水電站水庫中長期發(fā)電調(diào)度

水電站水庫中長期發(fā)電調(diào)度第一頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度特點(diǎn)水庫中長期運(yùn)行調(diào)度是研究在較長的時期（季、年、多年）內(nèi)的最優(yōu)運(yùn)行調(diào)度方式制定和實(shí)施的相關(guān)問題。2第二頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度特點(diǎn)

水庫中長期運(yùn)行由于跨越時間較長，其調(diào)度具有以下特點(diǎn)：1.受天然來水劇烈變化和水庫調(diào)節(jié)能力的影響顯著水電站水庫在長時期內(nèi)所利用的天然來水變化劇烈，在時間上（年內(nèi)和年際間）的分配極不平均，與用電和用水方式的適應(yīng)性較差。為充分利用天然來水，更好的滿足發(fā)電、用水等需求，必須具有較大調(diào)節(jié)能力的水庫。因此，多變的天然入庫徑流和水庫的調(diào)節(jié)能力對水電站及其水庫的長期運(yùn)行方式有顯著的影響。3第三頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度特點(diǎn)水電站水庫長期運(yùn)行方式一般用以年為周期的電力系統(tǒng)年負(fù)荷圖上的工作位置及相應(yīng)的在一年內(nèi)逐時段（旬、月）的平均出力過程、引用流量、蓄水量、上下游水位、水頭等變化過程表示。當(dāng)水庫規(guī)模一定時，水庫長期調(diào)度方式取決于天然徑流的大?。涸谠O(shè)計枯水條件，按保證運(yùn)行方式工作；在一般豐水條件，按最優(yōu)運(yùn)行方式工作；在特枯水條件，按最優(yōu)破壞運(yùn)行方式工作。4第四頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度特點(diǎn)當(dāng)天然入庫徑流一定時，水電站水庫運(yùn)行方式主要取決于水庫調(diào)節(jié)能力：無調(diào)節(jié)或短期調(diào)節(jié)能力水電站的長期運(yùn)行方式不能用來指導(dǎo)和控制其較長時間內(nèi)的運(yùn)行調(diào)度，僅能用于編制電力系統(tǒng)長期電力電量平衡，設(shè)備檢修，負(fù)荷備用以及水利系統(tǒng)長期水量平衡；具有較大調(diào)節(jié)能力水電站長期運(yùn)行方式，除用于編制電力系統(tǒng)和水利系統(tǒng)的有關(guān)長期計劃外，主要用來指導(dǎo)和控制長期運(yùn)行調(diào)度。5第五頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度特點(diǎn)2.調(diào)度信息的隨機(jī)性和不確定性使調(diào)度更加復(fù)雜水電站及其水庫本身的工作條件非常復(fù)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之間有著廣泛而密切的聯(lián)系，還與社會、經(jīng)濟(jì)、行政和生態(tài)環(huán)境等方面有著種種聯(lián)系和相互影響；而決定這些內(nèi)外部條件、聯(lián)系和影響的原始信息（天然來水徑流、電力負(fù)荷、其它部門需求等）受到多種不確定因素的影響難以準(zhǔn)確預(yù)知，因而給水庫中長期運(yùn)行方式的制定帶來極大困難。6第六頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度特點(diǎn)3.計算期和計算時段的考慮更加復(fù)雜長期運(yùn)行調(diào)度方式計算常以“年”為計算期，將計算期分為歷時不等或相等的若干計算時段（旬、月、季）。計算中所使用的流量、負(fù)荷、出力、水位、水頭等信息指標(biāo)為計算時段的平均指標(biāo)。這種對時段內(nèi)變化著的信息指標(biāo)的均化造成一定程度的失真，可能引起一定的誤差。7第七頁，共115頁。4.1水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度特點(diǎn)4.分時上網(wǎng)電價政策對中長期優(yōu)化運(yùn)行提出了新的要求隨著電力體制改革的推進(jìn)和發(fā)電側(cè)市場的開發(fā)，我國不少省網(wǎng)已經(jīng)實(shí)施上網(wǎng)電價政策，即按實(shí)際情況上浮、下浮，峰谷價差可適當(dāng)拉大，高峰電價可為低谷電價的2~4倍甚至更高。分時電價的實(shí)施，使得在進(jìn)行中長期優(yōu)化調(diào)度時，必須考慮電價因子的影響作用，使發(fā)電公司獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。8第八頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法一、徑流描述基本方法水電站未來時期的入庫徑流實(shí)質(zhì)上是一個具有各種復(fù)雜周期（特別是年周期）的非平穩(wěn)隨機(jī)過程。對徑流的描述應(yīng)力求較全面、較真實(shí)地反映這一基本規(guī)律和特點(diǎn)。迄今為止，廣為采用兩類傳統(tǒng)的徑流描述方法，即時歷法與統(tǒng)計法。9第九頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法歷時法：以過去實(shí)測（包括插補(bǔ)延長）的或預(yù)報的徑流時歷特性資料來描述和預(yù)測徑流未來變化規(guī)律。其出發(fā)點(diǎn)是假定已出現(xiàn)的或預(yù)報的徑流過程及其特征量（如日流量、洪峰流量、枯水期水量、年徑流）可以反映徑流未來的變化規(guī)律。顯然，從隨機(jī)過程理論觀點(diǎn)看，這種假定并不完全符合實(shí)際。盡管如此，因?yàn)檫^去實(shí)測或預(yù)報的徑流時歷特性反映了徑流在一定時期的連續(xù)性和周期性，并間接地反映著徑流的某些統(tǒng)計特性。10第十頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法統(tǒng)計法：以過去實(shí)測徑流系列的某些周期特性量（如年徑流、枯水期徑流和洪峰流量等）的統(tǒng)計特性資料描述和預(yù)測徑流變化規(guī)律，其出發(fā)點(diǎn)是，將徑流的這些周期特征量當(dāng)做隨機(jī)變量處理，利用這些隨機(jī)變量的統(tǒng)計參數(shù)（均值、變差、偏態(tài)）及相應(yīng)的概率分布描述徑流的變化規(guī)律。它可以在一定程度上綜合概括徑流變化的各種可能情況，但不易反映徑流變化的連續(xù)性。11第十一頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法為探索既能反映徑流變化“連續(xù)性”，又能刻畫其“隨機(jī)性”的徑流描述方法，自20世紀(jì)50、60年代以來，產(chǎn)生了基于隨機(jī)過程理論的概率分析法和統(tǒng)計模擬法兩類徑流描述新方法。概率分析法是以隨機(jī)過程的一組統(tǒng)計參數(shù)和相應(yīng)的一組概率分布函數(shù)來描述和預(yù)測徑流變化規(guī)律。隨機(jī)模型一般采用周期性時間離散的馬爾可夫過程或獨(dú)立時間序列，此法又稱為顯隨機(jī)法。12第十二頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法統(tǒng)計模擬法又稱蒙特卡洛法，是以按隨機(jī)過程理論和時間序列模型經(jīng)統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的人工生成徑流系列來描述和預(yù)測徑流變化規(guī)律的。由于人工生成的徑流系列比原始實(shí)測徑流系列長得多，能隱含地反映徑流的隨機(jī)特性，故此類方法又稱隱隨機(jī)法。13第十三頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法二、徑流過程描述方法1.確定性徑流過程確定性徑流過程，是指調(diào)度期T內(nèi)任一時段t水庫入庫流量Qrk(t)是一個確定值。主要包括以下幾類確定性徑流過程：歷史徑流過程。對一年及以內(nèi)歷時的歷史徑流過程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度計算，主要用于評價實(shí)際調(diào)度水平；對于多年歷時的歷史徑流過程優(yōu)化調(diào)度計算，則主要用于編制中長期優(yōu)化調(diào)度方案。14第十四頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法人工生成徑流序列。根據(jù)徑流統(tǒng)計參數(shù)，采用一定的隨機(jī)生成方法，產(chǎn)生長系列（一千年、一萬年）的徑流過程，用于編制具有統(tǒng)計規(guī)律的中長期優(yōu)化調(diào)度方案。預(yù)報徑流過程。采用中長期徑流預(yù)報方法，預(yù)測未來幾個月、一年甚至多年的徑流過程，用于水電站水庫中長期調(diào)度計劃的制度。15第十五頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法2.隨機(jī)性徑流過程徑流過程的隨機(jī)描述，是將入庫徑流過程視為以年為周期的隨機(jī)過程。在水庫優(yōu)化調(diào)度中，水庫如流常采用以下幾種隨機(jī)描述：獨(dú)立隨機(jī)序列。各時段的入庫流量為相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，其T維分布函數(shù)可表示為16第十六頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法馬爾可夫過程，也稱無后效性隨機(jī)過程。它具有如下性質(zhì)：設(shè)時段t-1,t-2,…,t-m(m<t)入庫流量分別為Qrk(t-1),Qrk(t-2),…,Qrk(t-m)，t時段入庫流量為Qrk(t)的條件概率僅與Qrk(t-1),Qrk(t-2),…,Qrk(t-m)有關(guān)，而與t-m以前的入庫流量無關(guān)，即17第十七頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法混合隨機(jī)過程。對于調(diào)度期T個時段，與左右相鄰時段徑流相關(guān)性不顯著的時段，作為獨(dú)立隨機(jī)序列，采用一維概率分布Ft[Qrk(t)]；對于相鄰時段徑流相關(guān)者，視為簡單馬爾可夫鏈，采用二維聯(lián)合分布Ft[Qrk(t-1),Qrk(t)]或條件概率分布Ft[Qrk(t)|Qrk(t-1)]描述?；旌蠌搅鬟^程是這兩種不同性質(zhì)的隨機(jī)序列組成的隨機(jī)過程。18第十八頁，共115頁。4.2水電站水庫入庫徑流描述方法應(yīng)用隨機(jī)過程的方法描述入庫徑流過程，主要用于編制具有統(tǒng)計規(guī)律的中長期優(yōu)化調(diào)度方案。19第十九頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法一、中長期調(diào)度方法及分類水庫中長期運(yùn)行調(diào)度按是否采用優(yōu)化技術(shù)可分為常規(guī)調(diào)度和優(yōu)化調(diào)度。20第二十頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法常規(guī)調(diào)度是根據(jù)已有的實(shí)測水文資料，計算各種興利調(diào)度線，并與各種特征水位線相結(jié)合，計算和編制水庫調(diào)度圖，以此作為水電站水庫控制運(yùn)行的工具。常規(guī)調(diào)度圖簡單直觀，能利用調(diào)度和決策人員的經(jīng)驗(yàn)，對調(diào)度起一定的指導(dǎo)作用。然而，常規(guī)調(diào)度利用的調(diào)度信息有限，理論上不夠嚴(yán)密，所確定的運(yùn)行調(diào)度方式和相應(yīng)的決策只能是相對合理的，難以達(dá)到水電站水庫的最優(yōu)運(yùn)行，難以處理多目標(biāo)的復(fù)雜問題。21第二十一頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法為了能夠利用所獲取的各種調(diào)度信息，解決更復(fù)雜的水庫調(diào)度問題，就需要采用優(yōu)化調(diào)度方法。優(yōu)化調(diào)度方法是指運(yùn)用系統(tǒng)工程理論和最優(yōu)化技術(shù)，借助電子計算機(jī)尋求達(dá)到極值的最優(yōu)運(yùn)行策略及相應(yīng)決策。簡而言之，就是根據(jù)水庫入流過程和綜合利用要求，考慮水電站水庫的運(yùn)行特征和實(shí)時狀態(tài)，制定并實(shí)現(xiàn)水庫中長期運(yùn)行調(diào)度方式，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。22第二十二頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法水電站水庫優(yōu)化調(diào)度關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，調(diào)度得當(dāng)，其增加的效益相當(dāng)可觀，國內(nèi)外實(shí)踐表明，水電站優(yōu)化調(diào)度一般可增加1%7%的發(fā)電效益。水電站水庫優(yōu)化調(diào)度作為流域梯級發(fā)電公司生產(chǎn)技術(shù)管理和電力營銷中的一項重要工作，是發(fā)揮水庫水電站潛力，參與市場競爭，充分利用水電資源多發(fā)潔凈電能，減少其他能源消耗的有效措施；此外梯級水電站群上下游水力、電力聯(lián)系密切，優(yōu)化調(diào)度經(jīng)濟(jì)效益更為顯著，否則，會造成無益棄水，直接影響發(fā)電效益。23第二十三頁，共115頁。張勇傳（中國工程院院士）長期從事水電能源的教學(xué)與科學(xué)研究工作，在水電能源領(lǐng)域有較深的造詣。從50年代末開始電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度研究。1963年編著出版了《水電站水庫調(diào)度》。從70年代末開始，在水庫運(yùn)行基礎(chǔ)理論、規(guī)劃決策與風(fēng)險管理、水電站計算機(jī)控制領(lǐng)域不斷取得重要突破和進(jìn)展。主持和負(fù)責(zé)的“柘溪水電站優(yōu)化調(diào)度”，使柘溪成為我國第一個成功地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度的大中型電站。獲重要獎勵（國家科技進(jìn)步一等獎、三等獎和省部級一、二等獎）11項。24第二十四頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法二、中長期優(yōu)化運(yùn)行的最優(yōu)準(zhǔn)則研究水電站水庫優(yōu)化調(diào)度時，首先要明確所謂最優(yōu)是什么，這就是最優(yōu)目標(biāo)或最優(yōu)準(zhǔn)則問題。這一準(zhǔn)則一般有數(shù)量和質(zhì)量兩方面，例如如何使產(chǎn)品（發(fā)電）的經(jīng)濟(jì)效益最大，如何使供電供水的質(zhì)量最高。25第二十五頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法從使經(jīng)濟(jì)效益最大的角度出發(fā)，主要體現(xiàn)在下列幾種最優(yōu)準(zhǔn)則。

1.國民經(jīng)濟(jì)效益最大或費(fèi)用最小：全面，但少用。

2.電力系統(tǒng)的總耗煤量最?。合到y(tǒng)整體準(zhǔn)則。

3.水電站發(fā)電量（發(fā)電效益）最大：一般常用，屬局部準(zhǔn)則?！?6第二十六頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法1.國民經(jīng)濟(jì)總費(fèi)用最小準(zhǔn)則在確保系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，充分滿足水利電力系統(tǒng)用電用水需求，同時考慮到可靠性遭到破壞時，整個水利電力系統(tǒng)所引起的損失，以水利電力系統(tǒng)內(nèi)國民經(jīng)濟(jì)總費(fèi)用最小為準(zhǔn)則?！芔----水利電力系統(tǒng)總費(fèi)用；

UP，UI，UN，UM----分別表示發(fā)電、灌溉、航運(yùn)及其他部門的運(yùn)行費(fèi)用；

LP，LI，LN，LM----分別表示發(fā)電、灌溉、航運(yùn)及其他部門由于水量不足所引起的損失費(fèi)用。27第二十七頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法2.電力系統(tǒng)總?cè)剂腺M(fèi)用最小該準(zhǔn)則的基本觀點(diǎn)是，在保證電力系統(tǒng)電力、電量平衡的基礎(chǔ)上，實(shí)行水、火電站的最優(yōu)調(diào)度，充分發(fā)揮水電站的作用，使得系統(tǒng)的總?cè)剂腺M(fèi)用最低。

U----火電站總?cè)剂腺M(fèi)；

ui----第i個火電站的燃料費(fèi)。28第二十八頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法3.水電站發(fā)電量（效益）最大準(zhǔn)則該準(zhǔn)則是指在滿足各綜合利用部門用水要求的條件下，使得水電站發(fā)電量最大。

A—水電站綜合效率系數(shù)

Ct

—水電站分時電價29第二十九頁，共115頁。4.3水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法三、中長期運(yùn)行調(diào)度計劃制定與修正通過常規(guī)調(diào)度圖或優(yōu)化調(diào)度，可以制定水電站水庫中長期調(diào)度計劃。在生產(chǎn)實(shí)際中，應(yīng)考慮長、中、短期預(yù)報的不斷修正：30第三十頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度水庫常規(guī)調(diào)度的基本依據(jù)是水庫調(diào)度圖。調(diào)度圖是根據(jù)河川徑流特性及電力系統(tǒng)和綜合用水部門的要求，按水庫調(diào)度的目的進(jìn)行編制的曲線圖，它是水電站及其水庫調(diào)度規(guī)則函數(shù)的一種重要表達(dá)形式。31第三十一頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度水庫調(diào)度規(guī)則函數(shù)是體現(xiàn)特定調(diào)度規(guī)則、用以指導(dǎo)水庫運(yùn)行的一種函數(shù)。水庫調(diào)度規(guī)則函數(shù)一般根據(jù)水庫當(dāng)時的狀態(tài)決定水電站水庫的運(yùn)行計劃。在k時段初，水庫水位已知，面臨時段的天然來水由預(yù)報得知，調(diào)度規(guī)則函數(shù)如下：32第三十二頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度一、水庫發(fā)電常規(guī)調(diào)度圖的組成水庫調(diào)度圖以時間為橫坐標(biāo)，以水庫蓄水量或水位為縱坐標(biāo)，由一些控制水庫蓄水和供水的指示線所組成，它綜合反映了各種來水條件下的水庫調(diào)度規(guī)則。在實(shí)際運(yùn)行中，即使缺乏水庫來水的徑流預(yù)報，只要根據(jù)水庫實(shí)際蓄水狀態(tài)，按照調(diào)度曲線和調(diào)度規(guī)則，就可確定水電站水庫各時刻的工作狀態(tài)。按照水庫調(diào)度圖進(jìn)行調(diào)度，可以使各種調(diào)度矛盾得到比較合理的解決，較好的滿足各方要求。33第三十三頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度制定水庫調(diào)度圖的原則在設(shè)計枯水年份，水電站能按照保證出力工作，不能使正常供電遭受破壞；在平水年或豐水年份，合理利用多余水量，多發(fā)電，少棄水，節(jié)約系統(tǒng)中的火電燃料費(fèi)用；遇到特枯年份，盡可能減輕水電站正常工作的破壞程度，減輕對國民經(jīng)濟(jì)所造成的損失；盡可能滿足綜合利用部門的要求，包括水利部門對水庫所承擔(dān)的灌溉、航運(yùn)、供水等以及電力部門對水電站所承擔(dān)的負(fù)荷與電量的要求。34第三十四頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度保證出力區(qū)降低出力區(qū)防洪區(qū)zt加大出力區(qū)預(yù)想出力區(qū)基本調(diào)度線1---防破壞線；2----限制出力線；3---防棄水線。21335第三十五頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度

水庫發(fā)電常規(guī)調(diào)度圖是各種調(diào)度規(guī)則的綜合體現(xiàn)。它是利用徑流的歷時特性和統(tǒng)計特性，按照上述要求所指定出的調(diào)度線圖。包括下列調(diào)度線和調(diào)度區(qū)：（1）基本調(diào)度線和保證出力區(qū)

基本調(diào)度線分為上基本調(diào)度線（防破壞線）和下基本調(diào)度線（限制出力線）。它們之間的區(qū)域稱為保證出力區(qū)，實(shí)際蓄水位落到此區(qū)，水電站按保證出力工作。它們體現(xiàn)了設(shè)計來水條件下水電站保證運(yùn)行方式及相應(yīng)的調(diào)度規(guī)則。36第三十六頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度保證出力:是指水電站在多年運(yùn)行期間所能提供的具有一定保證率的電力，或者說，是相對于設(shè)計保證率的供水期的平均出力。保證率：水電站正常工作不遭受破壞的相對歷時。37第三十七頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度（2）加大出力線和加大出力區(qū)在上基本調(diào)度線以上按照各時刻同樣的加大出力比例繪制的調(diào)度線稱為加大出力線，如取基本調(diào)度線所對應(yīng)的保證出力的1.1、1.2倍……，可給出一組加大出力線，最大的一條稱為防棄水線。上基本調(diào)度線以上到防棄水線之間的區(qū)域稱為加大出力區(qū)。實(shí)際蓄水位落在此區(qū)，水電站按加大出力調(diào)度線的流量工作。加大出力線是體現(xiàn)多水條件下對水庫多余水量的合理利用方式及相應(yīng)的調(diào)度規(guī)則。38第三十八頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度（3）防棄水線和預(yù)想出力區(qū)最大的一條加大出力線稱為防棄水線。防棄水線以上的區(qū)域稱為預(yù)想出力區(qū)。實(shí)際蓄水位落在此區(qū)，為減少棄水，水電站應(yīng)按預(yù)想出力全流量工作。39第三十九頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度（4）降低出力線和降低出力區(qū)在下基本調(diào)度線以下，按照各時刻同樣的降低出力比例可繪制一組降低出力線，例如取下基本調(diào)度線所對應(yīng)的保證出力的0.9、0.8倍……。下基本調(diào)度線以下為降低出力區(qū)。實(shí)際蓄水位落到此區(qū),可按降低出力線的流量工作。降低出力線是體現(xiàn)水電站在特枯水條件下水庫蓄水又不足時，水電站正常工作合理破壞的方式及相應(yīng)的調(diào)度規(guī)則。40第四十頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度（5）防洪調(diào)度線及防洪限制區(qū)該區(qū)是為攔蓄設(shè)計洪水，消減最大洪峰流量，在滿足水庫及下游安全的前提下合理利用防洪庫容所擬定的調(diào)度線與調(diào)度區(qū)(即各時期防洪限制水位，汛限水位約束了發(fā)電蓄水高程)。41第四十一頁，共115頁。三峽電站年調(diào)度圖圖中水位為月末水位值，單位為m。I：防洪區(qū)，按裝機(jī)容量發(fā)電，1820萬KWII：預(yù)想處理區(qū)III：保證出力區(qū)，499.6萬KWIV：降低出力區(qū)，（統(tǒng)一按80％保證出力區(qū)發(fā)電）42第四十二頁，共115頁。43第四十三頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度對于某一個具體水電站水庫而言，水庫常規(guī)調(diào)度圖的組成和形式是由水庫任務(wù)、調(diào)節(jié)性能以及其在電力系統(tǒng)中的作用等因素所決定的。44第四十四頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度二、水庫發(fā)電常規(guī)調(diào)度圖的繪制方法繪制調(diào)度圖的基本依據(jù)來水流量資料，包括歷時特性資料（如歷年逐月或旬的平均來水流量資料）和統(tǒng)計特性資料（如年或月頻率特性曲線）。水庫水位庫容關(guān)系資料和下游水位流量關(guān)系資料。45第四十五頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度水庫的各種興利特征水位和防洪特征水位等。水電站動力特性資料，包括水輪機(jī)運(yùn)行綜合特性曲線，引水系統(tǒng)水力損失等資料。水庫的綜合利用要求，如灌溉、航運(yùn)的要求等。46第四十六頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度繪制常規(guī)調(diào)度圖的基本方法從歷史實(shí)測徑流資料中選出若干與水電站設(shè)計保證率相應(yīng)的水文過程，以水電站設(shè)計參數(shù)為約束、水庫特征水位為邊界條件進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計算，得出與各水文過程相應(yīng)的水庫蓄水過程線，而后分別取其上、下包絡(luò)線得上、下基本調(diào)度線；再以上、下基本調(diào)度線為邊界條件，往上繪制加大出力線、往下繪制降低出力線。出力值等于電站在相應(yīng)水頭下所能發(fā)出最大出力的那根加大出力線為預(yù)想出力。47第四十七頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度(一)年調(diào)節(jié)發(fā)電水庫基本調(diào)度線的繪制年調(diào)節(jié)水電站的工作一般可能出現(xiàn)三種情況：來水較豐時，枯水期能向電力系統(tǒng)提供大于其設(shè)計值的出力；來水特枯年份，枯水期只能向系統(tǒng)提供小于其設(shè)計值的出力；來水頻率等于水電站設(shè)計保證率時，枯水期向系統(tǒng)提供等于其設(shè)計值的出力。發(fā)電水庫的基本調(diào)度線依據(jù)第三種水文情況按供水期和蓄水期分別繪制。48第四十八頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度供水期基本調(diào)度線的繪制設(shè)計典型年和保證出力的選取：根據(jù)水電站性能和特點(diǎn)及其在電力系統(tǒng)中的地位和作用，選定設(shè)計保證率。查保證出力—頻率曲線得相應(yīng)的設(shè)計保證出力Nf。查流量—頻率曲線得相應(yīng)的設(shè)計流量。取平均出力或平均流量接近于設(shè)計值的幾年為設(shè)計典型年，得若干年的流量過程。49第四十九頁，共115頁。逆時序水能計算：從供水期末的死水位開始，供水期初的正常水位為起點(diǎn)，按保證出力運(yùn)行方式，由定時段末水庫存水量Vk，時段平均來水Ik和出力Nf，求時段初水庫存水Vk-1和流量Qk。得若干年的蓄水過程線：繪制蓄水過程線：將所得蓄水過程線點(diǎn)繪于坐標(biāo)系內(nèi)。作上、下包絡(luò)即得基本調(diào)度線。將下包線供水期末水位死水位修正到與上包線重合。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度50第五十頁，共115頁。Vt51第五十一頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度蓄水期基本調(diào)度線的繪制蓄水期基本調(diào)度線的繪制與供水期基本相同，即根據(jù)前面選出的若干典型年修正后的來水過程，找出這些年份蓄滿水庫的時刻。從該時刻正常高水位開始，按保證出力圖逆時序進(jìn)行水能計算，直到水庫水位降至死水位，得出各年發(fā)保證出力的蓄水指示圖，取其上包絡(luò)線為上基本調(diào)度線，下包絡(luò)線為下基本調(diào)度線。52第五十二頁，共115頁。Vt53第五十三頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度基本調(diào)度圖將供水期和蓄水期的基本調(diào)度線繪制在同一張圖上，就得到全年的基本調(diào)度圖。水庫水位位于上基本調(diào)度線時電站發(fā)保證出力體現(xiàn)了時歷法保守性的一面，因此又叫防破壞線；水庫水位位于下基本調(diào)度線時電站發(fā)保證出力體現(xiàn)了時歷法風(fēng)險性的一面，因此又叫限制出力線。54第五十四頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度加大出力和降低出力線（1）加大出力線年調(diào)節(jié)水電站水庫在運(yùn)行中，當(dāng)天然來水量較豐時，在ti時刻水庫實(shí)際水位比該時刻水庫上基本調(diào)度線高出ΔZi時，則水電站應(yīng)加大出力以充分利用多蓄的水量，通?？刹捎靡韵氯N方式：55第五十五頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度

立即加大出力，使多余水量盡快放掉。該方式出力不均勻，由于短時間內(nèi)出力突增，對系統(tǒng)中火電站的運(yùn)行不利。后期集中加大出力，該方式出力也不均勻，但可使水電站在較長時期保持較高水頭運(yùn)行，較第一種方式多發(fā)電量。但如果汛期提前到來，則有可能產(chǎn)生不應(yīng)有的棄水。均勻加大出力，該方式增加出力均勻，對系統(tǒng)中的發(fā)電站運(yùn)行有利，也能充分利用多余水量，是經(jīng)常采用的一種增加出力方式。56第五十六頁，共115頁。（1）立即加大出力。使水庫水位在時段末ti+1就落在上調(diào)度線①上。（2）后期集中加大出力（線②）。這種方式可使水電站較長時間處于較高水頭下運(yùn)行，對發(fā)電有利，但出力不均勻。（3）均勻加大出力（線③）。使出力均勻，充分利用水能資源。④①③②⑥⑤1——下基本調(diào)度線；2——上基本調(diào)度線4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度57第五十七頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度加大出力線的計算枯水典型年法(圖4-6)：根據(jù)防破壞線和保證出力進(jìn)行水能計算，推求出相應(yīng)的水庫徑流過程，作為計算枯水典型年徑流過程。確定不同級別的加大出力，分別用計算枯水典型年徑流過程，從供水期末防破壞線上相應(yīng)的指示水位起，對整個調(diào)節(jié)年進(jìn)行逆時序計算，直至蓄水期初庫水位回落至相應(yīng)水位為止，求得各級加大出力在各時段初的水庫蓄水水位。將各級指示水位分別點(diǎn)繪于基本調(diào)度圖并連接成線，除去正常蓄水位以上部分，即得一組加大出力線。58第五十八頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度（2）降低出力線當(dāng)遇特枯年份，天然來水很小時，水電站按保證出力工作一段時間后，水庫水位會降到下基本調(diào)度線以下，此時，水電站的正常工作將遭到破壞。這種情況下，為減小正常工作的破壞程度，有下面三種調(diào)度方式：59第五十九頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度立即減小出力，使水庫水位經(jīng)過Δt后很快回蓄到下基本調(diào)度線上，這樣破壞時間較短。繼續(xù)按保證出力圖工作，直到死水位，以后按天然來水流量工作，該方式如后期來水很少，將引起集中的嚴(yán)重破壞。均勻減小出力至供水期末，該方式使正常工作均勻破壞，破壞程度小，降低調(diào)度線一般按此種方式繪制。60第六十頁，共115頁。（1）立即降低出力（線④）使水庫蓄水在ti+1時就回到下調(diào)度線上。（2）后期集中降低出力（線⑤）。調(diào)度方式簡單，且系統(tǒng)正常工作破壞的持續(xù)時間較短，但破壞強(qiáng)度大。（3）均勻降低出力（線⑥）。該方式使破壞時間長，但破壞強(qiáng)度最小。④①③②⑥⑤4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度61第六十一頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度降低出力線的計算枯水典型年法(圖4-8)：根據(jù)限制出力線和保證出力進(jìn)行水能計算，推求出相應(yīng)的水庫徑流過程，作為計算枯水典型年徑流過程。按照該徑流過程，分別對不同級別的降低出力，從供水期末死水位起，對整個調(diào)節(jié)年進(jìn)行逆時序計算，直至蓄水期初庫水位回落至死水位為止，求得各級降低出力在各時段初的水庫蓄水水位。將各級指示水位分別點(diǎn)繪于基本調(diào)度圖并連接成線，并將各線在供水期末都修正至與限制出力線終點(diǎn)一致，即得一組降低出力線。62第六十二頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度（二）多年調(diào)節(jié)發(fā)電水庫基本調(diào)度線的繪制多年調(diào)節(jié)水庫的調(diào)節(jié)周期長達(dá)數(shù)年，且水文資料有限，難以選出具有代表性的典型年組，因此常用如下簡化調(diào)度圖。▽正常蓄水位IVIVIII▽死水位多年庫容IIIIII年庫容63第六十三頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度假定：將水庫的調(diào)節(jié)庫容分為年庫容和多年庫容，多年庫容調(diào)節(jié)年際間徑流分布不均勻性，年庫容調(diào)節(jié)年內(nèi)徑流分布不均勻性；所有的供水年組（連續(xù)枯水年組）的第一年和最后一年水庫都能進(jìn)行完全年調(diào)節(jié)，即這兩年電站發(fā)保證出力都不需要消耗多年庫容。64第六十四頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度從此假定出發(fā)：水庫的最高蓄水指示線—防破壞線，將發(fā)生在供水年組的第一年，稱為第一計算典型年，該年初水庫的多年庫容已蓄滿；水庫的最低蓄水指示線—限制出力線，將發(fā)生在供水年組的最后一年，稱為第二計算典型年，該年初水庫多年庫容已經(jīng)放空。65第六十五頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度1.計算典型年的選擇分別在多年庫容水位和死庫容水位條件下，按保證出力進(jìn)行水能計算，推算出能進(jìn)行完全調(diào)節(jié)的相應(yīng)水量；然后再選出分別與兩種水量相近、但年內(nèi)分配不同的若干實(shí)際年份，經(jīng)修正后即得第一計算典型年和第二計算典型年。由于第一計算典型年水位過程高于第二計算典型年，所以后者的年水量應(yīng)比前者的年水量大。66第六十六頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度2.基本調(diào)度線的繪制對各第一計算典型年，按保證出力自蓄水期末允許的最高興利水位（正常蓄水位）、逆時序時段計算至蓄水期初求得相應(yīng)的年消落水位；再自供水期末各相應(yīng)的年消落水位逆時序計算至供水期初的允許最高水位；將它們繪制于同一圖內(nèi)內(nèi)并取其上包線，即得上基本調(diào)度線。67第六十七頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度對各第二典型年自供水期末死水位起，按保證出力逆時序計算至蓄水期初，求得與各第二計算典型年相應(yīng)的水電站發(fā)保證出力的水庫蓄水指示線，繪于同一圖內(nèi)并取其下包線，即得下基本調(diào)度線。68第六十八頁，共115頁。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度四、水庫調(diào)度圖的作用在選擇水庫調(diào)度方案時，可按調(diào)度圖根據(jù)長系列徑流資料復(fù)核各方案的水利動能效益指標(biāo)如設(shè)計保證率、多年平均發(fā)電量、多年平均用水量和發(fā)電耗水率，為方案比較提供依據(jù)。在編制水電站水庫年運(yùn)行計劃時，可根據(jù)預(yù)報資料，按調(diào)度圖計算逐月和全年的水電站發(fā)電量及水庫運(yùn)行方式。在實(shí)施調(diào)度運(yùn)行計劃時，可以按調(diào)度圖和中長期水文預(yù)報逐月修正調(diào)度計劃，并根據(jù)短期水文預(yù)報進(jìn)行防洪和發(fā)電調(diào)度。69第六十九頁，共115頁。五、常規(guī)調(diào)度圖的特點(diǎn)根據(jù)時間和水庫水位決定水電站出力：直觀、簡明，易于使用。調(diào)度圖的繪制需要實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可能因人而異。函數(shù)形式為分段常值函數(shù)。側(cè)重于保證可靠性。電量等效益沒考慮。沒用到入庫徑流。有進(jìn)一步改善的可能。4.4水電站水庫中長期常規(guī)運(yùn)行調(diào)度70第七十頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度一、研究單一水電站水庫調(diào)度的意義和應(yīng)用條件和常規(guī)調(diào)度相比，優(yōu)化調(diào)度在滿足多種約束條件、考慮不同優(yōu)化準(zhǔn)則以及在適應(yīng)實(shí)時負(fù)荷變化及水情變化等方面，處理比較靈活，能獲得更大的運(yùn)行效率。現(xiàn)代電力系統(tǒng)是由多個水、火電站及其他能源電站聯(lián)合工作的，單一水電站水庫的中長期優(yōu)化調(diào)度已較少見。但在下列情況下，仍具有現(xiàn)實(shí)意義：71第七十一頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度1.河流開發(fā)初期，地區(qū)性電網(wǎng)尚未建成，水電站孤立運(yùn)行時，或雖有地區(qū)性電網(wǎng)，但水電比重很大。2.梯級水電站群中上游為大型水庫電站，下游為一串日調(diào)節(jié)或無調(diào)節(jié)水電站時，從中長期調(diào)度而言，此梯級等價于有附加水頭的單一水電站。3.用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)原理研究梯級水電站水庫群，每個水電站作為一個子電站（子系統(tǒng)），常要研究其“擬獨(dú)立運(yùn)行”的最優(yōu)方案，作為逐次協(xié)調(diào)修正的基礎(chǔ)。72第七十二頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度二、水電站最優(yōu)運(yùn)行的物理基礎(chǔ)水電站水庫中長期調(diào)度的基本課題是：對于調(diào)度期T，在已知水電站水庫預(yù)測入流過程等條件下，尋求使所采用的優(yōu)化準(zhǔn)則達(dá)到極值的水電站出力過程和相應(yīng)的水庫蓄泄?fàn)顟B(tài)變化過程。73第七十三頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度在已知來水條件下，水電站水庫發(fā)電運(yùn)行的優(yōu)劣，其物理依據(jù)可根據(jù)總發(fā)電量（效益）最大、最小出力最大進(jìn)行分析：電站的收益B取決于4個因素：效率系數(shù)A，發(fā)電流量Q，發(fā)電水頭H和電價因子C。在河川來水及調(diào)節(jié)庫容一定的情況下，（A，Q，H，C）越大，則B越大。74第七十四頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度1.效率系數(shù)A效率系數(shù)A值的大小，對于一定的水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)型是與Q和H有關(guān)的，及A=f(Q,H)；對于不同的機(jī)型，f也不同。而Q和H對水電站效率系數(shù)A的影響，取決于機(jī)組間的負(fù)荷分配情況。75第七十五頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度鑒于機(jī)組效率A的最優(yōu)利用具有相對獨(dú)立性，故在實(shí)際工作中可把它與Q，H的最優(yōu)利用分為兩步來考慮：研究中長期優(yōu)化調(diào)度時，視為某個常數(shù)，在求出逐月逐旬最優(yōu)平均負(fù)荷后，再在此基礎(chǔ)上考慮A=f(Q,H)的關(guān)系，也就是研究短期水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題。76第七十六頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度2.發(fā)電流量Q和水頭H發(fā)電流量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(diào)節(jié)能力和當(dāng)年來水峰枯情況而定。對于調(diào)節(jié)性能好的水庫，則棄水機(jī)會少，水庫水頭一般也大，故水頭利用的效益就可能更重要。不過，在水庫接近蓄滿和來水較豐的年份，流量利用的效益仍同等重要。77第七十七頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度對于調(diào)節(jié)程度不高的水庫（不完全調(diào)節(jié)和季調(diào)節(jié)水庫），流量的最優(yōu)利用一般遠(yuǎn)較水頭利用的效益為大，故也更重要。因此，在研究最優(yōu)調(diào)度時，除了要滿足基本的約束條件外，應(yīng)把流量利用作為第一要考慮的因素。78第七十八頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度3.電價因子C電價因子的影響主要是由于電力市場環(huán)境下實(shí)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，但在中長期調(diào)度時，將一年分為豐水期、平水期、枯水期三個時期，調(diào)度只考慮豐、平、枯期電價的影響。79第七十九頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度一般而言，枯水期的電價遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于豐水期的電價，因此對于具有較大調(diào)節(jié)能力的水庫而言，要充分利用調(diào)節(jié)庫容，將豐水期的來水存儲起來，供枯水期利用，從而保證電站獲得最大的收益。80第八十頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度三、單一水電站最優(yōu)運(yùn)行方式的制定在確定性來水（對應(yīng)于某一確定時刻ti的相應(yīng)流量是一定值Ii）條件下，水庫蓄水量隨時間變化的關(guān)系曲線V-t被稱為水庫調(diào)度線。水電站的收益B是其水頭、發(fā)電流量和電價因子的函數(shù)，B=f(H,Q,C)。81第八十一頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度水頭等于上、下游水位之差，上游水位是水庫蓄水量的函數(shù)，下游水位是下泄流量的函數(shù)；下泄流量等于入庫流量加上水庫蓄水量的變化；電價因子是時間的函數(shù)，在中長期調(diào)度時，一般對豐、平、枯3個時期各取一電價水平。82第八十二頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度綜合以上關(guān)系可知，當(dāng)水庫調(diào)度線確定后，水庫水位、發(fā)電流量、發(fā)電效益都隨之唯一確定。如果水電站水庫可以按規(guī)定的調(diào)度線運(yùn)行，則稱此調(diào)度線為可行線；如果調(diào)度線不僅可行，而且相應(yīng)的運(yùn)行能帶來最大的效益，則稱此調(diào)度線為最優(yōu)調(diào)度線。83第八十三頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度四、數(shù)學(xué)模型以水電站年發(fā)電效益最大為優(yōu)化準(zhǔn)則建立中長期調(diào)度模型：1.目標(biāo)函數(shù)

84第八十四頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度2.約束條件水電站水庫運(yùn)行調(diào)度的約束條件，包括水量平衡約束、水庫特性約束、水庫蓄水位約束、水庫下泄流量約束、電站出力約束、非負(fù)約束等。85第八十五頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度（1）水量平衡約束（2）水庫特性約束水位庫容曲線下游水位流量關(guān)系曲線（3）不等式約束（4）初始或終止庫水位約束86第八十六頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度3.模型求解方法1.傳統(tǒng)優(yōu)化方法線性規(guī)劃（LP）動態(tài)規(guī)劃（DP）逐步優(yōu)化法（POA）等2.現(xiàn)代智能方法遺傳算法（GA）蟻群算法（ACO）粒子群算法（PSO）等87第八十七頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度五、動態(tài)規(guī)劃求解原理與方法1.動態(tài)規(guī)劃原理動態(tài)規(guī)劃的基本思想是貝爾曼的最優(yōu)化原理，即“作為整個過程的最優(yōu)策略應(yīng)具有這樣的性質(zhì)：一個最優(yōu)策略的子策略必然是最優(yōu)的”。88第八十八頁，共115頁。

4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度2.水庫優(yōu)化調(diào)度的動態(tài)規(guī)劃法

動態(tài)規(guī)劃算法是目前求解單一水庫電站優(yōu)化調(diào)度問題最為成功的方法。對于具有長期調(diào)節(jié)性能的水電站水庫，其水庫運(yùn)行調(diào)度是一個典型的多階段決策過程，可以按照下列系統(tǒng)概化思路進(jìn)行處理：89第八十九頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度階段與階段變量狀態(tài)變量決策變量列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程建立效益函數(shù)與目標(biāo)函數(shù)建立水電站水庫最優(yōu)調(diào)度的遞推方程明確約束條件90第九十頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度階段與階段變量對于具有長期調(diào)節(jié)性能的水庫，可將調(diào)節(jié)周期按月（或旬）為時段劃分為T個階段，以t代表階段變量，則t=1,2,…T。相應(yīng)的t為面臨時段，t+1~T為余留時期。91第九十一頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度狀態(tài)變量描述多階段決策過程的演變，且滿足無后效性要求。選用每個階段水庫水位Z為狀態(tài)變量。Zt和Zt+1分別為t時段初末的庫水位，其中Zt+1也是t+1時段的初始蓄水狀態(tài)。92第九十二頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度決策變量決策是從某一個狀態(tài)演變到下一個階段某種狀態(tài)的一種選擇，描述這種選擇的變量稱為決策變量。水庫調(diào)度中，選各時段的出力Pt或發(fā)電流量Qt作為決策變量，當(dāng)時段t的初始狀態(tài)Zt給定后，如果做出某一決策Pt(Zt)或Qt(Zt)，則初始狀態(tài)Zt將演變?yōu)闀r段末的狀態(tài)Zt+1

。93第九十三頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程用于描述過程的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律。水電站水庫調(diào)度中，以水量平衡方程得到Vt和Vt+1的關(guān)系，再由水位庫容關(guān)系曲線得到Zt和Zt+1的關(guān)系，即為狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：Vt+1=

Vt+(Qr,t-

Qt-Qqt)△t

式中：Qr,t----時段t的入庫流量

Qt,Qqt----時段t的發(fā)電流量和棄水流量△t----時段秒數(shù)94第九十四頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程把多階段決策過程中的三種變量（階段變量t、狀態(tài)變量Z、決策變量P或Q）聯(lián)系在一起。對于明確的決策過程，下一階段的狀態(tài)變量完全由面臨時段的狀態(tài)和決策所決定。95第九十五頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度建立目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)是優(yōu)化的準(zhǔn)則或目標(biāo)。以水電站在調(diào)度期發(fā)電收益或發(fā)電量最大為優(yōu)化準(zhǔn)則時，令Bt和B1(Z1)分別為任一時段t和整個調(diào)度周期的效益指標(biāo)，則Bt和目標(biāo)函數(shù)B1*(Z1)分別為：其中Z1為整個調(diào)度期初的水庫水位；B1*(Z1)為最優(yōu)（最大）值。96第九十六頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度建立水電站水庫最優(yōu)調(diào)度的遞推方程遞推方程的具體形式與遞推順序和階段變量的編號有關(guān)。若逆序遞推且階段變量的序號與階段初編號一致，則遞推方程為：式中，Bt(Zt，Qt，Ct)為面臨時段的效益；Bt+1*(Zt+1)為余留時期（t+1~T）最大收益的累計值；Bt*(Zt)為時期（t~T）的總收益最大累計值；97第九十七頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度若給定調(diào)度期末庫水位約束，可不考慮調(diào)度期后期的余留效益，即B*T+1(ZT+1)=0；若未給定調(diào)度期末水位約束，則需要考慮調(diào)度期末不同蓄水狀態(tài)所對應(yīng)的余留效益B*T+1(Zi)=BendT+1(Zi)98第九十八頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度明確約束條件水電站水庫運(yùn)行調(diào)度的約束條件，包括電站過流量、水庫蓄水位、電站出力等。99第九十九頁，共115頁。12123ttt+1T－1Z2TTT+1T－1Z1Z3ZtZt+1ZT+1ZTZT－1狀態(tài)Z階段B*t(Zt)B*t+1(Zt+1)Bt(Zt,Qt)圖8-8多階段決策逆序遞推過程圖100第一百頁，共115頁。(12)(14)(10)(27)(26)(17)(44)(43)(33)(62)(58)(43)(83)101第一百零一頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度3.考慮保證率約束的優(yōu)化計算對于以發(fā)電為主的水電站水庫或綜合利用水庫，以發(fā)電量（效益）最大目標(biāo)作為優(yōu)化準(zhǔn)則得到的最優(yōu)運(yùn)行策略，往往只追求總發(fā)電量（效益）最大，不一定能滿足水電站正常供電要求，因此，需對水庫運(yùn)行進(jìn)行可靠性約束：p{Pt≥Pb,t=1~T}

≥pfd102第一百零二頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度以上可靠性約束難以在優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型的求解過程中直接應(yīng)用，一般采用“懲罰函數(shù)法”，即對時段平均出力低于保證出力時進(jìn)行“懲罰”，此時目標(biāo)函數(shù)修改為：103第一百零三頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度考慮保證率約束的數(shù)學(xué)模型求解步驟為：假設(shè)一個懲罰系數(shù)β；求解以上數(shù)學(xué)模型得到最優(yōu)運(yùn)行策略，并統(tǒng)計發(fā)電保證率p；如果p=pfd，則說明最優(yōu)運(yùn)行策略滿足可靠性約束，否則，應(yīng)調(diào)整β。104第一百零四頁，共115頁。4.5單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度4.動態(tài)規(guī)劃的優(yōu)越性用動態(tài)規(guī)劃求解水電站水庫優(yōu)化調(diào)度問題，相比其它優(yōu)化方法，有下述優(yōu)點(diǎn)：（1）易于求出全局最優(yōu)解。動態(tài)規(guī)劃把原問題化為一系列結(jié)構(gòu)相似的最優(yōu)子問題，而每個子問題的變量個數(shù)比原問題少得多，約束集合