面向生態(tài)和航運(yùn)的梯級水電站多目標(biāo)發(fā)電優(yōu)化調(diào)度研究.pdf

1、隨著我國人口持續(xù)增長和經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，能源需求不斷增加的同時環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排以促進(jìn)能源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的建設(shè)是我國當(dāng)前面臨的重大挑戰(zhàn)。水電作為純天然的清潔能源，具有可再生、無污染、運(yùn)行成本低、便于調(diào)峰調(diào)頻等優(yōu)勢，受到世界各國的普遍青睞。水電資源是我國的優(yōu)勢資源，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位，大力發(fā)展水電是確保我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。隨著我國大型水利樞紐的建設(shè)和投運(yùn)，充分發(fā)揮了流域防洪、發(fā)電、航運(yùn)、供

2、水和生態(tài)等效益；然而，水電站群優(yōu)化調(diào)度不僅受氣象、水文、負(fù)荷等因素的制約，而且需考慮不同調(diào)度效益的均衡優(yōu)化與充分發(fā)揮，是當(dāng)前工程和學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)研究問題。本文圍繞梯級電站水資源綜合管理問題，以流域梯級水電站實(shí)際運(yùn)行狀況和相關(guān)規(guī)范文件為基礎(chǔ)，深入研究了大型梯級電站水資源優(yōu)化調(diào)度的建模理論和求解方法，實(shí)現(xiàn)水資源在不同調(diào)度目標(biāo)間的合理分配與高效利用，為水電站優(yōu)化運(yùn)行和流域綜合管理提供了理論支撐和技術(shù)支持。本文的部分成果已集成于“金沙江梯級水調(diào)管

3、控平臺”和“三峽梯級優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)”，并在三峽梯調(diào)中心和金沙江成都調(diào)控中心成功部署應(yīng)用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對梯級水電站水頭聯(lián)系影響實(shí)際調(diào)度運(yùn)行的問題，本文在整理、分析歷史實(shí)測數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，探究了上下游電站水位銜接關(guān)系與梯級整體效益間的響應(yīng)規(guī)律，并結(jié)合一維水動力模型、數(shù)據(jù)擬合、機(jī)組精細(xì)化模擬、Vague集等理論和技術(shù)，提出了一套完整的梯級最優(yōu)水位控制方法。三峽梯級發(fā)電調(diào)度的實(shí)例研究表明該方法具有很好的工程實(shí)用性；在溪洛

4、渡-向家壩梯級調(diào)度中，由于向家壩庫容較大導(dǎo)致水位難以迅速調(diào)整，為此制訂了更為嚴(yán)格的水位約束方式，進(jìn)而計(jì)算得到溪洛渡-向家壩梯級的最優(yōu)水位控制方式。所得結(jié)論能為梯級水電站日計(jì)劃制作和實(shí)時出力調(diào)整提供有效的決策支持。⑵以梯級水電站多目標(biāo)問題的高效求解為切入點(diǎn)，本文改進(jìn)并完善了差分進(jìn)化框架，提出了雙種群多目標(biāo)差分算法（DPMODE）。該算法不僅改進(jìn)了變異算子，并嵌入了局部優(yōu)化技術(shù)，在確保種群多樣性的前提下提高了算法的收斂性。此外，結(jié)合本文提出

5、的梯級水電站水位優(yōu)化控制方法，改進(jìn)了種群初始化方式和約束條件處理，使其能更好地適用于水電站優(yōu)化調(diào)度。相關(guān)函數(shù)測試結(jié)果表明，DPMODE能夠有效處理高維、非線性、非連續(xù)的多目標(biāo)優(yōu)化問題，具有良好的求解性能。⑶為滿足河道生態(tài)恢復(fù)對梯級水電站調(diào)度的需求，本文從三峽水庫生態(tài)調(diào)度現(xiàn)狀入手，采用水文學(xué)統(tǒng)計(jì)方法確定了三峽梯級的生態(tài)適宜流量可行范圍，再通過分析長江中下游若干典型生態(tài)因素，制定了三峽梯級生態(tài)適宜流量過程，并將其作為生態(tài)效益的評價標(biāo)準(zhǔn)，建立

6、了生態(tài)-發(fā)電優(yōu)化調(diào)度模型。運(yùn)用本文提出的水位控制方式和DPMODE算法，進(jìn)行了三峽梯級實(shí)例研究并獲得能夠均衡生態(tài)和發(fā)電的非劣方案集，通過詳細(xì)分析計(jì)算結(jié)果，揭示了生態(tài)與發(fā)電間的影響規(guī)律。同時，針對長江中上游初露端倪的供水問題，提出了供水保證率指標(biāo)以評價流域供水效益，進(jìn)而構(gòu)建了生態(tài)-供水-發(fā)電優(yōu)化模型，調(diào)度結(jié)果驗(yàn)證了長江中上游未來可能出現(xiàn)的供水緊缺問題，為流域規(guī)劃管理提供了有效的技術(shù)支持。⑷針對面向航運(yùn)的梯級水電站優(yōu)化調(diào)度問題，本文從三峽航