本文選題：大規(guī)模梯級電站群　切入點：協(xié)同發(fā)電調(diào)度　出處：《華中科技大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：流域大規(guī)模水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度具有時間和空間的多維性、庫群入流復(fù)雜性、服務(wù)和調(diào)度主體非單一性等特點,受水文氣象、運行控制、用水需求、電網(wǎng)負荷等因素制約,水力、電力耦合關(guān)系十分緊密,是一類高維數(shù)、多約束、多目標(biāo)的復(fù)雜優(yōu)化問題。隨著我國水電能源的持續(xù)開發(fā),流域大規(guī)模水電站群已逐步形成,并在防洪抗旱、“三生”供水、節(jié)能減排等方面發(fā)揮著不可替代的作用。然而,隨著流域梯級電站群規(guī)模逐漸增大、綜合利用要求日趨復(fù)雜,流域電站單庫和梯級、流域和系統(tǒng)整體之間相互制約和沖突關(guān)系逐漸加劇,傳統(tǒng)優(yōu)化理論和方法已難以適應(yīng)大規(guī)�？鐓^(qū)域調(diào)水和全國互聯(lián)大電網(wǎng)背景下水電能源的高速發(fā)展,亟待開展適用于新形勢下梯級電站群的整體優(yōu)化和水資源綜合利用的理論和方法研究,以滿足流域大規(guī)模梯級電站群協(xié)同發(fā)電優(yōu)化調(diào)度的工程需求。本文以梯級水電站群綜合經(jīng)濟效益發(fā)揮和水能高效利用為目標(biāo),結(jié)合水電能源學(xué)、群集優(yōu)化理論、多目標(biāo)優(yōu)化方法和復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué),對流域大規(guī)模水電站群協(xié)同發(fā)電優(yōu)化調(diào)度面臨的理論瓶頸和技術(shù)難題展開了研究,取得了一些可供流域調(diào)度機構(gòu)參考和借鑒的研究成果,相關(guān)應(yīng)用成果已集成到“金沙江水調(diào)管控一體化平臺”,并通過檢驗、測試和現(xiàn)場部署,在金沙江梯級調(diào)控中心獲得了工程應(yīng)用。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果包括： (1)梯級水電站群消落運用方式是影響梯級水電站綜合經(jīng)濟效益充分發(fā)揮的重要問題,圍繞科學(xué)控制金沙江下游梯級電站枯期消落水位、兼顧梯級總發(fā)電效益并控制棄水這一關(guān)鍵工程難題,研究工作在分析了設(shè)計代表站屏山水文站枯水期及汛前徑流規(guī)律的基礎(chǔ)上,提出了5月、6月分旬控制消落的梯級水電站群枯期消落運用方式。在此基礎(chǔ)上,分析了金沙江下游梯級近期水平下不同消落深度對梯級總體運行調(diào)度的影響,得到了不同頻率來水情況下溪洛渡、向家壩梯級電站水位消落控制方案；進一步,以金沙江下游流域烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩梯級電站群為研究對象,對金沙江遠景水平下聯(lián)合運行時枯期消落方式進行了分析,所得結(jié)論可供金沙江梯級電站群在實際運行中制定調(diào)度方案參考。 (2)針對流域大規(guī)模水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度時間和空間的多維性、庫群入流復(fù)雜性、服務(wù)和調(diào)度主體非單一性等特點,研究工作從流域梯級大規(guī)模電站群整體優(yōu)化的角度出發(fā),建立了金沙江梯級電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度模型和長江中上游梯級發(fā)電分區(qū)優(yōu)化調(diào)度模型,根據(jù)電站所屬流域相對位置以及其水力補償關(guān)系進行虛擬分區(qū),以控制區(qū)內(nèi)電站群子系統(tǒng)為對象進行分區(qū)優(yōu)化控制。為突破已有理論和方法在實際工程問題求解時存在計算精度低、時問復(fù)雜度較高等技術(shù)瓶頸,提出了一種基于精英向?qū)У牧Ｗ尤核惴?EGPSO),通過引入外部檔案集保存精英解,為粒子進化提供精英向?qū)?同時采用約束廊道法有效解決發(fā)電優(yōu)化調(diào)度問題中的多約束耦合問題,應(yīng)用實例表明所提出方法求解精度高、時效性好,具有較強的工程實用性,為求解高維、復(fù)雜梯級水庫群優(yōu)化調(diào)度問題提供了一種新思路。 (3)為探索金沙江下游梯級水電站群和三峽梯級聯(lián)合發(fā)電調(diào)度運行特點,揭示其在不同調(diào)度方式下的補償效益及響應(yīng)規(guī)律,研究分別建立了以發(fā)電量最大為目標(biāo)的單庫優(yōu)化調(diào)度模型和梯級聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型,采用EGPSO算法分別對不同典型代表年徑流輸入條件下兩模型進行求解,對比分析了不同調(diào)度方式下梯級電站群發(fā)電、棄水等時空分布的差異,揭示了梯級水電站群協(xié)同發(fā)電調(diào)度的補償效益規(guī)律。分析結(jié)果表明,梯級水電站群聯(lián)合調(diào)度能顯著提高系統(tǒng)整體發(fā)電量,減少棄水,補償效益顯著；梯級聯(lián)合調(diào)度中,金沙江梯級對三峽梯級進行了電量補償,在提高梯級整體枯期出力和季節(jié)性發(fā)電量的同時,緩解了汛期集中消落帶來的調(diào)度風(fēng)險。 (4)綜合考慮水電站群及區(qū)域水火電系統(tǒng)多目標(biāo)運行的工程需求,通過分析梯級水電站群發(fā)電效益、保證出力和通航流量目標(biāo)間的用水競爭關(guān)系,建立了流域梯級水電站群多目標(biāo)調(diào)度模型；同時深入解析了區(qū)域水火電系統(tǒng)經(jīng)濟運行和節(jié)能減排之間的沖突關(guān)系,建立了區(qū)域水火電系統(tǒng)短期多目標(biāo)調(diào)度模型。針對已有單目標(biāo)粒子群算法無法滿足多目標(biāo)求解的難題,提出了一種改進的多目標(biāo)粒子群算法,通過引入外部精英種群為粒子進化提供多精英向?qū)?在提高求解精度的同時增強了劣解集分布的均勻性。將提出方法應(yīng)用于上述多目標(biāo)問題的求解中,結(jié)果表明該方法能快速得到一組均衡優(yōu)化不同目標(biāo)的非劣調(diào)度方案集；在此基礎(chǔ)上,對梯級發(fā)電效益、容量效益和航運效益,水火電系統(tǒng)運行成本和減少排放調(diào)度目標(biāo)間的耦合與響應(yīng)規(guī)律進行了探索,為梯級水電站群及其互聯(lián)水火電系統(tǒng)運行的方案優(yōu)選提供了技術(shù)支撐。
[Abstract]:With the sustainable development of hydropower and energy , the theory and method of comprehensive optimization of cascade hydropower stations and comprehensive utilization of water resources have been studied in this paper .

( 1 ) The utilization mode of the cascade hydropower station cluster is an important problem affecting the comprehensive economic benefits of cascade hydropower stations . Based on the analysis of the key engineering problems of the cascade hydropower station in the downstream cascade of Jinshajiang River , this paper analyzes the influence of different elimination depths on the overall operation and dispatching of cascade hydropower stations in May and June .
Further , based on the research object of Wudongde , Baihe beach , Xilodu and Xiangjiaba cascade hydropower stations in the lower reaches of Jinshajiang River , this paper analyzes the elimination mode of the dry period under the high level of Jinshajiang River , and the conclusions can be used for the reference of the Jinshajiang cascade hydropower station in the actual operation .

In order to solve the problem of multi - constraint coupling in power generation optimization scheduling problem , this paper proposes an elite guide - based particle swarm optimization algorithm ( EGPSO ) to solve the problem of multi - constraint coupling in power generation optimization scheduling problem .

( 3 ) In order to explore the operation characteristics of cascade hydropower stations in the lower reaches of Jinshajiang River , the compensation benefit and response law of cascade hydropower stations in different dispatching modes are revealed .
In the cascade joint dispatching , the Jinsha River step carried out electric quantity compensation on the cascade of the Three Gorges , while increasing the output power and seasonal power generation during the whole period of the cascade , the scheduling risk brought by the centralized elimination of the flood season is relieved .

( 4 ) comprehensively considering the engineering requirements of multi - target operation of the hydropower station group and the regional water - fire electricity system , analyzing the power generation benefit of the cascade hydropower station group , ensuring the water - water competition relation between the output force and the navigable flow target , and establishing a multi - target scheduling model of the cascade hydropower station group ;
At the same time , the conflict between economic operation and energy saving emission reduction of regional hydro - electric system is deeply analyzed , and the short - term multi - objective scheduling model of regional water - fire electricity system is established .
On the basis of this , the coupling and response rule between cascade power generation benefit , capacity benefit and shipping benefit , operation cost of water and fire electricity system and emission control target are explored , and technical support is provided for the scheme of cascade hydropower station group and its interconnected water - fire electricity system .

【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TV737

【參考文獻】

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本文編號：1682442