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水 利 学 报

2021 年 2 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 2 期

文章编号：0559-9350（2021）02-0169-13

耦合 KL 理论与调度特征的大规模水电站群优化调度降维方法

申建建 ，张 博 ，程春田 ，李秀峰 ，蒋 燕 ，赵珍玉 2
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（1. 大连理工大学 水信息研究所，辽宁 大连 116024； 2. 云南省电力调度控制中心，云南 昆明 650011）
摘要：大规模水电站群优化调度计算效率是水电及电力系统运行面临的最棘手问题之一，是突破超百座水电站高
维复杂系统求解的理论和技术障碍。本文提出一种耦合 KL 理论与调度特征的水电优化调度降维方法，通过对水
电站群长系列调度样本进行主成分分析，识别调度过程中的库水位变化特征值与其对应的特征函数，采用 KL 理
论将库水位描述为多个水位变化特征项的组合函数，引入 Kullback-Leibler 散度以根据问题特点确定调度特征项
随机系数的概率分布及初始值；构建了两阶段逐步迭代寻优策略，通过动态搜索水位特征项的随机系数实现大规
模水电站群优化调度的高效求解。提出的方法以云南电网超百座水电站群调度问题进行了验证，通过不同算例对
方法的有效性、高效性、随机系数概率分布和参数敏感性进行了分析，与经典动态规划及其改进算法相比，KL
方法在有效保持结果精度的条件下显著提高了计算效率。
关键词：KL 理论；特征调度；降维；水电站群；优化调度
中图分类号：TV697.1 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200651

1 研究背景

水电系统调度是一类非凸、非线性、多变量、高维数且具有庞大约束条件集的大规模复杂决策
优化问题，也一直是国内外公认的最具挑战性的理论和实践课题之一 ［1-3］ 。水电调度优化计算规模与
参与的水电站数、时段数、状态变量（初库容）离散数、决策变量（末库容、流量、出力）离散数、水
［4］
库不确定径流离散数紧密相关 ，且随着电站装机规模、库容离散数目、水电站数目等参数的增大，
计算的时空复杂度呈指数增长，这一特征使得求解几十、上百座电站的大规模水电系统优化问题需
［5］
要的计算耗时和存储空间均急剧增加，“维数灾”问题突显 。对于我国西南特大流域梯级水电站群、
省级电网跨流域水电系统、区域电网跨流域跨省水电系统而言，如何有效突破超大规模水电站调度
［6］
建模求解特别是效率问题已成为水电及电力系统运行面临的重要理论和技术障碍 。
国内外很多研究工作聚焦水电系统降维问题，涉及以下几个方面：（1）从减少优化电站数出发，
提出了动态规划逐次逼近方法（DPSA）、聚合-分解方法等，前者通过减少单次优化的电站数，将多
电站高维优化问题转换为单一电站低维优化问题，后者则将多个电站聚合为虚拟电站，以减少整体
［8］
［7］
的优化电站数。从减少优化阶段数出发，提出了逐步优化方法（POA） 、变尺度方法 等；（2）从减
［9］
少离散状态数出发，提出了离散微分动态规划（DDDP） 、离散梯度逐步优化方法 ［10］ 、正交试验设计
方法 ［11］ 等。其中，正交试验设计方法是通过“均衡分散”抽样将单阶段各电站不同离散状态之间的组
合视为一次多因素多水平试验优选，以减少计算的状态组合数；（3）从简化问题复杂性出发，提出了
线性或分段线性规划、非线性规划等方法 ［12］ ，前者是对水电系统的各种非线性曲线或函数进行线性
或者分段线性处理，或者通过固定发电水头、尾水位等进行问题简化，以减少问题求解的复杂性；
后者利用二次或者高次多项式重构目标函数和曲线方程以形成可求解的优化调度模型。

收稿日期：2020-08-18；网络首发时间：2020-11-27
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20201127.1341.002.html
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基金项目：国家自然科学基金项目（52079014）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（DUT19JC43）
作者简介：申建建（1984-），副教授，博士生导师，主要从事水电调度与清洁能源消纳研究。E-mail：shenjj@dlut.edu.cn
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