羅 錫 斌，雷 源，劉 艷，武 新 宇，劉 本 希，程 春 田

(1.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司，重慶 400015； 2.大連理工大學(xué) 水電與水信息研究所，遼寧 大連 116024)

0 引 言

水電站群聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行需要依靠合理的調(diào)度規(guī)則，水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度規(guī)則主要包括調(diào)度圖[1]、調(diào)度函數(shù)[2]和具有指示性的啟發(fā)式運(yùn)行準(zhǔn)則[3]。其中，蓄放水次序作為調(diào)度規(guī)則的總結(jié)歸納結(jié)果，關(guān)系到各水電站之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題，影響整個(gè)水電系統(tǒng)的總體運(yùn)行狀況[4]。對(duì)于棄水壓力大的地區(qū)，在研究蓄放水次序時(shí)應(yīng)該關(guān)注棄水風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。這是因?yàn)樵谶@些地區(qū)，普遍存在兩個(gè)特點(diǎn)：一是來(lái)水豐富，特別是汛期來(lái)水集中，加之徑流的不確定性，使水電站在汛期容易面臨較大棄水風(fēng)險(xiǎn)；二是水電站的調(diào)節(jié)性能較弱，面對(duì)集中來(lái)水時(shí)可能因水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容不足，難以消納這部分水電，從而產(chǎn)生棄水風(fēng)險(xiǎn)。故如何在減少棄水、保證庫(kù)區(qū)防洪安全的基礎(chǔ)上掌握合理的蓄放水次序，是促進(jìn)來(lái)水量大、電站調(diào)節(jié)性能弱的地區(qū)短期有序調(diào)度的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

目前，對(duì)于水庫(kù)群蓄放水次序的研究，多以梯級(jí)為研究對(duì)象。常見(jiàn)的方法有K值判別式法[5]、庫(kù)容效率法[6]等，這些傳統(tǒng)方法為解決水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度問(wèn)題提供了理論依據(jù)，但并不能直接用于實(shí)際工程中，需要根據(jù)具體實(shí)際情況改進(jìn)并完善。對(duì)此，羅斌等[7]利用梯級(jí)蓄能調(diào)度圖，借助水庫(kù)蓄供水控制線控制水庫(kù)蓄放水次序和蓄放水量；紀(jì)昌明等[8]針對(duì)判別式法所存在的不足，建立了梯級(jí)總出力調(diào)度圖優(yōu)化模型和時(shí)段內(nèi)最優(yōu)出力分配模型；李亮等[9]針對(duì)溪洛渡-向家壩梯級(jí)實(shí)際情況，建立梯級(jí)發(fā)電量最大模型討論梯級(jí)水庫(kù)蓄放水規(guī)律；黃草等[10]通過(guò)繪制長(zhǎng)江上游梯級(jí)各電站的水庫(kù)調(diào)度圖，分析串聯(lián)梯級(jí)水庫(kù)群在汛前和汛末的蓄放水次序規(guī)律，得到上下游水庫(kù)蓄水時(shí)機(jī)和次序的一般規(guī)律。對(duì)于并聯(lián)水庫(kù)群蓄放水次序的研究則相對(duì)較少，曾祥[11]、胡鐵松[12]等綜合考慮水庫(kù)庫(kù)容、調(diào)節(jié)性能和蒸散發(fā)能力，提出了一種定性分析并聯(lián)水庫(kù)群蓄放水次序的方法；Hui等[13]推導(dǎo)了并聯(lián)水庫(kù)群的蓄洪分配規(guī)則來(lái)處理防洪風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題；Chang等[14]引入缺水指數(shù)，利用非主導(dǎo)排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)求得帕累托前沿最優(yōu)解，指導(dǎo)中國(guó)臺(tái)灣兩并聯(lián)水庫(kù)系統(tǒng)的蓄放水。

近年來(lái)，隨著水電優(yōu)化調(diào)度模型和算法愈加成熟，許多學(xué)者開(kāi)始關(guān)注棄水風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建棄水風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)量化棄水因素對(duì)水電站綜合效益的影響，并將其引入優(yōu)化調(diào)度模型中進(jìn)行求解。如蘇華英等[15]引入預(yù)棄時(shí)間定義棄水風(fēng)險(xiǎn)，用于指導(dǎo)水電出力調(diào)整問(wèn)題，徐剛等[16]考慮棄水風(fēng)險(xiǎn)求解水電站年發(fā)電最大模型等。但是，現(xiàn)有的蓄放水次序研究主要著眼于發(fā)電和蓄能方面，少有結(jié)合棄水風(fēng)險(xiǎn)考慮。此外，研究所得到的結(jié)果多表現(xiàn)為定性分析水庫(kù)群蓄放水規(guī)律，難以定量確定實(shí)時(shí)蓄放次序和負(fù)荷分配情況，不足以對(duì)實(shí)時(shí)調(diào)度提供充分的指導(dǎo)。因此，本文針對(duì)具有調(diào)節(jié)能力的并聯(lián)水庫(kù)群，提出了以棄水電量最小和不蓄能損失最小為目標(biāo)的蓄放水次序排序模型，根據(jù)水庫(kù)群實(shí)時(shí)運(yùn)行情況結(jié)合歷史資料定性判斷實(shí)時(shí)蓄放水次序，定量計(jì)算當(dāng)日負(fù)荷分配結(jié)果。然后，將所提方法應(yīng)用到重慶市10座并聯(lián)水電站群中，得到了合理的日負(fù)荷分配結(jié)果，在棄水風(fēng)險(xiǎn)控制方面也有著良好的表現(xiàn)。研究成果可為水庫(kù)群實(shí)際調(diào)度提供參考。

1 并聯(lián)水庫(kù)群蓄放水策略

1.1 蓄放優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)

Lund在2000年總結(jié)了并聯(lián)水庫(kù)群的總體效益表達(dá)式[17]，具體表現(xiàn)形式如下：

(1)

公式(1)中將并聯(lián)水庫(kù)群的發(fā)電總效益分成3部分：第1項(xiàng)代表當(dāng)前時(shí)段的發(fā)電效益，反映加大出力后水電站的即時(shí)收益；第2項(xiàng)代表從當(dāng)前時(shí)段到水庫(kù)蓄滿期間的發(fā)電效益，體現(xiàn)了不蓄能損失情況；第3項(xiàng)代表蓄滿之后到開(kāi)始消落期間的發(fā)電效益，其中減去了棄水在水庫(kù)蓄滿之后產(chǎn)生的發(fā)電效益損失，用棄水所能夠產(chǎn)生的發(fā)電量表征棄水風(fēng)險(xiǎn)。若考慮各水庫(kù)邊際效益情況，將公式(1)對(duì)下泄流量Ti求導(dǎo)，那么整個(gè)系統(tǒng)的總體效益變化只與第2項(xiàng)的不蓄能損失和第3項(xiàng)的棄水發(fā)電效益損失有關(guān)。由于棄水指標(biāo)在中國(guó)水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中備受關(guān)注，許多發(fā)電企業(yè)都對(duì)棄水有著相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和限制，而國(guó)內(nèi)已有研究大多局限于由不蓄能損失推導(dǎo)出蓄放水判別式，故有必要進(jìn)一步考慮棄水風(fēng)險(xiǎn)對(duì)蓄放水的影響。

本研究參考式(1)中的表述，用棄水可以產(chǎn)生的發(fā)電量即棄水電量來(lái)量化棄水風(fēng)險(xiǎn)，棄水電量大則棄水風(fēng)險(xiǎn)較高，棄水電量小則棄水風(fēng)險(xiǎn)較低；用加大出力后從當(dāng)前時(shí)段到水庫(kù)蓄滿期間的發(fā)電效益損失值，即不蓄能損失表征發(fā)電水頭損失對(duì)后續(xù)時(shí)段發(fā)電量的影響。在此前研究的基礎(chǔ)上，為突出棄水風(fēng)險(xiǎn)影響，將不蓄能損失和棄水損失分開(kāi)，優(yōu)先考慮棄水電量最小目標(biāo)，其次關(guān)注不蓄能損失最小目標(biāo)，以此制定并聯(lián)水庫(kù)群蓄放次序。

1.2 棄水電量計(jì)算

當(dāng)并聯(lián)水電站群產(chǎn)生棄水時(shí)，計(jì)算各電站棄水量能夠產(chǎn)生的發(fā)電量，原則上讓棄水電量大的電站優(yōu)先加大出力減少棄水，其他水電站優(yōu)先蓄水。

通過(guò)判斷最大可蓄水量和預(yù)測(cè)來(lái)水情況的關(guān)系可以近似計(jì)算求得棄水量。根據(jù)當(dāng)前水位和水電站發(fā)電能力以及相關(guān)約束條件確定最大可蓄水量，由水量平衡方程有：

Vin=Vend+Vout-Vstart

(2)

式中：Vin，Vout，Vstart，Vend分別為水電站總?cè)霂?kù)水量、總出庫(kù)水量、起始時(shí)段庫(kù)容、結(jié)束時(shí)段庫(kù)容。

將公式(2)取特值，由邊界條件可得最大可蓄水量：

(3)

在有預(yù)報(bào)來(lái)水資料時(shí)，可以直接利用預(yù)報(bào)來(lái)水量計(jì)算在預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期下的總棄水量。缺少預(yù)報(bào)來(lái)水資料時(shí)，需要考慮多情景來(lái)水條件，分別計(jì)算不同預(yù)見(jiàn)期不同來(lái)水情況下可能產(chǎn)生的總來(lái)水量作為預(yù)報(bào)來(lái)水資料，與最大可蓄水量比較，按照式(4)和式(5)得到棄水量和棄水電量。

(4)

Espill=AHVspill

(5)

式中：Vspill為棄水量；Espill為棄水電量；Vin為預(yù)報(bào)來(lái)水總量；A為出力系數(shù)；H為發(fā)電水頭。

1.3 不蓄能損失計(jì)算

當(dāng)所有電站不發(fā)生棄水時(shí)，采用不蓄能損失指標(biāo)判斷水庫(kù)群蓄放水先后次序。具有調(diào)節(jié)能力(季調(diào)節(jié)及以上)的水電站發(fā)電能力由2個(gè)部分組成：① 水庫(kù)蓄水產(chǎn)生的蓄水電能；② 由水庫(kù)放水，水電站工作產(chǎn)生的不蓄電能。當(dāng)用于發(fā)電的不蓄水量一定時(shí)，發(fā)電量的大小取決于當(dāng)前時(shí)段的發(fā)電水頭，且近似成正比關(guān)系。而水庫(kù)加大發(fā)電流量的同時(shí)也降低了發(fā)電水頭，且降低的這部分發(fā)電水頭影響到之后所有時(shí)段的發(fā)電量，相應(yīng)產(chǎn)生的電量損失即為不蓄能損失。當(dāng)水電站加大相同出力，產(chǎn)生不蓄能損失最小的水庫(kù)優(yōu)先放水。

對(duì)于所有并聯(lián)水電站，有：

(6)

當(dāng)前時(shí)段由于加大出力減小的發(fā)電水頭，對(duì)此后每個(gè)時(shí)段發(fā)電產(chǎn)生的電量損失為：

ΔEi，t=AiΔzi，t+1Wi，t

(7)

水電站加大或減小出力對(duì)后續(xù)發(fā)電量影響的時(shí)段數(shù)由水庫(kù)的供需狀態(tài)決定，以供水期和蓄水期的交替時(shí)段為時(shí)間節(jié)點(diǎn)。一般情況下，在蓄水期某一時(shí)段產(chǎn)生的不蓄能損失影響持續(xù)到蓄水期末，供水期同理。實(shí)際操作中，由于來(lái)水不確定性的影響，不同年份供需交替期的時(shí)間節(jié)點(diǎn)可能不同且難以準(zhǔn)確判斷，水庫(kù)在一個(gè)調(diào)節(jié)周期內(nèi)也可能有多個(gè)供水期和蓄水期，這些都導(dǎo)致難以精確計(jì)算不蓄能損失值。在保證滿足精度要求的前提下降低計(jì)算復(fù)雜度，提出以下假定：

(1) 假定一年有從枯到汛、從汛到枯兩個(gè)供需交替的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)為計(jì)算不蓄能損失影響時(shí)段的邊界。

(2) 假定4月末為供水期末，水庫(kù)消落至最低水位。當(dāng)計(jì)算時(shí)段介于10月1日和次年5月1日之間時(shí)，計(jì)算不蓄能損失至4月末。此時(shí)水庫(kù)水位已經(jīng)消落至最低值，此后水庫(kù)開(kāi)始蓄水，發(fā)電量不受此前水頭變化影響。

(3) 假定9月末為蓄水期末，水庫(kù)蓄水至最高水位。當(dāng)計(jì)算時(shí)段介于5月1日和當(dāng)年10月1日之間時(shí)，計(jì)算不蓄能損失至9月末。此時(shí)水庫(kù)水位已經(jīng)達(dá)到最高蓄水位，此后水庫(kù)開(kāi)始放水，發(fā)電量不受此前水頭變化影響。

1.4 水庫(kù)群蓄放水次序排序

在對(duì)每個(gè)時(shí)段的所有季調(diào)節(jié)以上水庫(kù)進(jìn)行蓄放水次序排序時(shí)，以棄水電量為主要目標(biāo)，不蓄能損失為次要目標(biāo)。應(yīng)比較棄水電量，對(duì)棄水電量大的水電站優(yōu)先加大出力。當(dāng)棄水電量相同或都不存在棄水時(shí)，比較不蓄能損失，不蓄能損失小的電站優(yōu)先加大出力。按照以上方法可以得到不同時(shí)段水庫(kù)群放水優(yōu)先級(jí)排序，同理逆序排列可得水庫(kù)群蓄水優(yōu)先級(jí)排序。具體計(jì)算流程如下：

(1) 獲得開(kāi)始時(shí)段各水庫(kù)初水位，以不蓄水原則設(shè)置末水位與初水位相等，生成水庫(kù)群初始出力，作為模型初始解。

(2) 計(jì)算棄水電量。確定預(yù)見(jiàn)期并計(jì)算從當(dāng)前時(shí)段末開(kāi)始，預(yù)見(jiàn)期內(nèi)的預(yù)報(bào)來(lái)水總量；確定水庫(kù)最大蓄水量；比較預(yù)報(bào)來(lái)水總量和水庫(kù)最大蓄水量得到棄水量和棄水電量。

(3) 計(jì)算不蓄能損失。計(jì)算加大出力引起的水頭變化值，后續(xù)所有時(shí)段總發(fā)電水量，由水頭變化產(chǎn)生的不蓄能值。

(4) 對(duì)當(dāng)前時(shí)段按棄水電量最小和不蓄能損失最小進(jìn)行蓄放次序排序，優(yōu)先棄水電量最小，棄水電量相同時(shí)優(yōu)先不蓄能損失最小。

(5) 得到當(dāng)前時(shí)段并聯(lián)水庫(kù)群實(shí)時(shí)蓄放水次序排序表，按照排序結(jié)果對(duì)優(yōu)先級(jí)最高的電站加大或減小出力。

(6) 改變時(shí)段末水位或時(shí)段出力大小后，蓄放水次序排序表也隨之發(fā)生變化，若需要繼續(xù)調(diào)整電站出力，應(yīng)回到步驟(2)重新計(jì)算棄水電量和不蓄能損失。

1.5 基于蓄放水次序的負(fù)荷分配

上述并聯(lián)水電站群蓄放次序排序結(jié)果受來(lái)水情況和水庫(kù)實(shí)時(shí)水位影響。對(duì)于不同時(shí)段，由于來(lái)水情況的不確定性和水庫(kù)水位的不斷變化，計(jì)算得到的蓄放水次序排序結(jié)果也可能不同。對(duì)于同一時(shí)段，當(dāng)實(shí)際調(diào)度需要對(duì)定量系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行分配時(shí)，為提高負(fù)荷分配精確程度，應(yīng)將總系統(tǒng)負(fù)荷分成多個(gè)部分逐步分配。因?yàn)槊看畏峙浜?，將?huì)有水庫(kù)水位發(fā)生變化，此時(shí)應(yīng)以新的時(shí)段末水位為基礎(chǔ)，得到新的蓄放水次序，繼續(xù)進(jìn)行負(fù)荷分配，滾動(dòng)生成排序結(jié)果和水位出力結(jié)果，直到系統(tǒng)負(fù)荷分配完畢。

由于未進(jìn)行約束條件校核，該蓄放水次序存在一定誤差。當(dāng)放水優(yōu)先級(jí)最高水電站出力達(dá)到裝機(jī)容量或水位達(dá)到約束下限且棄水電量不為零時(shí)，棄水不可避免，若此時(shí)需要加大出力，則應(yīng)優(yōu)先下一順位的水電站放水。對(duì)于蓄水次序的應(yīng)用需要考慮保證出力和水位上限約束，方法同理。對(duì)某個(gè)時(shí)段加大或減小出力的操作流程如圖1所示。

圖1 蓄放水次序應(yīng)用流程Fig.1 Application process of water storage and release sequence

2 水庫(kù)群蓄放水次序排序模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

(1) 棄水電量最小。

(8)

式中：Ei，t為水電站i在t時(shí)刻的棄水電量；Hi，t為電站i在t時(shí)刻的發(fā)電水頭，以t時(shí)刻庫(kù)水位與尾水位之差表示，尾水位為最大負(fù)荷率下發(fā)電流量對(duì)應(yīng)的水位；Ii，t為電站i在t時(shí)段的入庫(kù)流量；t′為預(yù)見(jiàn)期，本文取t′=1，2，…，7；Vi，t為電站i在t時(shí)段初的庫(kù)容；Vi，t+t′為電站i在t+t′時(shí)段的庫(kù)容上限；Qi，t為電站i在t時(shí)刻最大負(fù)荷率下的出庫(kù)流量；Ai為電站i出力系數(shù)。

(2) 不蓄能損失最小。

(9)

2.2 約束條件

(1) 水位約束?？刂破趦?nèi)每個(gè)時(shí)段水庫(kù)上游水位應(yīng)滿足：

(10)

(2) 電站出力約束?？刂破趦?nèi)各個(gè)時(shí)段電站出力應(yīng)該滿足：

(11)

(3) 庫(kù)容約束。控制期內(nèi)每個(gè)時(shí)段的水庫(kù)庫(kù)容應(yīng)該滿足：

(12)

(4) 發(fā)電流量約束。各個(gè)時(shí)段的發(fā)電流量應(yīng)該滿足：

(13)

(5) 水量平衡約束。各個(gè)時(shí)段應(yīng)該滿足水量平衡約束，即：

Vi，t+1=Vi，t+3600(Ii，t-qi，t-ri，t)Δt

(14)

式中：Vi，t和Vi，t+1分別表示電站i在t時(shí)段的初末水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容；Ii，t，ri，t表示電站i第t時(shí)段的入庫(kù)流量和棄水流量，m3/s。

(6) 泄流量約束。各個(gè)時(shí)段的下泄流量應(yīng)該滿足：

(15)

(16)

3 實(shí)例分析

3.1 工程背景

重慶市電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)水電站共32座，分布在19條不同的流域上。由于重慶市電網(wǎng)水電站普遍調(diào)節(jié)性能較弱，調(diào)節(jié)性能較好的水電站發(fā)電能力不強(qiáng)，水庫(kù)水位受來(lái)水情況變化幅度大，在汛枯交替期和汛期容易發(fā)生水電消納空間不足問(wèn)題，故研究重慶市電網(wǎng)水庫(kù)群蓄放水規(guī)則對(duì)重慶市水電聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化具有重要作用。

本文選擇相互并聯(lián)的10座季調(diào)節(jié)以上水電站為研究對(duì)象，采用2014～2019年實(shí)際入庫(kù)流量數(shù)據(jù)作為歷史資料，水電站特性參數(shù)如表1所列。由于各水電站均以并聯(lián)的形式連接，無(wú)上下游水力聯(lián)系，在計(jì)算中將10個(gè)水電站視為一個(gè)系統(tǒng)。

表1 各水電站特性參數(shù)

3.2 結(jié)果分析

研究選擇由枯期向汛期轉(zhuǎn)移的某一天為起始時(shí)段，給定各電站的起始時(shí)段初水位和未來(lái)5 d里整個(gè)系統(tǒng)每天的總負(fù)荷，逐時(shí)段計(jì)算實(shí)際蓄放水次序并按照蓄放水次序逐步完成每一時(shí)段的水電站負(fù)荷分配。為探究所生成的蓄放水次序的合理性，以僅考慮不蓄能損失指標(biāo)的蓄放水規(guī)則為模型1，以同時(shí)考慮棄水電量和不蓄能損失指標(biāo)的蓄放水規(guī)則為模型2，兩種模型給定相同的起始水位和系統(tǒng)負(fù)荷，每個(gè)時(shí)段經(jīng)過(guò)多次排序?qū)⒇?fù)荷分配給各電站。兩模型在初始時(shí)段的第一次蓄放水次序排序結(jié)果如表2和表3所列。其中，不蓄能損失為加大單位出力在當(dāng)前時(shí)段至蓄滿狀態(tài)引起的電量損失，棄水電量為從當(dāng)前時(shí)段開(kāi)始考慮7 d預(yù)見(jiàn)期內(nèi)棄水所能產(chǎn)生的電量期望值。

表2 模型1初始時(shí)段第1次排序結(jié)果

表3 模型2初始時(shí)段第1次排序結(jié)果

在模型1中，發(fā)電能力弱的電站優(yōu)先發(fā)電，彭水、江口水電站等發(fā)電能力強(qiáng)的主力電站優(yōu)先蓄水以便充分發(fā)揮補(bǔ)償調(diào)節(jié)作用，符合實(shí)際調(diào)度習(xí)慣，但沒(méi)有考慮主力電站可能存在的棄水風(fēng)險(xiǎn)。模型2在考慮不蓄能損失的基礎(chǔ)上優(yōu)先考慮了棄水電量的影響，先為棄水風(fēng)險(xiǎn)大的水電站分配出力，當(dāng)所有水電站都沒(méi)有棄水風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，再優(yōu)先小水電站發(fā)電。表4和表5給出了各時(shí)段的出力分配最終結(jié)果。

表4 模型1系統(tǒng)負(fù)荷分配結(jié)果

表5 模型2系統(tǒng)負(fù)荷分配結(jié)果

由于不同流域來(lái)水條件各不相同，所選時(shí)期內(nèi)來(lái)水很少的大洪河和渡口壩水電站在整個(gè)計(jì)算周期中出力都為0。2種模型都給來(lái)水多、裝機(jī)容量大的彭水、江口和酉酬水電站分配了較多的負(fù)荷，這是因?yàn)槠渌娬镜陌l(fā)電能力較弱，必須依靠彭水、江口等主力電站才能滿足系統(tǒng)負(fù)荷要求。模型2中由于彭水、江口、酉酬、金家壩水電站存在棄水風(fēng)險(xiǎn)，故這些水電站優(yōu)先承擔(dān)負(fù)荷分配。模型1中發(fā)電能力弱的電站優(yōu)先發(fā)電，發(fā)電能力較強(qiáng)的酉酬水電站在前兩個(gè)時(shí)段蓄水，水位上升，到第4個(gè)時(shí)段達(dá)到正常高水位，即使?jié)M發(fā)仍然產(chǎn)生棄水現(xiàn)象。同時(shí)，彭水水電站也達(dá)到正常高水位，加之當(dāng)前時(shí)段負(fù)荷不大，出現(xiàn)了由來(lái)水多、負(fù)荷小導(dǎo)致水電能源難以消納的棄水棄電現(xiàn)象。而模型2由于先對(duì)有棄水風(fēng)險(xiǎn)的彭水、江口和酉酬水電站進(jìn)行負(fù)荷分配，在前幾個(gè)時(shí)段有目的性地防止水位上升過(guò)快，到時(shí)段末水位與模型1相比有所降低，且在整個(gè)計(jì)算周期中沒(méi)有出現(xiàn)棄水棄電情況，可以有效地降低汛枯轉(zhuǎn)移期的棄水風(fēng)險(xiǎn)。表6為2種模型在所選時(shí)段未來(lái)5 d應(yīng)用的棄水棄電結(jié)果。

表6 2種模型計(jì)算結(jié)果

為研究汛末蓄放水規(guī)則應(yīng)用結(jié)果的合理性，選擇由汛轉(zhuǎn)枯交替期的某一天作為起始時(shí)段，按照相同的方法根據(jù)蓄放水次序?qū)⒔o定的系統(tǒng)負(fù)荷分配至各個(gè)電站，由兩模型得到的各時(shí)段第一次排序的平均值如圖2所示(加大出力優(yōu)先級(jí)最高為1，最小為10)。

圖2 不同時(shí)期2種模型排序平均值Fig.2 Average of two model rankings under different periods

由圖2可知：模型1在不同時(shí)期日負(fù)荷分配方式基本相同，都是發(fā)電能力強(qiáng)的電站優(yōu)先蓄水，其他電站優(yōu)先發(fā)電，受其他因素的影響比較小。而在模型2中，不同時(shí)期生成的蓄放水次序差異性明顯增大。由于該時(shí)期中梁和渡口壩水電站水位較高且來(lái)水較為豐富，故在考慮棄水風(fēng)險(xiǎn)后，將他們的加大出力優(yōu)先級(jí)提高。2種模型在不同情景下生成的蓄放水次序反映出與模型1相比，模型2的排序情況受當(dāng)前時(shí)段的水位、來(lái)水情況和發(fā)電能力的影響更加顯著，對(duì)棄水風(fēng)險(xiǎn)的考慮更加全面，有利于從實(shí)際情況出發(fā)，制定合理的實(shí)時(shí)調(diào)度策略。

圖3為酉酬水電站不同時(shí)期由2種模型得到的水位變化過(guò)程。結(jié)果顯示：2種時(shí)期下未考慮棄水風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，酉酬水電站很快蓄滿至正常高水位，此時(shí)再產(chǎn)生較多來(lái)水就很容易發(fā)生棄水現(xiàn)象，模型2為降低棄水風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)先讓酉酬水電站發(fā)電，預(yù)留了一定蓄水空間，一定程度上降低了棄水損失。在汛枯轉(zhuǎn)移時(shí)期，模型2采用的蓄放水規(guī)則相比模型1更加能產(chǎn)生較好的效果，當(dāng)水位越接近水位上限，即棄水風(fēng)險(xiǎn)越大時(shí)，模型2得到的收益越大；反之，當(dāng)棄水風(fēng)險(xiǎn)較小時(shí)，兩模型的計(jì)算結(jié)果趨于一致。

圖3 不同時(shí)期下酉酬水電站2種模型水位過(guò)程Fig.3 Water level process of two models of Youchou Hydropower Station under different periods

實(shí)際調(diào)度過(guò)程中，為提高發(fā)電效益和補(bǔ)償調(diào)節(jié)能力，主力電站在非汛期往往傾向于保持較高的水位，這也提升了汛枯交替來(lái)水較多時(shí)的棄水風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)合理的蓄放水規(guī)則不能僅僅考慮蓄水收益，同樣也需要考慮棄水風(fēng)險(xiǎn)。模型2相較于模型1在汛前和汛后雖然損失了部分水頭，但都減少了系統(tǒng)總棄水量。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)研究重慶市地區(qū)并聯(lián)水庫(kù)群競(jìng)爭(zhēng)性蓄水的問(wèn)題，結(jié)合季調(diào)節(jié)水庫(kù)在汛期和汛枯交替期存在棄水風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，提出了一種同時(shí)考慮棄水電量最小和不蓄能損失最小的蓄放水次序判定模型。該模型生成的蓄放水次序受水位實(shí)時(shí)變化影響，指導(dǎo)水電系統(tǒng)日負(fù)荷分配。實(shí)例結(jié)果表明：該模型在汛前和汛后都遵循調(diào)節(jié)能力弱的電站優(yōu)先發(fā)電，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的電站優(yōu)先蓄水的特點(diǎn)。與不考慮棄水風(fēng)險(xiǎn)的蓄放水次序模型相比，可以較好地起到在汛枯交替期減少棄水棄電的作用，有利于并聯(lián)水庫(kù)群充分發(fā)揮流域間的補(bǔ)償調(diào)節(jié)能力。