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