水庫優(yōu)化調度與算法20130307

一梯級水電站群的類型和特點在河流的開發(fā)治理中，為了從全流域的角度研究防災和興利的雙重目的，需要在河流干支流上布置一系列的水庫，形成一定程度上能相互協(xié)作，共同調節(jié)徑流，滿足流域整體中各部門的多種需要。這樣一群共同工作的水庫整體即稱為水庫群。水庫群具有與單一水庫不同的兩個基本特征：一是其共同性，即共同調節(jié)徑流，并共同為一些開發(fā)目標（如發(fā)電、防洪、灌溉等）服務；二是其聯(lián)系性，組成庫群的各水庫間，常常存在著一定的水文、水力和水利上的相互聯(lián)系，例如，干支流水文情勢具有一定的相似性（常稱為同步性），上下游水量水力因素的連續(xù)性（水力聯(lián)系），以及為共同的水利目標服務所造成的相互協(xié)作補償關系（水利聯(lián)系）。第一節(jié)、梯級水電站群的類型按照各水庫的相互位置和水力聯(lián)系的有無，水庫群的類型可以分為：串聯(lián)水庫群、并聯(lián)水庫群及混聯(lián)水庫群三種。串聯(lián)水庫群是指布置在同一條河流、如同階梯的水庫群，也就是我們通常所稱的體積水庫群。梯級水庫群各庫的徑流之間有著直接的上下聯(lián)系，有時落差和水頭也相互影響。按照枯水入流和正常蓄水位時各庫間回水的銜接與否，又分銜接梯級、重疊梯級和間斷梯級三種情況。并聯(lián)水庫群是指位于相鄰的幾條干支流或不同河流上的一排水庫。并聯(lián)水庫群有著各自的集水面積，故并無水力上的聯(lián)系，僅當作為同一目標共同工作時，才有水利上的聯(lián)系。混聯(lián)水庫群是串聯(lián)與并聯(lián)混合的庫群形式。按其主要的開發(fā)目的和服務對象，水庫群的類型又分為發(fā)電、防洪、灌溉等目的的梯級水庫群。由于目前大多數(shù)河流均具有綜合利用目標，因此，多數(shù)情況下是綜合利用的梯級水庫群。第二節(jié)、梯級水庫群的工作特點（1）庫容大小和調節(jié)程度上的不同。庫容大、調節(jié)程度高的水庫?？蓭椭{節(jié)性能相對較差的水庫，發(fā)揮“庫容補償”調節(jié)德爾作用，提高總的開發(fā)效果或保證水量。（2）水文情況的差別。由于各庫所處的河流在徑流年內和年際變化的特性上存在差別，在相互聯(lián)合運行時，可提高總的保證供水量或保證出力，起到“水文補償”的作用。（3）徑流和水力上的聯(lián)系。梯級水庫群徑流和水力上的聯(lián)系將影響到下庫的入庫水量，上庫的落差等，使各庫無論在參數(shù)（如正常蓄水位、死水位、裝機容量、溢洪道尺寸等）的選擇或控制運用時，均有極為密切的相互聯(lián)系，往往需要統(tǒng)一研究來確定。（4）水利和經(jīng)濟上的聯(lián)系。一個地區(qū)的水利任務，往往不是單一水庫所能完全解決的，例如，河道下游的防洪要求、大面積的灌溉蓄水，以及大電網(wǎng)的電力供應等，往往需要由同一地區(qū)的各水庫來共同解決，或共同解決能達到更好的效果，這就使組成梯級水庫群的各庫間具有了水利和經(jīng)濟上的一定聯(lián)系。第三節(jié)、梯級水庫群的水力聯(lián)系梯級水庫群最主要的特點是上下庫間的水力聯(lián)系，這種聯(lián)系表現(xiàn)在以下四個方面：（1）位于上游的、較高調節(jié)程度的水庫對天然來水其調節(jié)作用，因而改變了下游水庫的入庫流量（包括洪水與枯水）在時間上的變化過程，即改變了年內分配，甚至年際分配。（2）梯級水庫群各庫的天然入流（包括區(qū)間徑流）往往同步性較好，因而上游水庫枯水期調節(jié)而提高下泄流量，及洪水期通過水庫之間削峰、錯峰的辦法減少的下泄流量，能有效減輕下游水庫的調節(jié)任務。但另一方面，梯級水庫群的形成，使得各水庫之間基本是首尾相接，上游水庫的泄洪水量直接進入下游水庫，不像原來少庫時上游水庫洪水要經(jīng)過一定時間才能進入下游水庫，使下游水庫對洪水有一定的預見期和準備時間，遇特大洪水時上游水庫萬一潰壩可能引起“連鎖反應”，因此庫群的形成又給防洪提出了更高的要求。（3）上游水庫的蒸發(fā)損失和耗用水量（如灌溉、供水等）使下游水庫的入庫徑流減少。（4）如果梯級水庫群為同一用水部門服務，例如共同為下游的灌溉、航運或防洪服務時，則它們的工作情況便有密切的、常常是互補的關系。上游水庫放水增加，就可相應減少下游水庫的放水。第四節(jié)、梯級水電站群的運行特點與單水電站的運行相比，梯級水電站群的運行具有以下特點：（1）發(fā)電水量的聯(lián)系。下游梯級水電站發(fā)電水量即為上游梯級水電站的下泄水量，或主要取決于上游水電站下泄水量，因此，下游水電站的發(fā)電量受上游水電站發(fā)電量影響明顯。此外，在汛期，若在準確進行洪水預報的基礎上，實行上下游梯級水電站的聯(lián)合運行，做到汛前適當提前降低水位，增加調節(jié)庫容攔蓄小洪水；汛末及時攔蓄洪水尾巴，增大枯水期發(fā)電水量。（2）發(fā)電水頭的聯(lián)系。梯級水電站群間還存在水頭的聯(lián)系，下游水庫若庫水位過高，則抬高了上游水電站尾水位，降低上游水庫發(fā)電水頭，減少發(fā)電量；下游水庫若庫水位過低，則自身發(fā)電水頭亦可能偏低，也導致發(fā)電收益減少。（3）調頻、調峰的聯(lián)系。梯級水電站群往往供電同一電力主網(wǎng)，且大多承擔系統(tǒng)的調頻、調峰任務，梯級水電站群通過聯(lián)合運行，合理分配旋轉備用，減少棄水量，同時還可以增大系統(tǒng)調峰容量，提高電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性。二流域梯級水電站群中長期聯(lián)合優(yōu)化運行第一節(jié)、概述水電站及其水庫中長期運行調度是研究在較長的時期（季、年、多年）內的最優(yōu)運行調度方式制定和實施的有關問題。水電站及其水庫中長期運行調度分為常規(guī)調度和最優(yōu)調度。常規(guī)調度是根據(jù)已有的實測水文資料，計算和編制水庫調度圖，以此作為水電站水庫控制運用的工具。這種常規(guī)調度圖簡單直觀，能利用調度和決策人員的經(jīng)驗，對水庫運行調度起到一定的指導作用。但是，常規(guī)調度所利用的調度信息有限，理論上不夠嚴密，所確定的運行調度策略和相應決策只能說相對合理，難以達到全局最優(yōu)，更難以處理多目標、多維變量等復雜問題。因此，為了能夠利用所獲得的各種調度信息，解決更復雜的水電站水庫調度問題，就需要采用最優(yōu)調度方法。最優(yōu)調度方法是指運用系統(tǒng)工程的理論和最優(yōu)化技術，借助于電子計算機尋求最優(yōu)準則達到極值的最優(yōu)運行策略和相應決策。通俗地說，就是根據(jù)水庫入流過程和綜合利用要求，考慮水輪機組的運轉特性以及電價因子的作用，制定并實現(xiàn)水電站及其水庫長期最優(yōu)運行調度方式，以獲得最大的經(jīng)濟效益。中長期優(yōu)化運行的特點水電站及其水庫中長期運行由于跨越的時間較長，其調度具有如下特點：受天然來水劇烈變化和水庫調節(jié)能力的影響顯著水電站在長時期內所利用的天然來水變化劇烈，在時間（年內和年際間）上的分配極不均勻，與用電和用水方式的適應性較差。為充分利用天然來水徑流，更好地滿足用電、用水要求，必須興建具有較大調節(jié)能力的水庫。因此，多變的天然來水徑流和水庫的調節(jié)能力，對水電站及其水庫的中長期運行方式有顯著的影響。原始信息的隨機性和不確定性使中長期優(yōu)化運行變得復雜困難水電站及其水庫本身的工作條件就很復雜，再加上他們不但與電力系統(tǒng)和水利系統(tǒng)的其他組成單元和部門有著廣泛而密切的聯(lián)系，還與社會、經(jīng)濟、行政和生態(tài)環(huán)境等方面有種種聯(lián)系和相互影響；而決定這些內外部條件、聯(lián)系和影響的原始信息（特別是天然來水徑流，以及電力負荷、系統(tǒng)結構組成、可用容量及其他部門的綜合利用要求等）由于受很多隨機因素和不確定因素的影響又不能準確預知，因而給預先制定水電站中長期運行方式帶來極大困難。分時上網(wǎng)電價政策對中長期優(yōu)化運行提出了新的要求隨著電力體制干戈的推進和發(fā)電側電力市場的開放，我國不少省網(wǎng)已經(jīng)實施和即將推行分時上網(wǎng)電價政策，即按實際情況上浮、下浮，峰、谷價差可是當拉大，高峰電價可為低估電價的2~4倍甚至更高。豐、枯電價中，豐水的棄水期電價可比基準電價低30%~50%；枯水期的電價可比基準期電價高30%~50%。分時電價的實施，使得在進行水電站中長期優(yōu)化調度時，必須考慮電價因子的影響作用，以使發(fā)電公司獲得最大的經(jīng)濟效益。中長期優(yōu)化運行的研究途徑目前研究的途徑主要是通過建立水庫調度的數(shù)學模型進行的，可以從不同的角度對水庫（或水利系統(tǒng)）模型進行分類，以有助于求解的探討，目前主要有一下兩種分類方式：按徑流描述方法的詳簡分類確定性模型水庫和水利系統(tǒng)的確定性模型是把入流作為已知，或以可能的幾種典型來水情況為已知，因此模型較為簡單，嚴格求解亦較容易。其求得的最優(yōu)效益是最大可能的極限值，因此往往難以達到。隨機性模型把入流作為一個隨機變量或作為一個隨機序列（過程）來考慮。模型一般結構復雜，其求得的效益，當入流值用多年頻率分布，結果用期望值表達時，因已具多年“平均”的意義，故最優(yōu)值可能偏小（豐、平水年），也可能偏大（枯水年）。在實際運行調度時，兩種模型的值都不具有完全優(yōu)先的指導意義，所以最重要的問題在于盡量減少調度中的不確定性程度，即如何通過提高預報功能來盡量增加來水的預知性，然后在此基礎上進行有效的預報調度。按目標的選定情況分類單目標最優(yōu)：選出一個主目標作為優(yōu)化目標，其他的目標和要求作為約束條件。多目標最優(yōu)：同時考慮幾個優(yōu)化目標（向量最優(yōu)化問題）中長期優(yōu)化運行的準則研究梯級水電站群優(yōu)化調度時，首先要明確所謂最優(yōu)是什么，是使什么東西最優(yōu)。這就是最優(yōu)目標或最優(yōu)準則的問題。一般這一問題分數(shù)量和質量兩方面，例如發(fā)電效益如何最大，如何供水供電質量最高。水電站的運行質量，從供電角度看，主要體現(xiàn)在可靠性和穩(wěn)定性兩方面，以及與此相伴隨的適應負荷變化、事故頂替的靈活性。從系統(tǒng)整體運行而言則有周波和電壓的穩(wěn)定性兩種質量指標。從使經(jīng)濟效益最大的角度出發(fā)，根據(jù)著眼點的不同，在未實行電力市場化之前，主要有下列幾種最優(yōu)性指標或最優(yōu)準則。首先，對于單一水電站，最常用的就是使調節(jié)周期內發(fā)電量最多。另外，在水利系統(tǒng)中，因各部門大多是通過水量來要求的，故也可以用滿足各部門供水供電的要求下，使水利系統(tǒng)總耗水量最少為最優(yōu)準則。最后，在電力市場環(huán)境下，由于各發(fā)電公司產(chǎn)權獨立，各發(fā)電公司必然以追求發(fā)電公司效益最大化為目標，這時就需要考慮電價的影響了。第二節(jié)、單一水電站中長期優(yōu)化運行研究單一水電站水庫調度的意義和應用條件現(xiàn)代電力系統(tǒng)是由多個水電站、火電站以及其他能源電站聯(lián)合運行，單一水電站水庫的中長期最優(yōu)發(fā)電調度已較少見，但是在下列情況下，仍具有現(xiàn)實意義：河流開發(fā)初期，地區(qū)性電網(wǎng)尚未建立，水電站孤立運行時，或雖有地區(qū)性電網(wǎng)，但水電比重很大時。梯級電站群中上游為大庫水電站，下游為一串日調節(jié)或無調節(jié)水電站時，此時，從中長期最優(yōu)調度而言，此梯級等價于有附加水頭的單一電站。用大系統(tǒng)分解原理研究梯級水電站群，甚至復雜水利系統(tǒng)的聯(lián)合最優(yōu)運行時，每一個水電站作為一個子電站，常要研究其“擬獨立運行”的最優(yōu)方案，作為逐次協(xié)調修正的基礎。水電站最優(yōu)運行的物理基礎在已知來水情況下，水電站的發(fā)電運行所以有優(yōu)劣，發(fā)電量所以有多少，收益所以有高低，其物理依據(jù)可以從發(fā)電公司收益的基本公式來分析：（公式P129）從公式來看，發(fā)電公司的效益B主要取決于4個因素：效率K，發(fā)電流量Q，發(fā)點水頭H，和電價因子C。在河川來水及調節(jié)庫容已定的情況下，上面4個因素（K、Q、H、C）越大，B值就越大。所以這里有一個效率、水量、水頭和電價的最優(yōu)利用問題。K值的大小，對于一定機型是與Q，H有關的。Q、H對效率的綜合影響最終寓于機組間的負荷分配情況。由于長期最優(yōu)調度通常是以月或旬作為計算單位，不是直接研究年、日負荷圖在水電站間的最有分配，一般來說，K、Q、H的最有利用應綜合考慮。但鑒于機組效率的最有利用具有相對的獨立性，故在實際工作中可以把它和Q、H的最優(yōu)利用分為兩步來做：即在研究中長期最優(yōu)調度時，視K為常數(shù)，在求出逐月逐旬最優(yōu)平均負荷分配后，再在此基礎上考慮K=f1(Q，H)的關系。研究日負荷的最優(yōu)分配，也就是研究短期水電站的內經(jīng)濟運行問題。水量Q的最優(yōu)利用主要反映在盡量防止和減少棄水上。這一因素的作用大小，視水庫調節(jié)程度和當年來水豐枯情況而定。對于調節(jié)程度不高的水庫，如不完全年調節(jié)和季調節(jié)水庫，流量的最優(yōu)利用（除枯水年份外），一般遠較水頭利用的效益為大，故也更重要。對于調節(jié)性能好的水庫，則棄水機會少，水庫水頭一般也大，故水頭利用效益就可能更重要，不過，在水庫接近蓄滿和淶水較豐的年份，水量利用的效益仍同等重要。電價因子的影響主要是由于電力市場環(huán)境下實行分時電價所致。雖然在電力市場環(huán)境下，電價每時每刻都在發(fā)生變化，但在做中長期調度時，一般只考慮豐、枯、平期電價，即將一年分為豐水期、平水期、枯水期三個時期，調度時只考慮豐平枯期電價的影響。從而將豐水期的來水儲存起來，供枯水期利用，從而保證水電站獲得最大的收益。單一水電站最優(yōu)運行方式的制定根據(jù)徑流描述方法的不同，可以講水庫優(yōu)化調度模型分為確定性模型和隨機性模型兩類確定性來水條件下水電站水庫的最優(yōu)運行方式的制定確定性來水，即假定來水水已知的時間函數(shù)，對應于某一確定時間的流量是一個定值。據(jù)此定義可知，過去已經(jīng)發(fā)生過的實測徑流過程是隨著時間變化的確定性來水過程，人工生產(chǎn)的徑流系列也是確定性來水過程。在確定性來水條件下，水庫蓄水量隨時間變化的關系線V-t被稱為水庫調度線。當水庫調度線確定后，水庫水位變化、發(fā)電流量變化、水電站的收益變化都隨之唯一確定。單庫發(fā)電調度的確定性模型問題以發(fā)電量最大準則相應的單庫優(yōu)化調度確定性模型方法，包括早期的變分法、多元函數(shù)極值法，以及近幾十年發(fā)展起來的動態(tài)規(guī)劃法（包括離散微分動態(tài)規(guī)劃法）、動態(tài)解析法、網(wǎng)絡模型法和模擬模型等方法。由于動態(tài)規(guī)劃法對于目標函數(shù)和約束條件限制較少，可以求得全調度期內的最優(yōu)解，因而在水電站水庫優(yōu)化調度中得到了廣泛的應用。具有綜合利用任務的水電站水庫中長期運行調度綜合利用水庫具有防洪、發(fā)電、灌溉、城市供水、航運、養(yǎng)殖等多種功能，其最優(yōu)運行調度屬于水資源系統(tǒng)多目標決策問題，對于單一的綜合利用水庫而言，往往將主要開發(fā)目標選作基本目標，而把其余目標作為約束條件處理。從而將多目標規(guī)劃問題簡化為單目標問題研究。通常的綜合利用水庫的開發(fā)目標可分為防洪和興利兩方面。水庫的防洪安全是首要的，在其調度運行期間，防洪要求常以水庫水位或庫容作為約束條件處理，即以“硬”約束予以保證。而興利方面的各個目標，根據(jù)目標的主次，可分為發(fā)電為主，和灌溉（或城市供水）為主的綜合利用水庫等類型。數(shù)學模型目標一：水電站年內出力最小時段的出力最大，即最大化最小出力。該目標的效果是為電網(wǎng)提供盡可能大的、均勻的可靠出力，充分發(fā)揮水電的容量效益，以達到代替火電容量的目的。式中——最大化最小出力，MW； ——水電站出力系數(shù)； ——水電站第t時段發(fā)電流量，m3/s； ——水電站第t時段平均發(fā)電凈水頭，m； ——年內計算總時段數(shù)（計算時段為旬，T=36）。目標二：水電站年發(fā)電收益最大，即考慮電網(wǎng)豐平枯期上網(wǎng)電價的差異，通過水庫調節(jié)，使水電站在盡可能增加枯水期發(fā)電收入的同時，盡可能增大豐平期的發(fā)電收益。式中——水電站最大化第i年年發(fā)電收益，元； ——第t時段小時數(shù)； ——系列長度，年； ——電價因子。約束條件：水量平衡約束水庫蓄水量約束水庫下泄流量約束水電站出力約束非負條件約束（P132可以專門列一下）模型求解模型求解采用基于二進制編碼的遺傳算法，它由初始母體群的選取、構造評價函數(shù)以及雜交和變異運算等組成，計算時段取旬。計算結果第三節(jié)、梯級水電站群中長期聯(lián)合優(yōu)化運行梯級水電站群中長期聯(lián)合優(yōu)化運行需要考慮到以下問題：第一，要綜合考慮梯級水電站群的總體情況，實行聯(lián)合運行，以實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。梯級各水電站之間不僅存在著電力聯(lián)系，而且存在著水力聯(lián)系，即梯級中上一級水電站的發(fā)電和泄流影響著下一級或更下一級水電站的發(fā)電和泄流。第二，必須考慮可能出現(xiàn)的棄水現(xiàn)象。在一般情況下，應該盡量避免棄水。如果由于洪水季節(jié)來水過多，或由于某時間系統(tǒng)容量不足，而上一級水電站最大出庫流量超過下一級水電站最大出庫流量而導致使上一級水電站加大出力不得不造成下一級水電站棄水等情況時，則屬于例外。第三，梯級水電站群的約束和限制條件比一般的水電站更加復雜。梯級水電站間的水力聯(lián)系梯級水電站之間的水力聯(lián)系的第一項內容是流量聯(lián)系，即上游水電站的下泄流量成為下游水電站的部分來水。采用計算河渠不穩(wěn)定流的方法可以較為準確地計算出這種聯(lián)系，但這種計算十分復雜而又影響調度方案的實時性。目前公認的、比較合理的簡化是：上有水庫蓄水時，上游水庫的來水減去蓄入水庫的水量，再加上上游水庫與下游水庫之間的區(qū)間來水，就得出下游水電站的來水量；當上游水庫供水時，則由上游水電站的來水加上供水量，再加上上游水庫與下游水庫間的區(qū)間來水，即為下游水電站的來水。式中——第i-1個水庫來水； ——第i-1個水庫蓄水量； ——第i-1個水庫與第i個水庫間的區(qū)間來水； ——第i個水庫來水； ——第i-1個水庫下泄流量。梯級水電站之間水力聯(lián)系的第二項內容為水頭聯(lián)系。它決定于梯級水電站間的銜接情況，即分為重疊式、間斷式和連接式。重疊式是指下游水電站的上游水位即為上游水電站的下游水位；呈間斷式銜接時，上游水電站的下游水位決定于其下泄流量；呈連接式銜接時，上游水電站的下游水位不僅與其下泄流量有關，而且與下游水庫存水量有關?？紤]徑流預測的梯級水電站群優(yōu)化運行滾動決策方法滾動決策方法是根據(jù)不斷更新的徑流預測信息來修正余留時段的水庫最優(yōu)運行策略，并據(jù)此確定水庫面臨時段所采取的運行決策的一種決策方法。其實質是，對由計算時段t1，t2，…，tT組成的計算期，根據(jù)按一定優(yōu)化準則和在計算期獲得的初始調度信息所進行的優(yōu)化計算結果，得出由最優(yōu)決策值序列X1,1，X1,2….X1,T，構成的初始最優(yōu)策略，即初始的最優(yōu)運行調度方式，且初始時段最優(yōu)決策X1*即等于X1,1。運行中，隨著對面臨時段以后更精確調度信息的逐步獲得和預報更新（主要是徑流預報的更新），對初始最優(yōu)策略（運行調度方式）相應作出不斷修正，并據(jù)之得出面臨時段的新的最優(yōu)策略。每次修正時視具體情況，調度信息的預報更新可對面臨各時段進行，即做出面臨長套中、中套短各種預報時段的預測，而面臨時段以后到計算期末可取初始獲得的預報信息；也可從面臨時段起到計算期末進行，即每次做出相應時期各時段的修正預報。但不管采用哪種預報方案，都必須根據(jù)修正預報的調度信息，逐次優(yōu)化計算出面臨時段到計算期末的新的最優(yōu)策略及據(jù)之確定出面臨時段的最優(yōu)決策。這樣，逐次從面臨時段之前所達到狀態(tài)出發(fā)，根據(jù)不斷更新的預報信息，優(yōu)化計算結果，最終得到下列不斷修正模式的矩陣：（矩陣）在矩陣式中，每一與面臨時段決策及到計算期末的運行調度方式相應的一行是對上一行前一時段到計算期末運行調度方式的修正。這樣，隨著面臨逐時段調度信息的不斷更新預報，計算期的逐步縮短，矩陣中相應行的列數(shù)也不斷減少。顯然，由矩陣式主對角線相應的各時段決策構成的調度策略X1,1，….XT,T即為最優(yōu)策略。梯級水電站群中長期優(yōu)化運行模型隨著電力體制改革的推進和發(fā)電側電力市場的開放，我國電力市場將實行分時上網(wǎng)電價政策，即豐水期上網(wǎng)電價適當降低，枯水期上網(wǎng)電價適當調高，形成具有一定季節(jié)點亮差價的上網(wǎng)電價結構，其目的是通過合理的豐枯、峰谷上網(wǎng)電價，調動水電調峰的積極性，從而促進電力資源的優(yōu)化配置，緩解系統(tǒng)峰荷電量緊張的壓力。在這種情況下，梯級水電站群中長期優(yōu)化調度必須考慮豐平枯期電價的差異。模型目標目標一：梯級水電站群年內出力最小的時段的處理盡可能的大，即“最大化最小出力”，該目標的效果是使水電站在枯水期為電網(wǎng)提供盡可能大的、均勻的可靠出力，充分發(fā)揮水電的容量效益，以達到代替火電的目的。目標二：梯級水電站群年發(fā)電收益最大，即考慮電網(wǎng)豐、平、枯期上網(wǎng)電價的差異，通過水庫調節(jié)，是梯級水電站群在盡可能增加枯期發(fā)電收入的同時，盡可能增大豐平期發(fā)電收益。電價因子參考某省的分時上網(wǎng)電價政策，枯水期電價在平水期電價基礎上上浮50%，豐水期電價在平水期電價基礎上下浮25%，平水期執(zhí)行基準電價。電網(wǎng)豐枯電價系數(shù)表時間枯水期（12~次年4月）平水期（5、11月）豐水期（6~10月）電價因子1.510.75關于區(qū)間入流若梯級水電站間無大的支流匯入，區(qū)間徑流按流域面積成正比關系。比如水電站各級電站區(qū)間入流系數(shù)表水電站AＢＣＤ區(qū)間入流系數(shù)1.000.030.020.03倘若有支流匯入，該如何處理？約束條件水量平衡約束水庫蓄水量約束水庫下泄流量約束水電站出力約束非負條件約束第四節(jié)、梯級水電站群間調節(jié)效益的經(jīng)濟補償在河流水能資源的開發(fā)利用過程中，位于河流上游且具有良好調節(jié)性能的大型水電站對天然徑流的調節(jié)，可使下游水電站的能量效益在不增加任何額外投入的情況下得到不同程度的提高。第一，通過水庫調節(jié)，對豐水季節(jié)超過發(fā)電需求的天然徑流進行攔蓄，用于枯水季節(jié)甚至枯水年份發(fā)電，從而避免或減少棄水損失，提高流域的水能利用率；第二，用戶對電力的需求在一日中的不同時間差異很大，通過水庫調節(jié)，是水電站可以再兼顧其他用水需求的前提下，根據(jù)電力負荷變化和電網(wǎng)的分時電價，調整其發(fā)電出力，從而提高水電站的經(jīng)濟效益。第三，通過上游水庫調節(jié)，將大大緩解下游洪水的威脅，改善河流的徑流狀況，形成防洪、灌溉、航運、供水、養(yǎng)殖、旅游等綜合效益。同時大庫容良好調節(jié)能力的水電站投資一般較大，建設周期相對較長，但是其對電力系統(tǒng)的貢獻，對下游梯級電站效益的增加并不能在其自身的發(fā)電量和售電收入中完全體現(xiàn)，客觀上造成了調節(jié)水電站的上網(wǎng)電價較高，投資吸引力小。加之上下游梯級水電站經(jīng)常處于不同省份，歸屬不同利益主體，所以，研究梯級水電站間的調節(jié)效益的經(jīng)濟補償問題具有重要的意義。調節(jié)效益補償原則調節(jié)效益的補償，實際上是發(fā)電效益的一種轉移。因為在梯級河流開發(fā)中，上游調節(jié)性能好的水電站的開發(fā)，可是河川豐枯徑流更平穩(wěn)，是梯級下游水電站獲得額外的收益，而這部分收益的獲得本質上所付出的成本體現(xiàn)在上游水庫水電站的較高的建設投資上，所以，應適當調整下游受益水電站的部分增益給上游水庫水電站。在梯級河段中有多個調節(jié)水庫水電站時，全體水電站的聯(lián)合運行，還可充分發(fā)揮各水庫的調蓄作用，使水庫受綜合利用要求限制的運行得到改善進而提高總體發(fā)電效益。這些增加的效益也應該在所涉及的水電站間進行再分配，以體現(xiàn)各水電站在總收益中的實際貢獻大小，收益大而付出成本小的水電站應該分出一些實發(fā)效益給貢獻大的水電站，即遵守受益于負擔等同化原則。綜上分析，經(jīng)濟效益補償應遵循的基本原則如下：公開、公平、公正原則受益與負擔等同化的原則事先商定的原則相對穩(wěn)定的原則簡單易操作的原則調節(jié)效益的補償關系調節(jié)效益補償問題的主體和客體一般而言，梯級水電站群調節(jié)效益的獲得在于：在既定的條件下充分利用設計范圍內水庫的有效庫容和電站的水頭。從邏輯關系分析，庫容是主動的、優(yōu)先的，而水電站水頭是被動的、客觀的。所以，在調節(jié)效益的補償關系的主體中，具有調節(jié)能力的水電站為主要因素，無調節(jié)能力或調節(jié)能力相對較弱的水電站為次要因素。根據(jù)有調節(jié)能力水電站在河段中所處的位置不同，可將梯級水電站群分為以下三大類：

（1）僅上游有調節(jié)水庫（含僅中游有調節(jié)水庫水電站的情況）（2）僅下游有調節(jié)水庫。（3）除上述情況外的其他情況。補償關系的確定季及季以下調節(jié)能力的水電站不能對其壩址徑流在年內進行充分調節(jié)分配，調節(jié)效益相對較小，所以，調節(jié)效益的考慮均以具備不完全年及以上調節(jié)能力的水庫水電站作為計算河段的開始。在同一河流中，從一個調節(jié)水電站開始，直至該河流的出口，與其他河流的匯合口，或直至出現(xiàn)另一個調節(jié)水電站為止（含該調節(jié)水電站）的河段作為調節(jié)效益補償河段。在一個補償段內，下游水電站因上游調節(jié)水電站的水庫調節(jié)而獲得的調節(jié)效益為主調節(jié)效益。補償段的上游調節(jié)水電站時主調節(jié)效益的施益水電站，其下游各水電站是主調節(jié)效益的受益電站。當上一個補償段的末端是一個調節(jié)水電站時，該調節(jié)水電站因上游調節(jié)水電站的調節(jié)而在本補償段所獲效益為延伸效益。延伸效益為該調節(jié)水電站的施益凈額與延伸系數(shù)的乘積。施益凈額是調節(jié)水電站在本補償段中的施益總額減去反調節(jié)效益后的余額。延伸系數(shù)為上游調節(jié)水電站的庫容值與上下游調節(jié)水電站的庫容值的和之比。在一個補償河段內，下游水電站對緊鄰的上游調節(jié)水電站實施反調節(jié)而獲得的效益為反調節(jié)效益。該下游水電站是反調節(jié)效益的施益水電站，上游調節(jié)水電站是反調節(jié)效益的受益水電站。調節(jié)效益的確定調節(jié)效益包括因水庫調節(jié)而增加的發(fā)電量的收益和因水庫調節(jié)而獲得的將較低電價季節(jié)、時段的點亮轉移至較高電價季節(jié)、時段而增加的收益。由于同一計算河段中的水電站可能在同一電力系統(tǒng)，可能分別在不同的電力系統(tǒng)中運行，所以，系統(tǒng)吸收電量這一因素的考慮，只能通過簡化的辦法來計算。在計算調節(jié)效益之前我們引入兩個概念：“理論調節(jié)效益”：是指上述計算河段內的所有水電站在聯(lián)合優(yōu)化運行的條件下，梯級水電站群年均發(fā)電量（保證出力）與單獨或分組運行時各自的平均發(fā)電量（保證出力）之和的差值?！跋到y(tǒng)吸收率”：是在國家批復的設計文件中，相關電力系統(tǒng)吸收水電站年發(fā)電量與水電站多年平均可發(fā)電量的比值。在設計文件中的計算負荷水平年與實際負荷水平年數(shù)值相差較大時，應重新進行系統(tǒng)電力電量平衡計算，確定系統(tǒng)吸收率。調節(jié)效益的計算方法，這里只列舉3種，也可由各方協(xié)商確定其他的方法來計算（1）方法一：第一步：確定徑流序列和各庫、站參數(shù)，計算聯(lián)合優(yōu)化運行時梯級水電站群及各水電站的可發(fā)電量。第二步：選定梯級水電站群豐、平、枯三個代表年，分別進行單獨和聯(lián)合運行兩種情況下個電力系統(tǒng)電力電量平衡計算，分別得到兩種情況下系統(tǒng)可吸收各水電站的電量。第三步：對第二步中個水電站各種情況下的電量差求代數(shù)和，得到各代表年估算總調節(jié)效益，加權平均得到總調節(jié)效益。（2）方法二：第一步：確定徑流序列和各庫、站參數(shù)，計算梯級水電站群的“理論調節(jié)效益”。第二步：計算各水電站的“系統(tǒng)吸收率”。第三步：將“理論調節(jié)效益”中各水電站實發(fā)年電量與相應“系統(tǒng)吸收率”之積求和，得到估算的總調節(jié)效益。（3）方法三：第一步：確定徑流序列，各水電站逐月年均凈水頭和各站的綜合出力系數(shù)，計算原始徑流條件下各水電站壩址的各月多年平均流量（或多年平均流量）。第二步：從上游開始，逐站計算調節(jié)后下游各水電站逐月多年平均入庫流量。計算中涉及水庫的蓄放方式，以國家批復的設計文件為準，并依次計算調節(jié)后各水電站的調節(jié)出流，進而得到下游水電站的受調節(jié)后的水庫流量。第三步：根據(jù)前兩步計算得到的各水電站相應的逐月多年平均入庫流量差，計算得到各水電站調節(jié)效益初值。第四步：根據(jù)第三步結果和各水電站的“系統(tǒng)吸收率”，計算得到各水電站的調節(jié)效益。主調節(jié)效益由受益方以實際收益額向補償段上游調節(jié)水電站償付。延伸效益由末端的調節(jié)水電站向上游調節(jié)水電站償付。三流域梯級水電站群短期聯(lián)合優(yōu)化運行概述通常除洪水漲落期外，天然來水在一晝夜內基本是均勻的，而用水部門的日需水過程往往是不均勻的，例如發(fā)電用水時隨用電負荷的變化而在一晝夜內變化。短期優(yōu)化調度就是要在一晝夜內將均勻的天然來水按用水部門的需水過程進行徑流的重新分配，調節(jié)周期為24h，這也就是說當用水比來水少時，就將多余的水量存在水庫里，供來水不足時取用。但在洪水期，天然來水流量較大，水電站一般來說可以全部裝機容量投入運行，即整日可處于滿負荷運行。從不同的角度出發(fā)考慮水電站短期優(yōu)化調度有著不同的優(yōu)化運行目標。以下從資源優(yōu)化配置和電力市場體制下發(fā)電企業(yè)運營兩個不同的角度來考慮水電站短期優(yōu)化調度目標?；谫Y源優(yōu)化配置的水電系統(tǒng)短期優(yōu)化運行目標從資源優(yōu)化配置角度出發(fā)，水電系統(tǒng)的短期優(yōu)化運行一班采用兩類準則：其一是梯級水電站系統(tǒng)總耗能（水）量最小，或系統(tǒng)在計算期末總蓄能量最大，或者說讓等值火電廠發(fā)電量（或發(fā)點費用）最小。通常在電力系統(tǒng)已預先給定梯級水電站群需發(fā)的日負荷計劃時，在保證水電系統(tǒng)凈出力與水電負荷平衡的情況下，優(yōu)化有調節(jié)性能水電站的用水量，使得在控制期梯級水電站群用水最少，即追求控制期末梯級水電站群的好水能量最小，也等價于在控制期末梯級水電站群水能增量最大；其二是短期發(fā)電量最大準則，即已知梯級水電站群各水庫初始水位和控制期內的用水量，在滿足各種約束的前提下，根據(jù)有調節(jié)性能水電站的可動用水量優(yōu)化各水電站的出力過程，追求控制期內庫群的總發(fā)電量最大，以提高整個電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和運行水平。鑒于水電系統(tǒng)內存在著中長期調節(jié)性能的水電站，即存在蓄能上的不等價；同時，由于流域性水電站之間水流傳遞時間較長，造成輸入能量的向后轉移。梯級水電站群水流以此經(jīng)過上游水電站和下游水電站而發(fā)電，由于水流流達時間的存在，同一水流在上游水電站發(fā)電的時間和其在下游水電站發(fā)電的時間相差這段τ時間；另一方面，在制定梯級水電站群日優(yōu)化運行計劃時，不能只考慮當天的發(fā)電效益最大，還必須考慮該日開始前τ時間上游水電站的發(fā)電效益情況，因為這部分水流將成為該日開始后τ時間的下游水電站的部分來水；同時，還必須考慮該日最后τ時間內的上游水電站的合理發(fā)電放水情況，這部分水流會成為次日下游水電站的水庫的入流而影響次日的發(fā)電效益。因此，梯級水電站群日優(yōu)化運行計劃的目標準則，不能簡單地只考慮當天的發(fā)電效益，或者說不考慮相鄰日間的影響而只追求當日發(fā)電效益最大的優(yōu)化運行計劃，并不是真正合理的優(yōu)化運行計劃。為此，有專家學著提出了使水電系統(tǒng)分配期內發(fā)電量和滯后水量折算電能之和最大的一般性準則，即把梯級水電站群日優(yōu)化運行計劃分為兩種：一是周期平穩(wěn)日優(yōu)化運行計劃，二是過度日優(yōu)化運行計劃。這種新的梯級水電站群短期優(yōu)化運行的數(shù)學模型包括兩個子模型：周期平穩(wěn)日優(yōu)化運行模型和過度日優(yōu)化運行模型。由于梯級間水流流達時間的存在，模型既要考慮當天運行對以后的聯(lián)系和影響，也考慮了實時運行中可能的偏離。每一天都要使用上述兩個模型，先用周期平穩(wěn)日優(yōu)化運行模型，再用過度日優(yōu)化運行模型，最后將過渡日優(yōu)化運行計劃作為計劃日梯級水電站群日優(yōu)化運行計劃。因為周期平穩(wěn)日優(yōu)化運行計劃也會因漸變的系統(tǒng)負荷等因素而需要不斷更新，過渡日優(yōu)化運行計劃也會因實際執(zhí)行過程中不可避免的對優(yōu)化運行計劃的偏離而不斷修正。上述做法的特點在于：所得的日優(yōu)化運行計劃實際上反映了連續(xù)日間的優(yōu)化，體現(xiàn)了運行計劃對不斷改變的條件和情況的最優(yōu)逼近，跟蹤。這與目前國內外普遍使用的模型與方法相比更符合實際情況?；陔娏κ袌鰴C制的梯級水電站群短期優(yōu)化運行目標在電力市場機制下，水電站短期運行目標既要考慮到發(fā)電企業(yè)目標，同時也要考慮電網(wǎng)運行的約束。在電力市場實行一天內峰、平、谷不同時段不同電價的條件下，發(fā)電企業(yè)不能簡單地只考慮發(fā)電量最大，而是要在滿足各種約束的前提下，綜合考慮水電上網(wǎng)電價，根據(jù)有調節(jié)性能水電站的可動用水量優(yōu)化各水電站的出力過程，盡量多發(fā)高價電量，少發(fā)低價電量，以追求控制期內發(fā)電效益最大化的目標。單一水電站群短期優(yōu)化運行優(yōu)化模型具有調節(jié)能力的水電站，在已知電網(wǎng)次日96點上網(wǎng)電價的基礎上，考慮水庫蓄水位、水電站出力、水電站下泄流量等約束，以日發(fā)電收入最大為目標，優(yōu)化水電站運行方式。目標函數(shù)：水電站日發(fā)電收入P最大化。（公式）式中——第t時段上網(wǎng)電價； ——水電站出力系數(shù)； ——第t時刻發(fā)電引用流量； ——第t時段水電站平均水頭； 0.25——單位換算系數(shù)。約束條件水量平衡約束：式中——第t+1時刻水庫蓄水量； ——第t時刻水庫蓄水量； ——第t時段入庫水量。水庫蓄水量約束：式中——第t時段應保證的水庫最小蓄水量； ——第t時段允許的水庫最大蓄水量，如汛期防洪限制等。水電站下泄流量約束：式中——第t時段應保證的最小下泄流量，保證下游綜合利用要求； ——第t時段允許的水電站最大下泄流量。水電站出力約束：式中——允許的最小出力（取決于水輪機的種類和特性）； ——水電站的裝機容量。變量非負約束：上述所有變量均為非負變量。算例（P154）梯級水電站群短期聯(lián)合優(yōu)化運行數(shù)學模型以競價上網(wǎng)為背景，研究具有調節(jié)能力的梯級水電站群，在對電網(wǎng)次日96點邊際電價預測的基礎上，考慮水庫蓄水位，水電站出力、水電站下泄流量、流達時間等約束，以日發(fā)電收入最大化為目標，優(yōu)化梯級水電站群日電量。目標函數(shù)：調度期內梯級水電站群發(fā)電收入最大（公式）式中——梯級水電站群日最大化發(fā)電收益，元； ——第i個水電站綜合出力系數(shù)； ——t時段系統(tǒng)邊際電價預測值； ——第i各水電站在第t時段發(fā)電流量，m3/s; ——第i各水電站在第t時段平均發(fā)電凈水頭，m； ——第t時段小時數(shù)（0.25h）； ——日內計算時段數(shù)（計算時段為15min，T=96）； ——梯級水電站群總數(shù)。約束條件（P156）為敘述方便，以兩級梯級為例進行說明。梯級電量平衡：水量平衡條件：水電站出力限制條件：水電站水量限制條件：水庫初始水位為已知：算例四水電站廠內經(jīng)濟運行概述水電站廠內經(jīng)濟運行的基本任務是根據(jù)水電站及機組特性，在滿足總負荷或總耗水量情況下，確定廠內工作機組最優(yōu)臺數(shù)、組合及啟停次序，并將負荷（或流量）在機組間實現(xiàn)最優(yōu)分配，即制定廠內最優(yōu)運行方式，并組織實施。其目的是在滿足電能生產(chǎn)安全、可靠、優(yōu)質的前提下，通過優(yōu)化算法優(yōu)化運行方式，降低水電站的生產(chǎn)成本或增加發(fā)電量，以獲得盡可能大的經(jīng)濟效益。水電站廠內經(jīng)濟運行中常用的優(yōu)化準則為：當水電站負荷給定后，要求水電站耗水流量最??；或在水電站的可耗水量（或來流）一定時，力求發(fā)電量最大。上述準則根據(jù)情況使用，一般前者適用于調節(jié)性能較好的水電站，后者適用于徑流式或調節(jié)性能較差的水電站。所謂空間最優(yōu)化，即是對某一發(fā)電任務合理地選擇機組臺數(shù)、臺號，并在此機組組合中實行及機組間的負荷（或流量）優(yōu)化分配；而時間最優(yōu)化是在空間最優(yōu)化的基礎上，不僅考慮時段內的開機組合和負荷（或流量）優(yōu)化分配，同時考慮時段之間運行方式的聯(lián)系和影響，如時段間負荷變化必然導致機組組合相應調整，它將帶來附加的耗水以及其他耗損，如啟停成本。由此可見，時間最優(yōu)化是一個優(yōu)化周期內的最優(yōu)。機組及水電站能量特性水輪機組由于機組型號、制造工藝不同，以及運行過程中空蝕和磨損改變了機組通道形線和粗糙度，所以各機組能量特性存在一定差異，表現(xiàn)為水頭一定時，要到達相同出力，機組間的耗流量不一樣，或發(fā)電流量相同時，機組間的出力不一致。因此，在機組啟停計劃制定和負荷分配過程中，應根據(jù)機組的效率特性差異，進行優(yōu)化計算，使完成相同發(fā)電任務時發(fā)電成本最小，或在給定成本的情況下，實現(xiàn)發(fā)電量或發(fā)電效益最大化。同樣，水電站能量特性也存在這樣的差異，而水電站的能量特性是制定短期發(fā)電計劃和廠間經(jīng)濟運行的重要依據(jù)。水輪機性能特性水輪機能量特性水輪機能量特性是指水輪機將水能轉換成機械能的特性，是水電站經(jīng)濟運行中優(yōu)選機組組合和優(yōu)化負荷分配的重要基礎資料。水輪機能量特性全面反映水輪機在不同工作條件下，各種參數(shù)之間的關系。表示水輪機幾何特性的參數(shù)有轉輪直徑D1、導葉（噴針）開度α0，轉漿式水輪機還有葉片轉角ψ；表示水輪機工作情況的參數(shù)有轉速n、流量Q、水頭H、出力N和效率η。對于轉漿式水輪機，自變量中還應有葉片轉角φ。以上各式所表示的各參數(shù)間的關系復雜，目前尚不能用數(shù)學解析方法進行表達，因此較廣泛采用曲線來表示，這種表示水輪機特性參數(shù)間關系的曲線稱為特性曲線。水電站的水輪機直徑D1是固定的，通常在固定的轉速下運轉，但機組的負荷則是經(jīng)常變化的。為表示水輪機工作在固定的轉速n和制定的水頭H下的特性而繪制的效率η與流量Q、出力N之間的曲線即水輪機的工作特性曲線。在此稱水輪機工作特性曲線所描述的水輪機特性為機組的能量特性。水輪機工作特性曲線反映了水輪機實際運行時的性能，?？捎盟鼇肀容^不同水輪機的能量特性。水輪機水頭H、流量Q、出力N和效率η之間有如下關系：式中表示以上四個變量中只有三個變量是相互獨立的，另一個變量可以通過這三個變量表示。由于變量間關系的非線性特征明顯，常用曲線描述它們的關系。為了用二維坐標上的曲線反應三個變量之間的關系，常常給一個變量參數(shù)一系列定值，繪出另外兩個變量間的關系曲線。若以水頭為定值，繪制出力與流量（N-Q）和出力與效率（N-η）的關系曲線。（P160）獲取水輪機能量特性水輪機能量特性是水電站優(yōu)化運行的數(shù)據(jù)基礎，其準確性直接影響優(yōu)化運行的精度和實用性，因此能量特性數(shù)據(jù)的獲取非常重要。目前獲得水輪機能量特性的方式主要有：通過水輪機模型試驗數(shù)據(jù)轉換獲得（特點：模型與真機存在較大差異，無法反映同型號機組間的能量特性差異）通過真機效率試驗獲得（特點：試驗投入大，試驗條件改變困難，歷時長等不方便因素，采用較少）通過水電站生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)獲得（特點；監(jiān)測設備的精度的差別較大，設備維護困難）根據(jù)水電站的情況，可以采用不同的方式獲得能量特性數(shù)據(jù)，因方法一精度較高，所以有條件的水電站可以采用該方法，因方法1和3都比較方便，可以考慮將兩者結合修正，提高精度。水電站能量特性水電站能量特性水電站能量特性是梯級水電站短期優(yōu)化調度和廠間經(jīng)濟運行的重要數(shù)據(jù)，為了使水電站安全經(jīng)濟地運行，最充分地利用水能資源，一方面，提高發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益；另一方面，也可以節(jié)約電力系統(tǒng)中的一次性能源消耗，因此必須準確掌握水電站能量特性。水電站能量特性是水電站進行電力生產(chǎn)時，水電站出力N，水頭H，發(fā)電流量Q及發(fā)電效率η間的關系。通常水電站存在若干臺機組，不同機組組合情況下，水電站出力N，水頭H，發(fā)電流量Q及發(fā)電效率η間的關系是不同，在此稱水電站最優(yōu)組合（即發(fā)電量最大或發(fā)電耗水量最?。┓绞较碌年P系為水電站能量特性。水電站能量特性計算方法計算思路為了降低問題的維數(shù)，可以將一個水電站作為一臺“機組”，這臺“機組”也具有能量特性，即水電站能量特性。由于水電站在指定的工況下有不同的機組組合和負荷分配方案，因此水電站的能量特性有“不確定性”。但是在水電站短期優(yōu)化調度和廠間經(jīng)濟運行中，只有各水電站都以最優(yōu)的機組組合和負荷分配方案投入運行時，才是水電站的短期優(yōu)化調度和廠間經(jīng)濟運行的最優(yōu)情況，因此，在此關注的只是水電站最優(yōu)機組組合和負荷分配方案時水電站的能量特性。與機組能量特性不同的是水電站能量特性是描述在一定水頭和出力情況下，水電站以最優(yōu)機組組合和負荷分配方案運行時，其發(fā)電效率或耗流特性。換言之，在水電站水頭和出力范圍內的任一工況點，總是存在一個最優(yōu)機組組合和負荷分配方案使水電站的發(fā)電流量最小，即發(fā)電效率最高，如此所有工況點對應的最小發(fā)電流量關系即為水電站能量特性。由于水電站能量特性是水電站機組在最優(yōu)機組組合和負荷分配方案時的能量特性，因此水電站能量特性是通過機組能量特性計算的。傳統(tǒng)計算方法是根據(jù)機組能量特性用等微增率方法進行負荷分配的。廠內經(jīng)濟運行獲得水電站能量特性在水電站出力和發(fā)電水頭范圍內的任一工況點，總存在一個最優(yōu)機組組合和負荷分配方案，使發(fā)電流量最小，將各工況對應的最小發(fā)電流量的關系作為電站最優(yōu)能量特性。因此，水電站最優(yōu)能量特性可以通過廠內經(jīng)濟運行計算獲得，其計算方法如下：首先，工況離散。在水電站的出力和水頭范圍內，按照一定精度離散出力和水頭，出力和水頭離散點的不同組合即為不同的工況點。然后，進行水電站廠內經(jīng)濟運行。在水電站各機組能量特性的基礎上，對各工況點進行廠內經(jīng)濟運行計算，得到水電站在各工況的最優(yōu)機組組合和負荷分配時的發(fā)電流量（或效率），即獲得水電站各工況點（Nk，Hk）與水電站發(fā)電流量的對應關系，即水電站的能量特性。水電站第k工況點的能量特性計算數(shù)學模型：約束條件：式中——機組i出力； ——機組i的效率； 、——水電站出力和水頭離散的第k個組合，即第k工況點； ——參與經(jīng)濟運行的機組數(shù)量； ——水頭為電站負荷為時機組的發(fā)電流量。其計算流程如圖：圖：水電站能量特性計算流程圖水電站廠內經(jīng)濟運行空間最優(yōu)化空間最優(yōu)化廠內經(jīng)濟運行是針對單一時段進行的，能根據(jù)該時段的發(fā)電要求進行機組組合和負荷或流量空間分配優(yōu)化，適用于實時廠內經(jīng)濟運行，及時指導水電站生產(chǎn)。發(fā)電流量最小化模型研究內容水電站一般有若干臺機組，如三峽等大型水電站有數(shù)十臺機組，同一發(fā)電任務可由多種機組組合和負荷分配方案來完成。但是由于機組間存在能量特性差異，不同機組組合和負荷分配情況下水電站的發(fā)電成本也不同，若不對機組組合和負荷分配進行優(yōu)化，將使水電站發(fā)電耗流量顯著增加，同時由于機組可能頻繁啟停，并在空蝕振動區(qū)運行或者經(jīng)常穿越空蝕振動區(qū)，將會降低機組可利用率和運行效率，增加機組的檢修維護成本，是設備加速折舊。為了降低水電站的發(fā)電成本，需要進行以發(fā)電流量最小為目標的廠內經(jīng)濟運行。在傳統(tǒng)電力體制下，發(fā)電流量最小化廠內經(jīng)濟運行主要適用于調節(jié)能力較好的水電站，這類水電站要有較大的水庫，能在較長一段時間內將水量存儲起來，這樣可以最大限度地利用水能多發(fā)電。在電力市場環(huán)境下，市場交易決定了水電站的出力，水電站接受電力市場競價結果，需要按質按量完成發(fā)電任務，另外水能作為一種資源，水電站應通過發(fā)電流量最小化廠內經(jīng)濟運行降低耗水量，保持后續(xù)發(fā)電能力，贏得更大的發(fā)電效益。發(fā)電流量最小化廠內經(jīng)濟運行的內容是根據(jù)水電站參與經(jīng)濟運行機組的能量特性，在滿足發(fā)電要求時，對機組進行優(yōu)化組合并在其間進行負荷優(yōu)化分配，使水電站的發(fā)電流量等成本最低。對于部分水電站其發(fā)電任務不僅包括有功，還包括旋轉備用等輔助服務，輔助服務在機組間的優(yōu)化分配也屬于廠內經(jīng)濟運行的研究范疇。因此，廠內經(jīng)濟運行還包括輔助服務在機組間的優(yōu)化分配。數(shù)學模型發(fā)電流量最小化是在給定發(fā)電任務情況下，通過廠內經(jīng)濟優(yōu)化機組組合和負荷分配，減少發(fā)電耗水量，降低水電站生產(chǎn)成本，從而增加水電站的發(fā)電效益。以上發(fā)現(xiàn)任務可能為水電站短期優(yōu)化調度結果，也可能是電網(wǎng)下達的發(fā)電任務，或在電力市場環(huán)境下水電站通過市場競爭獲得的發(fā)電任務，對于梯級水電站該發(fā)電任務還需要通過廠間經(jīng)濟運行在水電站間進行優(yōu)化分配。設水電站有n臺水輪發(fā)電機組，發(fā)電任務為有功出力P，旋轉備用R，水電站的當前水頭為H，根據(jù)發(fā)電流量最小化的廠內經(jīng)濟運行的目標，可以建立其數(shù)學模型如下：式中——機組i的出力約束條件：（P166）出力平衡約束：旋轉備用約束：空蝕振動約束：出力約束：水頭約束：約束條件處理約束條件出力是模型求解過程中的一項重要工作，它對優(yōu)化計算有重要影響，若約束條件處理較好能提高算法搜索效率，且提高解的質量，反之則會降低搜索效率。針對模型中得到主要約束條件的特點，對其分別進行處理。出力平衡約束處理在優(yōu)化計算中等式約束是較強，常常因離散精度而不能滿足約束，因此常常對等式約束進行處理，使其變成不等式約束。如將處理成一般情況下，需要對目標函數(shù)按C某一關系（如線性關系）進行懲罰?？瘴g振動約束處理機組在某些出力和水頭區(qū)域運行時，會出現(xiàn)嚴重的空蝕和振動現(xiàn)象，該區(qū)域分別稱為空蝕區(qū)和振動區(qū)。空蝕和振動都會影響電站的穩(wěn)定運行，導致出力波動，降低供電質量，并且嚴重威脅著水電站的安全生產(chǎn)和機組的使用壽命。為了優(yōu)化算法更便于處理該約束條件，使分配的負荷避開空蝕振動區(qū)運行，可用懲罰函數(shù)對機組振動區(qū)的流量——出力關系進行修正，如式中，當處于空蝕振動區(qū)時，非空蝕振動區(qū)時。A為懲罰量，可以根據(jù)水電站對空蝕和振動的要求確定，A越大機組越能避開空蝕振動區(qū)運行。比如，在某水頭下若機組的振動區(qū)為50~100MW，修正前后出力曲線如下圖（166）機組可用性約束處理水電站實際生產(chǎn)中存在部分機組不能投入使用的情況，如機組檢修及承擔冷備用等，因此在廠內經(jīng)濟運行中應該考慮機組的可用性，當機組不可用時，負荷分配時要避開這些機組，在剩余機組間進行分配。在優(yōu)化計算過程中，我們可以通過對可用機組重新編號的方式處理，該方式的優(yōu)點是降低了優(yōu)化問題的維數(shù)，便于算法求解，但機組的編號發(fā)生變化，需要對數(shù)據(jù)進行處理。另外一種方法是用懲罰函數(shù)的思想，對其流量——出力關系進行修正，即式中——機組i的可用性系數(shù)，機組可用時為0，反之為1； B——懲罰量。該方法會增加問題的計算量，降低計算效率，但便于處理，所以只有在問題維數(shù)較小時使用該方法，還有較好的方法是對不可用機組，直接令其開機狀態(tài)為關，出力為0，該方法雖然沒有降低算法的維數(shù)，但是增加的計算量很小，對計算效率影響小。發(fā)電量最大化模型1、研究內容在傳統(tǒng)電力體制下，電力緊張時需要電站在已有水量情況下，最大化發(fā)電量，以緩解電力緊張的壓力，可采用發(fā)電量最大化目標優(yōu)化；另外，對于調節(jié)能力較差的水電站，如徑流式水電站，或處于汛期即將產(chǎn)生棄水，且發(fā)電能力不受網(wǎng)絡和市場限制的水電站，為了最大限度地利用水能發(fā)電，不棄水或減少棄水，因此也需要采用發(fā)電量最大化廠內經(jīng)濟運行進行優(yōu)化。數(shù)學模型設水電站有n臺水輪發(fā)電機組，可用的發(fā)電流量為q，水電站的當前水頭為H，根據(jù)發(fā)電量最大目標，可以建立其數(shù)學模型如下：約束條件：發(fā)電量最大化廠內經(jīng)濟運行約束條件處理的方法基本與上述發(fā)電流量最小化的經(jīng)濟運行模型的處理方法相似，在次不在贅述流量平衡約束：空蝕振動區(qū)約束：過機流量約束：水頭約束：時間最優(yōu)化空間最優(yōu)化廠內經(jīng)濟運行問題只是針對單一時段進行的，沒有考慮時間段的聯(lián)系，因此只能適用于實時廠內經(jīng)濟運行來指導時段內的生產(chǎn)活動。時間最優(yōu)化廠內經(jīng)濟運行問題是在空間最優(yōu)化的情況下，不僅考慮單一時段內的優(yōu)化，同時計及時段之間由于負荷的變化而可能產(chǎn)生的機組啟停及發(fā)電流量變化對整個時段的優(yōu)化問題的影響，因此，能跟短期優(yōu)化調度或電力市場競價成果（對于梯級水電站還需進行廠間經(jīng)濟運行）結合制定較長周期的經(jīng)濟運行計劃，使計算結果更優(yōu)。同時由于考慮了時段間的影響，能同時考慮發(fā)電機組組合變化導致的運行維護和發(fā)電流量等成本，并進行權衡使計算時間范圍內水電站的總成本最小。由此可見，時間最優(yōu)化是一個優(yōu)化周期（一般為1天）內的最優(yōu)，相對來說，時間最優(yōu)化是全局最優(yōu)化，并且能考慮更多約束條件。時間最優(yōu)化廠內經(jīng)濟運行問題按照優(yōu)化目標可以分為發(fā)電成本最小化和發(fā)電量最大化兩種。發(fā)電成本最小化模型以短期優(yōu)化調度結果，電網(wǎng)分配給水電站的發(fā)電任務或廠間經(jīng)濟運行為水電站分配的24點或96點日負荷為經(jīng)濟運行輸入，實現(xiàn)日內啟停計劃和負荷分配方案制定，使發(fā)電成本最低。在此發(fā)電成本由發(fā)電耗水量和機組啟停成本構成?？蓸嫿ㄈ缦碌膹S內經(jīng)濟運行數(shù)學模型式中——在功率輸出為，水頭為的情況下，第t時段內第i臺機組的耗水量。。為水頭時機組i的流量—出力關系，它由機組動力特性決定；——t時段內機組i的出力；——第t時段內第i臺機組開機狀態(tài)，開機狀態(tài)取1，關機狀態(tài)取0；——參與廠內經(jīng)濟運行機組數(shù)量；——日內分段數(shù)，由電力市場確定，一般為24、96，即1h或15min為一個時段；——第i臺機組啟停成本的水量損失折算；——計算時段t由于故障或機組檢修等原因，不參與經(jīng)濟運行的機組編號的集合；出力平衡約束：旋轉備用約束：空蝕振動約束：水頭遞推約束：出力約束：水頭約束：影響機組啟停成本的因素比較復雜，主要有三個方面：啟停過程中的水量損失、機組維護成本增加和設備服務年限降低引起的損失。機組啟停過程中，不發(fā)電但存在耗水，并且維護成本會隨啟停次數(shù)增加，這兩部分損失可以通過試驗或者運行經(jīng)驗獲得。發(fā)電量最大化模型設短期優(yōu)化調度在指定的計劃周期內，時段t發(fā)電流量為q，根據(jù)發(fā)電量最大的廠內經(jīng)濟運行的目標，可以建立其數(shù)學模型如下：該模型的目標函數(shù)不是實際發(fā)電量最大化，而是考慮了機組啟停成本電量折算后的電量，因此實際發(fā)電量應加上啟停成本電量折算部分。若計算時不需考慮啟停陳本，將啟停成本折算部分去掉即可。（P169）五流域梯級防洪調度防洪調度概述洪水及其成因洪水一般是值由暴雨、急劇融冰化雪、風暴潮等自然因素引起的江河、湖、海水量迅速增加，水位迅猛上漲的自然現(xiàn)象。若洪水超過江河、湖、海、水庫等水體的承受或容納能力而泛濫成災，則形成災害性洪水。我國幅員遼闊，氣候、地形、地貌等特性復雜多樣，影響洪水形成過程的人類經(jīng)濟社會活動情況也不一樣，因而形成多種類型的洪水，按洪水成癮的不同，可大致分為暴雨洪水、融雪洪水、冰凌洪水、風暴潮、山洪、泥石流、潰壩洪水等。在我國，上述各種類型的洪水或其組合有一定的時空分布規(guī)律，其中以暴雨洪水發(fā)生最為頻繁，影響范圍最為廣泛，危害也最為嚴重。我國年平均400mm降雨等值線與多年平均年最大24h50mm降雨等值線基本一致，分布在自云南騰沖至黑龍江呼瑪一線，該線以東地區(qū)的洪水主要是由暴雨和沿海風暴潮形成，北方地區(qū)的一些河流也可能出現(xiàn)冰凌洪水，該線以西地區(qū)的洪水則以融冰融雪洪水、局部地區(qū)暴雨洪水（如山洪）以及融雪與暴雨形成的混合型洪水為主。暴雨洪水成因及其特征暴雨洪水的成因我國屬于太平洋和印度洋季風影響的季風氣候區(qū)，全年60%~80%的降雨集中在汛期，暴雨洪水是我國最常見的洪水災害。氣象條件是形成暴雨洪水的主要因素。我國位于歐亞大陸東南部，具有明顯的季風氣候特點。7~8月為季風最盛的多雨季節(jié)。來自太平洋的東南疾風主要影響我國東部；來自印度洋的西南季風主要影響我國西南和南部地區(qū)。我國各地暴雨洪水出現(xiàn)時序由一定規(guī)律。夏季出現(xiàn)的降雨帶一般呈東西向，且雨帶南北來回移動。集中地雨帶常出現(xiàn)在西太平洋副熱帶高壓的西北側，雨帶的移動與副熱帶高壓脊線的位置變動密切相關。一般年份4月初~6月初，副熱帶高壓脊線位于北緯15°~20°，暴雨洪水多出現(xiàn)在珠江流域，在此期間南嶺進入前汛期。6月中旬~7月初，副熱帶高壓脊線第一次北跳至江淮流域，南嶺以南前汛期結束，江淮梅雨期開始。7月下旬，副熱帶高壓脊線第二次北跳至北緯30°附近，雨帶移至黃河流域，江淮梅雨結束，黃河兩岸雨季開始。7月下旬~8月中旬，副熱帶高壓脊線第三次北跳，越過北緯30°，雨帶移至海灤流域、河套地區(qū)和東北一帶；此時，華南受副熱帶高壓脊線以南的東風帶影響，熱帶風暴和臺風不斷登陸，釀成第二個降水主峰期；與此同時，副熱帶高壓脊線控制下的地區(qū)則出現(xiàn)伏旱。8月下旬，副熱帶高壓脊線開始南撤，華北，華中雨季相繼結束。以上時序規(guī)律，反映了我國汛期暴雨洪水較集中地出現(xiàn)的原因及其南北移動的一般正常過程，如果副熱帶高壓脊在某一位置上遲到，早退或是停滯不前，則會產(chǎn)生嚴重的洪澇災害或旱災。此外，我國的地形特性對暴雨洪水的形成也有重大影響。由于青藏高原的存在，抑制了西部地區(qū)南北冷暖氣流的交換，加強了東部季風的強度，造成暴雨集中，降雨強度增大。另外我國自西向東三個階梯形的地貌，對西南暖濕氣流向大陸輸入的途徑和熱帶風暴登陸后的影響范圍都有明顯的制約作用，從而形成了特大暴雨多集中分布于第二階梯與第三階梯的接壤地帶。暴雨洪水的特征暴雨及其下墊面條件決定了暴雨洪水的特性?？偟膩碚f，我國暴雨洪水有一下兩個特點：洪水發(fā)生頻繁洪水峰高，洪量集中防洪措施簡介防洪措施是指防止或減輕洪水災害損失的各種手段和對策。它包括防洪工程措施和防洪非工程措施。防洪工程措施防洪工程措施指為控制和抗御洪水以減免洪水災害損失而修建的各種工程措施。防洪工程建設須根據(jù)流域和地區(qū)的防洪規(guī)劃要求進行，一般是在上游興建控制性水庫，攔蓄洪水，削減洪峰；在中下游平原進行河道整治、加固堤防、開辟蓄滯洪區(qū)，調整和擴大洪水出路，使其形成完整的防洪工程體系。防洪工程措施通過對洪水的蓄、滯、分、泄，起到防洪減災的效果。這種減災效果包括兩方面：其一是提高江河抗御洪水的能力，或是說提高了江河的防洪標準，從而減少了洪災的出現(xiàn)頻率；其二，出現(xiàn)超防洪標準的大洪水時，雖不能避免產(chǎn)生洪水災害，但可在一定程度上減輕洪災損失。必須知道的是，由于受自然、技術、經(jīng)濟等條件的限制，不能設想可以由防洪工程措施來實現(xiàn)對洪水的完全控制。即防洪工程措施只能減輕洪災損失，不能達到根除洪災。防洪非工程措施防洪非工程措施是指為了減少洪泛區(qū)洪水災害損失，采取頒布和實施法令、政策及防洪工程以外的技術手段等方面的措施。如洪水水情測報、預報和報警，防洪調度、防汛搶險、洪水風險管理、洪水災害保障等均屬于防洪非工程措施。建立洪水預報和洪水警報系統(tǒng)是防洪減災的有效技術手段。利用水情自動測報系統(tǒng)自動采集和傳輸雨情、水情信息，及時做出洪水預報；利用洪水預報的預見期，配合洪水調度和洪水演算，預見將出現(xiàn)的分洪、行洪災情，在洪水來臨前，及時發(fā)出洪水警報，以利分洪區(qū)居民安全轉移。洪水預報愈精確，預報預見期愈長，減輕洪災損失的作用愈大。防洪調度是運用防洪工程或防洪系統(tǒng)的各項工程及非工程措施，對汛期發(fā)生的洪水，有計劃地進行控制調節(jié)和預防工作。我國的暴雨洪水峰高、洪量集中且年際變化大的特點增加了防洪調度的難度，社會經(jīng)濟的發(fā)展和水庫運行目標的多樣化，增大了防洪調度的復雜性。流域洪水預報馬斯京根分段連續(xù)演算模型槽蓄曲線與演算公式洪水波經(jīng)過河段時，河槽需水量可分為兩部分：平行于河底的直線下面的槽蓄量，稱為柱蓄；此曲線與水面線之間的槽蓄量，水庫防洪調度水庫規(guī)劃設計階段防洪調度水庫規(guī)劃階段防洪調度研究的主要目的是為了確定水庫的防洪特征水位，主要參數(shù)及防洪經(jīng)濟效益，同時為興利效益提出水位的控制條件，并對水庫建成后特定來水條件下，水庫的調度原則和調度方式進行規(guī)定。水庫的調洪作用和任務通常洪水波在河槽中經(jīng)過一段距離時，由于槽蓄作用洪水過程線要逐步變形。一般是隨著洪水波沿河向下游推進，洪峰流量逐漸減小，而洪水歷時逐漸加長。水庫容積比一般河槽要大得多，對洪水的調蓄作用也比河槽要強的多。特別是當水庫有泄洪閘門控制的情況，洪水過程線的變形更為顯著。當水庫有下游防洪任務時，它的作用主要是削減下泄洪水流量，使其不超過下游河床的安全泄量。水庫的任務主要是滯洪，即在一次洪峰到來時，將超過下游安全泄量的那部分洪水暫時攔蓄在水庫中，待洪峰過后再將攔蓄的洪水下泄掉，騰出庫容迎接下一次洪水。有時水庫下泄的洪水與下游區(qū)間洪水或支流洪水遭遇，相疊加后其總流量會超過下游的安全泄量。這時就要求水庫起“錯峰”的作用，使下泄洪水不與下游洪水同時到達需要防護的地區(qū)，這是滯洪的一種特殊情況。若水庫是防洪和興利相結合的綜合利用水庫，則除了滯洪作用外還起蓄洪的作用。例如多年調節(jié)水庫在一般年份或庫水位較低時，?？赡軐⑷旮鞔魏樗紨r蓄起來供興利部門使用；年調節(jié)水庫則可攔蓄一部分洪水在興利庫容內，供枯水期興利部門使用。若水庫不需承擔下游防洪任務，則洪水期下泄流量可不受限制。但由于水庫本身自然對洪水有調蓄作用，客觀上仍起到滯洪的作用。當然，從興利部門的要求來說，更重要的是蓄洪。水庫安全標準與防護對象的防洪標準水庫安全標準是指涉及水工建筑物所采用的防洪標準，可用洪水重現(xiàn)期（或頻率）表示。水工建筑物的洪水標準分正常運用和非常運用兩種情況。與前者相應的洪水稱為涉及洪水；與后者相應的洪水為校核洪水。水工建筑物的洪水標準應按水利樞紐工程的“等”及建筑物的“級”，參照頒布的SL-252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》規(guī)定，確定其相應的洪水標準。該標準根據(jù)水利水電工程的規(guī)模、效益和在國民經(jīng)濟中的重要性將其劃分為五等；又根據(jù)水工建筑物所屬的工程等級及其在工程中的作用和重要性劃分為五級。根據(jù)水工建筑物的級別，該標準中規(guī)定了相應的洪水標準。必須指出，對于水庫安全標準一般應采用入庫洪水，如因資料等方面的原因而改用壩址洪水時，應估計二者的差異對水庫調洪計算結果的影響。防護對象防洪標準應采用防洪保護區(qū)相應河段控制斷面的設計洪水；該設計洪水由水庫壩址以上流域及壩址至控制斷面之間的區(qū)間兩部分洪水組成，應考慮二者的不同組合類型及其對水庫調洪計算結果的影響。水庫的防洪特征水位水庫的防洪特征稅水位包括：防洪限制水位、防洪高水位、設計洪水位和校核洪水位。確定這些特征水位是規(guī)劃設計階段的任務之一。對于綜合利用水庫而言，確定確定防洪特征水位時，必須根據(jù)水庫的興利任務，如灌溉、城鎮(zhèn)和工業(yè)用水、水力發(fā)電等引用水要求，以及水庫的防洪任務與水工建筑物的安全標準，分析河流的徑流變化規(guī)律，考慮興利庫容與防洪庫容可能結合的程度；還必須配合水利樞紐建筑物布置對泄洪建筑物的形式、尺寸、高程的選擇，擬定水庫防洪的運用方式，進行洪水調度計算。防洪限制水位是汛期水庫為興利目的蓄水允許達到的上限水位。該水位在規(guī)劃設計中作為水庫調度計算的起始水位。在水庫運行階段，汛期未出現(xiàn)洪水時，應嚴格控制水庫蓄水不超過防洪限制水位。出現(xiàn)洪水時，入庫洪水流量大于出庫流量，使水庫水位超出防洪限制水位，利用水庫防洪限制水位以上部分的容積攔蓄洪水，起滯蓄洪和消減洪峰流量的作用。一旦洪水調節(jié)過程出現(xiàn)了水庫調洪最高水位后的水位消落期，要求水庫應按合理確定的泄洪流量，盡快使水庫消落至防洪限制水位。對洪水的氣象成因的分析表明，汛期前后期存在不同的洪水成因及存在洪水的分期規(guī)律，則可推求各個時期的設計洪水，并確定各時期不同的防洪限制水位。防洪高水位是指出現(xiàn)與下游防洪保護對象防洪標準相應的設計洪水時，為確保下游防洪安全而進行水庫洪水調節(jié)過程，水庫出現(xiàn)的壩前最高調洪水位。防洪高水位至防洪限制水位之間的水庫容積稱為防洪庫容。當出現(xiàn)的洪水不超過與下游防洪保護對象防洪標準相應的洪水時，可利用防洪庫容調控入庫洪水，使水庫控制下泄流量與壩址至防洪點之間的區(qū)間來流量之和不超出河道安全泄量，以確保滿足下游防洪標準的安全要求。水庫在汛期控制運行中，必須將防洪高水位作為一個重要的控制水位。當出現(xiàn)的洪水不超過下游防洪標準時，應控制水庫最高蓄水位不超過此水位，同時應確保下游的防洪安全。當出現(xiàn)超下游防洪標準的大洪水時，水庫蓄水將超出防洪高水位。一旦出現(xiàn)這種情況，水庫應盡快改變運用方式，不再是以滿足下游防洪要求為目的，而應該轉變?yōu)閺乃畮斓陌踩蟪霭l(fā)，合理加大水庫的泄洪流量；即是說，出現(xiàn)這種超防洪標準的大洪水時，水庫安全已成為首要任務，下游發(fā)生洪水災害損失已在所難免。設計洪水位和校核洪水位是根據(jù)水庫安全標準規(guī)定采用的設計洪水和校核洪水分別確定的防洪特征水位。設計洪水是指出現(xiàn)與水工建筑物設計洪水相應標準的入庫洪水時，水庫調節(jié)洪水的過程出現(xiàn)的壩前最高蓄洪水位。它是水庫正常運行情況下允許臨時達到的最高蓄水位。校核洪水位是指出現(xiàn)與水工建筑物校核洪水相應標準的入庫洪水時，水庫調節(jié)洪水的過程出現(xiàn)的壩前最高蓄洪水位。它是水庫非常運行情況下允許臨時達到的最高蓄水位。規(guī)劃設計中以此水位作為大壩安全校核的依據(jù)。校核洪水位至防洪限制水位之間的水庫容積稱為調洪庫容。校核洪水位以下的水庫全部容積稱為水庫的總容積。水庫調洪方式水庫調洪方式是指根據(jù)水庫防洪要求（包括大壩安全和下游防洪），對一切洪水進行防洪調度時，利用泄洪設施泄放流量的過程變化的基本形式，也稱為水庫泄洪方式或水庫防洪調度方式。水庫調洪方式應根據(jù)泄洪建筑物的形式、是否擔負下游防洪任務以及下游防洪地點洪水組成情況等方面綜合考慮和選擇。水庫調洪方式主要包括固定泄量方式、防洪補償調節(jié)方式、錯峰調洪方式和保證大壩安全的調洪方式幾種。固定泄量方式適用于有下游防洪任務的水庫，水庫壩址距防洪控制點較近，區(qū)間洪水較小的情況。固定泄量是指當洪水不超過下游防洪標準時，水庫按下游河道安全泄量下泄。固定泄量方式可分為一般固定泄量方式和多級固定泄量方式。防洪補償調節(jié)方式是指當水庫壩址至下游防洪控制點之間存在較大區(qū)間面積，區(qū)間產(chǎn)生的洪水不能被忽略的情況下，當發(fā)生洪水未超過下游防洪標準相應的洪水時，水庫應根據(jù)區(qū)間流量的大小控洪，使水庫泄流量與區(qū)間洪水流量補償防洪控制點的河道安全泄量的調洪方式。錯峰調洪方式的基本做法是根據(jù)區(qū)間洪峰流量可能出現(xiàn)的某一時間段，水庫按減小的流量下泄（基本完全不泄水），以避免區(qū)間洪水與水庫下泄流量的組合出現(xiàn)超過防洪控制點的安全泄量。采用錯峰調洪方式時必須合理確定錯峰期的限洪流量及開始錯峰與停止錯峰的判斷條件。若水庫沒有下游防洪任務，從保證大壩安全出發(fā)，水庫在條件允許的前提下，應盡可能早泄、快泄。一般規(guī)定庫水位達到某一高程后，應采取敞開閘門的自由泄洪方式。若水庫承擔下游防洪任務，保證安全的水庫調洪方式與無下游防洪任務的調洪方式有相似之處，但也有差異。有下游防洪任務的水庫在制定正常運用標準或非常運用標準的調洪方式時，必須首先強調存在下游防洪要求的背景，因此發(fā)生洪水的初始階段，當水庫洪水信息不足以判斷該洪水屬于超下游防洪保護對象的防洪標準之前，水庫必須按下游防洪要求采取相應控洪方式。只有根據(jù)已發(fā)生的水情信息，判斷當前洪水已屬于超下游防洪標準的大洪水時，才能采用盡量加大泄量（或敞亮）的保證大壩安全的調洪方式。水庫防洪調度規(guī)則水庫防洪調度規(guī)則是根據(jù)水庫防洪調度的任務、防洪特征水位、水庫的調度方式、水庫泄流量的判別條件等，而編制的指導水庫防洪調度的操作指示。水庫防洪調度規(guī)則是水庫調度的重要組成部分。水庫調度方式的擬定是編制水庫防洪調度規(guī)則的基礎，水庫在不同情況下應合理選擇適宜的調洪方式，也即水庫調洪方式具有連貫性，因此防洪調度規(guī)則的制定也必須體現(xiàn)出各種條件下調洪方式的相互聯(lián)系及規(guī)則的連貫性。其次，不同條件下調洪方式的調整和轉換必須選擇可作為操作指示的判別指標。因此水庫防洪調度規(guī)則的制定包括洪水判別條件的選擇和調度規(guī)則的編制兩個部分。洪水判別條件常用的有水庫水位、入庫流量、一定時段的降雨量等指標，應根據(jù)各水庫的具體情況合理選用。防洪調度規(guī)則的編制是指在確定水庫的調洪方式及選定洪水判別條件的基礎上，將水庫在各種洪水條件的調洪方式加以總結和歸納，并根據(jù)洪水的判別條件，從常遇洪水一直到校核洪水，有序地、彼此連貫地逐一規(guī)定水庫泄水方式和操作方法，用明確規(guī)定的條文形成水庫的防洪調度規(guī)則。水庫防洪預案防洪預案也叫做防御洪水方案，即防御江河洪水災害等方案的統(tǒng)稱，是在現(xiàn)有工程設施條件下，針對可能發(fā)生的各類洪水災害而預先制定的防御方案、對策和措施。防洪預案是各級防汛指揮部門實施指揮決策和防洪調度、搶險救災的依據(jù)。水庫防洪預案是年度計劃階段的水庫防洪調度，我國GB17621－1998《大中型水電站水庫調度規(guī)范》規(guī)定，水庫調度管理單位應根據(jù)設計單位的防洪標準和水庫洪水調度原則，結合樞紐工程實際情況，制定年度洪水調度計劃，并上報有關部門（一般要求南方水庫于3月底前報批，北方水庫于5月底前報批）。承擔下游防洪任務的水庫，報上級主管部門審查批準，并報有關地方人民政府及流域機構備案。水庫防洪預案內容主要包括：計劃編制的指導思想及主要依據(jù)。除原設計劃外，還應闡明本年度存在的特殊情況，如工程缺陷、下游梯級水電站施工要求、庫區(qū)存在的問題等。樞紐工程概況及水庫運行原則。有關各項防洪指標的規(guī)定。洪水調度規(guī)則。繪制水庫洪水調度圖，并賦以文字說明。按不同洪水特點，規(guī)定控制條件和提出相應的調度措施。水庫洪水實時調度水庫洪水實時調度是其以前階段各種研究的實踐，是取得防洪、興利效益好壞的關鍵過程。所謂水庫實時調度，是指面臨洪水，利用水庫工程，根據(jù)既定的調度規(guī)則實施蓄洪方案。我們常說的洪水調度實際上也主要指的是實時調度。水庫洪水實時調度主要包括洪水預報、洪水調度和洪水調度總結三大部分。洪水預報對洪水的調度有著至關重要的作用，洪水預報利用水情自動預報系統(tǒng)獲取流域內的水量、水位、流量等數(shù)據(jù)信息，并通過各種洪水預報模型實現(xiàn)對洪水的預報。關于洪水預報已在前面詳細介紹，這里主要介紹洪水調度和洪水調度總結。洪水調度的特點洪水實時調度與規(guī)劃設計階段研究指定的防洪調度方案和年度洪水調度計劃中的洪水調度規(guī)則等，有一定的聯(lián)系，但有很大差異，且具有更大的難度，這是因為：面臨洪水的隨機性在設計階段，無論是為本身安全的水庫調洪計算還是為下游防洪的調洪計算，所依據(jù)的設計洪水，都是作為已知條件給定的；而實時防洪調度所面臨的洪水是未知的，或是預見期極短、預報精度不高的預報洪水，在當前氣象預報水平條件下，其雨情預報僅能作為參考。對面臨洪水未知或知之不確是實時調度的最大難點，此為其一。其二，設計階段所進行調洪計算，所給定的洪水都是特定頻率、特定過程的典型洪水；而實時調度所遇到的洪水絕大多數(shù)都是非典型的一般洪水。這就不可能完全恪守已作出的典型洪水調度方案進行調度。調度中既要符合設計的調度原則，又要根據(jù)實際發(fā)生而又未能準確預知的洪水，兼顧上、下游的要求，兼顧防洪、興利效益，當機立斷的控制洪水蓄洪過程。實時洪水調度的緊迫性在設計階段，對調洪演算的蓄洪過程一般是不計算決策用時和操作用時的；但在實際調度時，從收集雨情、做出方案、上報領導決策；下達操作命令和執(zhí)行及通知下游做好防汛準備等一系列過程，占時頗多，常使泄洪不及時，壅高了調洪水位，如后續(xù)洪水很大，會造成十分被動的局面。實時洪水調度無返回操作性設計階段的調洪演算，當某一時段或最終結果不符合要求時，可以調整蓄洪過程，重新演算；但實時洪水調度是不可返回操作的，對上一時段上的操作結果不論正確與否，都必須作為本時段操作的初始條件。為改正上一時段的失誤，只能在本時段及以后時段調整，這就可能加重后續(xù)時段水庫蓄洪的難度，甚至會導致調洪結果嚴重偏離調度原則，造成不應有的損失。水庫洪水調度概述水庫洪水調度的任務是，根據(jù)設計確定的樞紐工程設計洪水、校核洪水和下游防護對象的防洪標準，按照設計的調洪原則，在保證樞紐工程安全的前提下，攔蓄洪水和按規(guī)定控制下泄流量，盡量減輕或避免下游洪水災害。水庫洪水調度的原則是：大壩安全第一.按設計確定的目標、任務或上級有關文件規(guī)定進行洪水調度。遇下游堤防和分、滯洪區(qū)出現(xiàn)緊急情況時，在水情預報及樞紐工程可靠條件下，應充分六流域梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化運行算法概述所謂優(yōu)化算法，實際上就是一種搜索過程或規(guī)則，它是基于某種思想和機制，通過一定的途徑或規(guī)則來得到滿足要求的問題的解。它是一種以數(shù)學為基礎，用于求解各種工程問題優(yōu)化解的應用技術，是科學研究、工程技術和經(jīng)濟管理等領域的重要研究工具。生產(chǎn)過程的優(yōu)化計算，對提高生產(chǎn)效率和效益、節(jié)省資源具有重要作用，因此，一直受到廣泛重視，并在諸多工程領域得到迅速推廣和應用。水電系統(tǒng)的調度和生產(chǎn)是一個復雜的過程，通過優(yōu)化技術能充分發(fā)揮其優(yōu)勢和潛力，降低生產(chǎn)運行成本，對社會和企業(yè)提高效率和效益有重要意義。優(yōu)化算法按求解方式可以分為三類：枚舉法、啟發(fā)式算法和搜索算法。（1）枚舉法。枚舉出可行解空間內的所有可行解，以求出精確最優(yōu)解。對于連續(xù)問題，該方法要求先對其進行離散化處理，這樣就有可能產(chǎn)生離散誤差而永遠達不到最優(yōu)解。另外，當枚舉空間比較大時，該方法的求