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梯级水电站短期联合优化调度分析

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摘要：随着节能减排与能源结构调整的不断深入，国内各个主要流域目前已经形成了一定规模的梯级水电站系统。为发挥梯级水电站发电、防洪、灌溉、供水的经济效益，水电站联合优化调度运行至关重要，这将有利于降低水电站发电成本，还能为水电站的稳定运行提供科学参考依据，深入挖掘水轮发电机组在水电站中的发电潜力，以短期联合优化调度提高运行效率。

关键词：梯级水电站；短期运营；联合优化调度

引言：水能水资源作为一种可再生、可循环利用的绿色能源，水电站的联合调度运行方式决定了水能资源的实际利用效果。水电站在运行中肩负着水利系统与电网电力系统运行的双重功能，水轮机组在电网电力系统中存在负荷波动，有着电网调频与调峰任务特点，通过水力发电方式降低能耗，减少污染程度。

梯级水电站实施联合优化调度的重要意义

梯级水库联合优化调度对保障水电系统稳定运行、提高资源利用效率、提升梯级整体效益有着至关重要的意义。联合优化调度过程中，以日作为时间尺度的优化调度方式确定了调度战略在每天的执行方式，水电站日内运行过程中建立基于多种复杂因素的短期调度模型，应用多种优化算法建造模型并求解，目前已成为梯级水电站运行的重要手段。梯级水电站优化调度模型本身是一个高维且非线性问题，整个模型求解的过程十分复杂。不仅如此，水流流达时间的存在会让优化调度涉及到短期梯级水电站间跨时段水量平衡与水量耦合问题。目前用于计算短期优化调度模型的方法主要有两种，一种是基于传统动态规划的逐步优化算法，这类方法收敛速度比较慢，计算效果会对初始可行解存在较大的依赖性，计算需要较长的时间。另一种是基于遗传算法和粒子群算法的智能型算法，不仅能求解速度快，且运行效率高，但是计算期间容易出现结果不一致的问题。

通过水电的网上竞价方式，不同梯级水电站都会独立参与竞争，报价内容基本不对外公开，下游水电站无法评估发电能力。比如上游水电站竞价成功，下游水电站未成功，当下游水位已经贴近储水位的时候，此时就会出现弃水的现象，这样做无形中违反了水资源高效利用的原则。因此，有必要针对梯级水电站的实际运行情况，根据现有的自动化设备，梯级联合调度综合水情测报系统、通信系统、水调制动系统，为水电站短期联合调度提供技术支持[1]。对水电站水库进行优化调度的研究，在降低水电站发电成本的同时，实现电网稳定的电量供应，同时减少机组损耗，提高流域水电站经济效益，为缓解供电需求紧张、解决水资源短缺等问题具有现实意义。

2.梯级水电站短期联合优化调度目标

在我国电力体制改革不断深化的背景下，竞价上网落实推广，这给传统梯级水电厂调度和运营管理带来调整。不同于火电厂，水电厂发电量受较多因素影响，比如水库的调节性能、天然来水多少以及上下游电站之间各因素的制约等，所以，梯级水电站短期联合优化调度需要在较强不确定性的情况下展开。因此，开展梯级水电站短期联合优化调度工作时，需要明确其调度目标，以此为基础落实调度策略，从而保证调度实效性。具体目标可以总结为“4321”，即4性：实用性、安全性、先进性和可扩展性；3型：粗放经营型—决策效益型—智能型；2化：数字化、网络化；1流：国内流程—国际一流。

3.梯级水电站短期联合优化调度策略

3.1简化梯级模型

在研发水电站梯级模型时，应结合水电站所处的流域环境规划情况，做好流域梯级水电建设规划工作，根据水电站的实际规模和功能上的侧重点，基于梯级优化核算负荷全流域水电站群。按照不同分组判断流域内水电站的具体优化目标，降低模型求解规模，同时分解优化问题的目标。对此，梯级模型的简化大致需要经过以下步骤：

（1）为了降低参与优化调度核算的水电站数目，建议按照水电系统的实际调节能力做出规划。针对流域上游的大规模水电站，要求水电站必须具有强大的流量调节能力，可以对下游径流量进行有效调节，提高梯级模型带来的效益。所以大型水电站的优化调度就是模型创建的关键，日调节水电站梯级在来水的作用下存在着短期优化调度效益。

（2）为了简化系统模式，建议将规模比较大的梯级调度转为较小的梯级调度模式，采用统一管理的形式，和自身特征高效融合后，对所有组对优化形式进行选择，从而接受流域统一管理。对水电站群存在水利关联紧密的机组进行中长期调度，由于上游是水电站梯级水电集群，在下游没有调节水电站的状态下可执行优化调度核算。

（3）按照电网负荷情况改变径流来水，简化调度核算，从而避免反复核算带来的麻烦。当来水和系统负荷之间不存在较大变化的时候，梯级水电站在执行短期优化调度时应科学考虑调度方案，参考前一段编排选择水电站具有特殊地位或调节能力强的电站，采用局部调整的办法完成负荷来水转变，降低机组频繁启停的次数。采用这种方法，在处理梯级水电站调度问题的同时，