浅论中小流域水电梯级优化调度策略

摘要：随着水电梯级研发建设逐步在中小流域不断推广，如何通过流域效益作为总体目标，将水资源潜能真正展现出来显得尤为关键。文章通过与中小流域梯级水电站的有利因素进行融合，提出在各种状况中优化调度的优势所在。通过分析中小流域水电梯级优化调度，提出优化调度的具体策略，并指出了未来的发展方向。

关键词：中小流域；水电梯级；优化调度策略；水资源；水电站 文献标识码：A

中图分类号：TV737 文章编号：1009-2374（2016）26-0112-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.054

水能资源存在流域的特征，通过联合调度流域梯级电站，进行统一化管理，对于完成水能资源的有效运用十分有利，真正展现出梯级枢纽的综合利用效益。流域梯级水电站联合调度成为新型、效率较高的管理方式。

当前，在中小流域水电梯级优化调度的管理方面，已经在国外获得较好的反响，所有相应的技术也趋于成熟，有的流域水电站群执行异地远程集中控制调度。依照国家的节能发电要求，不断探寻中小流域梯级水电站的调度改革，把中小流域梯级水电站的调度权力交给流域水电研发公司进行集中化管控，电网只传达总负荷，依照河流梯级水电站的特征，执行梯级水电站与机组之间的符合分配以及调度控制。

1 中小流域梯级水电站联合调度的有利因素

1.1 国家节能发电调度政策的扶持

流域梯级水电站联合调度管理方式的推动符合了国家在节能发电调度政策方面的标准，其中明确指出了针对流域梯级水电站，需要不断积极进行水库优化调度乃至水库群的优化调度，有效使用水库储水。

1.2 已有梯级水电站联合调度获得的效益与经验

流域梯级水电站联合调度已经在全球获得了良好的成绩。在法国的电力公司乃至我国湖北清江水电开发有限责任公司、贵州省的乌江水电开发有限责任公司等均在流域梯级水电站执行了联合调度。通过实践可以发现，梯级水电站联合调度通过上下游水库填补调节作用显著提升梯级电站确保出力、年均发电量、枯期电量，明显增加了梯级电站的经济效益，提升了电能的品质，并且良好的集控系统的运用可以提升工作的效率以及调度指令运行的正确率，能够令电网更加稳定地运转。

1.3 装机规模小，完成联合调度较易

通常中小流域梯级水电站装机规模较小，总体梯级联合出力占电网总出力过低，调度较为灵活，系统在技术中较易执行。对系统潮流的分布以及系统的稳定性具有较小的影响，有利于执行梯级集中控制，对于梯级中优化分配负荷，能够透过梯级电站中出力分配协调提升电力输出的品质。

1.4 简单研发主体对联合调度执行有利

通过水电方式进行网上竞价，不同业主梯级水电站属于独立参与市场竞争，在报价的内容方面属于商业机密，因此不可对外公开，从而下游水电站较难正确评估本身所有报价阶段的发电能力。并且假如上游水电站在网上竞价成功，而下游水电站无法成功，则下游水位已经贴近正常储水位的状况，容易产生弃水，如此则违反了有效运用水资源的原则。所以单一研发主体的状况，将一切结合为一台模拟报价机组，从而进行网上竞价，之后将竞价成功的负荷过程依照相应准则进行厂间、厂内的有效分配。

1.5 自动化系统为联合调度给予了稳定的技术保障

要完成中小流域水电梯级优化调度，需要具备现今的自动化设备，梯级联合调度综合了自动化系统、水清测报系统、水调自动化系统以及通信系统，成为完成中小流域水电梯级优化调度的重要子系统。当前全球在这方面的技术已经十分先进，为流域梯级水电站的运转实施给予了稳定的技术力量。

2 中小流域梯级模型的简化

对于研发的策略而言，需要与具体环境规划相融合，将流域梯级水电研发建设规划的工作做好。因为形成流域中水电站的规模有别，并且在功能方面具有不同的侧重点，所以依照理论而言，这一梯级优化核算的形式，负荷全流域的水电站群。由于涵盖的相应条款具有较大的数目，所以需要融合不同流域的特征，依照不同的分组、分类来判断流域中的水电站优化目标准则以及参与优化的形式，从而令求解规模降低，将优化问题的目标进行分解。

第一，为了令参与优化角度核算的电站数目降低，应当依照中小流域梯级水电系统的调节能力给予规划。对于流域上游的大型水电站而言，通常具备庞大的调节能力。但大型水电站具有对下游径流量给予调节的效果，从而提高梯级总体效益。因此，大型水电站的调度则成为优化总体系统的重要所在。而出于来水的作用，日调节水电站梯级具备短期优化调度的效益。

第二，为完成简化系统模式的目的，需把规模大的梯级调度转向小的梯级调度进行分析，需采用功能差别、统一管理的方式。与本身的特征相融合，所有组对优化形式给予选择，且接受流域的统一管理。对一组水电站群水利关联较密的，进行中长期调度，可朝着一个总体转化给予优化。关于上游是大库水电站的梯级水电的集群，处于下游无调节水电站的状况中，可以执行厂内优化的调度核算。

第三，为降低反复核算，可依照电网负荷因素改变与径流来水，对调度核算给予简化。对于来水与系统负荷不具备较大变化的状态下，执行短期优化调度中，打造梯级水电站的调度方案，需参考前一段编排，选择一些电站具备特殊地位的，乃至调节能力较强的电站，通过执行局部调整的方式，可以实现负荷来水的转变，尽量令机组启停频率减少。通过使用不同方式，令中小流域梯级调度问题获得良好的处理，完成大规模系统分解，对优化核算十分有利。

3 梯级联合优化调度算法

对相对繁琐的梯级水电系统，不论作为目标函数还是束缚条件，简化为有利于直接数学求解的数学模型的方式较为艰难，大部分并不能通过解析式的优化形式，需要找出其他方式与用途。

对于梯级优化算法的分析开始于20世纪40年代，通过长期分析，研究人员提出了庞大的梯级优化算法。经典的算法包含了线性规划、非线性规划、动态规划、网络流与大系统分解协调的方式。为了处理维数灾的问题，衍生出了逐步优化算法及动态规划逐次逼近方法。从20世纪90年代开始，由于启发式算法的产生，令梯级优化算法的选择更为宽泛，但却具有相应的优势与劣势，动态规划算法的核算速度较慢，较易发生维数灾的问题，POA算法对于电站数量过多时具有较慢的收敛速度，占据的内存较大。遗传算法局部搜索的能力较差，粒子群算法收敛速度较快，可是较易陷进局部最优解。对于中小流域优化调度的实际运用而言，通过方式的结合，取长补短，成为求解问题的有效方法。

3.1 动态规划逐次逼近的算法

动态规划逐次逼近算法的中心思想则为把m维的动态规划问题分解成m个子问题，把梯级寻优分解成单库寻优，透过降低状态数实现减少维的目的。核算中将其他电站的状态变量进行固定，仅优化第i库的决策变量次序，之后将这一变量次序进行固定，将第i+1库进行优化。不断迭代之后，获得梯度调节的最优解。对于DPSA核算方法的基本体系中，还可以结合其他查找算法从而寻优局部参数，对于不同的梯级特征准确进行结合。DPSA能够确保收敛，可是初始值的设定对收敛的精确度乃至速度均具备较大的作用。

3.2 粒子群的核算方法

相较于DPSA的核算方法，粒子群的核算方式的优点在于所需的参数较少，收敛的速度较为迅速。粒子群核算方式是仿照鸟类捕食群体的方式而产生的方法。算法先要随机产生一群粒子，所有微粒体现着问题的一组可行解。在所有迭代内，通过目标函数核算粒子的适应度判断粒子的优劣状态，微粒持续寻求最佳粒子在解空间内运行，最终总体呈现最佳区域。飞行的方位以及速度需通过粒子目前位置以及目前整体极值与个体极值的距离。粒子群算法虽然在完成方面较为简单，可是算法的稳定性并不如DPSA的核算方式，在具体使用中需适时改变，以免过早进入局部最优解。对于粒子群的算法而言，也可以结合其他算法的理念，比如遗传算法的融合变异等，以此令算法的性能获得提升。

4 结语

综上所述，中小流域梯级优化面对的束缚以及求解任务十分繁琐。文章通过不同方面对中小流域的梯级优化调度进行探究。以梯级优化规模的简化、数学模型的建造、优化核算等层面进行着手，从不同方式融合求解中小流域梯级水电优化的有效方法。中小流域水电的研发工作，虽然在规模上较小，却具备了良好的综合效益。为了科学有效地执行流域梯级水电站联合调度，需要将流域进行统一，分期研发的电站依照统一的标准、规划、原则，打造全流域现代化的体系。创建一个有效的综合信息化平台，最大程度完成信息的共享，提升中小流域水电梯级优化调度的管理。

参考文献

[1] 陈铁华.梯级水电站群发电优化调度策略综述[J].水电能源科学，2010，（10）.

[2] 朱艳君，马光文，江栓丑，等.中小流域水电联合调度管理模式的研究[J].华东电力，2010，（4）.

[3] 李树山，廖胜利，李刚，等.大规模小水电群一体化发电计划编制方法[J].中国机电工程学报，2012，（13）.

作者简介：张伟华（1970-），国网江西省电力公司柘林水电厂调度班长，工程师。

（责任编辑：小 燕）