基于时变因子动态耦合的水库调度收益-风险均衡策略研究

For making the hydropower generation scheduling, maximum power generation or gains are often the pursuiting target. For the stochastic optimization model, the most common scheduling criteria is the maximizing the expectation of generating income or capacity. However, the expectation criteria is not risk sensitive and unable to meet the optimization problems which need to reflect directly or limit the risk. Considering the runoff randomness and the and the electricity prices uncertainty in the market model, taking the generating income risk rate as the optimatinon goal, seek the reservoirs optimal scheduing strategy to minimize the risk rate of the generation experted income lowering than the scheduled earnings..By setting the pre-earnings orderly and optimizing the model, the corresponding minimum riks rate and the optimal scheduling strategy can be gained. Then, the relationship curve between the generation scheduling income and the risk rate can be drawn, which can help the decision-makers to select the income-risk equalization scheduling strategy according to the risk tolerance or riks appetite. Using the bayesian probability forecasting theory, quantitying and dynamically coupling the runoff forecasting and runoff state transiton uncertainty and real-time amendmenting the state transition probability matrix, the stochastic dynamic programming method is adopted to solve the risk dynamic hierarchical delivery of the multi-period risk control model.The model structure can be more reasoonable and the calculating results are expected to be more accurate.

水库调度往往追求最大的发电收益或发电量，而在随机优化调度模型中，最常用优化准则是水库发电收益或发电量期望值最大化。然而，期望准则对风险不敏感，无法对优化目标的潜在风险进行直接反映或限制。笔者考虑入库径流的随机性和市场模式下电价的不确定性，研究离散时间、非时齐马尔柯夫决策过程，提出一种水库调度最小收益风险控制模型，以预定发电收益风险率为优化目标，寻求水库最优控制策略，使水库发电期望收益值低于预定收益值的风险率最小。通过次序设定预收益值，获得与其相对应的最小风险率和最优控制策略，生成发电预定收益~风险率关系曲线，帮助决策者有机会根据自己风险承受能力或风险偏好，选择收益~风险均衡的控制策略。针对水库调度多时段间风险动态递阶传递问题，采用随机动态规划法进行建模，并运用贝叶斯全概率预报理论，量化并动态耦合入库径流预报的不确定性，实时修正状态转移概率矩阵，使模型结构更合理，进而提高模型计算精度。

在水电站水库调度过程中存在着许多不可预见因素，这些不可预见因素的存在必然会对水库的运行调度带来风险。主要包括：来水风险、决策放水风险、发电效益风险。而来水风险起决定性作用。风险决策的目的就是采用相关方法对产生风险的各种可能的误差进行分析和评估，找出风险效益匹配（均衡）或风险偏好最合适的决策方案。在本报告中，主要针对水库时段来水风险及电站调度期发电效益风险进行研究。. 对水库调度期面临时段而言，调度风险主要来自于入库径流的不确定性。由于时段入库径流的不确定性，导致决策结果的不确定性。目前得到较多应用的水文预报模型，预报制作单位都把它们视作确定性的，作为它们输出的预报值一般以确定值的形式发布给用户。然而，水文过程的发生与发展取决于气象因素和地理因素，是一个复杂的动态过程；水文预报模型接受水文、气象等多种输入，运用概化的模型参数，只是客观水文过程的仿真。这些复杂的因素导致了水文预报（入库径流预报）必然存在不确定性。. 基于马尔可夫过程的水库发电优化调度，受到广泛研究的优化准则是收益期望值最优。然而，期望准则对风险是不敏感的，不适宜需要直接对风险有所反映或限制的优化问题。在水电站水库优化调度中，为保证一定水平的发电收益，调度策略在尽可能使年期望总发电量大的同时，还要求平时发电量低于某个给定值的概率不得大于某个预定值。仅限于以收益期望值为优化目标是不够的，有必要选择其他的优化目标来反映实际问题的风险及决策者的意愿或风险偏好。. 项目研究主要取得如下成果：. 构建了一种水库调度时段风险分析法。采用贝叶斯概率水文预报理论，将实时气象因子与历史水文数据序列相结合，综合利用各种信息以提高入库径流预报精度。采用因子灰关联预报模型对流域中长期降水进行预报，建立流域降水径流确定性预报模型和贝叶斯概率水文预报模型，并以概率分布形式定量地描述水文预报的不确定度。以隶属东北电网的丰满水库为例，对所建立的模型进行了检验。. 提出了一种水库优化调度收益最小风险模型。该模型以事件风险概率为优化目标，寻求最优策略。具体可描述为：对预给定的调度期发电总收益水平，寻求最优的水库调度控制策略，使得收益低于此预收益值的概率风险最小。此模型有利于决策者根据自己风险承受能力及风险偏好，选择不同的控制策略。