王昱倩，李陽(yáng)毅誠(chéng)，張攀全

(華能瀾滄江水電股份有限公司集控中心，云南 昆明 650214)

流域梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化主要是指在流域集中調(diào)度的基礎(chǔ)上，以“實(shí)時(shí)感知、精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、智能調(diào)控”為目標(biāo)，將氣象、水情、防洪、發(fā)電、市場(chǎng)等信息融為一體，全面搜集、分析電網(wǎng)負(fù)荷、水情雨情、設(shè)備工況等海量數(shù)據(jù)，通過(guò)智能模型和信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)分析和智能決策為基礎(chǔ)的水電系統(tǒng)調(diào)度控制模式[1]。

隨著我國(guó)電力體制改革的進(jìn)一步深化以及現(xiàn)代科技日新月異的發(fā)展，流域梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化是大勢(shì)所趨[2- 4]。瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)是我國(guó)十三大水電基地之一，在云南境內(nèi)乃至整個(gè)西南水電系統(tǒng)中均占有舉足輕重的地位。近年來(lái)，瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)充分發(fā)揮流域集控中心集中管理、集中調(diào)度的優(yōu)勢(shì)，在徑流預(yù)測(cè)、水庫(kù)調(diào)度等方面積累了寶貴的資料。宏觀方面，瀾滄江梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化體現(xiàn)在結(jié)合云南電力市場(chǎng)交易規(guī)則，充分發(fā)揮小灣、糯扎渡水庫(kù)調(diào)節(jié)作用，制定合理優(yōu)化的梯級(jí)水電站水庫(kù)群調(diào)度規(guī)則，高效利用水能資源。微觀方面包括梯級(jí)電站運(yùn)行水位控制、閘門(mén)調(diào)度策略制定以及特殊情況下調(diào)度方案的比選等。

1 流域梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)

未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，高效、智能、經(jīng)濟(jì)的水庫(kù)調(diào)度方式應(yīng)當(dāng)以實(shí)現(xiàn)水電資源優(yōu)化配置為目標(biāo)。水庫(kù)調(diào)度智能化采用的關(guān)鍵技術(shù)通常有大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、云存儲(chǔ)技術(shù)等[5- 6]。大數(shù)據(jù)技術(shù)主要包括針對(duì)大數(shù)據(jù)提出的數(shù)據(jù)采集技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)、分析及挖掘技術(shù)、可視化呈現(xiàn)技術(shù)。云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云存儲(chǔ)是云計(jì)算的存儲(chǔ)部分，本質(zhì)上是為大數(shù)據(jù)量運(yùn)算時(shí)提供存儲(chǔ)和管理，云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。與此同時(shí)，水電站智能化具有其本身的特殊性，可以在水雨情數(shù)據(jù)分析及挖掘、水電運(yùn)行數(shù)據(jù)分析及挖掘以及電網(wǎng)運(yùn)行及電力負(fù)荷數(shù)據(jù)分析及挖掘等方面得到應(yīng)用[7]。

2 瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化概述

瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)是我國(guó)十三大水電基地之一，已建成投產(chǎn)的電站在云南境內(nèi)自上而下包括烏弄龍、里底、黃登、大華橋、苗尾、功果橋、小灣、漫灣、大朝山、糯扎渡、景洪，除大朝山外均屬于同一家利益主體，十分有利于流域梯級(jí)水電系統(tǒng)智能化調(diào)度的應(yīng)用。

近年來(lái)，瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

圖1 中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)系統(tǒng)預(yù)報(bào)結(jié)果界面

2.1 中長(zhǎng)期徑流預(yù)測(cè)

具有一定精度的中長(zhǎng)期徑流預(yù)測(cè)是梯級(jí)水電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理調(diào)度的重要參考依據(jù)，若能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)間內(nèi)的中長(zhǎng)期徑流情況，結(jié)合水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度，合理制定水庫(kù)調(diào)度計(jì)劃，可以有效減少電能損失，最大限度地開(kāi)發(fā)水力資源，產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和發(fā)電效益。

瀾滄江集控中心會(huì)同武漢大學(xué)開(kāi)展瀾滄江流域中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)研究，識(shí)別影響瀾滄江流域徑流變化的大氣環(huán)流因素，優(yōu)選影響中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)的大氣環(huán)流指標(biāo)、融雪、太陽(yáng)活動(dòng)等水文氣象因子，運(yùn)用了7種基于時(shí)間序列(最鄰近抽樣、回歸模型、小波分析、混沌理論模型等)和3種基于水文氣象因子(逐步多元回歸模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī))以及2種集合模型(集合權(quán)重、集合向量機(jī))，建立了多種瀾滄江小灣、糯扎渡斷面的中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)模型，從本質(zhì)上了解瀾滄江流域徑流形成的原因及變化規(guī)律，為全面提升瀾滄江梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化調(diào)度起到了關(guān)鍵的作用。

在對(duì)瀾滄江流域徑流形成影響因素分析的基礎(chǔ)上，利用水庫(kù)調(diào)度智能化技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、水文氣象大數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及地理信息系統(tǒng)技術(shù)等，開(kāi)發(fā)完成瀾滄江流域中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)軟件，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)率定、中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)、模型庫(kù)管理、預(yù)報(bào)方案管理、精度評(píng)估、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等應(yīng)用功能，同時(shí)能夠進(jìn)行逐月修正預(yù)報(bào)，對(duì)月、旬中期預(yù)報(bào)提供逐日過(guò)程，也可添加流域其他電站資料，進(jìn)行擴(kuò)展預(yù)報(bào)。

目前，該流域中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)系統(tǒng)在瀾滄江梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化工作中發(fā)揮著重大作用，極大程度提高了瀾滄江流域水電系統(tǒng)調(diào)度智能化水平，并為流域梯級(jí)水電系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行和風(fēng)險(xiǎn)決策積累了寶貴的資料。

2.2 水庫(kù)調(diào)度自動(dòng)化

瀾滄江流域水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)綜合應(yīng)用程度高的智能化系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)的功能包括瀾滄江流域內(nèi)所有水情遙測(cè)數(shù)據(jù)的采集和處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和應(yīng)用、水務(wù)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)聯(lián)系、安全防護(hù)、系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)、數(shù)據(jù)通信、信息發(fā)布、報(bào)警、監(jiān)視、報(bào)表制作和水庫(kù)調(diào)度基本應(yīng)用等功能，完成洪水預(yù)報(bào)、洪水調(diào)度等高級(jí)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)和實(shí)施；實(shí)現(xiàn)資料整編、數(shù)據(jù)挖掘、個(gè)性化文檔、用戶分級(jí)權(quán)限管理、各電站水情信息接入以及對(duì)外信息交互等功能。

2.3 梯級(jí)水電系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度

瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)需要兼顧發(fā)電、生態(tài)、通航等綜合利用要求，并擔(dān)負(fù)著云南電網(wǎng)外送電、調(diào)峰、調(diào)頻的重要任務(wù)。系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中涉及非常復(fù)雜的水力、電力運(yùn)行安全約束，同時(shí)也有非常復(fù)雜的利益矛盾需求，為解決瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)多目標(biāo)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度等問(wèn)題，瀾滄江集控中心會(huì)同大連理工大學(xué)研發(fā)了瀾滄江梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了二次升級(jí)改造，開(kāi)發(fā)了瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)新型優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。

圖2 防洪調(diào)度系統(tǒng)

該系統(tǒng)建立了多周期精細(xì)化梯級(jí)水電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型、反調(diào)節(jié)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型、考慮閘門(mén)實(shí)際運(yùn)行的防洪優(yōu)化調(diào)度模型，并提出了相應(yīng)的求解方法，構(gòu)建了瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)、多約束下瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度規(guī)則的制定，是瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化的一個(gè)集中體現(xiàn)。

考慮閘門(mén)運(yùn)行方式的防洪調(diào)度是流域梯級(jí)水電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的一個(gè)重要組成部分，瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)的閘門(mén)調(diào)度以智能化系統(tǒng)計(jì)算與調(diào)度人員人工經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，通過(guò)建立多約束集成防洪優(yōu)化調(diào)度模型，能夠得到符合習(xí)慣和實(shí)際情況的閘門(mén)調(diào)度方案，從而達(dá)到防洪興利的目標(biāo)。

3 總結(jié)及展望

流域梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化是未來(lái)水能資源高效利用的必然要求和發(fā)展趨勢(shì)。近些年來(lái)，瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化取得了一定的成果，在流域來(lái)水預(yù)測(cè)、梯級(jí)電站運(yùn)行自動(dòng)化以及梯級(jí)水電系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行等方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)瀾滄江流域梯級(jí)水電系統(tǒng)水庫(kù)調(diào)度智能化程度將進(jìn)行進(jìn)一步加深，在提高流域來(lái)水預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)水庫(kù)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的全范圍、全過(guò)程覆蓋，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更高要求、更加復(fù)雜的梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度規(guī)則的制定功能等方面取得長(zhǎng)足的發(fā)展。