江口水库水电站发电调度辅助决策系统开发

李 晓 宁， 石 茂 国

(国家电投集团重庆江口水电有限责任公司，重庆 武隆408506)

1 概 况

江口水库是芙蓉江干流梯级开发方案中的最后一级，地理位置在芙蓉江干流的下游，离重庆市武隆区江口镇仅1.5 km，控制流域面积为7 740 km2，占整个流域的99.3%[1]。水库的正常蓄水位300 m，对应的库容为5.445亿m3；死水位为260 m，对应的库容为2.017亿m3；可调节库容为3.428亿m3，为不完全年调节水库[1]。水库设计洪水位为300.16 m，校核洪水位为304.10 m，总库容为5.879亿m3。江口水电站与罗洲坝水电站共用一个江口水库，这两个电站均由重庆江口水电有限责任公司投资建设。江口水电站装单机容量为100 MW水轮机组3台，总装机容量为300 MW，多年平均发电量为10.71亿kWh，装机利用小时数为3 572 h，电站最高水头120 m，最低水头75 m，额定水头106 m，额定引水流量为319.5 m3/s，水量利用系数为83.99%。罗洲坝水电站工程是利用江口水电站右岸施工导流洞改建而成，装机容量为100 MW，多年平均发电量为0.8067×108kWh，装机利用小时数为807 h，水头同江口水电站，额定引水流量为104.8 m3/s，整体工程水量利用系数为88.31%。

为提高江口水库的整体水能利用率，减少电站调度人员工作中的大量分析计算过程，适应当前电力市场的需求，增强公司的市场竞争力，我们设计并开发了江口水库水电站发电调度辅助决策系统，并对系统进行了试运行分析。下文将论述并分析江口水库水电站发电调度决策支持系统的设计、功能和试运行效果。

2 系统设计

2.1 系统目标

江口水库水电站发电调度辅助决策系统是以辅助决策为重心，以资料管理为基础，将流量预测、电站中长期优化调度和各时间段的发电计划编制功能整合形成一体化的用来协助电站调度人员指导水库运行的调度决策系统[2]。系统从功能上来说应具有友好的交互界面、强大的计算功能和全面的分析决策功能。从结构上来说，各功能模块既要具有单独的使用价值，又能和其它功能模块之间在用户的指令下进行稳定的交互和共享信息，为电站调度管理人员提供可靠的决策参考。该系统的逻辑网络如图1所示。

2.2 系统结构

江口水库水电站发电调度辅助决策系统采用基于ASP.NET技术的三层B/S体系结构。三层B/S结构即浏览器、服务器、数据库(Browser、Server、Database)三层结构模式[3]。三层结构将系统的三个模块(显示模块、业务服务模块、数据服务模块)明确地进行分割，使其在逻辑上各自独立，并且单独加以实现，分别称之为表示层、业务服务层和数据层。

表示层指用户端，位于最外层，负责接收用户请求、转发请求、显示数据等。表示层是用户与系统之间交流的工具，不仅为用户提供了交互的功能，也为展示和传送数据实现了一定的逻辑，协调了系统和用户间的操作。

图1 系统逻辑网络图

业务服务层是系统结构的核心模块。一般来说，业务服务层涵盖了系统功能上所需要的算法和计算流程，并与数据层还有表示层互交，可通过ODBC、ADO.NET访问后台数据库。它的主要功能是处理系统业务部分，包括执行一系列指令和操作数据。

数据层的功能主要是实现对系统数据库的访问，通过数据层可以对数据库进行一系列的查询与修改功能。本系统采用了SQL Server数据库，SQL Serve是一个关系数据库管理系统，主要面向中小型应用程序。

3 系统功能

我们基于面向对象的编程技术，利用Microsoft Visual Studio .Net 的集成开发环境和强大的数据库管理系统SQL Server，开发出B/S结构的江口水库水电站发电优化调度辅助决策系统。该软件系统具有强大的计算分析功能，同时具备数据管理、查询等功能。

系统主要由以下几个功能模块组成：径流预测模块、优化调度决策分析模块、发电计划编制模块、资料查询与管理模块。各个功能模块下又有其他相关子功能模块。各功能模块的关系如图2所示。

图2 江口水库水电站发电调度辅助决策系统软件主要功能

3.1 径流预测模块

径流预测功能模块包括了：年最大流量预测、年平均流量预测和旬平均流量预测三个子功能模块。采用人工神经网络、最邻近抽样、门限回归、自回归等数理统计模型对径流进行预测。从数据库读取径流资料，进行径流预测，并将预测结果存入数据库，供发电计划编制使用，实现径流预测与优化调度的耦合。另外，还能将预测结果输出为Excel，方便后期计算处理。

3.2 优化调度决策分析

优化调度决策分析模块选用了动态规划算法对江口和罗洲坝电站进行中长期优化调度。该模块采用逐旬径流资料，通过选择优化时间、参加优化的电站，结合电站运行实际情况修改相关水位、出力等约束条件后，进行优化计算。计算成果通过图表形式展示在界面上，同时也能够通过Excel导出数据，供后期人工处理计算使用。

3.3 发电计划编制

发电计划编制功能是根据预测来水，指定的边界条件，如水位、电量计划等，计算出发电计划，生成发电计划报表，同时提供报表的导出功能。该模块包括了年发电计划、月发电计划和周发电计划的编制。为了进行多方案的比较，满足电站调度人员的决策参考需求，每个时间尺度的发电计划编制都采用了以下三种计算模型：

方案一：调度函数，根据历史长系列计算结果，选择各个时段的初水位和入库平均流量作为自变量，各个时段的末水位作为因变量拟合出来的线性方程作为调度函数。根据当前的水位和下个时段预测的入库平均流量，以调度函数来推求水库下一时段的末水位，从而得到水位和出力过程[5]。

方案二：定水位，根据水库多年运行的经验总结及预报来水趋势的情况，事先给定年内逐时段的水位，计算得到出力过程。

方案三：以电定水，根据年计划发电量和预报的来水过程，参照历史运行发电过程，计算年内逐时段发电量过程，以检验年计划发电量的合理性，并对未来发电计划提供参考。

实际工作中，调度人员可根据不同的需求，选取不同的方案编制发电计划，发电计划的编制流程如图3所示。

图3 发电计划制作流程图

3.4 资料查询与管理

该模块旨在查询和管理数据库中的径流资料、计算所用的参数及电价，具体有如下几点：

(1)径流资料的管理。该子功能模块包括了逐月、逐旬和逐日平均流量管理，其中逐月、逐旬和逐日平均流量管理包括资料的更新、删除、导出，更新可以采用在客户端可视化界面上的表格中单点更新或Excel导入批量更新两种方式。

(2)计算参数查询与管理。该子功能模块包括了查看、更新电站优化计算的各类参数，包括电站基本参数(如出力系数、水头损失等)、逐旬水位、出力和下泄流量约束。

(3)电价查询与管理。该子功能模块包括了查看、更新各电站的电价情况，包括了逐旬电价情况。

资料查询与管理功能模块为程序资料管理提供了方便，使得程序的实用性、操作性大幅度提升。

4 系统试运行效果分析

江口水库水电站发电调度辅助决策系统现已投入试运行中，本文对系统主要业务功能模块的运行效果进行了分析：

(1)径流预测功能模块中的预测方案是在“多种方法，综合比较，合理选用”的原则指导下完成的。在多种统计预测方案中，“人工神经网络模型”的预测结果较精准，可以为江口水库发电调度计划的制定提供参考依据。但该模块中的各方案均未从径流成因的角度出发，可考虑降雨、下垫面等因素，对径流预测模块进行拓展，以待进一步提高预报精度。

(2)优化调度模块中以电站在调度周期内发电量最大化及枯水期的最小出力最大化为目标，建立优化调度的数学模型，采用动态规划算法对模型进行求解，计算结果合理，对江口水库的调度运行具有指导作用。

(3)发电计划编制模块中根据优化调度成果，在径流预测的基础上采用了“调度函数”、“以水定电”和“以电定水”三种模型进行发电计划编制。计算简便，结果合理，计划编制结果可以为江口水库水电站发电调度提供决策支持。发电计划编制模块基本可以为现阶段调度人员对江口水库进行发电调度提高决策参考，但随着电力市场的推进，考虑到电力现货市场的出现，需要对更短的时间尺度——日发电计划编制进行深入的研究。

(4)资料查询与管理模块信息齐全，水库资料的查询与修改操作简便，对工作人员管理水库资料带来了很大的帮助。但需要加强系统资料的安全性，如设置访问权限、添加日志功能保存访问记录等。

5 结 语

为提高江口水库的水能利用率，在一定程度上减少电站调度工作者的工作量，根据当前重庆江口水电公司发电调度的实际需求开发了江口水库水电站发电调度辅助决策系统，并将系统投入到实际运行中。从江口水库水电站发电调度辅助决策系统试运行情况来看，该系统功能齐全，使用简便，界面友好，不仅具有信息管理、查询等功能，更重要的是具有强大的计算功能，为调度人员提供了多种计划方案，试运行期间基本可以满足江口水库的日常调度管理需要。该系统虽然对江口水库水电站的日常运行工作带来了较大的帮助，但仍有很多需要提高和改进的地方，如径流预报精度、全时间尺度的调度决策支持和系统安全性等方面有待进一步加强。