红水河梯级电站优化调度~杨心如胡琳斓姜昊

时间：2025-05-15

重庆理工大学

数学建模论文

题目B：

红水河梯级电站优化调度

作者：杨心如胡琳斓姜昊

数学与统计学院 2011年04月25日

红水河梯级电站优化调度

【摘要】

“红水河梯级电站优化调度” 数学模型的建立是通过对红水河梯级电站的优化调度来探讨如何有效的利用红水河的水利资源造福人类，减少其对人类的负面影响。由于梯级水电站的工作情况是和电力系统、河川径流紧密相联的。电力负荷的多变性和电能不能储存的特性，河川径流的多变性和不重复性等，往往造成水电站电力电量供需的尖锐矛盾，因此我们利用数学知识联系实际问题，构建优化调度模型来解决问题。

问题一：对于红水河上已经开发的9级电站，我们构建了制定梯级水库群联合优化调度函数的“优化- 拟合- 再优化- 随机仿真”框架: 首先建立梯级水库群优化调度模型, 通过确定性动态规划方法得到最优样本; 然后对最优样本进行多元线性回归分析得到联合调度函数; 并基于模拟调度结果采用非线性规划方法直接修正调度函数; 最后通过水文随机模拟技术生成径流系列, 进一步检验、评价所得调度函数的效率。

问题二：在问题一的基础上，将大藤峡水电站并入梯级水库群联合优化调度中。经过认真分析和讨论，我们把未来红水河上的10个梯级水电站全部建成后的优化调度方案构建成以最大发电量为目标函数，加入发电保证率约束进行适当惩罚，建立嵌套模拟调度的优化模型，并给出了求解的一般步骤与算法。

最后本文还对实现红水河梯级电站优化调度的具体方案给出了建议，对各模型在实际中的应用价值进行了详细讨论，并提出了改进方案。

关键词：红水河梯级电站优化调度调度函数随机模拟

1、问题重述

红水河是珠江流域西江水系的干流，全河段10个梯级电站（天生桥一级、

天生桥二级、平班、龙滩、岩滩、大化、百龙滩、乐滩、桥巩、大藤峡10个梯级电站），总装机容量约1300万千瓦，经开发9级电站。大藤峡是是红水河上目前唯一在建的大型梯级水电站。

梯级水电站的工作情况是和电力系统、河川径流紧密相联的。电力负荷的多变性和电能不能储存的特性，河川径流的多变性和不重复性等，往往造成水电站电力电量供需的尖锐矛盾，于是要求水电站利用水库的调蓄能力平衡上述矛盾，并使得水电站获得尽可能大的容量效益和电量效益。

对未来的河川径流量的估计错误、系统负荷分配的不当、电站工作位置不妥等，均可带来运行电站电能损失和使得容量效益不能充分发挥，甚至造成系统电力正常供应破坏，给国民经济造成巨大损失。另一方面水电站水库由于前期盲目多发电，供水季节不能按计划向系统提供保证电量，有的甚至被停止运行，使得系统在枯水季节容量不足，电力周波下降，造成供电质量不合要求及大规模限电，给国民经济及人民生活带来巨大损失。为了避免再发生上述情况，使水库调度较好地达到安全、经济两个基本要求，目前广泛的措施是拟定切实可行的水电站调度方案，并按调度方案维持正常运行。

根据水库调度的工作特点，一般可分为洪水调度和电力(兴利)调度。兴利调度的任务，则是利用水库的蓄水调节能力，重新分配河流的天然来水使之符合发电(兴利)部门的用水要求。

请查阅相关数据，对红水河上的梯级水电站进行电力(兴利)调度：（一）提出对已经开发的9级电站的优化调度方案。

（二）未来红水河上的10个梯级水电站全部建成后的优化调度方案。

2、问题分析

本题主要研究的问题为如何利用水库的蓄水调节能力，重新分配河流的天然水使之符合发电部门的用水要求，并使水电站获得尽可能大的容量效益和电量效益。联系实际，对红水河上的梯级水电站进行的电力调度，需考虑各梯级水电站的可蓄水容积、各梯级水电站的出力、红水河的径流量、通过各梯级水电站的入

水量及出水量和季节性供水变化等因素。

由于此题的两个问题的相关性较大，因此我们先试着运用了同种优化方案来建立模型，我们优化的目的是控制水的流量而达到发电量的最大值，而且要保证大坝的安全，保证下游防洪安全，保证每个达到最低出力量。然后再根据实际情况，以及对数据的处理，提出改进的方案。

3、模型假设

1、假设红水河上的各梯级水电站的供电系统正常供应； 2、假设红水河上的各梯级水电站的工作人员认真工作，保质保量完成工作

任务；

3、假设不出现洪水、旱期，供水充足；

4、假设红水河上的各梯级水电站的发电策略符合规律； 5、假设每个电站发电机的效率是个定值； 6、假设水库里的水不存在蒸发情况； 7、假设水电站计算期的时间段长为1年。