水库优化调度 结课论文（通用9篇）
水库优化调度 结课论文 篇1
水库优化调度技术浅谈
摘要：随着我国各方面的迅速发展，大规模的水电站水库群逐渐形成，对其进行的综合调度与运行管理变的越来越复杂，其地位和作用也越来越突出。本论文着重介绍了水库优化调度的研究现状与发展趋势，以及存在的各种优缺点，将实际问题引入到水库调度问题中，探讨了水库综合利用的调度模式。
关键词：水库优化调度 引 言
随着国家各方面的的迅速发展，大规模的水电站水库群逐渐形成，水库调度的地位和作用越来越突出，如何最大限度地发挥水库效益，一直是水库调度研究的主要方向之一。水库调度是根据水库所承担的水利水电任务的主次和规定的运用原则，凭借水库的调蓄能力，在保证大坝安全和防洪安全的前提下，对入库水量过程进行调节，实现多发电、提高综合利用效益的一种水库运用控制技术。水库综合利用涉及到发电、供水、防洪、防凌、航运等多种目标，同时由于参与水库调度的各部门之间存在着多种功能协同和利益协调关系，其功能交联及利益冲突现象严重，因此，如何在参与水库调度各部门的分管协调下，形成统一的、一体化的调度模式，是水库调度的重要议题之一。
水电站水库的运行情况与河川径流密切相关，河川径流的多变性和不重复性给水库运行调度带来很大困难。尤其是年调节水电站的水库，由于缺乏准确可靠的长期水文预报，在水库运用管理上往往容易造成一些不必要的失误。例如，在供水期开始，为了想多发电，水电站以较大出力工作，结果供水期还未结束，水库就可能提前放空，使电站在汛前一段时间里，以天然来水量发电，不能满足电站保证出力的要求，破坏了电力系统的正常工作。反之，在供水期开始，由于担心以后来水少，为避免正常工作遭破坏，水电站在整个供水期均按保证出力工作，结果在下一个汛期到来时水库可能仍未放空，汛期水库又很快蓄满，造成大量弃水，这样就不能充分利用水能。以上情况也可能同样会发生在蓄水期。
因此，水库调度在很大程度上依赖于未来径流情势，遗憾地是目前对未来径流尚无法准确预知。但是客观世界中的任何事物都具有一定的规律，可以认为，未来某个时段的径流情势是一个随机变量，对于某个调度期，可以根据各时段径流的概率分布，综合考虑防洪、蓄水、灌溉、城市供水与发电等各方面的要求，得到该调度期内预估的水库调度计划。这将涉及多个随机变量（每个时段径流均视为随机变量）的复杂运算。
对于梯级水库群来说，在忽略了蒸发、渗漏、区间入流等因素的影响下，下游水库的来水量应等于上游水库考虑流达时间后的泄水量。梯级水库群的调度不仅要考虑各时段径流的配合，还要考虑各水库之间的配合，才能在调度期内使所有水库的综合效益达到最大。梯级水库群的综合调度涉及了众多变量，对其进行调度相当复杂。目前对两级水库调度的研究比较成熟，多级水库的调度只能将其简化为两级水
库的调度情况。直接对多级水库调度进行研究的相对较少，其原因主要是涉及的随机变量数目众多，难以克服“维数灾”问题。
不论是中长期还是实时水库调度都依赖于既定的调度规则，调度规则是指导水库运行的有效工具。随着新方法不断引入到水库调度之中，处理水库调度的多目标、多变量、非线性的能力日益增强，人们期待水库调度能考虑更多的影响因素，利用更大范围的信息量，且能融入决策者的经验与知识，这些都对调度规则的获取提出了更高的要求。国内外研究进展
2.1水库调度分类
水库调度从时间上划分，一般可分为中长期（年、月、旬）调度和短期（周、口、时）调度；从径流描述上划分，一般可分为确定型和随机型两种；从采用的方法上划分，可分为常规调度、优化调度和模拟调度等，其中优化方法一般可分为线性规划、动态规划（增量动态规划、离散微分动态规划、逐次逼近法、逐步优化算法POA）聚合分解法和大系统分解协调法等；从分布状况上划分，一般可分为单库、梯级、并联和混联形式的水库群优化调度。下面按不同方式对水库调度进行分类：
1.按水库目标分。
（1）防洪调度。防洪调度方式是根据河流上、下游防洪及水库的防洪要求、自然条件、洪水特性、工程情况而合理拟定的。
（2）兴利调度。兴利调度一般包括发电调度、灌溉调度以及工业、城市供水与航运对水库调度的要求等。
（3）综合利用调度。如果水库承担有发电、防洪、灌溉、给水、航运等多方面的任务，则应根据综合利用原则，使国民经济各部门的要求得到较好的协调，使水库获得较好的综合利用效益。
2.按水库数目分。
（1）单一水库调度。为了说明水库调度的原则、方法，多从基本的最简单的单一水库入手，进而引申到水库群联合调度。
（2）水库群的联合调度又包括并联水库、梯级水库群（串联水库群）和混联水库群调度。并联水库指位于不同河流上或位于同一河流的不同支流上的水库群，各水库水电站之间有电力联系没有水力联系，但在同一河流不同支流上的水库群还要共同保证下游某些水利部门的任务，例如防洪。梯级水库群（串联水库群）指位于同一河流的上、下游形成串联形式的水库群，各水库水电站之间有直接的径流联系。混联水库群是串联与并联的组合形式。
3.按调度周期分。
水库调度实际是确定水库运用时期的供、蓄水量和调节方式。根据水库运用的周期长短可分中长期调度和短期调度。
（1）中长期调度。对于具有年调节以上性能的水电站水库，首先要安排调节内的运行方式、供水、蓄水的情况。具体内容是以水电厂水库调度为中心，包括电力系统的长期电力电量平衡、设备检修计划的安排、备用方式的确定、水库入流预报及分析、洪水控制和水库群优化调度等。
（2）短期调度与厂内经济运行。短期调度主要研究的是电力系统的日（周）电力电量平衡，水火电厂有功负荷和无功负荷的合理分配，负荷预测，备用容量的确定和合理接入方式等。厂内经济运行主要研究电厂动力设备的动力特性和动力指标，机组间负荷的合理分配，最优的运转机组数和机组的起动、停用计划等。
2.2水库优化调度方法介绍 新与水库调度分为常规调度和优化调度相对应，水库调度方法可以分为常规方法和系统分析方法。其中常规方法包括时历法和统计法。系统分析方法是从全局出发来探索增加整个系统的效益，而不是着眼于系统中某一部分效益的增加。所以必须明确地了解系统的结构，如系统的内在矛盾和因果关系，系统外的边界情况以及因为边界情况的改变对整个系统效益的影响等。系统分析方法一般可分为数学规划及概率模型两大类。数学规划在系统分析中占显要地位，其中包括线性规划、非线性规划、网络系统分析、动态规划等；概率模型考虑事态发生的不可靠性，其中包括排队论、马尔可夫决策过程、系统可靠性分析等。另外还有决策分析、模拟、模糊集理论和大系统分解协调技术等。
一、线性规划
线性规划是静态优化方法，其数学模型的目标函数和约束条件均是线性的，该法于1939年提出。现在线性规划模型已成为应用最为广泛的一种规划方法，有成熟、通用的求解方法及程序，因此在水资源系统规划、设计、施工和管理运行中都已得到广泛应用。
二、非线性规划
非线性规划能有效地处理许多其它数学方法不能处理的不可分目标函数和非线性约束优化问题。但由于其优化过程较慢，需占用大量计算机内存，且比线性规划复杂，无通用求解方法和程序，一般是根据数学模型的具体形式寻求具体的解法，这使得它在水资源系统分析中的应用不如动态规划及线性规划那样广泛。
三、动态规划（DP方法）
动态规划是解决多阶段决策过程最优化的一种数学方法，根据多阶段决策问题的特点，把多阶段决策问题变换为一系列互相联系的单阶段决策问题，然后逐个加以解决。其特点是易于引入水资源系统的非线性和随机性，并可以把高维问题分解为一系列低维递推子问题求解；缺点是用DP法求解时，需要
离散状态变量，占用内存多，计算工作量大，耗费机时，易导致维数灾。在水库（群）优化调度中，DP一般以时段作为阶段，时段单位可以是季、月、旬，也可以是周、口、时;时段长度可以采用均匀的，也可以是不均匀的。状态变量的选取原则是满足无后效性，由于DP法存在“维数灾”（即随着状态变量维数的增加，所需的计算机内存和机时会大大增加，甚至使问题无法求解），因而状态变量的选取必须慎重，一般来说，各库时段初库蓄水量或水位是首选的状态变量。至于决策变量，可取面临时段各库的排放流量、时段末库水位。
（1）随机型动态规划。
随机动态规划模型较好地反映了径流实际，一般以年为周期进行循环计算，可得到稳定的运行策略和调度图。其缺点是计算工作量太大，尤其当水库数目增加时，往往产生无法避免的“维数灾”，所以它常用于单库优化调度中，对水库群目前只限于两个水库。
当入库径流为随机时，不仅本时段或下时段需考虑不同机率的入流量，相应的目标亦为计入不同机率流量的数学期望值，而且当相邻时段径流间具有密切的相关关系需要计入时，增加了一个状态变量，使得问题更为复杂。根据相邻时段径流间是否相关和有无本时段径流预报，可将随机型水库群优化调度分为四类。
在径流独立无预报即第一种情况下，1座水电站水库只有1个状态变量V（水库水位或蓄水量），p座水电站水库共有p个状态变量。若1座水电站水库有m个离散状态数，则p座水电站水库的总状态数为mp个。当水库为两座时，还可用常规的动态规划法联合求解，一旦水库超过3座，则在计算机储存量上已很困难。通常采用聚合分解法或动态规划逐次逼近法求解。这样，一个p库p个状态变量的问题，经过聚合分解可化为（p-1）个两库两状态变量问题。
（2）确定型动态规划
其研究比随机型DP差不多晚十年，优点是计算工作量相对较小，可选用的优化方法多，包括离散微分动态规划（DDDP）、增量动态规划、微分动态规划等；缺点是径流资料太短时，所获得的优化调度代表性差，最优性在理论上没有保证。若用模拟法生成人工径流资料，可弥补其代表性差的缺点，同时也考虑了径流的随机因素。
对于确定型动态规划，虽然入库径流是确定的，计算量小得多，但当考虑的水库数目较多时，仍会遇到维数灾问题。因此各国学者一直致力于寻求有效的降维方法，目前已提出多种有效的改进方法，使求解的库群数可达数十个。
四、逐步优化算法（POA算法）
该法适用于求解多阶段动态优化问题，属于DP算法，但POA不需要离散状态变量，且占有内存少，计算速度快，并可获得较精确解。以水库优化调度为例，先假设调度期为n个时段，其调度期初始
时刻的水库水位
1、终止时刻的水库水位n+1为定值，则两时段滑动寻优算法的步骤如下：
Step l：确定初始状态序列(初始调度线)。根据长系列径流资料，在水库水位允许变幅范围内拟定一条初始调度线1, 2, 3，···n，n+1。
Step 2：从起始时刻起，取最前两个时段△t 1，和△t 2，固定水库水位1和水库水位3，调整水库水位2，使△t 1，和△t 2两时段内的目标函数值达到最优，此时得到水位的新轨迹1, 2，3，„，n，n+1。
Step 3：同理，依次向右滑动，最后固定水库水位n-1和库水位n+1寻求最优水位n，使时段△t n-1，和△t n。两个时段目标函数值总和最大。
Step 4：以刚才所求的优化调度线为初始调度线，用同样的方法寻优，如果求得的优化调度线与初始调度线不满足精度要求，则重复第二步和第三步，否则所得结果即为最优调度线。
五、遗传算法
遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化搜索算法。它具有并行计算的特性与自适应搜索的能力，可以从多个初值点、多路径进行全局最优或准全局最优搜索，尤其适用于求解大规模复杂的多维非线性规划问题。用遗传算法求解水电站水库群优化调度可理解为:水电站运行环境下的h组初始放水流量序列受模型约束条件制约，通过目标函数评价其优劣，评价值低的被抛弃，评价值高的才有机会将其特征遗传至下一轮解，这样最终在群体中将会得到一个优良的个体达到或接近问题的最优解。计算步骤如下：
Step l：确定遗传算法的运行参数；
Step 2：确定决策变量和约束条件并建立优化模型； Step 3：确定编码方法、个体评价方法； Step 4：.随机产生初始种群；
Step 5：遗传操作，包括选择、交叉、变异运算； Step 6：收敛准则判定。
六、大系统分解协调
为了解决多于两库的库群随机优化调度问题，国内主要采用大系统分解技术及其它优化方法，同时对径流的时空相关关系适当简化来克服“维数灾”。由于水资源具有多级谱系结构，使得分解协调技术成为解决大规模复杂模型的有效途径之一。其做法是先将复杂的大系统分解为若干个简单的子系统，以实现子系统局部最优化，再根据大系统的总任务和总目标，使各子系统相互协调配合，实现全局最优化。这种分解一协调一聚合方法与一般优化法相比，具有简化复杂性，减小工作量、避免维数灾的优点，它可直接利用现有不同模型以求解子系统，并可用于静态及动态系统。其缺点是收敛性差，即使收敛，也需要较长的时间，对随机入流的考虑有困难。
“分解一协调”算法是大系统优化中很有效的方法，其中最常用的是两级结构，如图1-1所示。第一级是上级协调器，解决各子系统的相互祸合，实现大系统的优化；第二级是下级子系统，解决各子问题的优化。
用“分解一协调”法求解水库群调度时，首先要将M库之间的联系分解，成为M个独立子问题（单库优化），然后通过二级协调器把各子问题联在一起，并协调各子问题的最优解，使之满足关联约束。一旦满足，则各子问题的最优解即为系统最优解。
七、模糊数学。
以美国控制论专家创建的模糊数学为基础建立的模糊数学模型，将模糊优选模型与经典优化技术融为一体，在有限可行域内寻找满意的调度方式，从而指导水库群运行，该模型不仅具有处理模糊信息的能力，还具有处理复杂系统中定性目标、对立目标等问题的能力。
八、人工神经网络（ANN）
人工神经网络以生物神经网络为模拟模型，具有自学习、自适应、自组织、高度非线性和并行处理等优点。ANN可以用于多元回归分析，得到隐随机优化的确定优化规则。在众多的ANN模型中，多层前馈神经网络模型是应用最多的一个，通常用反向传播学习算法（BP算法）对其学习训练。BP网络设计的任务是根据实际应用的具体要求确定适当的网络结构和参数组合，包括网络层数、每层的神经元数及所有的联接权值、阈值。目前，网络结构参数的确定还缺乏系统化的方法，通常采用反复试验的方法进行;网络权值的确定依靠现存的学习算法，通过对样本实例的学习训练来确定。BP算法存在学习速度缓慢，易陷入局部最小值的缺陷。
其他优化方法也有多种，如采用多年内逆推动态规划和年间逐次逼近法、求解串并混联水库优化调度的多目标多层次法、库群优化调度的余留期效益迭代法、隐随机优化调度函数法、隐随机递阶控制进行水库群的优化调度法等。
3水库调度存在的主要问题及发展趋势
3.1存在的主要问题
结合当前国内外关于水库调度的研究现状，可以总结得到目前水库调度研究中存在且尚待解决的问题是：
一、理论研究方面。
（1）数学模型的局限性。一方面有些模型庞大复杂，操作烦琐，应用极不方便，另一方面有些模型为克服“维数灾”问题又作了太多的假设和简化，使模型不能很好地描述水库群的实际工况，优化结果偏离实际；
（2）研究问题的相对独立性。片面追求最优解，忽视了水资源系统的复杂、多变、动态特性以及生产上许多因素的不确定性，较少考虑决策人员制定方案的主观偏好和维护局部利益的现实思想，使研究结果难以被接受，因此常会导致决策部门的误解，认为所谓的最优往往是在“纸上谈兵”；
（3）研究实际问题的不彻底性。一些研究侧重理论探讨，片面追求高水平、深理论，方法深奥，生产使用者难以理解，导致理论研究者多而实际应用者少；
（4）调度经验的重视不足。难免会得到偏离实际运行情况的结论。
二、管理方面。
（1）客观原因。由于水库调度管理部门对水库调度最关心的是安全、可靠的运行调度，其次才是经济性，这从客观上决定了决策部门对水库优化调度的实施兴趣受到限制；
（2）主观原因。由于我国目前的决策者大都对优化调度的理论及计算机技术了解不够深入，对优化调度方案的采用自我主观把握性不大，加之他们可能对数学模型的抽象结果有诸多不满意之处，以及程序缺乏灵活性，使他们从主观上对新方案的采用不感兴趣，难以付诸实施。3.2发展趋势
一、水库调度中的多目标问题研究
多目标问题是现代决策科学的一个核心内容，随着水库的规模化、流域化以及功能的综合化，水库调度决策中的多目标决策问题己经引起了专家学者的重视。在现代水库调度决策过程中，必须综合考虑发电、航运、生态以及环境等多种目标，既要考虑经济效益又要兼顾社会和环境效益，同时还要考虑决策者的偏好要求。因此传统的单目标优化与决策的方法己经不能适应新时期水库调度的要求，必须寻求多目标之间协调、统一的发展模式。
（二）新的优化方法的应用
基于分布式计算技术、网络技术的优化方法，用来解决确定性优化调度中的“维数灾”问题，是解决优化问题的另一种途径。
（三）水库调度中的不确定性问题研究
水库调度中伴随着大量的不确定性因素，包括研究对象发生与否的不确定性(随机性，这里主要是指天然径流过程的不确定性)、研究对象概念的不确定性（模糊性）、研究对象信息量不充分而出现的不确定性（灰色性）等等。人们对水库调度不确定性问题的研究主要集中在对径流随机性的处理和不确定决策方面。
目前对径流随机性的处理主要有以下几种方法：①将径流过程描述为某种类型的随机过程，然后建立优化调度的随机模型，即显随机优化。其优点是可直接给出水库调度的运行策略，但对多库系统存在“维数灾”；②利用实测或生成的长径流序列，用确定型模型求决策过程最优解，通过回归径流序列、决策序列和状态序列，寻找水库调度函数，即隐随机优化；③将径流描述成马氏过程，目前主要将其描述成不连续的简单马氏过程，这种处理往往可以较好地反映短期效应，而长期效应则难以考虑。
正是由于考虑到水库随机调度时具有的高度复杂性和不确定性，因此研究适合在水库随机调度中应用的理论具有一定的价值。
四、基于规则的优化调度方法研究
基于规则提取的模型主要是利用模糊系统、数据挖掘等对大量确定和非确定性数据进行聚类分析、非线性映射关系分析以及逻辑关联分析等，寻找有用的知识规则，更好地为决策服务。水库调度是实践性、实时性很强的决策过程，从大量的历史信息中提取专家的知识和经验，抽象概化成具有实际意义的指导规则，对实现水库调度决策的智能化具有重要意义。
五、高新技术应用研究
水利学科是一门传统学科，技术手段相对落后，用高新技术改造水利行业势在必行。首先是信息技术的应用。近几年，全国和地方的水资源实时监控系统、防汛抗旱指挥系统、水利政务管理系统的建设有了重大进展。此外，全球定位系统、地理信息系统、遥感技术、计算机决策支持系统以及虚拟现实技术等高新技术，在水利行业也具有广阔的应用前景。在水库调度方面大规模、高强度地应用高新技术，可以更好地实现调度决策的科学化、智能化、敏捷化，进一步提升调度决策的技术水平，使水库调度朝着可视、交互、智能、集成化的方向发展。总结
随着我国经济建设的迅速发展，水电站水库群的综合调度与运行管理变的越来越复杂，其地位和作用也越来越突出。本论文较为系统地介绍了水库调度的研究现状与发展趋势，引入宏观系统方法论探讨了水库综合利用的多种目标之间如何形成统一的、一体化的调度模式，研究了确定型水库优化调度以及随机型水库优化调度的新方法，并采用了数据挖掘算法提取水库的调度规则。
如前所述，水库调度在水资源系统运行管理中具有很重要的地位，国内外很多水利工作者致力于水库调度的研究。本论文仅就水库调度的一些方法、理论和调度规则的提取进行了有益地研究，还有大量工作需要今后不断地去完善。通过本文的研究，还存在一些不足和下一步研究中需要注意的地方，希望在以后的时间里进行更多的研究和探索。
参考文献
[1] 刘涵.水库优化调度新方法研究 [D].西安：西安理工大学, 2006: 1-14.
水库优化调度 结课论文 篇2
1 单一水库优化调度的研究
我国开展单一水库优化调度的研究与应用始于60年代。1963年, 谭维炎根据动态规划理论, 建立了一个长期调节水电站水库的优化调度模型.并在狮子滩水电站的优化调度中得到应用。1979年, 张勇传、熊斯毅等在建立拓溪水电站水库优化调度模型时, 用时空离散简单马可夫过程描述径流过程, 将时段入流由短期预报提供, 寻优方法采用可变方向探索法, 虽然绘制优化调度图仍用贝尔曼优化原理, 但由于引进了惩罚项, 因而提高了调度图的可靠性。
1986年, 张玉新、冯尚友建议了一个多维决策的多目标动态规划模型, 以多目标中某一目标为基本目标, 而将其它非基本目标作为状态变量处理, 求解方法仍基于一般的动态规划原理, 该法实质上是单目标动态规划法在多目标问题中的应用, 因此, 随着维数的增加.计算工作量必然增加较多。为克服这一问题, 张玉新、冯尚友又提出了一个称之为多目标动态规划迭代法的求解方法, 该法的核心是构造一个三级段函数, 计算效率有所提高。在研究以发电量和淤积量为目标的水沙联合优化调度中, 用该法求出非劣解集后再随用均衡规划法选出满意的调度方案。
2 水库群优化调度的研究
随着水资源和水电的不断开发利用, 水库群已成为最常见的水利枢纽系统。水库群优化调度虽以单一水库优化调度的理论和方法为基础, 但也不断有新的方法出现。研究开始于80年代初, 当时谭维炎、刘健民等在研究四川水电站水库群优化调度图和计算方法时, 提出考虑保证率约束的优化调度图的递推计算方法。1981年, 张勇传利用大系统分解协调的观点, 对两并联水电站水库的联合优化调度问题进行了研究, 先把两库联合问题变成两个水库的单库优化问题, 然后在两水库单库最优策略的基础上引入偏优损失最小作为目标函数, 对单库最优策略进行协调, 以求得总体最优。
1982年, 熊斯毅根据系统分析思想, 提出了水库群优化调度的偏离损失系数法, 采用马可夫模型描述径流过程, 偏离损失系数是通过逐时段求解最优递推方程求得的, 因此能反应面临时段效益和余留期影响, 不仅形式简单, 使用方便, 而且理论上比较完善, 该法在湖南拓溪—风滩水电站水库群的最优调度中得到了应用。1988年, 胡振鹏提出了大系统多目标决策分析的分解—聚合方法, 将库群多年运行的整体优化问题分解为按时间划分的一系列运行子系统, 在各子系统优化的基础上, 将各水库提供的年内运行策略聚合成上一级系统, 并由聚合模型描述和确定水库群的多年运行过程和策略, 该法为解决跨流域供水水库群联合运行中多库、多目标、多层次、调节周期长和计算时段多等复条情况提供了有效方法, 在解决丹江口水库防洪与兴利两个目标的优化调度时也应用了该法。
1991年, 吴保生等提出了并联防洪系统优化调度的多阶段逐次优化算法, 该法由三阶段于模型和跨阶段子模型组成, 以时间向后截取的防洪控制点过程的峰值最小为目标函数, 成功地解决了河道水流状态的滞后影响。1994年, 都金康等以针对上述吴保生等提出的方法寻优速度较馒的缺点, 提出了—种简便高效的水库群防洪调度逐次优化方法。
3 模糊动态优化调度的发展
上述水电站水库优化调度的研究和应用, 把入库流量过程或者视作确定性的, 或者视作随机性的, 但事实上水文现象还具有一定的模糊性。1970年Bellman和Zadeh共同提出了融经典动态规划技术与模糊集合论于一体的模糊动态规划法, 为水库优化调度开辟了一条新途径。1988年, 陈守煜提出多目标、多阶段模糊优选模型的基本原理和解法, 把动态规划和模糊优选有机结合起来。同时提出了系统层次分析模糊优选模型, 这些研究成果为水库模糊优化调度的深入研究奠定了理论基础。
1994年, 王本德等提出了梯级水库群防洪系统多目标洪水调度的模糊优选模型, 将N级有调节能力的水库顺流向分为N个阶段, 泄流过程为状态。调度方案由泄流设备开启高度构成并定义为决策, 对应前阶段不同泄流过程的可行方案集为本阶段可行方案集, 最后阶段的可行方案集为梯级水库群的可行方案集, 系统的阶段目标值矩阵的阶段数, 逐阶段增加, 逐级传递下泄过程与记录方案组合, 计算目标值, 直至最后阶段, 由阶段递推矩阵的合成。利用模糊优选原理与技术, 实现方案优选。该模型分别在丰满—白山梯级防洪系统和渭河—南城子—柴河串并联水库消防洪系统的优化调度中得到应用。2001年, 农卫红利用半结构性决策系统模糊优选理论研究了青狮潭水库水资源综合利用多目标规划问题, 半结构性决策是指既有定量目标, 又有难以量化的定性目标的多目标决策。
4 计算机智能优化调度
近年来, 计算机技术的不断发展使得大规模的数据处理成为可能, 这使得基于计算机技术的智能仿生算法有了较大的发展并被广泛应用于许多领域。
1994年, 韦柳涛在基因遗传算法基本原理基础上, 增加了区域变化这一重要环节, 采用信息载体结构记录信息, 提出了一种具有自适应杂交与自适应突变功能的启发式基因遗传算法 (NGA) , 并相应建立了电力系统机组组合优化和水电经济调度的基因遗传模型。同时, 他提出了基于遗传交换操作的神经网络训练方法, 该方法克服了训练方法中易陷入局部极小值的缺陷, 且速度较常规算法快, 便于应用。
2004年, 胡明罡利用多目标规划的思想方法, 结合遗传算法和神经网络方法建立了多沙河流水库水沙联调的多目标规划模型, 并采用神经网络预测方法计算水库泥沙淤积量。该模型为协调水库发电效益和排沙减淤之间的矛盾提供了一个新的途径, 所提出的算法是建立在非线性整体求解的理论基础之上的, 因此可以克服动态多目标规划的“维数灾”。实例研究表明, 本模型可以较好的模拟和优化水库运行状态。
参考文献
[1]张玉新, 冯尚友.多维决策的多目标动态规划及其应用, 水利学报.
[2]胡振鹏.大系统多目标决策分析的分解-聚合方法, 原理与应用, 武汉:武汉水利电力学院.
[3]王本德, 周惠成, 程春田.梯级水库群防洪系统的多目标洪水调度决策的模糊优选, 水利学报.
水库优化调度 结课论文 篇3
[关键词]水电站；水库；优化调度
对水电站水库进行优化调度有助于促进水电站以及电力系统的管理水平的实现，不需要外力作用的加入就可以获得一定的经济利益，挖掘水电站的潜力的方式中，水库优化调度是十分有效地。水库优化调度其实是在常见的系统工程调度中实现的，能够处理好各个用水部门之间的关系，促进水资源的高效合理利用，实现良好的经济效益，因此加强水电站水库的优化调度是十分必要的。
一、水电站水库优化调度的影响因素
水电站水库的优化调度会受到机组振动、冲击输电线路和站内电气设备、水泵性能差异以及水锤和负压导致引水钢管安全隐患、正常停机情况下水力振动与关阀水锤等因素的影响[1]。
机组振动：将水泵安装在梁板上，泵壳是裸露在外面的，且比较自由，在运行时，会出现振动，进而使梁板也出现振动。如果停泵，水力的冲击也逐渐加大，水泵的振动会更加严重，对泵组的运行产生影响，造成泵组出现移位的现象，会出现一定的安全隐患。冲击输电线路和站内电气设备：日常工作中机组的开以及停的比较频繁的负荷变化会对电网以及站内电气设备的安全造成严重的影响。水泵性能差异：水泵运行时，相应的参数会存在一定的差异，当水库的水位比较低时，水泵的运行流量比较小，叶片上会出现失速、回流、空化等现象，造成水力的噪声比较大，压力出现高频的脉动，使水泵的振动增加，当水库的水位比较高时，水泵的运行流量比较大，叶片的正面会出现脱硫和空化的现象[2]。水锤和负压导致引水钢管安全隐患：机组的开、停工作会使得水锤、负压的产生，发生事故时，会对引水钢管的安全产生影响。正常停机情况下水力振动与关阀水锤：机组停下时，转轮的出口位置会出现比较大的振动现象，阀门调整到小的开度是，振动会更加剧烈。
二、水电站水库优化调度的特性
1、一般的优化调度方法
一般的水电站水库优化调度方法是国际上广泛应用的方法，是利用历史上的水文统计资料，选择比较典型的来水作为代表年，然后进行水能的调节计算，利用包络线绘制的水库调度图对水电站的运行进行指导。这种优化调度方法比较简单，能够将水库运行的相关因素直接明确的进行处理，但是这种调度方法的灵活性不够，存在比较大的盲目性，并没有得到理想的效果。
2、新编的优化调度图
新编的水库优化调度图是利用现代化的控制论、系统工程以及决策理论等，在数学规划论基础上的动态规划、随机规划法，进行优秀的计算，从而编制出的水库优化调度图。这种调度图能够实现三维坐标的调度线，使水电站水库的调度决策的灵活性更好，也更加实用。这种新编的优化调度图综合考虑了水电站各种来水以及水位的情况，并利用计算机对各种方案进行选择从而决定的，这种新编的优化调度图中有效解决了一般优化调度法中存在的缺点，经济效益要更高。
3、水电站水库优化调度的计算方法
动态规划理论的求解方法对于水库的运行的优化是比较是适合的，动态规划理论就是将一步多维转变为多步一维进行计算，按照阶段、状态以及策略对调节周期进行划分，保证状态的最优转移。要根据水电站水库的水位，以及时段径流的条件、水库的来水情况等，依据新编水库调度图以及优化的运行方式进行水电站的发电出力，使调度更加到位，更加充分的对水库的潜力进行挖掘，促进水电站水库的安全、可靠运行，促进经济效益的实现。
三、水电站水库优化调度的分布状况
1、单一的水电站水库优化调度
单一的水电站水库优化调度是利用优化理论进行编制的，对全年各时段的运行方式进行明确，并以此对库群进行优化调度。优化准则的目标是以水电站的电能价值最大或一年内发电量最多。将两个相邻时段的径流作为依赖关系，利用马尔科夫链对入库的径流进行分析，利用随机的模型进行规划求解，以年为周期，以旬、月作为计算的时段，根据相关的文件明确水库的水位、流量以及发电情况，利用动态规划的方法进行调节计算，根据具体的实际情况对水库的变量进行等级划分，根据相关的部门的规定确定决策的变量，保证水电站水库调度的优化进行。
2、梯级水电站群优化调度
梯级水电站的优化调度运行方式是在满足电力系统的总负荷的前提，在其他条件的约束下进行的。需要对各级梯级水电站的水头、流量进行密切联系，对上下级电站区间的径流情况进行计入，并且对两个相邻梯级电站之间的水头衔接情况，下一级对上一级电站水头变化的影响进行细致的分析，优化准则的目标是以水电站的电能价值最大或一年内发电量最多。利用好各种水文以及天气预报，将性能好、库容量大的水电站作为补偿水库，并作为优化计算的目标，并将同一电网、河流以及梯级水电站作为纯水电系统，利用合并水头或者将目标简化进行处理，利用随机、增量、多目标的动态规划方法对利用径流时间、空间关系所建立的调度数学模型进行求解[3]，从而计算出各时段梯级电站的优化运行形式。梯级水电站群优化调度是在库群联调的基础上进行，发电量会得到增加。
3、跨流域水库群联合优化调度
对水电站群在全年各时段的运行情况进行明确，明确各水电站间的水力与电力联系，补偿调节库容和电力主要是利用各水库调节性能的差异以及水文的不同步性进行，实现库群最大效益的发挥。优化目标是以电站群体多年运行的总效益最大化，实现电网对水电站群的经济以及可靠运行。使电力系统中的日负荷图上的电力、电量达到平衡，使电站的工作容量得到充分利用。可以利用随机优化多维时空相关理论和余留效益统计迭代模型与算法对水库中个数比较多的大规模的库群进行调度优化。绘制多个水电站群的优化调度图，实现发电效益的实现。
结束语
水电站水库优化调度已经在水库群的优化调度中得到了广泛的应用，随着当前科学技术的快速发展，水电站水库优化调度的方法逐渐增加多，水电站的系统以及电网系统管理中，水电站水库的优化调度是十分重要的組成部分，调度的效果将直接影响到水利工程以及设备的作用发挥，因此应做好水电站水库的优化调度工作。
参考文献
[1]刘铁宏.水电站水库优化调度研究现状与发展趋势[J].吉林水利，2010.3（10）：34-35.
[2]席秋义，李成家，畅建霞.水电站水库优化调度几种求解方法的比较研究[J].陕西电力，2010.7（4）：74-75.
[3]赵佰顺.班组电量考核制度下桥巩水电站水库优化调度研究[J].科技视界，2014.26（16）：267-268.
作者简介
吴耀鹏（1987-），男，浙江杭州人，学历：本科，工作单位：浙江浙能水电管理有限公司，水库调度。
2013水库兴利调度总结 篇4
2013兴利调度运用工作总结
日照水库管理局 2014年1月6日
2013年兴利调度运用工作总结
一、降雨及来水情况
2013年是个平水年，总降雨量892毫米，是2012年降雨量(720毫米)的123.89%，与多年平均降雨量（875.97毫米）相比增加了1.83%；全年水库来水量为14532万立方米（含全年蒸发量1720.6万立方米），比去年来水量（10682.9万立方米）来水增多36.03%，比多年平均来水量（14800万立方米）减少了1.81%。其中汛期流域总平均降雨480毫米，是去年同期降雨量（538mm）的89.2%，汛期来水10078.7万立方米（含蒸发量），占全年来水量（14532万立方米）的69.36%。
降雨和来水主要集中在5、7、9三月，超过50毫米的降雨有4次，其中5月份一次、7月份二次、9月份一次。最大日降雨量142.3毫米，发生在5月26日。5月26日，流域平均降雨量115毫米，水库驻地降雨量142.3毫米，最大入库流量150立方米/秒，产生洪水总量1630立方米；7月4日，流域平均降雨量56毫米，水库驻地降雨量53.5毫米，最大入库流量81.4立方米/秒，产生洪水总量1009立方米；7月29日，流域平均降雨量52毫米，驻地降雨量46毫米，最大入库流量208立方米/秒，产生洪水总量1538万 1
立方米;9月23日，流域平均降雨量73毫米，驻地降雨量77毫米，最大入库流量68立方米/秒，产生洪水总量375万立方米。
2013年全年不含蒸发量时来水量为12811.4万立方米（蒸发量为1720.6万立方米），其中1～5月份来水量为3057.36万立方米，汛期来水量为9208.6万立方米。10～12月份来水量为545.44万立方米。全年没有弃水。
二、兴利情况
1、库水位及库容变化情况
今年年初库水位37.48米，相应库容为8019万立方米，汛前库水位持续较低，直到5月26日，达到全年最低水位35.36米，相应库容5141万立方米；汛初库水位36.77米（6月1日），相应库容6952万立方米；到5月26日之后，库水位开始上涨；6月下旬至7月上旬，水位略有下降；7月中旬至8月中旬，水位开始上涨；8月下旬水位又开始下降，汛末库水位39.47米（10月1日)，相应库容11685万立方米，比汛初增加库容4733万立方米；年末库水位38.62米，相应库容为9997万立方米，较年初库容增加1978万立方米。
全年最低库水位35.36米（5月26日），相应库容5141万立方米；全年最高库水位39.88米（8月15日），相应库 2
容12551万立方米。
2、兴利供水及发电情况
全年水库累计兴利用水10849.4万立方米。其中工业及城镇生活用水9532.5万立方米；农业灌溉及发电用水1198.5万立方米，城市供水补源59.9万立方米，年总发电量为34.8万度；其他用水58.5万立方米。
（1）镇工业及城生活供水情况
全年工业及城镇生活供水量为9532.5万立方米，日平均供水量达26.17万立方米，与全年计划数（9125万立方米）相比增加407.5万立方米。
（2）农业灌溉用水及发电情况
为了缓解灌区旱情，自6月24日至7月4日、7月13日至7月18日、8月17日至8月25日、9月9日至9月13日分4个放水时段进行放水灌溉，最大放水流量为7.03立方米/秒，最小放水流量为3.5立方米/秒，其中，6月份放水360.2万立方米，7月份放水277.5万立方米，8月份放水378.3万立方米，9月份放水182.5万立方米，总放水量为1198.5万立方米，与全年计划数相比少801.5万立方米。为充分利用水资源，在放水灌溉的同时通过电站利用发电机进行发电，年总发电量为33.28万度，较2012年发电量 3
（47.84万度）相比，减少13万度。(3)城市供水补源
为增加城市水源供水补给，自5月9日至5月11日，电站开启泄水闸进行放水，平均放水流量为3.54立方米/秒，本次补源共放水59.9万立方米，在放水的同时并网发电，本次共发电1.52万度。(4)其他需水情况
坝下鱼池生产用水为58.5万立方米；茶园生产用水、园艺场生产用水及水库库区提灌用水忽略不计。
三、兴利调度做法及经验
今年汛前水位较低，降雨及来水主要集中在汛前和汛中，水库管理局根据水库运行实际，在保证工程安全运行的前提下，按照兴利调度计划及修正兴利调度计划，科学处理蓄水兴利和防汛抗洪之间的关系。
计划年末库水位38.03米，蓄水量8910万立方米；实际年末库水位为38.62米，相应库容为9997万立方米，与计划相比多蓄水1087万立方米，其原因是：1.全年降雨特别是来水量较往年偏多，全年来水总量为12811.4万立方米，比计划来水量（1.2亿立方米）多811.4万立方米。2.今年工业及城镇及生活供水量为9532.5万立方米，与计划工业 4
及城镇生活供水量9125万立方米相比增加407.5万立方米。3.农业结构调整及农业节水技术的推广，使农业灌溉用水量较计划用水量减少。全年农业灌溉及发电用水1198.5万立方米，与计划农业灌溉用水量2000万立方米相比减少801.5立方米。4.城市水源供水为59.9万立方米，为计划外供水。5.坝下鱼池生产用水58.5万立方米，为计划外用水，其余茶园、园艺场生产用水及库区提灌用水忽略不计。综上几个方面，造成实际年末库水位比计划年末库水位高。
四、结语
本较好的执行了兴利调度计划，通过科学合理的洪水调度，有效拦蓄洪水100%，最大限度地发挥了水库防洪效益和兴利效益，为地方的经济发展提供了可靠的水源保障。
辽宁省水库供水调度规定 篇5
第一条 为了加强水库供水调度管理，保证防洪和供水安全及生态环境用水需要，根据《中华人民共和国水法》和其他有关法律、法规，结合我省实际，制定本规定。
第二条 本规定所称水库供水调度，是指以水库为调蓄中枢，根据水资源的丰枯变化，为实现水库供水、防洪和保护生态等功能，有计划地控制水库蓄水、泄水的行为。
第三条 本规定适用于本省行政区域内大中型水库的供水调度工作。
汛期、旱灾时必须采取的水库供水应急调度，按照《中华人民共和国防洪法》和《中华人民共和国抗旱条例》等有关规定执行。
第四条 省、市、县（含县级市、区，下同）水行政主管部门负责本行政区域内所属水库供水调度工作。
第五条 水库供水调度遵循安全第一、统一调度、综合利用、保障重点、兼顾一般的原则。
第六条 水行政主管部门根据下列资料编制防洪调度、兴利调度和生态环境用水调度计划（以下统称水库供水调度计划）：
（一）经批准的水资源规划；
（二）水库规划设计报告；
（三）水库运行状况和主要技术参数及指标；
（四）当年来水量预测结果；
（五）水库管理单位编制的用水计划；
（六）环境保护、城市建设等有关部门编制的生态环境保护用水计划。
水库管理单位编制用水计划应当以与用水单位签订的用水合同为依据。有关部门编制生态环境保护用水计划应当以科学的技术数据和基础资料为依据。市、县水行政主管部门编制的水库供水调度计划报上一级水行政主管部门备案。
第七条 水行政主管部门编制水库供水调度计划，首先满足城乡居民生活用水，兼顾工业、农业、生态环境等用水需要。编制生态环境用水调度计划，应当充分考虑水库下游河道最低水位和生态环境用水流量。
水行政主管部门可以根据用水量变化情况调整水库供水调度计划。
第八条 水库管理单位应当根据水库供水调度计划编制灌溉供水期、汛期、枯水期的水库供水调度实施方案，报有管辖权的水行政主管部门批准。
水库管理单位应当按照批准的水库供水调度实施方案，做好水库供水调度准备工作。
第九条 省、市、县水行政主管部门根据水库供水调度计划和实施方案及供水、防汛、抗旱等实际情况，下达水库供水实时调度命令。防汛期的水库实时调度命令，由防汛指挥机构下达。
水库管理单位按照水库供水实时调度命令实施水库供水调度运行，并按照省水行政主管部门规定的时间，向有管辖权的水行政主管部门报告水库供水调度命令执行情况。
第十条 水库管理单位实施水库泄水，必须提前向受影响地区的水行政主管部门报告泄水量及泄水期，并通过水行政主管部门向受影响地区发布公告。
第十一条 水库管理单位负责水库工程设施养护，监测水库工程设施的安全运行，对水库库区范围内的取水口控制设施实施管理。
第十二条 禁止任何单位和个人截留水库管理单位向下游地区供给的生活、生产和生态环境用水。
第十三条 水行政主管部门违反本规定，未依法编制水库供水调度计划、未依照年
度调度计划和实施方案下达实时调度命令、未向受影响地区公告泄水量、泄水期或者有其他滥用职权、玩忽职守、徇私舞弊行为的，按照人事管理权限对负有责任的主管人员和其他直接责任人员依法给予行政处分；构成犯罪的，依法追究刑事责任；造成损失的，依法承担赔偿责任。
水库管理单位违反本规定，不执行实时调度命令，或者泄水前未向受影响地区水行政主管部门报告泄水量、泄水期的，由有管辖权的水行政主管部门责令改正，对负有责任的主管人员和其他直接责任人员依法给予行政处分；构成犯罪的，依法追究刑事责任；造成损失的，依法承担赔偿责任。
第十四条 违反本规定，截留水库供水的，由有管辖权的水行政主管部门责令改正，并责令其按照截留的水量缴纳水利工程水费；损害公共利益或者他人合法权益的，依法承担民事责任。
水库优化调度 结课论文 篇6
曲靖市花山水库洪水预报调度管理系统简介
摘要：介绍了曲靖市花山水库洪水预报调度管理系统的主要功能、系统的关键技术,并小结了其实际运行实践.作 者：李凤琼 LI Feng-qiong 作者单位：曲靖灌区管理局,云南,曲靖,655000 期 刊：环境科学导刊 Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE SURVEY 年，卷(期)：, 29(3) 分类号：X32 关键词：洪水预报调度系统 简介 花山水库三门峡水库桃汛期优化调度研究 篇7
2002年11月起,三门峡水库进行原型试验,控制非汛期最高水位不超过318 m运用。2006年至2010年的桃汛期,黄河防总开展利用并优化桃汛洪水过程冲刷降低潼关高程试验(简称桃汛试验)。桃汛试验中,万家寨水库集中下泄桃汛水量,控制三门峡水库水位不超过313 m运用,极大地改变了三门峡水库桃汛期运用的边界条件,对三门峡水库桃汛期调度运用影响较大。通过对三门峡水库桃汛前及桃汛期进行优化调度运用的研究,在满足试验要求的前提下,实现了最大程度地减少弃水量,最大限度地提高水能利用率。
1 万家寨水库凌汛期运用
万家寨水库采用“蓄清排浑”的方式,库水位除满足泥沙冲淤要求外,还要满足防洪、防凌和机组发电等的要求。
万家寨水库凌汛期为每年11月至次年3月。水库防凌调度运用主要以水位控制为主。尽量减少库水位在封河期和开河期对库尾河段冰情的影响。一般情况下,内蒙古河段封河初期运用水位控制在968 m～970 m之间;稳定封河期适当抬高水位至970 m～973 m之间;开河期一般凌情时控制在960 m左右,遇严重冰情时降低库水位至960 m以下,并与天桥水电站联合运用,保证河曲河段和北干流河段的防凌安全;流凌结束后即可蓄水至977 m。
1.1 桃汛试验前凌汛开河期万家寨水库运用情况
桃汛试验前凌汛开河期,万家寨水库采用先泄后蓄的运用方式。即在内蒙河段开河前,万家寨水库提前降低库水位进行防凌运用,加大下泄流量,下游会出现一次较小洪水过程;在内蒙河段开河期,万家寨水库拦蓄凌汛洪水,逐步回蓄;在内蒙河段开河后,内蒙河段释放的槽蓄水量经其调节后再次加大下泄流量,在下游形成第二个较大洪水过程。这种运用方式可使万家寨水库不弃水。
2001年至2005年,该时段万家寨水库防凌运用,平均最低水位956.79 m,开河后平均库水位976.26 m,平均增蓄水量3.73×108m3。桃汛试验前万家寨水库凌汛开河期运用情况见表1。
1.2 桃汛试验后凌汛开河期万家寨水库运用情况
2006年以后,开展了利用并优化桃汛洪水过程冲刷降低潼关高程试验。即适当调整万家寨水库调度运用方式,利用并优化桃汛洪水过程,降低潼关高程,改善万家寨和三门峡水库淤积形态,进一步深化对黄河水沙运动规律的认识。
桃汛试验改变了凌汛开河期万家寨水库运用方式,试验中要求万家寨水库采用先蓄后补运用方式,在内蒙古河段开河后,将凌汛水量集中下泄。
5年桃汛试验,万家寨水库平均最高蓄水位972.37 m,平均最低水位952.66 m,较桃汛试验运用前降低4.13 m,平均补水量2.56×108m3。桃汛试验后万家寨水库凌汛开河期运用情况见表2。
2 桃汛洪水传播分析
2.1 桃汛洪水传播时间
黄河上游凌汛洪水演进到下游常出现1个小洪峰,由于正逢桃花盛开之际,便称为“桃汛”或“桃花汛”。
对历史资料统计分析,得到黄河头道拐站(万家寨水库入库站)至潼关站(三门峡水库入库站)各水文控制站间不同量级桃汛洪水传播时间(见表3)。
注:流量级的单位为立方米/秒,传播时间的单位为小时。
2.2 桃汛洪水演进过程洪量相关分析
头道拐以下受山西河曲段凌汛槽蓄水量、区间支流汇入影响,潼关站桃汛洪水流量一般比头道拐站要大。
洪水传播过程中,洪量沿程发生变化。各站10日平均洪量变化情况见表4。
单位为×108m3
从表4可以看出,头道拐至河曲1986年以前增大、1986年以后减小,河曲至府谷段洪量增加,头道拐到府谷1987年至1998年平均增大0.91×108m3。府谷至潼关各段洪量逐步增加,1987年至1998年平均增加2.00×108m3,而龙门至潼关区间增加1.41×108m3,占70.5%。万家寨水库运用后,1999年至2004年,头道拐站10日洪量增加,而河曲至潼关各站洪量减小,潼关站平均洪量比1987年至1998年减小3.40×108m3。
20世纪90年代头道拐至潼关10日洪量除1999年外都是增加,最大增加4.52×108m3(1991年),1999年是减小的,减小0.89×108m3。平均增加2.53×108m3。
3 三门峡水库桃汛期来水情况
万家寨水库投运后,其在内蒙河段开河前后的调节运用,实质上是对天然桃汛来水过程进行了再分配,对三门峡水库桃汛期来水过程产生较大影响。
3.1 桃汛试验前(1999年至2005年)三门峡水库桃汛期来水情况
该时段,在内蒙河段开河前,万家寨水库降低库水位进行防凌运用,加大下泄流量,潼关站会出现1次较小洪水过程;在内蒙河段开河后,万家寨水库拦蓄凌汛洪水,内蒙河段释放的槽蓄水量经其调节后会在潼关站形成第二个较大洪水过程。这2次洪水过程历时应全部算作桃汛期,2次洪水过程来水量应全部算作桃汛期水量。经万家寨水库调节后,潼关站桃汛洪水过程平均提前约8天,桃汛洪水过程平均历时约20天,较万家寨水库投运前增加1倍,桃汛洪峰出现日期平均提前4天～5天;与头道拐站相比,潼关站最大10日水量、洪峰流量以及最大日均流量均有不同程度减小,分别减小19%,24%,27%。该时段桃汛洪水情况统计见表5。
3.2 桃汛试验后(2006年至2010年)三门峡水库桃汛期来水情况
桃汛试验中,万家寨水库采用先蓄后补的运用方式,将凌汛水量集中下泄,潼关站出现1次历时减少、水量集中的洪水过程。与头道拐站相比,潼关站最大10日水量、洪峰流量以及最大日均流量均有较大幅度增加,分别增加13%,64%,58%。该时段桃汛洪水情况统计见表5。
4 三门峡水库桃汛期调度运用
万家寨水库防凌调节运用,改变了三门峡水库桃汛期运用的来水边界条件;加之内蒙河段开河形势复杂,开河预报精度相对较低,增加了三门峡水库调度的不确定性。
4.1 桃汛试验前(2000年至2005年)三门峡水库桃汛期调度运用情况
该时段,在桃汛洪水入库前,为充分利用桃汛水资源,避免弃水,三门峡水库要提前加大下泄流量,降低水库水位,腾出部分库容迎接桃汛洪水入库。桃汛洪水入库后,三门峡水库逐步回蓄,抬高库水位进行兴利运用。
2000年至2002年非汛期水库最高水位不超过322 m,桃汛期平均起调水位为315.33 m,洪水期间平均库水位为318.30 m。2003年至2005年非汛期控制水库最高水位不超过318 m,较以往运用降低4 m,水库可用库容减小约4.9×108;水库平均起调水位为313.70 m,较前一时段降低1.63 m;洪水期间平均库水位为316.39 m,较前一时段降低1.91 m。桃汛洪水都能被水库拦蓄,没有产生弃水。该时段三门峡水库调度运用情况见表6。
该时段,潼关站桃汛洪水过程平均提前约8天,需要三门峡水库相应提前约8天降低库水位,使得利用非汛期大修机组检修工期缩短;桃汛洪水过程延长,桃汛期水库低水位运行时间延长约10天,延长了机组相对低效率运行时间;桃汛洪水过程相对平缓使水库预留库容减小,最低起调水位相应提高。
4.2 桃汛试验后(2006年至2010年)三门峡水库桃汛期调度运用情况
桃汛试验中,三门峡水库起调水位按313 m控制。当潼关站桃汛洪水流量上涨到1 000 m3/s时,水位控制不超过313 m;当洪水流量退至1 400 m3/s时,水库逐步回蓄,控制最高运用水位不超过318 m。
三门峡水电厂6号、7号机组需在水位312 m以上运行,否则将因水位低被迫停机。这就要求在桃汛洪水入库时,水库水位在312 m～313 m。如果水库水位高于313 m,就要开启泄流孔洞弃水,控制水位满足试验要求。5年试验,通过加强水情分析、提高预报精度、优化水库实时调度等措施,实现了桃汛洪水入库前不弃水。桃汛洪水过程中,水电厂7台机组满负荷运行过机流量只有1 400 m3/s,为维持库水位不超过313 m,在入库流量超过1 400 m3/s时,需要开启泄流孔洞弃水。5年中,水库平均起调水位为312.51 m,洪水期间平均库水位为314.47 m,与2003年至2005年运用相比,分别降低1.19 m、1.92 m;桃汛洪水过程中平均弃水2.113×108m3。该时段三门峡水库调度运用情况见表6。
5 结语
桃汛试验中,万家寨水库的防凌调节运用,很大程度改变了三门峡水库桃汛期的来水过程;桃汛洪水过程中控制三门峡水库水位不超过313 m运用,极大地改变了三门峡水库桃汛期运用的边界条件。这2种因素都对三门峡水库桃汛期调度运用影响较大。通过加强水情分析、提高预报精度、优化水库实时调度等措施,实现了桃汛洪水入库前不弃水,洪水过程中少弃水,最大限度地提高了水能利用率。
建议加强内蒙河段开河期凌汛分析,提高开河期预报精度,包括开河日期以及开河期流量过程预报;加强桃汛试验效果分析,进一步优化试验效果调度方案;加强桃汛期万家寨、三门峡水库联合优化调度,避免两水库水位变幅过大,使桃汛洪水过程尽量平稳。
摘要：叙述了为万家寨水库调节,开展利用并优化桃汛洪水过程冲刷降低潼关高程试验及控制三门峡水库非汛期最高水位不超过318 m运用等,改变三门峡水库桃汛期来水过程和水库运用的边界条件,提出,加强水情分析、提高预报精度、优化水库实时调度等措施,可实现桃汛洪水入库前不弃水,洪水过程中少弃水,最大限度地提高水能利用率。
水库优化调度 结课论文 篇8
【关键词】 水库 联合调度 效益
一、概述
龙门滩水库建成于1989年，工程跨越闽江及晋江两大水系，在闽江流域大樟溪上游河段浐溪的龙门峡谷筑坝蓄水，开凿3km长引水隧洞穿越闽江与晋江的分水岭，将闽江水引入晋江东溪支流湖洋溪的上游河段锦溪，是一个跨流域北水南调，梯级开发，以引水、发电为主，实现水资源优化配置的水利工程。坝址控制流域面积360km2，设计年均入库水量4.4亿m3，正常蓄水位453m对应库容为5018万m3，水库兴利库容3861万m3，库容系数8.9%，为季调节水库。据统计数据显示，龙门滩水库运行二十多年来，年均向晋江流域调水3.58亿m3，年均入库水量4.33亿m3，年均弃水量0.75亿m3。
在建的彭村水库位于龙门滩水库的上游，是为了解决德化县城区中远期用水及供水安全保障，提高防洪能力，增强流域蓄丰补枯作用的水利工程。集雨面积属于龙门水库360km2范围内，坝址控制流域面积143km2，占龙门滩水库总集雨面积的39.7%，设计多年平均入库流量5.59m3/s，多年平均径流量1.764亿m3，正常蓄水位对应库容为7275万m3，兴利库容6994万m3，库容调节系数28%，为多年调节水库。
二、两个水库联合调度的必要性分析
1、龙门滩水库多年来存在大量弃水的原因分析。流域年内出现两次雨季高峰期，分别出现在4—6月的梅雨季节形成的暴雨和7—9月的台风雨形成的暴雨，特别是台风雨更为严重。降雨不均带来的年内入库水量不均，同时区域空间降雨量不均，也是带来入库不均的一个原因。另一方面是龙门滩水库的库容偏小，水库的库容系数只有8.9%，为季调节水库，调节性能较差，不能很好地调节较大的洪水，再者是受电网条件的限制，多年来德化山区电网在丰水期为了减轻输电线路的送电负荷，对电站的发电量进行限制，造成水库在高水位情况下运行，遇较大洪水时只能弃水。以上这些原因造成龙门水库在丰水季节大量泄洪弃水，以致企业经济收入减少，如2006年的6月15日，盖德及赤水支流3小时降雨量达85mm，形成的洪峰流量达560m3/s，该场洪水入库总量1500万m3，水库的水位450.2m距汛限水位452.0m只有1.8m，只能容纳428万m3的洪水，其余的1072万m3水量全部泄掉，损失发电量400万kwh，以平均电价0.35元/kwh计算，就减少发量收入140万元。据统计，从发电生产至今，龙门水库泄洪总量为16.5亿m3，减少经济收入达1.848亿元，占总收入38.8亿元的21%。
2、实行联合调度的必要性。泉州市是福建省的经济发达地区，泉州的经济总量已居福建省各设区市之首，随着社会经济的发展，泉州市在海峡西岸经济区中将具有更重要的位置，未来泉州市将成为海峡西岸经济区及福建省三大核心城市，而泉州市的沿海区域水资源需求已明显不足，中远期水资源供需矛盾将更加突出，为了在一定程度缓解泉州沿海区域的水资源供需矛盾，应该充分地利用水利工程，合理调配区域内水资源量，使泉州北部山区相对丰富的水资源向水资源短缺的南部沿海实现有效调配，改变龙门滩水库大量弃水的现象，增加龙门滩水库跨流域引水量，增加发电量，提高其社会效益和经济效益。改变以往的运行管理模式，最大限度地发挥龙门滩水库工程的作用，充分发挥上游的彭村水库工程库容调节系数大，调节性强的特点，在彭村水库建成后进行两个水库的联合调度，有效地补偿龙门滩水库以增强该水库调蓄能力，从而间接增加晋江对龙门滩水库调水的有效利用，即增加龙门滩水库枯水时段调水量、减少丰水时段调水量，使丰水时段的部分弃水转为枯水时段的可供水量，实现水量“丰枯转换”，从而提高龙门滩水库的水量利用程度，进而增加晋江金鸡拦河闸的供水量，通过彭村水库“蓄丰补枯”，有效转换龙门滩上游河道的汛枯水量，极大限度地减少龙门滩水库的泄洪量，从而增加发电量，以增加其经济收入。
三、实行联合调度的经济效益分析
1、联合调度的硬件及软件基础。两个水库均属于同一流域，且彭村水库的所有集雨面积都属于龙门水库360km2范围之内，从降雨、径流、洪水等主要的水文数据具有共性，具有相同的雨量测报站，具有相同的水情、雨情自动测报系统，能够同时运用同一个先进的水文气象信息系统进行实时收集处理水文数据，能够同时运用现代遥测、通信和计算机处理系统，对龙门滩水库上游区域内的降雨、水位、流量等水库重要数据进行实时地自动收集和处理，为两个水库的防洪、供水、发电的联合调度提供了基础性的平台，为统一调度的决策提供更加科学的依据。另一方面，上下游两个水库的防洪调度都隶属于泉州市防汛办，在防洪调度的过程中都应服从泉州市防汛办的统一指挥，具有相同的指挥机构和政策，为两个水库的联合调度创造了条件。
2、经济效益分析。两个水库联合调度目的都是为了增加工程自身的经济效益，同时最大限度地发挥社会效益。一方面，在建的彭村水库，可以充分利用龙门滩水库的水文测报系统、发电自动化系统、办公楼等有利条件，减少重复性投资，最大限度地节约工程投资，经测算可节省3500万元的投资；并且彭村水库应充分利用龙门滩管理处现有的管理人员，节约经营成本，实现联合调度后，可减少10个管理人员，每年每人工资福利费用按6万元计算，则每年节省60万元的管理成本。另一方面，应该最大限度地增加收入，联合调度的关键是流域中的水量调节与洪水调度，水量平衡计算就是联合调度的纽带。两个水库的设计资料显示，不同频率情况下，不同时段都有其对应的洪水总量，如两个水库24小时洪水总量成果如表1所示。
彭村水库调度的科学性、合理性，不仅直接影响其自身的经济利益，发挥工程本身的作用，也会影响龙门滩水库的经济利益，即如果把水位降得太低，本身将因为发电水头降低而减少发电量，减少发电收入，如果把水位蓄得过高，虽然能抬高水头，增加一定的发电量，但一旦洪水来临，造成水库自身大量弃水，不仅会减少彭村水库自身的发电收入，同时也直接造成下游的龙门滩水库弃水，彭村水库的蓄水发电与拦洪错峰是一对矛盾。以流域内10年一遇洪水为例，龙门滩水库入库洪峰流量为800m3/s，洪水总量约为2860万m3，与之相对应的彭村水库的入库洪峰流量为509m3/s，洪水总量约为1650万m3，对于10年一遇的洪水，彭村水库如果在洪水来临前能够把水库水位降至637m左右，腾出1650万m3的库容，把彭村水库坝址以上143 km2的洪水全部拦蓄，则龙门滩水库在该种频率的洪水过程中的实际入库洪水总量为1210万m3，水库就能把整场洪水全部拦蓄，从而减少1650万m3泄洪量，从而增加发电量660万kwh，增加经济收入231万元。相反的，如果彭村水库的起调水位是在汛限水位641.2m，流入彭村水库1650万m3的洪水量只能全部下泄到龙门滩水库，而龙门滩水库如果高水位运行，1650万m3的水量只能往闽江流域下泄，在这种情况下，彭村水库减少了136万元收入，龙门滩水库减少了231万元收入。从这场洪水看出，要最大限度增加效益，彭村水库在每场洪水来临前要适时地腾空库容，两个水库最大限度拦蓄洪水。
四、实现经济效益的途径
1、改变彭村水库施工方案。根据德化的气候条件，每次台风形成到降雨结束的过程一般为4—7天，当预报会受台风影响而彭村水库的水位较高时，彭村水库应尽量降低水位，为保证龙门滩水库能在较低水位工况下运行，龙门滩水库最大发电引水流量为32m3/s，在建的彭村水库的最大发电流量为12 m3/s，为了更科学地调度水库，彭村水库的发电流量加上区间正常流量后应达到32m3/s，所以在施工阶段，适当增加彭村水库引水隧洞的尺寸，从而增加发电用水，彭村水库的最大发电流量设计在25m3/s为宜。
2、建立联合调度机制。水量平衡调节和洪水科学调度是个连续的过程，要做到科学调度水库，必须成立联合调度机构。龙门滩水库管理处是由省、市、县三级四家股份合资建成的发电事业单位，实行企业化管理，而在建的彭村水库为市县多方出资建设的以供水为主兼发电的公益性事业单位。两个水库不仅要站在共同的经济利益，增加两个单位的经济收入去管理水利工程，同时也应该站在泉州沿海区域水资源紧缺的角度思考如何充分发挥工程的社会效益，不能各自为政。所以两个水库必须建立联合调度机制，建立一套科学的调度运行制度，实行两个水库共同运行调度管理制度。
3、建立经济补偿机制。虽然实行联合调度，从两个水库的整体效益来看是有利的，但单个水库来看，必然存在一定的风险，如彭村水库如果把水库的水位降太低，拦蓄洪水的总量相应的也会增加，但发电量必然减少，其自身将减少经济收入，水库也有蓄不到正常水位的风险。如果彭村水库在汛期把水位保持在汛限水位641米左右运行，一旦洪水来临，拦洪量少，势必造成龙门水库泄洪，减少龙门滩水库的蓄水，减少龙门滩水库的效益。所以政府应该建立对彭村水库在特定条件下给予适当补贴以及下游水库补偿上游水库机制，充分调动两个水库的积极性，使水库能在不同年份根据水文、气象等预报情况，科学合理地调度两个水库的运行工况，使两个水库的社会效益和经济效益最大化。
五、结语
水库优化调度 结课论文 篇9
1 漳河水库综合利用要求分析
漳河水库综合利用要求主要有: (1) 城镇供水。在规划设计时, 漳河水库没有考虑城镇供水的功能。 (2) 灌溉供水。农业灌溉供水是漳河水库必须优先保证的。 (3) 发电用水是漳河水库最大的用水部门, 其发电引用流量约为1m3/s。 (4) 水产养殖。漳河水库鱼类资源丰富, 并且有鳝鱼、银鱼、虹蹲鱼等特色鱼类。 (5) 其他用水及损失。下游河道的最小生态流量取3m3/s, 灌区生活发电用水从总干渠中引水, 其流量为1.5m3/s;坝体与涵闸渗漏及水库周边未计量的生活工业用水也作为水库损失水量, 其取水流量为0.75m3/s。
2 漳河水库多目标中长期优化调度数学模型
2.1 目标函数
选取的目标函数、优化准则不同, 相应的数学模型也不同。本文仅以灌溉保证率最大F1和发电量最大F2为目标函数, 建立对应的数学模型:
式中:Pgg是灌溉保证率;M为计算期总年数;Ty为一个调节年度的总时段数, 一般取12个月或36旬;Zm (t) 、Nm (Zm (t) ) 分别为水电站第m年第t时段初库水位和时段平均出力;ΔT (t) 为t时段的时段长。
2.2 约束条件
(1) 水量平衡约束:
式中:V (t) 、V (t+1) 分别为t时段初、末水库库容;Qrk为t时段平均入库流量;Qfd (t) 为t时段平均发电流量;Qgg (t) 为t时段水库灌溉流量;Qq t (t) 为t时段其他用水部门从水库取水流量;Qq s (t) 为t时段水库弃水流量。
(2) 库容约束:
式中:Vmax (t+1) 一般为水库的死水位对应的库容;Vmax (t+1) 一般在汛期为汛限水位对应的库容, 非汛期为正常蓄水位对应的库容。
(3) 库容曲线约束:
式中:Z上 (t) 为水库t时段初水库水位;fzv[V (t) ]为库容曲线函数。
(4) 水库下游水位流量关系:
式中:Z下 (t) 为水库t时段水库下游水位;fQZ[Qp (t) ]为下游水位流量关系函数。
(5) 水头损失:
式中:α为水库的水头损失系数;ΔH (t) 为水库t时段平均水头损失;Qfd (t) 为水库t时段水库发电流量。
(6) 初始与终止库水位约束:
式中:Z0为水库调度期初水库蓄水位Z (1) , 为给定值;Zend为水库调度期末水库蓄水位Z (T+1) , 可给定或不给定。
(7) 发电保证率约束:
式中:Np和pfd分别为水电厂的保证出力和设计发电保证率;N (t) 为t时段水电站平均出力。
(8) 水电站发电流量限制:
式中:Qfdmin (t) 、Qfdmax (t) 分别为t时段水电站发电流量下限值和上限值。
(9) 下泄流量约束:
式中:Qxx (t) 为t时段下泄到下游河道的流量;Qxymin (t) 为t时段满足下游综合利用要求的最小下泄流量。
(10) 灌溉需水量约束:
式中:Wm (t) 、Wxsmin (t) 、Wxsmax (t) 分别为t时段作物总灌溉用水量、灌溉需水量的下限值和上限值, m3;η为灌溉用水系数。
(11) 灌溉渠道输水能力约束:
式中:Qgg (t) 、Qssmax (t) 分别为t时段用于灌溉的流量和灌溉渠道的最大输水流量。
(12) 非负约束:各种变量均为非负值。
3 方法选取
以往的研究中, 人们提出了大量的多目标进化算法 (MOE-As) 。主要原因是具有在一次运行中找寻多值Pareto最优解的能力。一个问题有多个最优解的主要原因是不可能同时在优化多个对象时找到一个单独的最优解, 所以一个能给出大量可供选择的最优解集的算法才是具有实际价值的。NSGA?Ⅱ作为一种新型的算法, 在水库调度方面得到了广泛的应用, 有效地解决了多目标水库优化调度问题。
3.1 NSGA?Ⅱ算法基本思路介绍
NSGA?Ⅱ算法具体的计算步骤如下。
(1) 开始时, 随机产生初始种群P0, 对P0进行快速非支配排序, 每一个解都被分配一个与非支配层级 (1是最优层级) 相应的适应度值。可以看出, 最小的适应度值是假定的。然后进行二进制锦标赛选择, 重新组合, 变异算子用来闯到新的大小为N的子代种群Q0, 从第1代开始, 进行的步骤是不同的, 令t=0。
(2) 将父代种群Pt和子代种群Qt合并后形成种群Rt, 对Rt进行非支配排序, 得到非劣前端F1, F2, ……。
(3) 计算第i层级上的所有个体的拥挤度, 将第i层级中的个体并入Pt+1父代种群中, 对所有Fi按拥挤距离进行排序, 并按锦标赛法选取最好的N个 (种群规模) 个体形成种群Pt+1。
(4) 对种群Pt+1执行遗传操作, 形成种群Qt+1, 直至终止条件成立, 否则令t=t+1并转到 (2) [4]。
3.2 种群初始化的处理
NSGA?Ⅱ第1步就是对种群进行初始化。初始化一般有2种方法:一种是完全随机的方法, 它适合于对问题的解无任何先验知识或者无约束优化的情况, 方法的处理比较简单, 但是随机产生的初始种群有相当大部分个体是不满足约束的, 个体的质量不能得到保证, 同时不能均匀分布在解空间;另外一种方法是某些先验知识可转变为应满足的一组要求, 然后在满足这些要求的解中再随机地选择, 这样产生的初始种群可以使粒子群更快地达到最优解。但是先验知识对不同的问题难以确定, 特别是种群数量较大的时候, 种群初始化如果存在大量的不可行的情况则会对算法的性能大大地削弱。针对该问题, 本文在种群初始化时加入了动态规划进行筛选, 在初始化的种群中首先进行判断, 保留可行的种群, 重新生成不可行的种群, 保证初始化种群中不出现大量不可行的情况, 从而保证算法的顺利进行。图1为改进算法的流程图。
4 模型求解
4.1 基本资料
本文采用的资料有1963-2010年共48a入库流量、逐月灌溉供水量、库容曲线等资料;汛前讯后水位122.6m, 主汛期水位122.0m, 漳河水库4-9月为汛期, 4、5、6月为前汛期, 7、8月为主汛期, 9月为后汛期;综合出力系数取7.7, 保证出力为4 000kW, 发电保证率要满足75%, 灌溉保证率要满足75%;本例可取种群数300, 进化代数为300, 交叉率0.7, 变异率0.001 2, 交叉分布系数50, 变异分布系数50。
4.2 成果分析
(1) 多目标优化结果分析。图2曲线上的各点均是灌溉保证率和多年平均发电量的非劣组合, 即优化调度方案。进一步分析该曲线可知:
(1) 曲线斜率为负说明漳河水库灌溉目标和发电目标相互对立, 此消彼长。灌溉保证率随着发电量的增加而降低。决策者可根据自己偏好和实际情况选择非劣组合进行调度。当决策偏向于发电时, 可在曲线上半支选择;当决策偏向于灌溉时, 可在曲线下半支选择。
(2) 曲线AB段接近水平, 当发电量从0.484 5亿kWh减少到0.484亿kWh, 即减少0.000 3亿kWh时, 灌溉保证率提高了2.1%。发电量略微降低, 灌溉保证率却明显增大, 这可能主要是受电站装机容量限制, 存在弃水, 入库水量没有得到充分利用。因此, 当发电量维持在0.484亿kWh, 即灌溉保证率小于82.3%时, 增加灌溉用水量的效益明显, 此时应在保证机组满出力发电的情况下, 尽量增加灌溉用水量。BC段曲线斜率越来越大, 当发电量减少0.007 1亿kWh时, 灌溉保证率仅提高了4.2%, 灌溉保证率并没有随着发电量的急剧减小而显著增大, 说明在该区间内, 降低发电用水对灌溉效益的贡献值不大。综合考虑, 建议将灌溉保证率控制在82.3%, 这样获得的综合效益较为均衡。
(2) 合理装机容量探讨。在实际运行中, 漳河水库的灌溉供水保证率为75%, 优化调度方案中的灌溉保证率均大于75%, 能满足灌溉供水要求。由曲线AB段趋势分析可知, 电站装机容量可能限制了发电量的增加, 因此需要进一步探讨合理的装机容量。将原来的预想出力曲线同比例扩大某一倍数, 作为新的预想出力限制, 见图3。
当装机容量增加到26 160kW时, 只产生了8.1m3/s的弃水 (1963年4月弃水6.4m3/s, 8月弃水1.7m3/s) , 再增大装机容量已无意义。分析图3可知, 当装机容量增大时, 灌溉保证率的上限值保持不变, 均为86.5%, 但下限值有所降低, 从80.2%逐次降到75%;发电量则不断增加, 从0.484 5亿kWh提高到0.519 1亿kWh, 提高了7.14% (0.034 6亿kWh) 。这验证了之前关于图2中曲线AB段变化原因的推断, 漳河水库在实际运行中, 可以扩大装机容量以充分利用水资源。
在原装机容量下, 灌溉保证率最小值为80.2%, 现对灌溉保证率为80%时, 不同装机容量下的发电量进行分析, 以确定合理的装机容量, 见表1和图4。
由图4可知, 装机容量等比例扩大, 当其增大到13 080kW时, 发电量增加最多 (0.016 3亿kWh) , 增幅最大 (3.4%) 。从发电量边际增长率的角度来考虑, 建议漳河水库装机容量扩大到原来的1.5倍, 即增加4 360kW。
5 结语
针对漳河水库的多目标用水特点和要求, 建立了多目标中长期优化调度模型。采用NSGA?Ⅱ对模型进行求解, 由于中长期优化调度涉及变量较多, 直接运用该算法进行求解为避免种群初始化造成大量不可行解的情况出现, 引入了种群初始化筛选机制, 保证了算法的性能, 有效地解决了多目标中长期水库优化调度问题, 并以此为基础, 进一步分析了漳河水库合理装机容量的选定, 对漳河水库的生产具有指导意义, 具有一定的理论价值和实际意义。
摘要：结合漳河水库中长期优化调度中发电、灌溉需求的特点, 以多年平均发电量和年灌溉保证率最大为目标, 以发电保证率为约束, 建立了漳河水库多目标中长期优化调度模型。针对遗传算法种群初始化出现不可行解集的问题, 运用改进的NSGA-Ⅱ进行求解, 得出了调度决策方案, 并进一步探讨了合理装机容量的选定。结果表明, 利用该方法可有效地求解水库多目标中长期优化问题, 对电站合理装机容量的选定提供了新的思路。
关键词：漳河水库,NSGA-Ⅱ,多目标中长期优化,装机容量
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