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        瀾滄江流域水電站聯(lián)合調(diào)度研究

        2015-12-22 07:32:24李江陳誠周毅
        云南電力技術(shù) 2015年3期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化

        李江,陳誠,周毅

        (1.華能瀾滄江水電有限公司集控中心,昆明 650214;2.華中科技大學(xué),水電與數(shù)字化工程學(xué)院,武漢 430074)

        瀾滄江流域水電站聯(lián)合調(diào)度研究

        李江1,陳誠2,周毅1

        (1.華能瀾滄江水電有限公司集控中心,昆明 650214;2.華中科技大學(xué),水電與數(shù)字化工程學(xué)院,武漢 430074)

        采用隨機動態(tài)規(guī)劃,對該兩個水庫建立聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型,并對所獲得的調(diào)度策略進行長序列調(diào)度模擬,統(tǒng)計獲得了每個水庫年內(nèi)各旬的水位調(diào)度限制線。對結(jié)果進行分析,提出建議。

        梯級電站;瀾滄江;水庫優(yōu)化調(diào)度;優(yōu)化模型

        0 前言

        水電的中長期調(diào)度按照其對徑流的處理方法可分為確定性調(diào)度與隨機調(diào)度兩大類。確定性調(diào)度方法將多年的歷史徑流序列、通過人工方法得到的徑流數(shù)據(jù)或者對未來徑流的預(yù)報值都看成確定性的輸入。它的好處是能夠直觀地描述徑流在一定時期內(nèi)的變化特性,可以間接地反映徑流的統(tǒng)計特性。采用確定性模型求解時,求解方法的選擇也具有多樣性,可以采用理論成熟的線性規(guī)劃[1]、動態(tài)規(guī)劃[2]以及以非線性規(guī)劃對偶理論為理論基礎(chǔ)的分解協(xié)調(diào)算法[3]。但確定性調(diào)度也存在諸多的問題:比如,由于水電調(diào)度問題的復(fù)雜性,上述對于不確定性徑流的確定性處理方法難免會造成計算結(jié)果與實際結(jié)果的偏差,導(dǎo)致最終的計算結(jié)果難于運用到實際當(dāng)中。

        在當(dāng)前水文預(yù)報精度不高的條件下,隨機調(diào)度更接近實際情況。通過對歷史徑流的數(shù)值模擬,比單純使用歷史徑流資料所得結(jié)果精確得多[4]。本文所述隨機優(yōu)化調(diào)度將徑流過程描述為一定的概率分布,運用隨機動態(tài)規(guī)劃 (SDP)求解,避免了對徑流確定性處理造成的偏差。本文對小灣和糯扎渡兩個水庫建立聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型,并對所獲得的調(diào)度策略進行長序列調(diào)度模擬,統(tǒng)計獲得了每個水庫年內(nèi)各旬的水位調(diào)度限制線,以及其年內(nèi)水位消落趨勢。因為只考慮了兩個水庫的優(yōu)化調(diào)度問題,避開了SDP的維數(shù)問題。

        1 模型與算法

        問題可以描述為:在一定的控制期內(nèi),對水庫的入庫徑流和水庫蓄水量進行調(diào)節(jié)和分配,以獲得最大期望運行效益。

        隨機動態(tài)規(guī)劃的遞推方程如下所示:

        Rit為水庫i在t時段水庫的下泄流量;Qt為時段t的入庫徑流;為Qt-1已知條件下Qt的條件概率;N為水庫的個數(shù);ei為發(fā)電轉(zhuǎn)換系數(shù),單位為KWh/m4;hi(Sit)表示水庫i在時段t庫容為Sit時對應(yīng)的水頭值;表示水庫i的最大發(fā)電流量。

        1.1 約束條件

        1)水量平衡方程:

        2)庫容限制:

        3)水庫的下泄流量要大于0:

        其中,Ω(i)為水庫i直接連接的所有上游水庫的集合。

        迭代方程可以采用Turgeon2007年提出的方法按照時間序列不斷向后求解。Turgeon[5]的方法還表明,特征庫容離散值個數(shù)的增加對計算結(jié)果的改進不大。在Karamouz and Vasiliadis[6]的文章里,也可以看到類似的結(jié)論。

        1.2 來流特征值以及條件概率

        1)對于t時段,Q(y)t有y個歷史徑流數(shù)據(jù),Qt的離散點個數(shù)為dq個??梢杂胐q個時間間隔來代表dq個離散點,那么每個時間間隔包含y/dq個初始歷史徑流。

        3)重復(fù)步驟1和步驟2,就可以得到Qt+1的離散值。

        4)時段t的第k個時段間隔有y/dq個歷史徑流值,j的取值范圍為:(y/dq)·k≤j≤ (y/dq)·(k+1)。在時段t+1,同樣有y/dq個歷史徑流值,j的取值范圍同樣為。如果存在一個數(shù)n(t,k,m)表示時段t的第k個時間間隔徑流值轉(zhuǎn)移至第t+1時段的第m個間隔徑流值的個數(shù),那么在已知Qt的情況下Qt+1的概率就可以由下式?jīng)Q定:

        5)通過上式,可以求出每一個時間段的轉(zhuǎn)移概率。

        第y年的第t個時間段 (旬),水庫的下泄流量通過求解下面的式子得到:

        1.3 泄流量約束條件

        1)水量平衡方程:

        2)庫容限制:

        水庫的下泄流量要大于0:

        2 應(yīng)用實例

        在本應(yīng)用實例中,以旬為時段長,調(diào)度期設(shè)定為一年;隨機動態(tài)規(guī)劃方法將時段初的水庫庫容值Sit作為狀態(tài)變量,決策變量就是各時段的水庫下泄流量。Sit的離散值個數(shù)設(shè)定為21個,水庫i庫容特征值分別取值為, 20。Qt的離散值個數(shù)設(shè)定為10。Qt特征值的確定按照上述所述方法確定,即:對于t時段,有 60個歷史徑流數(shù)據(jù) (y=0,1,2,…,59),每個時段就有10個時段間隔代表徑流的10個離散值,在這10個時段間隔中包含了6個初始的徑流值。從小到大排列這60個歷史徑流,得到,則對任意時段間隔,Qt的取值為:

        根據(jù)上述調(diào)度模型,對所獲得的調(diào)度策略進行了長序列的模擬,得到了小灣電站與糯扎渡電站57年的水庫運行策略。統(tǒng)計得到各個水庫年內(nèi)各旬的水位平均、最低和最大值,以此來評價優(yōu)化策略結(jié)果。圖1給出了小灣和糯扎渡模擬所得年內(nèi)平均、最低和最高水位變化曲線。

        圖1 某水庫調(diào)度期 (年)內(nèi)每旬模擬所得最低、平均和最高水位變化圖

        從圖中1可以看出,小灣水庫在11月進入枯水期后水位即開始消落,而糯扎渡則在次年初才開始緩慢降低水位。進入汛期末之后,糯扎渡水庫即開始以高于小灣的速率開始蓄水。因此,為了最大化瀾滄江梯級的發(fā)電效益,小灣應(yīng)在枯水期初先于糯扎渡進行水位消落,而糯扎渡應(yīng)在汛末先于小灣蓄水。該圖也為兩個水庫提供了水位調(diào)度限制上、下限,它們從統(tǒng)計學(xué)的角度說明了水庫調(diào)度應(yīng)該遵循的調(diào)度范圍。

        3 結(jié)束語

        瀾滄江流域小灣、糯扎渡投產(chǎn)以來對整個流域、電網(wǎng)的調(diào)節(jié)作用逐漸凸顯,相比于瀾滄江流域其他水電站調(diào)節(jié)性能不強的現(xiàn)實,中長期優(yōu)化調(diào)度僅考慮小灣、糯扎渡符合工程實際。本文所建立的小灣與糯扎渡聯(lián)合調(diào)度的隨機動態(tài)規(guī)劃模型,考慮了徑流的不確定性,并利用徑流離散特征值和條件概率來對它描述。在迭代收斂時可獲得得到年內(nèi)的調(diào)度策略。

        [1] 伍宏中,白以昕.水電站水庫群長期運行優(yōu)化模型和應(yīng)用[J].水力發(fā)電。2008年1月第34卷第一期。0559-9342 (2008)01-0082-04.

        [2] Yang J S Chen N.Short Term Hydrothermal Coordination Using Multi-pass Dynamic Programming[J].IEEE Trans on Power Systems 1989 4(3):1050~1056.

        [3] Guan X,Luh P B,Zhang L.Nonlinear Approximation in Lagrangian Relaxation-based for Hydrothermal Scheduling[J]. IEEE Trans on Power Systems 2000 10(2D):772~778.

        [4] 王金文.隨機動態(tài)規(guī)劃在三峽梯級長期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度中的應(yīng)用 [J].電力自動化設(shè)備,Vol.22 No.8 Aug.2002.

        [5] Turgeon,A.(2007).Stochastic optimization of multireservoir operation:The optimal reservoir trajectory approach[J]. Water Resour. Res., 43, W05420, oi:10.1029/2005WR004619.

        [6] Karamouz,M.,and H.V.Vasiliadis(1992).Bayesian stochastic optimization of reservoir operation using uncertain forecasts[J].Water Resour.Res.,28(5):1221-1232,doi:10.1029/92WR00103.

        Study on Joint Operational Strategy for Xiaowan and Nuozhadu on Lancang River

        LI Jiang1,CHEN Cheng2,ZHOU Yi1
        (1.Cascade Control Center of Huaneng Lancang River Hydropower Co.,Ltd,Kunming 650214,China;2.Institute of Hydropower&Information Engineering,HUST,Wuhan 430072,China)

        This paper formulates a joint optimal operation model for these two reservoirs,and applies the stochastic dynamic programming(SDP)to the problem.The operating strategy derived by the SDP is simulated using a long series of historical inflows,and then obtains the within-year upper,average and lower bounds on storage levels for every 1/3 month and for each reservoir.

        cascaded hydropower stations;Lancang river;reservoir optimal operation;optimization model

        TM74

        B

        1006-7345(2015)03-0039-03

        2014-12-29

        李江 (1984),男,工程師,華能瀾滄江水電有限公司集控中心,從事流域梯級水庫調(diào)度工作 (e-mail)zidanejl@126.com。

        陳誠 (1989),男,博士研究生,華中科技大學(xué)水電與數(shù)字化工程學(xué)院。

        周毅 (1984),男,工程師,華能瀾滄江水電有限公司集控中心,從事流域梯級水庫調(diào)度工作。

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