摘要：在梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度中，需要考慮上下游水庫(kù)之間的水力聯(lián)系。以白鶴灘、溪洛渡和向家壩為研究對(duì)象，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃逐次逼近算法，以歷史實(shí)測(cè)資料為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)水庫(kù)常規(guī)調(diào)度圖的繪制。
關(guān)鍵詞：梯級(jí)水庫(kù) 水庫(kù)調(diào)度 動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法
1 概述
1.1水庫(kù)調(diào)度概述
水庫(kù)調(diào)度是指憑借水庫(kù)調(diào)蓄能力，通過(guò)水電站的泄水建筑物和水輪機(jī)設(shè)備調(diào)節(jié)控制河川徑流，使之滿(mǎn)足電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠供電和其它用水部門(mén)的綜合需求。水庫(kù)調(diào)度的基本依據(jù)是水庫(kù)調(diào)度圖，它根據(jù)河川徑流特性、電力系統(tǒng)和綜合用水部門(mén)要求而編制。水庫(kù)調(diào)度圖表示在水庫(kù)調(diào)度中決策變量(電站出力、下泄流量、水位等)與狀態(tài)變量(入庫(kù)流量、庫(kù)水位等)在時(shí)間上的函數(shù)關(guān)系。水庫(kù)調(diào)度圖綜合反映了各部門(mén)的要求和調(diào)度原則，是指導(dǎo)水庫(kù)運(yùn)行的重要工具。
當(dāng)前河流流域水利開(kāi)發(fā)多采用梯級(jí)水庫(kù)的形式，梯級(jí)水庫(kù)與單個(gè)電站水庫(kù)相比，其調(diào)度圖必須考慮上下游各水庫(kù)之間的水力聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)流域水力資源利用最大化，這為水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度提出了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。
1.2梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度背景
本文選擇金沙江流域白鶴灘、溪洛渡和向家壩三座梯級(jí)水庫(kù)為研究對(duì)象，采用水庫(kù)常規(guī)調(diào)度的動(dòng)態(tài)規(guī)劃逐次逼近算法，以歷史實(shí)測(cè)資料為依據(jù)，以設(shè)計(jì)保證率為準(zhǔn)則，選擇典型來(lái)水過(guò)程為代表進(jìn)行水能調(diào)節(jié)計(jì)算，取其包絡(luò)線繪制成水庫(kù)調(diào)度圖。
三座梯級(jí)水電站水庫(kù)的主要調(diào)度技術(shù)參數(shù)如下：
2 梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度模型
動(dòng)態(tài)規(guī)劃逐次逼近算法是求解多維問(wèn)題的有效方法之一，它的基本思想是把帶有若干個(gè)決策變量的問(wèn)題分解成僅有一個(gè)決策變量的若干個(gè)子問(wèn)題，每個(gè)子問(wèn)題比原來(lái)的總問(wèn)題有較少的狀態(tài)變量，從而節(jié)省計(jì)算工作量，便于計(jì)算機(jī)求解[2]。逐次逼近法建立水庫(kù)調(diào)度圖模型的思路如下：
(I)階段和階段變量：將調(diào)度年按固定間隔分為T(mén)個(gè)時(shí)段，以t代表階段變量，則t=1，2，…，T。相應(yīng)的時(shí)刻t～t+1為面臨時(shí)段，時(shí)刻t+1～T為余留時(shí)段。本文將調(diào)度年按旬分為T(mén)=36個(gè)時(shí)段。另一階段變量i表示梯級(jí)水庫(kù)的編號(hào)，即i=1，2，3。
(2)狀態(tài)變量：以每時(shí)段水庫(kù)蓄水量V為狀態(tài)變量，并記Vt和Vt+1分別為時(shí)段初、末的蓄水狀態(tài)。
(3)決策變量：各時(shí)段的工作流量Qt為決策變量。
(4)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：水庫(kù)調(diào)度中的水量平衡方程即為狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：Vt+l=Vt+(It-Qc)△t。式中It為時(shí)段入庫(kù)流量，△t為時(shí)段秒數(shù)。
(5)約束條件：
a.蓄水過(guò)程約束條件：Vtj≤Vti≤Vti’。其中Vti和ti’為i電站t時(shí)刻的蓄水上下限。
b.出庫(kù)流量過(guò)程約束：qti≤qti≤qti’。其中qti和qti’為i電站t時(shí)刻的出庫(kù)流量上下限。
c冰電站出力約束：Nti≤Nti≤Nti’。其中Nti和Nti’分別為i電站t時(shí)刻的出力上下限。
3 梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度圖的實(shí)現(xiàn)
本文以k=1，2，…，36表示時(shí)段，tk-1和tk分別表示第k時(shí)段初末時(shí)刻。水電站及其水庫(kù)的動(dòng)力參數(shù)均使用時(shí)段平均值，即k時(shí)段的水庫(kù)上游水位Zuk、下游水位Zdk、工作流量Qk、天然來(lái)水Ik、水頭Hk和出力Nk均是時(shí)段平均意義下的值。
時(shí)段平均化以后，水電站及其水庫(kù)動(dòng)力參數(shù)的具體計(jì)算和相互之間的關(guān)系規(guī)定如下：Zdk=Zd(0k)、Zu=Zu(V)、Hk=Zuk-Zdk、Nk=AQkHk。其中，Zdk=Zd(Qk)指時(shí)段下游水位和時(shí)段流量間的關(guān)系，Zu=Zu(v)指水庫(kù)上游水位與水庫(kù)存水關(guān)系，A為發(fā)電系數(shù)。
本文選擇5個(gè)典型的調(diào)度年份1959.6--1960.5、1997.6～1998.5、1965.6-01966.5、1992.6～1993.5和1963.6--1964.5，取設(shè)計(jì)保證率為90％，從供水期末的死水位開(kāi)始逆時(shí)序進(jìn)行水能計(jì)算，直到供水期初；再?gòu)男钏谀┑恼Ｐ钏婚_(kāi)始逆時(shí)序進(jìn)行水能計(jì)算，直到蓄水期初。即：已知時(shí)段末水位Vk、時(shí)段來(lái)水Ik和出力Nk，求時(shí)段初水庫(kù)存水Vk-1，和用水Qk。
計(jì)算公式和步驟如下：
(1)水庫(kù)庫(kù)容：Vk=Vk-1+Ik-Qk
(2)水庫(kù)水位計(jì)算：
時(shí)段初上游水位：Zu(tk-1)=Zu(Vk-1)
時(shí)段末上游水位：Zu(tk)=Zu(Vk)
時(shí)段末下游水位：Zdk=Zd(Qk)
(3)時(shí)段水頭：Hk=(zu(tk-1)+Zu(tk))／2-Zdk
(4)時(shí)段出力：Nk=AQkHk
計(jì)算流程圖如圖1。最后得到三座梯級(jí)水庫(kù)的調(diào)度圖如圖2～圖4所示。
4 總結(jié)
在梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度中，需要考慮上下游水庫(kù)之間的水力聯(lián)系。本文以白鶴灘、溪洛渡和向家壩為研究對(duì)象，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃逐次逼近算法，以歷史實(shí)測(cè)資料為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)水庫(kù)常規(guī)調(diào)度圖的繪制。
參考文獻(xiàn)：
[1]張?jiān)?實(shí)用水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算[M].北京：水利水電出版社，1990.
[2]張勇傳.水電站水庫(kù)調(diào)度[M].北京：中國(guó)工業(yè)出版社，1963.
[3]龍子泉，卓四清.多年調(diào)節(jié)水電站水庫(kù)長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度新模型[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1995(31).
關(guān)鍵詞：梯級(jí)水庫(kù) 水庫(kù)調(diào)度 動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法
1 概述
1.1水庫(kù)調(diào)度概述
水庫(kù)調(diào)度是指憑借水庫(kù)調(diào)蓄能力，通過(guò)水電站的泄水建筑物和水輪機(jī)設(shè)備調(diào)節(jié)控制河川徑流，使之滿(mǎn)足電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠供電和其它用水部門(mén)的綜合需求。水庫(kù)調(diào)度的基本依據(jù)是水庫(kù)調(diào)度圖，它根據(jù)河川徑流特性、電力系統(tǒng)和綜合用水部門(mén)要求而編制。水庫(kù)調(diào)度圖表示在水庫(kù)調(diào)度中決策變量(電站出力、下泄流量、水位等)與狀態(tài)變量(入庫(kù)流量、庫(kù)水位等)在時(shí)間上的函數(shù)關(guān)系。水庫(kù)調(diào)度圖綜合反映了各部門(mén)的要求和調(diào)度原則，是指導(dǎo)水庫(kù)運(yùn)行的重要工具。
當(dāng)前河流流域水利開(kāi)發(fā)多采用梯級(jí)水庫(kù)的形式，梯級(jí)水庫(kù)與單個(gè)電站水庫(kù)相比，其調(diào)度圖必須考慮上下游各水庫(kù)之間的水力聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)流域水力資源利用最大化，這為水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度提出了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。
1.2梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度背景
本文選擇金沙江流域白鶴灘、溪洛渡和向家壩三座梯級(jí)水庫(kù)為研究對(duì)象，采用水庫(kù)常規(guī)調(diào)度的動(dòng)態(tài)規(guī)劃逐次逼近算法，以歷史實(shí)測(cè)資料為依據(jù)，以設(shè)計(jì)保證率為準(zhǔn)則，選擇典型來(lái)水過(guò)程為代表進(jìn)行水能調(diào)節(jié)計(jì)算，取其包絡(luò)線繪制成水庫(kù)調(diào)度圖。
三座梯級(jí)水電站水庫(kù)的主要調(diào)度技術(shù)參數(shù)如下：
2 梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度模型
動(dòng)態(tài)規(guī)劃逐次逼近算法是求解多維問(wèn)題的有效方法之一，它的基本思想是把帶有若干個(gè)決策變量的問(wèn)題分解成僅有一個(gè)決策變量的若干個(gè)子問(wèn)題，每個(gè)子問(wèn)題比原來(lái)的總問(wèn)題有較少的狀態(tài)變量，從而節(jié)省計(jì)算工作量，便于計(jì)算機(jī)求解[2]。逐次逼近法建立水庫(kù)調(diào)度圖模型的思路如下：
(I)階段和階段變量：將調(diào)度年按固定間隔分為T(mén)個(gè)時(shí)段，以t代表階段變量，則t=1，2，…，T。相應(yīng)的時(shí)刻t～t+1為面臨時(shí)段，時(shí)刻t+1～T為余留時(shí)段。本文將調(diào)度年按旬分為T(mén)=36個(gè)時(shí)段。另一階段變量i表示梯級(jí)水庫(kù)的編號(hào)，即i=1，2，3。
(2)狀態(tài)變量：以每時(shí)段水庫(kù)蓄水量V為狀態(tài)變量，并記Vt和Vt+1分別為時(shí)段初、末的蓄水狀態(tài)。
(3)決策變量：各時(shí)段的工作流量Qt為決策變量。
(4)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：水庫(kù)調(diào)度中的水量平衡方程即為狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：Vt+l=Vt+(It-Qc)△t。式中It為時(shí)段入庫(kù)流量，△t為時(shí)段秒數(shù)。
(5)約束條件：
a.蓄水過(guò)程約束條件：Vtj≤Vti≤Vti’。其中Vti和ti’為i電站t時(shí)刻的蓄水上下限。
b.出庫(kù)流量過(guò)程約束：qti≤qti≤qti’。其中qti和qti’為i電站t時(shí)刻的出庫(kù)流量上下限。
c冰電站出力約束：Nti≤Nti≤Nti’。其中Nti和Nti’分別為i電站t時(shí)刻的出力上下限。
3 梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度圖的實(shí)現(xiàn)
本文以k=1，2，…，36表示時(shí)段，tk-1和tk分別表示第k時(shí)段初末時(shí)刻。水電站及其水庫(kù)的動(dòng)力參數(shù)均使用時(shí)段平均值，即k時(shí)段的水庫(kù)上游水位Zuk、下游水位Zdk、工作流量Qk、天然來(lái)水Ik、水頭Hk和出力Nk均是時(shí)段平均意義下的值。
時(shí)段平均化以后，水電站及其水庫(kù)動(dòng)力參數(shù)的具體計(jì)算和相互之間的關(guān)系規(guī)定如下：Zdk=Zd(0k)、Zu=Zu(V)、Hk=Zuk-Zdk、Nk=AQkHk。其中，Zdk=Zd(Qk)指時(shí)段下游水位和時(shí)段流量間的關(guān)系，Zu=Zu(v)指水庫(kù)上游水位與水庫(kù)存水關(guān)系，A為發(fā)電系數(shù)。
本文選擇5個(gè)典型的調(diào)度年份1959.6--1960.5、1997.6～1998.5、1965.6-01966.5、1992.6～1993.5和1963.6--1964.5，取設(shè)計(jì)保證率為90％，從供水期末的死水位開(kāi)始逆時(shí)序進(jìn)行水能計(jì)算，直到供水期初；再?gòu)男钏谀┑恼Ｐ钏婚_(kāi)始逆時(shí)序進(jìn)行水能計(jì)算，直到蓄水期初。即：已知時(shí)段末水位Vk、時(shí)段來(lái)水Ik和出力Nk，求時(shí)段初水庫(kù)存水Vk-1，和用水Qk。
計(jì)算公式和步驟如下：
(1)水庫(kù)庫(kù)容：Vk=Vk-1+Ik-Qk
(2)水庫(kù)水位計(jì)算：
時(shí)段初上游水位：Zu(tk-1)=Zu(Vk-1)
時(shí)段末上游水位：Zu(tk)=Zu(Vk)
時(shí)段末下游水位：Zdk=Zd(Qk)
(3)時(shí)段水頭：Hk=(zu(tk-1)+Zu(tk))／2-Zdk
(4)時(shí)段出力：Nk=AQkHk
計(jì)算流程圖如圖1。最后得到三座梯級(jí)水庫(kù)的調(diào)度圖如圖2～圖4所示。
4 總結(jié)
在梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度中，需要考慮上下游水庫(kù)之間的水力聯(lián)系。本文以白鶴灘、溪洛渡和向家壩為研究對(duì)象，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃逐次逼近算法，以歷史實(shí)測(cè)資料為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)水庫(kù)常規(guī)調(diào)度圖的繪制。
參考文獻(xiàn)：
[1]張?jiān)?實(shí)用水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算[M].北京：水利水電出版社，1990.
[2]張勇傳.水電站水庫(kù)調(diào)度[M].北京：中國(guó)工業(yè)出版社，1963.
[3]龍子泉，卓四清.多年調(diào)節(jié)水電站水庫(kù)長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度新模型[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1995(31).
