Page 16 - 2023年第54卷第4期

水 利 学 报

２０２３年 ４月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ４期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０４ － ０３９２ － １３

复杂水利－ 电力约束下梯级水电站短期多层级多目标优化调度研究

１
１
闻 昕 １，２ ，刘凡骞 ，谭乔凤 ，王 浩 ３
（１．河海大学 水利水电学院，江苏 南京 ２１００９８；２．河海大学 水安全与水科学协同创新中心，江苏 南京 ２１００９８；
３．中国水利水电科学研究院，北京 １０００３８）

摘要：电网高强度的调峰调频任务和流域严格的水量调度要求，限制了梯级水电站调度运行的优化空间，造成水
调电调协调困难、效益发挥不充分、机组长时间低效运行等问题。本文统筹考虑梯级水电站发电效益、调峰能力
以及运行工况等目标，分别建立电网、梯级、电站等不同层级的调度模型，研究多层级多目标协同优化机制，提
出模型求解方法。通过不同层级之间相互嵌套，滚动向前，在复杂水利 － 电力约束条件下保证梯级电站的安全高
效运行。以黄河上游水电基地为例，该方法可在保障黄河流域水量调度要求和西北地区高比例风光全额消纳前提
下，将梯级水电站发电量提升 ２．７５％，耗水率降低 ２．３８％，机组低效运行时间降低 ５０．６４％，且有效提升水电调峰
能力，平滑了火电出力过程，对于梯级水电科学调度和安全运行具有科学意义和实际价值。
关键词：短期调度；多尺度嵌套；经济运行；负荷分配；黄河上游水电基地
中图分类号：ＴＶ２１２
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０８５２

１ 研究背景

流域梯级水电站承担发电、供水、防洪等综合利用任务，既是双碳目标下新型电力系统建设的重
要支撑，又是流域水资源高效利用的可靠保障。近年来，随着各省区新能源快速发展与流域水资源愈
加精细和严格的管理要求，梯级水电站既面临更高强度和频次的电网调峰、调频任务 ［１ － ３］ ，又在水库
出库或流域关键断面面临更多的刚性流量、水位约束 ［４ － ５］ 。同时来自水利、电力两方面的要求极大限
制了梯级水电调度运行的优化空间，造成水调电调难协调、效益发挥不充分、机组长时间低效运行等
问题。如何更好地统筹电力调度和水量调度任务，进一步发挥梯级水电站的联合优化调度效益，降低
机组不利工况运行时间，是保障梯级水电站科学调度和高效运行的关键。
梯级水电站短期优化调度通常是指以日、时或分钟为尺度的调度决策，主要可分为跨区域多电网
联合优化调度 ［６ － ８］ 、区域电网优化调度 ［９ － １０］ 、站间优化调度以及厂内经济运行等 ［１１ － １３］ ，涉及发电、调
峰、防洪、灌溉、防凌、航运等单目标 ［１４ － １５］ 或多目标 ［１６ － １８］ 的优化问题。在新能源高比例接入的新形
势下，如何应对短期风光不确定性成为近年来水电短期调度研究的热点 ［１９ － ２２］ 。例如，Ｗａｎｇ等 ［２３］ 以系
统总出力波动最小为目标建立了风光水互补的双层调度模型，以填补小时尺度出力波动以及减轻日内
峰谷差异；Ｚｈａｎｇ等 ［２４］ 利用日平均净负荷和波动系数描述水光互补系统净负荷，建立短期优化运行模
型，并提出了基于波动系数的同步调峰策略。由于短期优化调度须考虑更多、更复杂的水力和电力耦
合约束，优化模型呈现高维、非线性、非凸等特点 ［２５ － ２６］ ，这对模型求解的精度和效率提出了更高的要
求。冯仲恺等 ［２７］ 在逐步优化算法的基础上提出了均匀逐步优化算法，在一定程度上降低了求解维数。

收稿日期：２０２２ － １０ － ２０；网络首发日期：２０２３ － ０２ － ２０
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０２１７．１０５５．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金面上项目（５２０７９０４０）；国家重点研发计划项目（２０１９ＹＦＥ０１０５２００）
作者简介：闻昕（ １９８７ － ），博士，教授，主要从事水利水电工程调度研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｎｊｗｅｎｘｉｎ＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者：谭乔凤（１９９１ － ），博士，教授，主要从事水利水电工程调度研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｑｉａｏｆｅｎｇｔａｎ＠１２６．ｃｏｍ
２
— ３ ９ —