水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行第二節(jié)水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的“以電定水”模式一、優(yōu)化課題與準(zhǔn)則（一）優(yōu)化課題（二）優(yōu)化準(zhǔn)則二、優(yōu)化數(shù)學(xué)模型三、數(shù)學(xué)模型求解方法（一）優(yōu)化課題“以電定水”模式的基本課題是：對于計劃期T（總時段數(shù)，時間范圍為t0~tT），在已知水電站總負(fù)荷過程和預(yù)測入庫流量過程等條件下，尋求使所采用的優(yōu)化準(zhǔn)則達(dá)到極值的水電站各時段工作機(jī)組的最優(yōu)臺數(shù)、組合及有功負(fù)荷在工作機(jī)組間的最優(yōu)分配，以及相應(yīng)的水庫蓄泄?fàn)顟B(tài)變化過程和泄流設(shè)施控制過程。（二）優(yōu)化準(zhǔn)則常用準(zhǔn)則包括：計劃期T內(nèi)的水電站輸入能Ein(T)最小計劃期T內(nèi)的水電站效率最大計劃期T內(nèi)的水電站能量損失△E(T)最小計劃期T內(nèi)的水電站引用水量W(T)最小二、優(yōu)化數(shù)學(xué)模型（一）目標(biāo)函數(shù)式1離散形式為為時段水電站總的輸入功率，；分別為時段號機(jī)組的輸入功率，，發(fā)電流量，，和機(jī)組（段）水頭，；表示時段以秒為單位的時段長，，為表述方便，用表示時段以小時為單位的時段長，。式2離散形式為為時段水電站總的引用流量，；分別為時段號機(jī)組的工作流量、啟動損失流量、空載流量及調(diào)相損失流量，。式3（二）約束條件1、電力系統(tǒng)約束（產(chǎn)出型約束）2、水庫特性約束3、水電站特性約束4、綜合利用約束5、初始條件約束6、非負(fù)約束1、電力系統(tǒng)約束t時段水電站總負(fù)荷（出力）第i號機(jī)組出力式42、水庫特性約束（1）水庫水量平衡約束令：則有t時段末庫蓄水量t時段初庫蓄水量t時段平均入庫流量t時段平均出庫流量t時段棄水流量式5（2）庫容曲線約束t時段末水庫上游水位庫容曲線函數(shù)式6（3）庫水位或庫蓄水量約束：t時段末水庫上游允許最低水位t時段末水庫上游允許最高水位t時段末水庫上游允許最小蓄水量t時段末水庫上游允許最大蓄水量式7（4）泄流設(shè)施泄流能力約束：水庫泄洪設(shè)施個數(shù)每種泄洪設(shè)施的孔數(shù)泄洪設(shè)施的最大泄洪流能力函數(shù)式8（5）下游水位流量關(guān)系約束t時段下游平均水位下游水位流量關(guān)系函數(shù)式93、水電站特性約束（1）機(jī)組（段）水頭：式10（2）機(jī)組預(yù)想出力限制：式11（3）機(jī)組出力限制：決定于機(jī)組運(yùn)行條件和電力線路限制等。如果電網(wǎng)不給定上線，則取預(yù)想出力值。式12（4）機(jī)組耗流量特性：若采用目標(biāo)函數(shù)式（頁7），則不需要該約束式。式134、綜合利用約束（1）出庫流量限制：t時段下游綜合利用要求的最小下泄流量式14（2）下游航運(yùn)約束，表示為：航運(yùn)要求的水位允許最大日變幅，一般還有水位允許最大1小時變幅限制。式155、初始條件約束計劃期初始庫水位式166、非負(fù)約束各種變量必須為非負(fù)值。約束條件的類型和數(shù)量主要與水電站的具體情況有關(guān)。除上述比較通用的約束外，對整個水電站還可能增加輸電線路過載能力及水利系統(tǒng)的其他要求等限制條件，為保證機(jī)組和整個水電站安全可靠工作，還可能對機(jī)組臺數(shù)、組合、啟停次序及機(jī)組連續(xù)工作時間和停機(jī)時間提出相應(yīng)的約束要求。三、數(shù)學(xué)模型求解方法（一）模型變量分析長中短期水電站水庫運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化模型均具有相同的變量特點，為了選擇各種時間尺度模型求解中的狀態(tài)變量和決策變量，在介紹模型求解方法之前，這里首先討論一下模型變量關(guān)系，并確定關(guān)鍵性變量。1、模型已知數(shù)據(jù)（1）水電站水庫基本特性：庫容曲線、下游水位流量關(guān)系各機(jī)組水頭損失函數(shù)預(yù)想出力函數(shù)耗流量特性函數(shù)各泄流設(shè)施的最大泄流能力函數(shù)（2）實時（或預(yù)測）數(shù)據(jù)：各時段（t=1~T）長，電網(wǎng)給的時段負(fù)荷和入庫流量，時段末水庫上游允許最低和最高水位、，各機(jī)組的最小和最大出力、，下游綜合利用要求的最小下泄流量，航運(yùn)要求的下游最低水位和允許最大日變幅，計劃期初始庫水位。2、模型未知變量（1）水庫類變量：各時段末水庫上游水位和蓄水量，各時期段水庫下游水位、棄水流量（2）水電站機(jī)組類變量：各時段各機(jī)組水頭損失、水頭、預(yù)想出力、機(jī)組出力及發(fā)電流量3、模型關(guān)鍵性變量討論（1）時段末庫蓄水量。如果已知，查庫容曲線可以得到，根據(jù)水庫水量平衡方程式可以反算總出庫流量，由總出庫流量查下游水位流量關(guān)系曲線得下游水位，而棄水流量和總發(fā)電流量如何分配，則決定于水電站運(yùn)行方式，即必須知道各機(jī)組出力或發(fā)電流量。所以，水庫類關(guān)鍵變量是或。（2）時段機(jī)組發(fā)電出力或流量。如果已知各機(jī)組發(fā)電流量，可根據(jù)水庫類關(guān)鍵變量和式10計算水頭損失和水頭，由再根據(jù)預(yù)想出力函數(shù)式(11)

計算，并根據(jù)和查機(jī)組耗流量特性式(13)得機(jī)組出力。同樣如果知道，也可以迭代求解和其他變量，所以，水電站類關(guān)鍵變量是機(jī)組出力或機(jī)組發(fā)電流量。由此可見，水庫類和水電站類關(guān)鍵變量之間具有唯一的轉(zhuǎn)換關(guān)系，無論以哪個變量為決策變量，均可以計算其他系列變量。具體選用哪個變量為決策變量應(yīng)視模型時間尺度類型（中長期或短期）、給定負(fù)荷約束或用水量約束、以及計算的快捷方便程度而定。（二）模型求解方法由于式（3）不考慮機(jī)組啟停水量損失，則用水量最小模型就大為簡化，因為不必考慮時段之間的關(guān)聯(lián)，可以將該模型分解為T個獨(dú)立的實時經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型，分別按照第二章介紹的方法進(jìn)行求解即可。運(yùn)用動態(tài)規(guī)劃法求解實時經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型，可以得到任意機(jī)組組合或全廠的最優(yōu)動力特性曲線，該曲線是以水頭H為參數(shù)的曲線簇。但由于計劃期內(nèi)負(fù)荷過程變動或入庫流量過程變化較大時就會造成水庫水位或下游尾水位波動較大，因此，各時段水頭可能差別較大，且在沒有確定出庫流量之前，無法計算水電站或機(jī)組（段）水頭，這就需要采用迭代法進(jìn)行逐時段計算，具體步驟如下：（1）對于任一時段t（），假設(shè)出庫流量，并令總發(fā)電流量。（2）根據(jù)水庫水量平衡方程式（5）計算時段末庫蓄水量V（t+1），如果V（t+1）>

，則令、且。由V（t+1）查庫容曲線可以得到，由查下游水位流量關(guān)系曲線得下游水位，由式（10）可計算水電站或機(jī)組（段）水頭。（3）根據(jù)和時段負(fù)荷，查事先編制好的全廠（或調(diào)用計算軟件制定的制定機(jī)組組合下的）最優(yōu)動力特性曲線，可以得到該時段水電站應(yīng)投入的機(jī)組臺數(shù)、各機(jī)組編號（或組合）、各機(jī)組所分配的負(fù)荷以及各機(jī)組發(fā)電流量和全廠發(fā)電流量。（4）如果（為流量迭代允許誤差），則令，并調(diào)整（應(yīng)注意不小于綜合利用最小下泄流量），重復(fù)（2）~（3）直至收斂為止；否則，說明該時段迭代計算已經(jīng)收斂，可以進(jìn)入下個時段的優(yōu)化分配，直至所有時段計算完成。由于實際情況非常復(fù)