电力系统中的作用，水电站群优 化调度研究有着不同的优化准则，也将产生不同 的优化结果。常用的优化准则有以下几种：
– – – – 梯级水电站发电量最大准则、 梯级水电站总耗水量最小准则 梯级水电站总蓄能最大准则 梯级水电站发电效益最大准则等。
4
Resevoir Dispatching
• 水库调度必须遵守的原则是： 在确保水电站水库大坝工程安全的前 提下，分清发电与防洪及其综合利用任务 之间的主次关系，统一调度，使水库综合 效益尽可能最大；当大坝工程安全与满足 供电、防洪及其他用水要求矛盾时，应首 先满足大坝安全要求；当供电的可靠性与 经济性矛盾时，应首先满足可靠性要求。
– – – – – 水电站下泄流量约束 水电站出力约束 水库蓄水量约束 水量平衡约束 非负条件约束
• 在水库优化调度中，不存在对所有水资源系统都通用的理 论、方法和数学模型。对于不同的水库系统，应该根据水 库自身的特点、可用的数据（多年水文资料、水库参数等 以及目标函数和约束条件）来选取适当的理论、数学模型 和方法。
i 1 t 1
N
发电效益最大模型
E j max E max ( Ai Pt Qi ,t H i ,t M t )
jS i 1 t 1
N
T
25
Resevoir Optimization Dispatching
• 梯级水电站优化运行所涉及的约束条件较多，有的也非常 复杂，而且对于不同的调度任务(运行目标)，约束也不尽 相同。某些调度任务也可以作为另外优化目标的约束条件 出现。
防洪限制水位与重叠库容。水库在汛期允 死水位 许兴利蓄水的上限水位 ,库 也是水 库库 在汛期防洪 运用 正常蓄水位 与兴 利 容。水 在 校核洪水位与调洪库容。水库遇到大坝的校核 时 的起 调 水位， 称 防洪限制水位。防洪限制水位 死水位 与 死 容。水 在正常 运 正常 用情 况 下 ,库 为满 足库 兴库 利要求在 开 防洪高水位 与 防洪 容。水 库 死库容 洪水运 时 ,在坝 前 达 到的最高水位， 称遇到下游防 校核洪水位。它 的 拟定， 关 系到防洪和 兴利的 结 合 问题 ，要兼顾 用情 况下，允 许消落到的最低水位， 始供水 蓄到的水位， 称 正常蓄水 护对 设计标 ,在 坝 前 达 到的最高水 是水象的 库时应 在非常 运准洪水 用情况时 下，允 许临时达 到的最高洪 两 方面的需要。如汛期 内 不同 时 段的洪水特征有 称 死水位，又 称设计 低水位。死水位 位 ,又 正常高水位、 兴利水位，或 设 称称 防洪高水位。只有 当 水 库承担下游防洪任 水位，是确定大 坝顶高及 进 行大 坝安全校核的主要 明 显 差 别时 虑 分期采用不同的防洪限制水 以下的 库容，可考 称为 死 库 容，也叫 底库 设计 洪水位。水 库 遇到大 坝的垫 设计 洪水 ，库容积 计 蓄水位。正常蓄水位至死水位之 间 务时 ,才需确定 这 一水位。防洪高水位至防洪限 依据。校核洪水位至防洪限制水位之 间时 的水 位。正常蓄水位至防洪限制水位之 的水 库 容积 容。死 容的水量除遇到特殊的情 况 在 坝前 达 , 称设计 洪水位。 它 的水 库库 容 积称为兴 库 容 , 即以 调节库 制水位之 间 容 积称为 防洪 库间 容。 用以 称为调 洪到的最高水位 库的水 容。库 它利 用以 拦 蓄洪水，在 满它 足水 库下游 称为 重 叠库 容 , 也叫共用 库 容。此 库 容在汛期 腾空, 外 ( 如特大干旱年 ) ， 它 不直接用于 调 是水 库在正常 运流 用情 况 许达 到的最高洪 容。用以 调节径 , 提供水 库 的供水量。 控制洪水， 满足水 库 下游防 护对 象的防洪要求。 防洪要求的前提下保 证下允 大坝 安全。 校核洪水位以下的 作 为防洪 节径 流。库容或调洪库容的一部分。 2 水位。 水库容积称为总库容。
3
Resevoir Dispatching
• 水库调度即水库控制运用，是对已建水利水电枢纽 合理可靠的控制运用，达到充分发挥防洪、兴利效 益的一种技术措施，属于非工程措施。 • 水库调度的基本任务有如下三项： 一是确保大坝安全，并承担水库下游的防洪任务； 二是保证满足电力系统正常用电和其他有关部门的 正常用水要求； 三是在保证各用水部门正常用水的基础上力争尽可 能充分利用河流水能多发电，使供电更经济。 （优化调度）
• 开展水电站水库的优化调度工作，提高水电站及 电力系统的经济管理水平，挖掘潜力，几乎在不 增加任何额外投资的条件下，便可获得显著的经 济效益。欧、美、前苏联等国家的调度资料表明： 长期经济运行可增加发电量2.0%-5.5%；短期经 济运行可增加发电量1.5%-5.0%；厂内经济运行 可增加发电量0.3%-0.5%。四川大学马文光教授 研究认为通过梯级水电站联合优化调度可提高流 域水资源利用率，增发水电电量2%~7%。 • 途径：1、提高调度期发电水头；2、充分利用水 量；3、减少机组空耗。
• 大型水电站（装机容量大于25万kw），K：8.5 • 中型水电站（装机容量在2.5万—25万kw），K： 8—8.5 • 小型水电站（装机容量小于2.5万kw），K：6.0— 8.0 • 效率曲线（机组效率-出力-水头形成的一组曲线）
18
Resevoir Dispatching
• H=Z上-Z下-H损 • 上游水位 Q入-Q出 • 下游水位 f（ Q出）. 多年调节水库上游水位变幅大，下游水位对 水头影响小，低水头电站受下游水位影响较大。 • H损水头损失 f（H,Q） 受引水管长度、大小有关、拦污栅压差、毛 水头、引用流量等等影响。
9000 8000 7000 6000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
9
Resevoir Dispatching
• 是否水位越高越好？ • 1、一味追求高水位，会失去机组负荷优化 调整空间。 • 2、由于来水的不确定性，高水位运行加大 了弃水风险。 • 因此，实际运行中，要留出发电负荷波动 区间，同时为防洪留有余地。
10
Resevoir Dispatching
• 洪水资源化，减少弃水。 • 1、洪前预泄、拦截洪尾。 利用气象、水文预报成果，在洪前，提 前加大发电，降低水库水位；洪水末期， 及时关闭泄洪闸门，拦截洪尾，减少弃水。 • 2、汛限水位动态控制。 不但可以提高汛期水库运行水位，而且 可以减少弃水，提高水量利用率。
24
Resevoir Optimization Dispatching
水电站(群) 发电优化调度的模型主要有：调 度期内发电量最大模型、蓄能最大模型、耗水量 最小模型及调峰电量最大模型等。
发电量最大模型：
E max N i ,t t
i 1 t 1
T
N
T
耗水量最小模型
F min (Qi ,t Qssi ,t )
8
Resevoir Dispatching
94 92
水库水位过程线
90 88 86 84 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
115 110 105
发电流量过程线
100 95 90 85 80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
11000 10000
发电量过程线
19
Resevoir Dispatching
• 计算原理：水量平衡
W入-W出=V末-V初 （入库水量-出库水量=时段末库容-时段初库容）
W出=f（N,H,T,Q弃） V末=f（Z上末） V初=f（Z上初） H=Z上-Z下
Q弃=f（ Z上,k）
20
Resevoir Dispatching
水位
库容 21
6
Resevoir Dispatching
校核洪水位 防洪高水位 正常蓄水位 汛限水位 加大出力区 保证出力区 兴利库容 降低出力区 死水位 死库容 按照调度图进行水库控制，仅需要掌握当前水库水位，不考虑来水预报。 7 有可能造成水资源的浪费 年调节水库调度图 防洪库容
Resevoir Dispatching
11
Resevoir Dispatching
• 根据三峡梯调研究
12
Resevoir OptimizationDispatching
◆概念
按一定的最优准则，通过建立数学模型，采用优化方法（系 统工程），求解水库调度问题。
◆优化模型
确定性模型：qt为确定过程（实测），确定值 随机性模型：为随机过程 ，期望值 隐随机模型：为人工生成系列，确定值
22
Resevoir Optimization Dispatching
• 研究梯级水电站优化运行方式，从数学模型上讲，水电站 是该系统的基本组成单元，所以首先要掌握水电站的综合 特性。电站收益由各时段发电量及相应的电价共同决定。 • 电站基本参数及参数间的关系 – 出力 N=KQH – 水位与水头
5
Resevoir Dispatching
• 按调度目标： 防洪调度、兴利（发电）调度、综合利用调度 （灌溉、航运、旅游、调水调沙等等） • 按调度周期： 长期调度（月）、中期调度（旬）、短期调度 （日）、厂内经济运行。 • 按水库数量： 单库调度、水库群调度（并联、串联/梯级、混 合） • 按调度方式： 常规调度、优化调度
• • • • 上游水位 下游水位 水头 入库流量
– 水流时滞 ：在短期优化分析中考虑，可根据实际运行 数据分析得出 – 电价：分时电价、丰枯电价
23
Resevoir Optimization Dispatching
– 水位与水头
• 上游水位：上游水位和库容的关系可根据实测的水 位库容关系曲线获得 • 下游水位：不仅与面临时段的下泄流量有关，而且 与之前的下泄流量有关。当下游水库对上游水库有 回水影响时，下游水位同时与下游水库水位有关。 • 水头：取时段平均水头进行计算 • 入库流量：入库流量受上游水库出库流量及区间流 量影响，若考虑水流水流过程中的坦化变形，则应 加入坦化系数。
水库群优化调度
Multi-reservoir Optimization Dispatching
Morly
moli@mail.hust.edu.cn
Sep. 2014
Resevoir Dispatching
水库特 征水位
防洪高水位
正常高水位
设计洪水位
校核洪水位
Fra Baidu bibliotek
调洪库容 防洪库容
汛限水位 调节库容 总库容
◆优化方法
传统的数学规划法：线形规划法、混合整数规划法、非线性规划法、
网络流规划法、动态规划法、递推优选法、拉格朗日松弛法等 现代启发式智能算法：禁忌搜索算法、人工神经网络、模拟退火算 法、遗传算法、免疫算法、粒子群算法、蚁群算法、浑沌优化算法等。
13
Resevoir Dispatching
水库优化调度是一个多阶段决策过程的最优化问题,
Resevoir Dispatching
• 库容调节系数等于本级电站调节库容除以本级水 库多年平均年径流量； • • • • 日调节水库（发电调节库容系数在1%以下） 旬、月调节水库（发电调节库容系数在3%左右） 季、年调节水库（发电调节库容系数在10%左右） 多年调节水库（发电调节库容系数在30%左右）
是在常规调度和系统工程的一些优化理论及其技术的
基础上发展起来的。
其基本内容可描述为:根据水库的入流过程,遵照优化
调度准则,运用最优化方法,寻求比较理想的水库调度
方案,使发电、防洪、灌溉、供水等各部门在整个分析
期内的总效益最大。
14
Resevoir Dispatching
单库调度（防洪、供水、发电等调度） 梯级和联合调度（多水库、水库群调度） 流域统一调度（水库作为流域水资源调度的重要环节参与流域 统一管理） 生态调度（以满足流域水资源调度和河流生态健康为目标的调 度，正在开展相关研究 ）（调度的最新阶段）
15
Resevoir Dispatching
16
Resevoir Dispatching
• 水电站：将水的势能转换为电能。 N=KQH N-出力 K-综合出力系数 Q-发电流量 H-发电水头
17
Resevoir Dispatching
综合出力系数K
• K与水轮机效率，发电机效率及机组传动效 率有关。