长江上游水库群多目标优化调度模型及应用研究_模型原理及求解_黄草1
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收稿日期：2014-04-24；网络出版日期：2014-06-17
网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20140617.1636.002.html
基金项目：国家自然科学基金资助项目（91125018，50979040）
作者简介：黄草（1985-），男，湖南衡阳人，博士生，主要从事水资源管理研究。E-mail：[email protected]
通讯作者：王忠静（1963-），男，山东莱芜人，教授，主要从事水文水资源研究。E-mail：[email protected]
水 利 学 报
SHUILI XUEBAO
2014年9月 第 45卷 第9期
文章编号：0559-9350（2014）09-1009-10
长江上游水库群多目标优化调度模型及应用研究I：
模型原理及求解
黄 草
1，2
，王忠静
1，2
，李书飞
3
，陈肃利
3
（1. 清华大学 水利水电工程系，北京 100084； 2. 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084；
3. 长江勘测规划设计研究院，湖北 武汉 430010）
摘要：水库群调度中发电与供水、生态等目标既非完全对立也非完全协调，其优化调度决策非常复杂。本文以长
江上游15 座大型水库群联合调度为背景，研究建立了包含发电、河道外供水和河道内生态用水等目标的非线性
优化调度模型，以逐步优化算法（POA）为基础，引入优化窗口（L）和滑动距离（l）两个参数，提出了扩展型逐步优
化算法（E-POA）以提高非线性模型的求解效率与效能。经与线性全局优化策略相比，E-POA 方法有效、解集合
理。长江上游15 座大型水库长系列联合多目标调度计算结果表明，水库群调度在发电、供水、生态等目标存在
不对称博弈关系，河道外供水与河道内生态用水竞争强烈，发电与河道内供水竞争较弱。当优化计算的总发电量
为总设计发电量的 96.3 % 时，系统的发电量、河道外供水和河道内生态用水目标可达成较好的协调统一。多年
平均条件下，15 座水库群联合调度的总期望发电量为 2 625.8~2 700.1 亿kW · h，略小于总设计发电量。
关键词：长江上游；水库群；多目标调度；优化模型；水资源综合利用
中图分类号：TV697.1 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.2014.09.001
1 研究背景
长江是中国第一大河，水、电资源丰富，航运发达。2010 年末，三峡水库成功蓄水至正常蓄水
位175 m，标志着三峡水库将全面发挥防洪、航运和发电等综合效益。与此同时，长江上游其他大型
水库也按计划建设和陆续建成，投入运行。如何调度长江上游这个世界上最大规模的水库群，协调
其社会、经济和生态环境效益，成为国内外研究的热点之一。
对于长江上游水库群的联合调度，已有一些研究成果。在水库群的发电调度上，有陈洋波等
［1］
研
究的清江隔河岩和高坝洲梯级的发电量和保证出力问题，高仕春等
［2］
研究的三峡和清江梯级水库群联
合调度的补偿效益问题，程春田等
［3］
研究的乌江梯级水库群的优化调度图，黄炜斌等
［4］
研究的雅砻江
梯级联合优化调度的优越性，杨春花等
［5］
研究的金沙江下游梯级和三峡梯级的联合发电调度。在水库
群调度的多目标问题上，有许继军等
［6］
从定性角度讨论的水库群联合调度的布局问题，刘丹雅等
［7］
讨
论的三峡以上水资源综合利用目标协调问题，以及其他学者针对长江梯级水库群运行下游供水、防
洪、发电以及生态的影响等开展的研究
［8-11］
。目前看，上述研究从地域上涉及了长江上游的干流、支
流、或干流与1 ~ 2 个支流，从目标上涉及了发电目标的定量优化，以及供水目标、生态目标和防洪
目标的约束分析等，是对长江上游水库群多目标联合调度问题在实践和方法上的有益探讨。
本文以长江上游已建、在建和规划的 15 座巨型水库构成的水库群联合调度问题为背景，以发
电、河道外供水、河道内生态用水等多目标协调为方向，研究建立水库群多目标非线性优化调度模
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