1、水電能源系統優化運行水電能源系統優化運行課程總結 專 業： xxxx 學 號： xxxx 學 生： xxxx 指導教師： xxxx 完成日期： xxxx年xx月xx日 水電能源系統經濟運行學習報告摘要水電站經濟運行是充分利用水能資源的一項增產措施，也是減少水能消耗的一項節能措施。但水電站經濟運行涉及影響因素多,約束條件復雜,是一項較復雜的系統工程。不同水電站特征千差萬別,加大了水電站經濟運行的實施難度。在課程學習中，主要從廠內經濟運行、短期優化調度、長期優化調度、預報模型與方法等方面對水電站經濟運行這門課進行了學習。本文將從以下幾個方面描述這門課的學習內容。第一概述了水電站經濟運行；第二討論了

2、水電站經濟運行的基本內容；第三總結全文。關鍵詞：水電站經濟運行 內容 學習 目錄摘要11.引言32. 水電站經濟運行概述33. 水電站經濟運行的基本內容53.1水電站廠內經濟運行53.2 水庫短期經濟運行63.3 水庫優化調度63.4 預報模型與方法74. 總結8 參考文獻91.引言電力系統是現代社會最重要，最廣闊的支柱產業之一，由于電能生產、輸送、分配和使用的便捷性和多樣性，電能正日益在社會生活的各方面發揮著越來越重要的作用，已成為現代社會發展的主要能源。電力系統是一個消耗大量煤炭、石油、天然氣等一次性能源和可再生的水資源，同時又輸出巨大電能系統工程，如何提高電力系統的運行效率，充分利用水資

3、源，減少一次性能源的消耗，增加電能輸出，這就是電力系統的優化經濟運行問題。隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，電力用戶對電力主要提出供電可靠性和經濟性兩方面的要求。前者要求電力系統以一定數量和質量的電能對用戶不間斷地、安全可靠地供電，即滿足一定時期負荷要求；后者是要求系統對用戶的供電應盡可能經濟、便宜。要做到安全可靠的供電，可以通過提高設備的制造、安裝、運行、維護水平來實現；而要做到供電的經濟性，就要努力降低電力系統的運營成本，重點就是降低發電成本，即降低火電站的燃料消耗和水電站的耗水率，節能增發。要降低水電站的發電耗水，充分利用有限的水量多發電，就要對水電站的機組運行進行優化，實現最優經

4、濟運行。2. 水電站經濟運行概述水電站經濟運行主要是研究水電站科學管理的優化技術和調度決策。在保證電能生產的安全可靠、連續優質以及多目標綜合利用的要求下，合理地、有效地、最大限度地利用水能。它應用系統工程的理論和方法，以電子計算機為主要運算手段，研究電力系統中水電站的運行方式，最終達到研究系統整體最優的目的。水電站在電力系統中的最優運行方式，按照工作周期長短的不同，通常劃分為三種方式，即長期運行方式、短期運行方式和廠內運行方式。每種方式有其獨立性同時又互有一定的聯系。在理論研究和分析水電站在電力系統中的運行方式時，認為全廠動力特性是按各動力設備運行工況最優化而得出的。在此基礎上，明確長期經濟運

5、行方式，可以說是“先廠內，次短期，后長期”的關系。在實際制定各種經濟運行方式的方案，并用以指導管理決策時，則是“先長期，次短期，后廠內”的順序。長期運行方式、短期運行方式和廠內運行方式三者互相依從和制約，構成科學的整體關系。如圖2-1所示：圖2-1水電站經濟運行運行方式從研究問題的空間范圍來看，水電站經濟運行可劃分為廠內經濟運行和廠間或電力系統經濟運行。本論文課題主要研究水電站廠內經濟運行，即根據電網調度給定的某一時段電站的出力，按照一定的計算方法，確定水電站中機組的開、停機次序和機組間負荷的最優分配，使運行機組都在高效率區域運行，從而使全廠的發電耗水量最小，來達到增加發電量的目的。從研究問題

6、的時間范圍來看，水電站經濟運行可劃分為瞬時（小時）、短期（周、日）和長期經濟運行。長期經濟運行的任務是將一段較長時期（季、年、多年）內的有限輸入能量分配到其中較短的時段內（月、周、日）；短期經濟運行的任務是將以上長期經濟運行所分配的輸入能量在短期內的各更短時段（小時）間合理分配，確定出水電站逐日、逐小時的負荷分配和機組的運行狀態。瞬時經濟運行的任務是將在相應小時或時刻分配到水電站的負荷，再落實分配到各臺機組。短期經濟運行方式的制定對具有短期（日）調節性能以上的水電站都有現實意義。而長期經濟運行方式的制定只對長期調節性能水庫（季調節以上的水庫）的水電站才有意義。為了充分發揮水電站的作用，最大限度

7、的利用水能，以獲得盡可能大的運行效益，應全面開展水電站的長期、短期經濟運行方式及廠內的經濟運行調度。水電站經濟運行運行的基本原則是：在確保水電站水庫大壩及其水工建筑物安全的前提下，分清發電與防洪及其它綜合利用任務之間的主次關系，統一調度，使電站綜合效益盡可能最大；當大壩及其水工建筑物的安全滿足供電、上游與下游防洪及其它用水發生矛盾時，應當首先考慮大壩及其水工建筑物的安全；當供電的可靠性與經濟性發生矛盾時，應當滿足供電可靠性的要求。水電站的經濟運行必須符合上述原則，否則安全運行保證不了，經濟運行工作也就失去了意義。3. 水電站經濟運行的基本內容 3.1水電站廠內經濟運行水電站廠內經濟運行（也叫優

8、化運行）是在滿足電能生產的安全、可靠、優質的前提下，合理地組織調度電廠的發電生產設備，以獲得盡可能大的經濟效益。與此相適應的水電站運行方式，稱為水電站經濟運行方式，也可稱最優運行方式。水電站廠內優化運行主要是研究水電站的出力平衡、流量平衡、水頭平衡、水電站的動力特性、機組最優啟停順序、工作機組的臺數、機組間負荷或流量的最佳匹配方式、機組的最合理調節程序和電能生產的質量控制問題。水電站廠內經濟運行的基本任務是研究水電站在總負荷給定條件下其廠內工作機組最優臺數、組合及啟停次序的確定，機組間負荷的最優分配，即廠內最優運行方式制定和實現的有關問題，實際上也是研究其日內逐小時及瞬時經濟運行問題。水電站的

9、出力、流量和水頭平衡；機組間負荷的合理分配方案；最優的運轉機組數和機組的起動、停機計劃；機組的合理調節程序和電能生產的質量控制。它包含兩個優化問題：空間最優化和時間最優化問題。所謂空間最優化，即是指對于某一發電任務合理地選擇機組臺數、臺號，并在此組合中實行機組之間的最優負荷分配；而時間最優化則是在空間最優化的基礎上，不僅考慮時段內的優化，同時計及時段之間由于負荷的變化可能產生的機組的開停對整個優化的影響。機組組合的變化會帶來附加的耗水和其它以水當量計算的消耗。因此，時間最優化是一個計算優化周期內的最優，是全局的最優。 從研究問題的分析方法來看，國內外制定水電站廠內經濟運行方式的方法有機組間負荷

10、最優分配等微增率法、機組最優工作臺數、組合及啟停次序的耗量特性圖解法、最優運行方式動態規劃法以及機組最優啟停組合和負荷最優經濟分配的遺傳算法等。水電站廠內經濟運行是一類典型的單目標優化問題，本文以水電站在給定發電負荷下耗流量最小作為最優化目標來探討這一問題。它包含了兩個子優化問題:機組負荷分配優化問題和機組組合優化問題。 3.2 水庫短期經濟運行短期經濟運行的主要任務是指將長期經濟運行所分配給本時段（周、日）的輸入能在其中更短時段（日、小時和15min）間合理分配，以確定水電站逐日、逐小時或逐15min負荷及運行狀態，制定水電站水庫短期（最優）運行方式。它適用于具有日調節及以上性能水庫的水電站

11、短期調度。短期經濟運行是實時經濟運行的宏觀控制，而實時經濟運行是短期經濟運行的具體體現，即短期經濟運行在理論和技術上一般都包含實時經濟運行。水電站短期經濟運行的內容主要包括：1、 制定計劃期（未來一日或一周內多日）的經濟運行方式（計劃）。有“以電定水”和“以水定電”兩種模式。 “以電定水”模式的基本課題是：對于計劃期T（總時段數，時間范圍為-），在已知水電站總負荷過程和預測入庫流量過程等條件下，尋求使所采用的優化準則達到極值的水電站各時段工作機組的最優臺數、組合及有功負荷在工作機組間的最優分配，以及相應的水庫蓄泄狀態變化過程和泄流設施控制過程。 “以水定電”模式的基本課題是：對于計劃期T（總時

12、段數，時間范圍為-），在已知預測入庫流量過程和總用水量等條件下，尋求使所采用的優化準則達到極值的水電站總負荷過程、各時段工作機組的最優臺數、組合、有功負荷在工作機組間的最優分配，以及相應的水庫蓄泄狀態變化過程和泄流設施控制過程。2、 短期經濟運行方式的實時控制與調整。以所編制的計劃期內水電站經濟運行方式（計劃）為指導，根據面臨時段及其后時段負荷等信息的可能變化，隨時修正原計劃（方式），以調整水電站及其各機組面臨時段的決策和剩余計劃期的經濟運行方式，調整方法可以采用以上計劃制定方法。同時，還須考慮電力頻率和電壓的變化情況，調整相應的無功功率。水電站負荷調整一般由廠內經濟運行的自動控制系統實現。

13、3.3 水庫優化調度水電站水庫調度是運用水庫的調蓄能力，通過水電站的泄水建筑物和水輪機設備調節控制河川的天然徑流，使之適應電力系統可靠供電和其它綜合用水部門的需要。水庫調度的基本依據是，根據河川徑流特性及電力系統和綜合用水部門的要求，按水庫調度目的編制的水庫調度圖。水庫調度圖表示了在水庫運行中，決策變量（水電站出力、供水量、下泄流量、水位等）與狀態變量（入庫流量、庫水位等）在時間上的函數關系。它綜合反映了各部門的要求和水庫調度的基本原則。常規水庫調度圖是以實測的徑流資料為依據，在綜合考慮電力系統和綜合用水部門要求的基礎上，編制的水庫調度基本規則。常規水庫調度圖具有概念清晰、使用方便的特點，在維

14、持電站正常運行中發揮了巨大作用。但是，在應用常規水庫調度圖時未充分利用已知的有用信息，一般都不考慮水文預報，并且也沒有充分利用河川徑流的統計規律。因此常規水庫調度圖所提供的水庫調度方案僅是一個合理解，而不是最優解。水庫優化調度是在滿足各種約束條件下，應用優化理論與方法使水庫運行中的某一個（或多個）目標函數取極值的調度方案。隨著現代科學技術的發展，優化理論和方法逐漸成熟，計算機技術、數字通信技術的迅速發展及廣泛應用，為水庫優化調度的應用創造了條件。 水庫優化調度的計算方法主要有：變分法、馬爾柯夫決策過程、動態規劃、非線性規劃、對策論、模糊數學理論、遺傳算法等。其中，隨機動態規劃方法應用最為普遍。

15、為了在水庫調度的優化計算中反映設計保證率和保證出力的要求，可以在時段效益的計算公式中加入懲罰項，當時段出力小于保證出力時進行懲罰，降低其效益，使調度方案滿足設計保證率的要求。當采用不同的調度方案時，根據上式計算將會有不同的年效益期望值。水庫優化調度的目的就是選取一個最優的調度方案，使水庫按該調度方案運行時所得到的多年平均效益最大。 3.4 預報模型與方法在水庫的運行過程中，必須根據流域徑流的信息，合理安排發電和泄洪計劃，做到經濟，合理，安全運行。水庫調度的的依據就是徑流預報。 徑流預報是根據流域的水文要素（流量、水位等）或其影響要素（降雨、溫度等）的過去或現在狀態，對其未來狀態做作出估計。要使

16、發布的徑流預報具有實際意義，就必須給出正確的預報值和預見期。預見期有理論預見期和有效預見期之分：理論預見期指按照水文要素變化或演變規律獲得的預見期；有效預見期指在進行預報時，必須從理論預見期中扣除信息傳遞和分析計算花費的時間后剩余的預見期。顯然，有效預見期小于或等于理論預見期。有效預見期才具有真正的實際意義。水文現象是一種非常復雜的物理現象，它不僅受降雨的時空分布特性的影響，還受流域下墊面、人類活動等因素的影響。因此，多年來水文學者一直在不斷探索和研究，以便揭示水文現象及其發展變化規律。但是，至今仍有許多問題沒有解決。在沒有完全弄清楚水文規律之前，水文學家總是試圖通過建立模型對水文過程進行模擬

17、。在對復雜的水文過程進行研究時，水文模型可以認為是描述水文現象和水文過程的有效工具。即：流域水文模型是對自然界中復雜水文現象的近似模擬，是水文科學研究的重要手段。流域水文模型的發展主要經歷了如下三個階段：1、 概念、理論的確立以及系統黑箱模型階段。2、 概念性水文模型階段。3、 分布式水文模型階段。 新安江模型是我國水文工作者經過多年的研究與實踐，建立的流域短期徑流預報模型，在水庫運行的實踐中得到了廣泛地應用。新安江模型屬分散性概念模型，它把全流域分成若干個單元面積。新安江模型的輸入為流域降雨量 和流域蒸散發能力；輸出為單元面積蒸發量和單元面積出口斷面流量過程。新安江模型的計算主要包括以下四個計算：產流計算；蒸散發計算；分水源計算和匯流計算。4. 總結水電站經濟運行這門課圍繞廠內經濟運行、短期經濟運行、優化調度和預報描述等這些方面進行講解