梯级水库优化调度中入库径流预报效益研究

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1、梯级水库优化调度中入库径流预报效益研究摘要：建立基于入库径流预报的长短期耦合梯级水库电力优化调度模型，并以雅砻江锦屏一二级水电站为例，探讨了该电站入库径流量的预报效益。结果表明，利用所建模型准确地获取锦屏梯级电站发电效益、预见期、预报精度三者间的量化关系，即预见期越长精度越高，梯级电站平均年发电量越高，据此提出锦屏梯级水库入库径流预报的要求是预见期不应低于5d，预报精度平均相对绝对误差应小于0.15。关键词：梯级电站；优化调度；预见期；预报精度中图分类号：TV697文献标志码：A文章编号：1672-1683(2014)06-0159-05入库径流预报

2、的质量评价包括径流预见期长短和径流预报精度高低，高质量的入库径流预报能够提高水库调度的效益。预见期越长，决策者能够在更长的时间跨度内来平衡水库调度中当前效益与未来效益之间的矛盾；精度越高，能使决策者采取正确的调度策略，避免水资源浪费，减少误报造成的风险。在水库调度效益的驱使下，决策者不断地追求入库径流预报质量，预见期越长且精度越高越好［1］。因此，提高水库调度效益的突破点就集中在发电效益-预见期-预报精度之间关系的确定上。水库主要调度目标不同，对入库径流预报的质量要求不同。以发电为主要目标的梯级电站对入库预报预见期的要求不会是无限长，因其兴利库容有限

3、，在预报预泄操作下，泄空了兴利库容，预见期再延长也无意义。对预报精度来说同样如此。本文利用长短期耦合梯级电站电力优化调度模型，探讨锦屏梯级水电站入库径流预报质量与发电效益的关系，确定当前径流预报水平下适当的径流预见期和精度，以期能充分发挥梯级电站联合调度的优势，提高梯级电站的电力效本文将入库径流的预见期与遇见精度作为梯级水库调度的重要信息［2-3］，纳入建立梯级水库优化调度模型中，计算梯级电站发电效益-预见期-预报精度之间的量化关系。弥补目标水库调度模型优化结果仅具有规划意义，缺乏实施操作指导的缺陷。1调度模型1.1确定性离散动态规划法传统的确定性离

4、散动态规划法（DeterministicDiscretizedDynamicProgramming,DDDP）由目标函数、约束条件、时间步长、状态变量和决策变量以及递归方程构成。通过该法对梯级水库调度进行优化时，将整个调度周期均匀离散为多个时间步长，以各个时间步长所对应的初始库水位作为状态变量，以各个时间步长内的出库流量作为决策变量，以水量平衡、梯级出力平衡、电站出力限制、电站水量限制等条件作为约束，以最大发电效益作为目标［4］。在完整的调度周期内，对每一个时间步长重复应用递归方程，获得最优的调度策略。长期优化调度模型中，一个调度时间步长为一个月，状

5、态变量的初始值和终止值均为死水位［5］;短期优化调度模型中，一个调度时间步长为一天。将入库径流预报纳入调度模型，其入库径流的预见期T与模型短期优化调度周期T1相等。一个完整的水文年中，短期优化循环数为T=365-T1(T)+1。针对每一个短期优化模型，其状态变量初始值是前一循环所确定的实际库水位，状态变量终止值是从长期优化模型中提取出的期望库水位［5］。1.2状态转移矩阵传统DDDP方法通过状态转移方程以递归形式，根据当前时间步长的入库径流和库水位循环计算下一时间步长的出库流量和库水位，大量循环计算是造成传统算法挤占内存且计算缓慢的主要原因［6］。为

6、提高DDDP方法的计算效率，本文引入状态转移矩阵的概念：预先计算出上游水电站每一时间步长的状态值，存储为二维矩阵；一个循环周期内所有时间步长的二维矩阵组合在一起，构成三维矩阵，即状态转移矩阵；下游水电站依照此法建立各自的状态转移矩阵。值得注意的是，下游水电站入库径流受上游水电站下泄水量影响，每一时间步长的状态值为三维矩阵；一个循环周期内的所有时间步长的三维矩阵组合成为四维状态转移矩阵。从状态转移矩阵中，通过逆序寻求每个时间步长最优解，查找最优解对应的下一时间步长的状态变量(库水位)，能够节约大量计算时间。在逆序寻优过程中，对于中间时间步长的各种可行解

7、，记录其最优决策，用于下一个逆序优化。逆序寻优至第一时间步长后，第一时间步长的起始状态为初始库水位。经过完整的状态转移矩阵逆序寻优，就能提取完整周期的最优调度决策和最优状态变量轨迹，从而得出梯级水库调度的最大效益。1.3长期和短期优化调度模型的耦合水库入库径流具有年际间周期性循环的特点，汛期最大，非汛期最小，导致水电站发电出力具有周期性特征。仅从年尺度上优化梯级水电站的调度，虽能平衡短期利益和长期利益之间的冲突，但无法做到电力调度的最优化；而仅仅应用短期入库径流优化梯级水电站的电力调度，无法平衡年内汛期与非汛期之间的利益冲突［8］。因而，优化的梯级水

8、电站调度应该是长期优化和短期优化的有机结合［7］。本文提出了一种长、短期优化调度嵌套耦合1)，在保证长期电力