水库调度全要素“水-电”响应关系与中长期最优运行方式的解析表征及应用

Along with the continuous development of hydropower scale come the contradictions among comprehensive utilizations. It attaches great importance to the efficiency of water resource usage. So, the mid-long term operation has become the hotspot and cutting-edge branch in the field of water resource planning and management. The reservoir equations are implicit nonlinear, for the reservoir characteristic curves are presented as discrete data. As a result, these equations has to be solved by iterative solution with non-convergence and low-efficiency. Moreover, it is hard to systematically analyze the impact mechanism to responsive connection of water-power. Aimed at these issues, this project use analytic method, which could be defined as follows: the project focuses on the total-factor responsive connection of water-power by making a breakthrough on the functionalization of reservoir characteristic curves. The research is based on the analytic solution to reservoir operation equations, through which the project proposes a total-factor analytic description to the water-power responsive connection, reveals its total-factor impact mechanism and make a derivation of analytic optimums for the mid-long term operation optimization. The researches above put forward a new way for the development of mid-long term operation with feasibility, validity, stability, universality and efficiency. It will bring benefits and provide supports for the basic theory, scientific disciplines of mid-long term operation and the efficient utilization of water resource as well.

随着我国水电规模不断扩大，水能资源高效利用越来越受到重视，综合利用矛盾日益突出，水库中长期调度逐步成为热点和前沿研究领域。因水库特性曲线离散数值表达，水库调度方程组呈现为离散隐式非线性，导致调度计算方法一般以数值法为主，既存在算法不收敛和效率低，“水—电”响应关系的影响机制和中长期最优运行规律又不明晰等问题。针对这些问题，本项目从解析法途径开展研究，即以“水—电”函数响应关系为核心、水库特性曲线函数化为突破口、调度方程组的解析法研究为基础，提出“水—电”响应关系的全要素解析式表征方法，系统揭示“水—电”响应关系的全要素影响机制，研究水库中长期最优运行方式的解析解方法，从而在保证调度计算方法的科学性、可用性、合理性、稳定性、高效性及普适性的同时，又可以为促进中长期优化调度方法的发展提供新的途径，并为丰富中长期调度的基础理论与方法、明晰水库中长期调度科学规律及实现水能资源高效利用提供支撑。

针对中长期调度方程组迭代求解方法存在的缺陷和解的物理意义不明晰问题，系统性地对特性曲线解析函数化进行了研究，提出发电水库中长期调度方程组解析解概念，并推导出解析解公式，提出具有普适性的水库调度方程组解析解法，并对迭代解法与解析解法应用对比研究，为明晰水电站中长期科学调度规律、丰富中长期调度基础理论与方法提供科学依据。.针对由于水库特性曲线离散数值表达，现行水库中长期发电优化调度模型与求解方法只能采用数值计算方法，从而导致优化计算效率低下等问题，提出了水库中长期发电优化调度的解析方法，即通过水库特性曲线的函数化，建立了优化调度的解析函数模型，并基于POA算法原理提出了解析优化方法—APOA算法。经过实例应用和传统方法对比研究表明，该方法不仅具有理论方法方面的优越性，其计算效率也得到了显著提高。.从水电响应关系物理意义层面出发，在基于聚类分析的水库特性曲线函数化研究基础上，对函数化水库特性曲线进行误差分布规律以及修正方法展开研究，探讨解析解对中长期发电调度数学模型求解的影响，进而提出了解析解形式下的时段出力-发电流量互逆求解的改进方法。.系统研究了单阶段相邻状态最优决策特性和调度期全过程最优解特性，根据优化调度结果的固有规律提出了基于相邻状态最优决策特性的动态规划改进算法（ODC-DP）和基于最优解特性的简化算法（OSCA），结合梯级水库的特点进一步提出了适用于求解梯级水库中长期优化调度模型的改进算法，从而拓展最优解特性的应用领域。.系统地研究了水库优化调度模型的最优解，提出了水库水电站运行方式的基本类型，以此作为基础对水库中长期优化调度数学模型的最优解特性进行了分析，提出了“断点”和“截断”的概念以及适用于求解水库中长期优化调度模型的并行算法，为水库中长期优化调度的研究提供了一种全新思路。