水库调度与防洪度汛技术发展现状与展望

吴汉青

【摘要】近几年，随着我国大力发展水电方针的落实，水电事业得到快速发展。截至2015年底，全国水电装机达3.2亿kW，占全国总装机容量的21.2%，全国水电年发电量9960亿kW·h，占总发电量的17.7%。与此同时，水电站水库调度技术得到了较大发展，已形成国家电网水库调度自动化系统，为各级调度机构进行科学的水库调度发挥了积极作用，梯级水库集控技术也得到飞速发展。

【关键词】水库调度；防洪度汛；发展现状；展望

1、水库调度工作进展

我国系统地研究水库优化调度问题开始于20世纪80年代。1981年，张勇传在研究两并联水电站水库的联合优化调度问题时，利用了大系统分解协调的观点，先把两水库联合优化问题变成两个水库的单库优化调度问题，然后在两水库单库最优策略的基础上引入偏优损失最小作为目标函数，对单库最优调度策略进行调整，最后求得整体最优解。此后，多位学者对水库群优化调度进行了深入研究，取得了丰富的研究成果。水库优化调度研究主要解决两方面的问题，一是如何确定水库的最优准则、建立相应的数学模型；二是如何选择求解数学模型的最优方法。结合当前研究现状，梯级水库群调度研究进展有：以运筹学理论为主体，序列运算理论、决策论、系统参数辨识理论、群集智能与计算机技术相结合，理论研究丰富且趋于多元化、交叉等综合发展；传统数学优化算法（如线性规划、动态规划、大系统分解协调）算法改进趋于完善，基本上克服了梯级调度中的“维数灾”；水文预报发展大大提高了径流预报精度和预见期，确定性优化调度优势明显；现代智能优化算法如遗传算法、粒子群算法、蚁群算法、混沌理论、模拟退火算法、克隆选择算法、差分进化算法等算法，以及其改进算法研究如火如荼。启发式规划方法如遗传算法（GA）、人工神经网络（ANN）等与传统优化方法相比，通常可以得到全局最优解；根据实际情况将多种方法耦合也是一种研究水库群优化调度的途径。

近年来，随着电力市场的建设，许多学者研究了电力市场环境下梯级水电站优化调度的模型和算法，将上网电价作为约束条件，研究梯级电站经济运行的收益最大目标，如蔡兴国等提出了以火电厂总的购电费用最小为目标的水电站优化调度模型，并用改进的网络流算法对其进行求解；李承军等建立了以期望调峰效益最大为目标的模型等。

光伏发电具有随机性、间歇性和周期性的特点，大容量并网光伏电站电能的送出与消纳、电站的运行控制、电网的调峰、电能质量、抗扰动能力等因素对电网的安全稳定运行带来一定的影响。黄河公司已开展龙羊峡水电站水光互补研究，提出将光伏电站视为龙羊峡水电站的“虚拟水电机组”的概念，把光伏电站接入龙羊峡水电站，利用龙羊峡水电站330kVGIS备用间隔及送出线路接入电网，提出水电调节光伏发电的设想，通过水电与光电联合运行，利用水电资源丰富、调节性能好的特点对光电进行补偿，大大减弱光伏发电对电网运行的不利影响。大规模水光互补关键技术研究及应用的成功，对国内外其他水光互补项目具有指导意义，对推动我国新能源行业的技术发展，促进能源互联网的发展作用重大，对未来行业或国家规范的制定或修订必将起到积极的推动作用，开启了新能源开发建设的新模式，具有较高的社会经济效益。

水库优化调度研究主要集中在模型和算法上，且研究对象多是单一水库电站，对于由多个年调节性水库组成的梯级水库群的优化调度，还需进一步研究完善；随着生态调度的不断进展，对水库优化调度提出了更多的约束条件；对于小型水库群，易于实际操作的简易优化调度方法的研究更具有实际意义。

2、防洪度汛工作进展

2.1洪水调度方案编制

水库防洪调度是依据相关法律法规和上级批复的水库防洪预案，依照编制的操作规程进行水库入、出库水量的调度，确保工程安全度汛和工程發挥最大经济效益。按照洪水调度权限，全国大江大河流域机构制定防御洪水方案，报国务院批准，目前黄河、长江、松花江、淮河等已完成，年度洪水调度方案报水利部，其他水库防洪调度运用计划按《水库大坝安全管理规定》由业主编制，报有相应调度权限的水行政部门（省、地市、县水利厅局）审批。

2.2洪水应急管理

目前国外发达国家就流域梯级水电站安全应急管理与协调机制的立法均较为完备。我国有关法律涉及应急的内容较为原则、抽象，可操作性不强，缺乏对危机预警机制、资源储备与调动机制、灾后补偿机制的规定。为此由水电水利规划设计总院牵头，联合国内大型水电公司、设计院承担“流域梯级水电站安全与应急研究”课题研究，主要目的是提出适应于我国流域水电安全与应急特点的安全与应急管理机制、安全与应急标准体系等，为完善我国流域梯级水电站安全与应急管理体制机制提出建议，建立流域梯级水电站安全与应急标准体系，规范流域梯级水电站安全与应急管理，建成智慧型流域梯级水电站安全与应急综合信息试验平台，为政府应急管理决策提供技术支撑，提升流域梯级水电站安全应急管理能力和水平，保障人民生命财产安全。

3、未来发展趋势

随着系统科学理论、方法和计算机技术的飞速发展、以及大规模梯级水库群的形成，水库优化调度研究将紧跟现代科学技术的发展，将理论研究应用到生产实际中，并在生产实践中不断完善理论成果，在更大范围内开展研究。具体讲水库调度方面发展三大趋势：一是研究新环境下，高维梯级水电站水库调度最优准则、数学模型的建立及求解方法；二是深入生产实际，了解优化调度的各种约束条件，描述各约束条件之间的关系，使理论与实际更加紧密地结合；三是电力市场下开展水电与火电、光伏及风电等多能源互补研究。防洪调度领域科技发展体现的三大趋势：一是自然科学中相关学科的深入与综合，同时社会科学在交叉领域的开拓与交融，非工程措施得以加强；二是基于风险的洪水管理得到发展；三是强化整体论的预报集成技术逐步形成。

4、结语

对近年来水库调度与防洪度汛两个方面的专业发展方向进行回顾和总结，并结合当前电力改革形势和防洪度汛理念进行探讨，在此基础上对今后的发展趋势进行了展望。

参考文献：

（1）任明磊，何晓燕.对水库防洪调度的认识与探讨[J].人民长江，2011.

（2）林一萍，王勇.水库群优化调度研究进展综述[J].农业与技术，2007.