基于动态余留库容的梯级水库群发电调度序贯决策研究

The carryover storage of a reservoir is the key to balance the benefit between the recent and future periods. The optimal distribution of the carryover storages of cascade reservoirs is a powerful tool to maximize the benefit of the reservoir group. How to dynamically control the carryover storages considering the multi-scale forecasting uncertainty information remains a challenging task in the field of reservoir operation, especially under changing environments. Focusing on the power generation operation of cascade reservoirs, the characteristics of carryover storage utility function and its dynamic control mechanism will be studied. Firstly, by using data mining techniques, the study will recognize the carryover period of the cascade reservoirs at the end of each month and its mapping relationships between key factors and carryover expected benefits. Then, a sequential decision-making model coupling the medium and long-term forecasting uncertainty information will be built for cascade reservoir operation, which will be used to obtain the optimal decision-making and dynamically control the carryover storages self-adaptively by a hedging mechanism. Finally，a case study will be carried on China’s Ya-lung River to verify the proposed method. The study can provide technical support for the optimal power generation operation of cascade reservoir by using multi-scale runoff forecasting uncertainty information.

水库余留库容是协调当前效益与未来效益的关键指标，其优化分配是实现水库群优化调度的重要手段。尤其是在变化环境下，如何综合考虑多尺度预报不确定性的耦合影响实现余留库容的动态控制是近年来水库调度领域亟需解决的关键问题。本项目针对梯级水库群发电调度问题，研究中-长期预报不确定性耦合影响下梯级余留库容期望效益函数特性及动态控制机制。首先通过数据挖掘方法识别梯级水库群各月末余留期，解析梯级余留库容期望效益与关键因素的映射关系；然后构建耦合中-长径流不确定性的梯级水库群发电调度序贯决策模型，实现水库群发电调度中-长期风险对冲下的最优决策以及余留库容的动态控制；最后以雅砻江梯级水库群为研究对象开展应用研究。本项目研究成果可为充分利用径流预报及其不确定性信息实现梯级水库群发电调度优化决策提供技术支撑。

项目以雅砻江下游梯级水库群为研究对象，围绕多尺度预报不确定性耦合影响下的水库群余留库容动态控制面临的关键问题开展了深入研究，取得如下研究进展和成果：①针对中长期预报不确定性量化与分析问题，建立了耦合数据分解技术和非线性数据驱动模型的预报模型，提出了一套能适应径流非线性、非稳态特性和实际预报流程的自适应中长期径流预报技术。②针对水库余留效益量化分析问题，提出了有限历史径流样本下状态转移概率的理论估计方法，在此基础上采用SDP方法量化分析余留效益并获取余留效益规则曲线奠定了基础。③针对多尺度径流预报不确定性影响下的水库调度问题，研究四种径流描述模型，然后分别建立不同径流描述方式下的SDP模型，结果表明当径流预报精度较高时，考虑径流预报信息及其不确定性能够提高发电调度的效益。④针对水库中长期发电计划编制一直是水库优化调度领域的重点和难点，研究引入两阶段决策思想，提出了水库发电调度余留期效益函数的近似逼近方法，建立了能兼顾水库即时效益和余留期效益的两阶段随机优化调度模型，用于指导二滩水电站的中长期发电计划滚动更新。⑤针对雅砻江流域水库群中长期调度计划编制与执行过程中存在的风险累积问题，研究提出了基于年径流丰枯转换分析的梯级水库群余留效益量化分析方法，建立了基于双协同策略的梯级水库群中长期发电调度序贯决策技术，从而对风险进行有效的控制，增强雅砻江水库群发电调度的抗风险能力。本项目相关成果已经在雅砻江流域下游锦西、锦东、官地、二滩以及桐子林等五座水库联合发电调度中进行应用，有效权衡了发电调度风险与效益，增加了水电站群的发电量，为社会提供了更多的清洁能源，减少了化石能源的消耗，具有巨大的社会环境效益。