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水 利 学 报

２０２４年 １１月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 １１期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）１１ － １３４５ － １１

基于 ＤＱＮ算法的水电站站内负荷优化分配研究

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谭乔凤 １，２ ，宋嘉伟 ，闻 昕 １，２ ，曾宇轩 ，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：水电站负荷分配是自动发电控制体系的基础，既往方法难以适应新时期水电站大容量、多机组、复杂振动
区的特性，以及流域复杂多样的多目标调控要求。本文分析电站不同运行时期的综合利用要求，构建了兼顾水利－
电力需求的站内负荷分配模型，研发了基于深度 Ｑ网络（ＤＱＮ）的高效求解算法，可在完成电网负荷指令的前提
下，灵活满足不同时期和工况下各类流量、水位的调控目标。以大渡河枕头坝水电站为例，枯水期代表月内发电
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耗水量减少 ０．１４％，实现节水增发，提高了电站运行经济性；汛期代表月内水位变幅的方差减小 ０．８７６ｍ ，有效
平抑了高强度调峰调频下电站水位大幅波动，保证电站运行的安全性。同时，计算精度从既往静态负荷分配表的
３～５ＭＷ 提升至 １ＭＷ，计算效率提高 ８８．２～１０６．４倍，可为新时期复杂水电系统调度运行提供技术支撑。
关键词：负荷分配；强化学习；经济运行；水利－ 电力调控；高效决策
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４００８４
中图分类号：ＴＶ６９７．１

１ 研究背景

我国水电装机规模超 ４．２亿ｋＷ ［１］ ，跨省跨区输电能力超 １．１亿ｋＷ·ｈ。单站最大总装机容量 ２２５０
万ｋＷ，单机容量最大达 １００万ｋＷ，是世界上规模最大、最为复杂的水利－ 电力互联系统。站内负荷分
配是指根据水电机组基本特性、运行情况等，将电网下达给电站的负荷指令合理分配至各运行机组，
满足流域水利综合利用以及电站安全运行的要求，核心在于决策的科学性和高效性，这是水电站自动
发电控制体系的基础，也是保障工程安全、经济、高效运行的关键 ［２］ 。
在高速发展和大规模建设背景下，我国水电工程在系统规模、消纳方式、运行条件、协调关系等
方面 ［３ － ４］ 发生了显著变化，加之复杂边界条件、多目标要求 ［５ － ６］ 以及动态变化的水情、工情等不确定
因素影响，负荷分配方法面临诸多新的挑战：一方面，既往方法通常以耗水率最小为目标 ［７］ ，无法满
足新时期生态、航运、检修施工等更复杂的多目标调控任务，以及更精细的水位、流量调控要求，尤
其当负荷频繁变化时易造成水电站机组长时间在低效率区运行、频繁穿越振动区、流量水位波动加
剧、闸门被动频繁运用等问题 ［８］ ；另一方面，既往站内负荷分配通常基于等微增率基本原理 ［９］ ，采用
离线计算静态负荷分配表和实时动态查表的方法 ［１０ － １３］ ，在过去电站规模不大、机组数量不多的情况下
可满足实时运行决策效率要求，但对于新时期大容量、多机组、多段可变复杂振动区的大型水电站而
言，易出现 “维度灾” 问题 ［１４］ ，计算效率和精度明显不足 ［１５ － １６］ 。
随着大数据分析、云计算等新兴技术的发展，人工智能算法逐步应用于水库调度问题求解中，如
粒子群算法 ［１７］ 、蚁群算法 ［１８］ 、遗传算法 ［１９］ 等。其中，粒子群算法是基于群体智能的优化算法，适用

投稿日期：２０２４ － ０２ － １５；网络首发日期：２０２４ － ０９ － ２５
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０９２５．１１０３．００１
基金项目：国家自然科学基金项目（５２４７９０１３）
作者简介：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
通信作者：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
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