考虑非汛期库水位动态控制的水-光互补中短期调度研究

为解决大规模水-光互补系统在非汛期的多时间尺度耦合调度难题,阐明了库水位动态控制调度模式下的水-光中短期互补的基本原理,分别构建了考虑非汛期库水位动态控制的水-光互补中期和短期多目标优化调度数学模型,并以青海省黄河上游班多水-光互补系统为例验证模型有效性。结果表明,与传统调度模式相比,库水位动态控制调度模式下水库非汛期日初库水位平均增高0.94~1.17 m,水电日均发电水头平均提高0.06%~0.80%;非汛期水-光互补系统发电量提高0.221%,弃光电量降低0.025%。因此,非汛期库水位动态控制调度可提高水-光中短期互补性能。

梯级水库优化调度的改进ODDDP算法研究

“维数灾”问题和易陷入局部最优问题是梯级水库优化调度模型求解中的热点和难点。正交离散微分动态规划算法依据正交试验原理,解决了离散微分动态规划算法在求解水库群联合优化调度问题中的维数灾问题,但并未克服其依赖初始解质量和易陷入局部最优的缺陷。对此,借鉴入侵杂草算法空间扩散机制,引入高斯随机变量,并基于三角余弦函数的周期性质,设计提出了M-IWO-ODDDP算法,从算法全局搜索能力和搜索深度两方面,提高算法全局收敛能力。采用Schaffer、Shubert两种测试函数,分析测试了M-IWOODDDP算法的收敛性和鲁棒性。并以乌江流域11级梯级水库为例开展实例应用研究,结果表明,M-IWOODDDP寻优效果显著且对初始解质量无明显依赖性,算法收敛能力强、鲁棒性好。

基于SA-NSGA-Ⅱ算法的水库多目标优化调度研究

针对带精英策略的快速非支配排序遗传算法NSGA-II求解多目标优化问题时存在局部搜索能力较差的缺陷,提出一种基于逐次逼近方法改进的快速非支配排序遗传算法(SA-NSGA-Ⅱ),该算法通过不断调整搜索空间来减小不可行域和支配解占比,从而增强局部搜索能力,快速逼近Pareto真实前沿。以平均出力最大和下游河道适宜生态流量改变度最小为目标,建立小浪底水库多目标优化调度模型,分别采用SA-NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅱ求解模型并比较优化效果。结果表明,在两种算法求解模型生成的混合Pareto前沿中,SANSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅱ所生成的Pareto前沿点分别占比80.45%、19.55%;SA-NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅱ生成的Pareto前沿中,分别有86.90%、52.67%的点处于非支配地位,且SA-NSGA-Ⅱ较NSGA-Ⅱ的算法运算时间减少了15.32%。因此,在相同初始条件下,SA-NSGA-Ⅱ的优化效果优于NSGA-Ⅱ,验证了SA-NSGA-Ⅱ在水库多目标优化调度中的适用性。

考虑碳减排的水库多目标提前蓄水调度研究

针对当前的水库提前蓄水调度研究尚未考虑碳减排问题,本文基于水库碳排放和有机碳埋藏因子法,构建了考虑碳减排的水库提前蓄水调度模型,采用基于熵权重的逼近理想解排序法(TOPSIS)对提前蓄水调度方案进行了多目标评价,以优选调度方案,在三峡水库开展了实例研究。研究结果表明:三峡水库从9月1日起蓄,于9月30日逐步蓄至167 m的调度方案最优,相较于原设计方案,在不增加防洪风险的前提下,多年平均发电量增加29.91亿kW·h(8.80%),弃水量减少26.03亿m^(3)(27.51%),碳排放量减少69.26亿g(3.94%),有机碳埋藏量增加1.93亿g(1.28%),温室气体的CO_(2)碳当量减少235.48亿g(3.85%),提前蓄水方案可显著提升三峡水库发电量、供水保障能力和减少碳排放量。本研究为水库提前蓄水的水碳协同调度提供了技术支撑。

基于水动力学模型和代理模型的水库动库容精细化计算

山区河道型水库存在较大动库容,库容计算不准确使得制定水库调度计划时出现较大偏差。根据水库水面线变化特点引入分段法将水库分段,并结合水动力学模型计算出水库动库容,实现水库动库容的精细化计算。同时针对水动力学模型在调度计划制定的实时计算中所面临的计算效率瓶颈,建立了基于RSMGU和RSLSTM的代理模型。以三峡水库为例,对基于水位—库容曲线所算得的静库容模型,水库动库容与之相比增大了约12%。以2020年汛期#4洪水为例,采用动库容法计算库容,可减小部分下泄流量,进一步发挥水库的防洪兴利能力;发现RSMGU更适合作为水动力学模型的代理模型。

Kriging水动力学代理模型在水库群优化调度中的应用

为解决传统水动力学模型结合调度模型求解耗时长的难题,使用代理模型模拟水动力学模型以提升求解效率。从金沙江下游—三峡梯级水库调度实际出发,结合水动力学和代理模型相关理论,建立了基于Kriging代理模型的水库群多目标调度模型并采用多目标进化算法对模型进行求解,最后采用投影追踪法对得到的多目标帕累托前沿进行决策。研究结果表明,代理模型的平均模拟误差≤1.5%,能够较为精确地替代原有长耗时水动力学模型并结合调度模型给出具有竞争关系的帕累托前沿及合理的折衷方案,对促进梯级水库综合效益发挥提供理论依据。

水火风光多能互补系统联合调度问题两层优化建模方法研究

为解决水火风光多能互补发电系统联合优化复杂问题,提出了一种水火风光多能互补系统联合调度问题两层优化建模和求解方法,上层以余荷均方差和期望均值最小为目标函数对水风光清洁能源打捆进行联合优化,下层以成本经济指标最小为目标函数对火电适配余荷进行优化。以江西省典型春秋季、夏季和冬季江西省的电网负荷以及风电、光电的出力过程为研究对象进行实例分析,采用研究团队提出的DPSA-POA和智能算法混合优化方法进行模型求解,验证了本文所提两层优化建模和求解方法的有效性。并发现了风光可弃情境相比风光完全消纳情景虽然在火电出力上有所提高,但在整体运行费用上有所降低。在以春秋季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了5.79%,多能互补系统整体运行费用减少了4.97%;在以夏季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了0.32%,多能互补系统整体运行费用减少了1.95%;在以冬季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了10.70%,多能互补系统整体运行费用减少了6.78%。该方法为求解水火风光多能互补联合优化复杂问题提供了一种新的思路。

基于未来降雨的水库实时优化调度研究

为了充分利用未来降雨信息指导水库调度,构建了以最大削峰为目标的水库实时调度模型,提出了一种考虑未来降雨信息的水库优化调度方法,基于水箱模型利用24 h降雨量预报信息预测入库流量并建立每个时段的泄洪指标求解模型。以山美水库防洪调度为例进行研究,与降雨启发信息优化调度方法进行比较,结果表明,此优化调度方法在目标函数上表现更好,与利用洪水预报的优化调度方法效果相近,能较好地解决来水不确定性的问题。

面向鱼类产卵繁殖的人造洪峰生态调度实践——以金沙江下游-三峡梯级水库为例

2011-2023年,金沙江下游-三峡梯级水库共开展了20次面向鱼类产卵繁殖的人造洪峰生态调度试验,在取得良好试验成效的同时积累了大量的经验。为系统梳理多年来的生态调度试验成效及经验,详细介绍了金沙江下游-三峡梯级水库人造洪峰生态调度试验的原理、要点、监测评价方法,回顾了历年调度试验开展情况,总结了调度经验并对未来优化方向进行了展望。结果表明,金下-三峡梯级水库人造洪峰生态调度试验有效促进了长江干流产漂流性卵鱼类产卵繁殖,其中三峡水库促进坝下代表性产漂流性卵鱼类——四大家鱼自然产卵繁殖效果最为显著。截至2023年,长江中游四大家鱼累计总产卵规模达382.5亿粒。在多年生态调度和十年禁渔计划等工作的共同推动下,四大家鱼资源量基本接近20世纪80年代水平。然而,受气候变化、鱼类产卵及发育特性变化、产卵场变化等因素的影响,人造洪峰生态调度试验需要在调度过程优化、调度效果评价、调度效果提升等方面开展针对性地优化调整。相关结果可为变化环境下相似流域开展面向鱼类产卵繁殖的人造洪峰生态调度试验提供参考。

基于最优流量分配的水电站短期精细化调度研究

在水电站发电调度研究中,因“以水定电”和“以电定水”两种模式应用场景不同,通常独立使用短期调度模型或实时调度模型,这会导致调度过程中各时段出力的求解有所偏差,难以保证短期调度与实时调度出力计算的一致性和最优性。因此,通过构建最优流量分配模型,将短期调度模型和时段内机组最优流量分配模型进行耦合,可得到短期调度模型中各计算时段内的理论最优出力,实现电站与机组在短期及实时调度层面的无缝衔接。以阿尔塔什电站的发电调度为例,通过计算发现所建短期精细化调度模型的调度期发电量提高了近9%,相较于传统优化调度方式额外提高了5.5%,极大地提高了水电站的经济效益。

上游水库实际调度对桓仁水库入库洪水影响分析

本文以浑江流域2010年两场洪水为研究背景,分析桓仁水库上游中小型水库实际调度对桓仁水库入库洪水的影响,得出以下结论:在2010年7月28日—8月3日7天洪水过程中,上游4库的调度运行使桓仁水库入库水量增加1306万m3,占桓仁水库同期来水量的1.12%,整个洪水期,上游水库的调度使桓仁水库入库总水量有所增加。在2010年8月27日—9月2日7天洪水过程中,上游4库的调度运行使桓仁水库入库水量减少670万m^(3),占桓仁水库同期来水量的0.71%,上游水库的调度使桓仁水库入库总水量有所减少。应用此研究成果可提高浑江流域水文预报的精确度,研究成果为同类调度提供参考。

马力沟水库运行调度方式及回水情况分析

水库运行调度方式对保障水库运行具有重要意义。结合马力沟水库工程的实际情况,确定水库的死水位、正常蓄水位等参数,根据水库的功能需求,对水库工程运行调度方式进行分析。结果表明;水库调度采取库水位低于788.00 m时,不下泄生态流量;库水位高于788.00 m时,按3.8万m3/月从水库下泄生态流量。水库坝前30年淤积高程为754.00 m,5年和20年一遇洪水的水库回水在0.64 km处(DM7)与天然河道水面线尖灭。研究结果可为马力沟水库运行调度提供参考。

叶尔羌河山区水库与平原水库联合调度研究

为统筹协调好叶尔羌河下坂地水库、阿尔塔什水库生态、灌溉和发电的水量调度关系,充分发挥两座山区水库的综合利用功能,建立了以灌溉保证率最大和生态供水量最大两种情况下的单目标优化调度模型,并采用遗传算法求解模型。结果表明:两种调度目标情况下,下坂地水库先蓄后供,阿尔塔什水库后蓄先供的供蓄方案均最优,均能满足流域各部门需求;考虑到国家对流域重点胡杨林实施应急输水要求及流域水库群统一调度现状,最终推荐上库(下坂地)先蓄先供、下库(阿尔塔什)后蓄后供的水量调度方案,即流域汛期生态下泄水量10.07亿m^(3),灌溉保证率75.9%,年均发电量25.02亿Kw·h,水库年均损失水量2.60亿m^(3)。研究成果对于指导叶尔羌河流域水资源调度管理具有重要作用。

向家坝坝下水位顶托关系研究

岷江、横江来水对长江干流水位具有明显的顶托作用,影响汇合口上游的向家坝水库调度决策。为系统分析下游来水对向家坝坝下水位顶托影响,利用2016~2023年资料,采用控制变量原理建立了横江流量与向家坝坝下水位顶托关系,在此基础上分析了2020年岷江洪水对向家坝坝下水位的顶托影响,采用落差指数法进一步建立了干流宜宾水位与向家坝坝下水位、流量三相关系。结果表明,岷江来水和向家坝出库流量的比值与向家坝坝下至宜宾站水位落差呈指数关系;横江流量为300~2000 m^(3)/s时,顶托量为0.28~0.85 m;2020年岷江洪水对向家坝坝下水位最大顶托5.92 m,当宜宾站水位高于271 m时,向家坝坝下水位将会受到不同程度的顶托影响。

都市型水库水质保障工程对防洪调度的影响分析

目前众多水库已融入都市中,随之带来了更加复杂的库周环境,在赋予都市型水库更丰富的功能定位时也不能忽视水库自身的供水、防洪安全。为此,以都市型水库进程最具代表性的深圳市铁岗水库为例,通过综合分析研究区“降雨—洪水—库容—防洪”系统,构建“隔离-耦合”协调级模型,计算并比较分析水质保障工程实施前后铁岗水库的洪水调节成果。结果表明,水质保障工程的实施对水库大坝而言,可降低水库的设计、校核洪水位;对下游防洪保护对象而言,可减少水库的下泄流量并滞后洪水下泄的时间;水质保障工程从水环境、水资源、水安全角度均有益处,可为其他类似工程提供借鉴。

基于改进沙猫群算法的水库群防洪优化调度研究

水库防洪调度对于有效减少洪水灾害、保障人民生命财产安全至关重要。此过程是个多阶段、非线性的、高纬度的工程问题,具有许多复杂的约束条件和相互依赖的决策变量。为了提高水库群优化调度问题的求解效率,充分发挥水库群协同防洪能力,提出了改进的沙猫群算法(Sand Cat Swarm Optimization Algorithm,SCSO),利用Cubic混沌映射策略实现调度方案的分散均匀性,引入鲸鱼算法的螺旋搜索策略提高种群的局部搜索和全局搜索能力,融合麻雀算法后阶段的预警机制增加算法后期全局搜索的能力,使用经典测试函数和秩和检验对算法的精度进行检验,结果表明,改进后的沙猫群算法的收敛速度和精度都得到了明显的提升;并首次将算法运用在水库群防洪优化调度上,建立防洪控制点处最大削峰准则模型,对黄河中下游5座水库联合防洪调度系统应用研究,同时,将改进的沙猫群算法(ISCSO)与原始沙猫群算法(SCSO)、蜣螂算法(DBO)的优化结果进行对比分析,其中DBO算法求得的控制点峰值流量为21274.3 m^(3)/s,削峰率为46.62%,SCSO算法求得的控制点峰值流量为21248.6 m^(3)/s,削峰率为46.68%,ISCSO算法求得的控制点峰值流量为20687.1 m^(3)/s,削峰值最率最大,为48.09%。结果表明,改进的沙猫群算法在解决水库防洪调度问题中削峰效果最好,且有效实现下游错峰效果,保证了下游河道以及防洪控制点的安全。研究成果为解决水库群防洪优化调度提供了新的思路和方法。

水库群联合优化调度研究进展与展望

系统阐述了线性规划、非线性规划、网络流、大系统、动态规划、启发式算法等主要的水库群联合优化调度方法,对近年来国内外水库群优化调度理论及应用进展进行综述;重点分析了库群联合调度的基本原则、目标函数、优化算法及在防洪调度、兴利调度和多目标调度中的应用;展望了水库群联合优化调度的多目标技术,决策支持系统和效益分配等研究的方向。

万家寨水库右岸岩溶渗漏试验研究

水库岩溶渗漏是水资源持续利用与安全运行的不利因素。由于岩溶发育的空间不均匀性,渗漏调查难度大。通过微量元素多元示踪试验、地下水环境同位素及水化学分析和数值模拟相结合,对万家寨水利枢纽右岸岩溶渗漏进行综合研究,查明渗漏途径和渗漏强度,为水库渗漏治理提供依据,探索北方水库岩溶渗漏调查的有效途径。

三峡水库动态汛限水位洪水调度风险指标及综合评价模型研究

汛限水位是综合利用水库运行和调度的重要参数之一,也是协调防洪和兴利矛盾的焦点所在。现行的汛限水位过多地考虑了小概率洪水事件,不能充分挖掘水库汛期的兴利效益,因此,采用动态汛限水位进行调度,对综合利用水库的运行具有重要的理论意义和实用价值。根据三峡水库围堰发电期的调度规程,建立预报预泄调度模型,采用宜昌站1882-2001年汛期实测日流量资料,实现了考虑预报信息的动态汛限水位洪水调度模拟;提出了多目标风险指标体系;计算了9种动态汛限水位方案下的风险指标值,通过综合评价模型对各方案进行比较和优选,得到了相对合理的动态汛限水位方案。

水库汛限水位动态控制的实现途径

水库汛限水位动态控制是洪水资源利用的主要方式之一,提高水库洪水预报精度和延长有效预见期是实现水库汛限水位动态控制的关键所在。针对水库实时防洪调度的特点和流程,概述了新一代天气雷达、气象卫星及相关应用系统的技术进展,评价了这一技术进展在水库实时防洪调度中的重要作用,据此提出了综合应用新技术改进水库洪水预报、洪水量级判断和蓄水时机选择的技术途径。在此基础上,以海河流域潘家口水库为例,综合论证了水库汛限水位的动态控制范围,提出了汛期蓄水的控制策略与调控方法。