节能减排、促进能源结构调整、大力发展可再生能源与清洁能源、贯彻落实“绿水青山就是金山银山”的发展理念,是我国能源发展的战略部署之一,水电作为目前开发技术成熟的清洁能源,在我国能源供给中发挥着十分重要的作用,水电规模的不断扩大以及大型水电站群的建成为我国社会主义现代化建设提供了能源保障,我国水电开发仍处于一个高速发展的黄金时期。因此,对己建水电站群水库的优化调度,不断提高水能资源利用效率,实现精细化生产,是水库科学管理运行的重要环节。梯级水库短期优化调度直接指导水电站水库的实际生产运行,本文分别从水库调度理论、模型与求解算法等方面入手,对梯级水库短期优化调度中的几个热点难点问题进行了深入研究,并在梯级水库上下游水库流量关系、有后效性问题的求解、维数灾等几个理论性问题取得了一定的创新性研究成果,并结合雅砻江流域梯级水电站实例进行了深入探讨,主要工作包括:(1)考虑水流演进的梯级水库短期优化调度模型研究。由于短期优化调度的调度期往往为1日,调度周期较短,梯级水库上下游水库之间的流量关系对水库短期优化调度结果产生较大影响;水流在天然河道中的演进既有平移作用,又有坦化作用,而在目前的梯级水库短期优化调度中,坦化作用往往被忽略,这导致所编制发电计划在实际执行中产生偏差,而造成水能资源的浪费。本文将水流演进约束加入梯级水库短期优化调度模型,采用马斯京根法,通过上游水库出库流量过程演算下游水库入库流量过程,对水流在天然河道中的实际传播过程进行模拟,编制更符合实际运行的发电计划,以减小水库实际运行中的运行误差提高水资源利用效率。(2)马斯京根法与逐次逼近算法(DPSA)耦合算法及其应用研究。马斯京根法进行需根据上库出库流量过程进行水流演进,基于此,利用DPSA算法逐水库进行优化计算时,其他水库水位变化过程已知的特点,将马斯京根法与DPSA算法耦合,求解考虑水流演进的梯级水库短期优化调度模型,制定梯级水库短期优化调度策略,以锦东、官地梯级水电站为例,分别采用只考虑水流滞时的DPSA算法与考虑了水流演进的耦合算法分别进行了求解,并对结果进行了对比分析。(3)考虑水流演进的梯级水库多维动态规划模型应用研究。对考虑水流演进的梯级水库短期优化调度,上游水库的某一时段的出库流量对下游水库后几个时段入库流量过程都将产生影响,即阶段决策具有后效性影响,针对该问题,构建了考虑水流演进的梯级水库多维动态规划模型,该模型针对短期优化调度中的水流演进问题,在单个时段的计算求解中,将上游N个时段的库容变化过程组合同时参与计算,结合马斯京根法对下游水库单个时段的入库流量进行仿真模拟,多维动态规划模型能够遍历所有库容变化组合而能获得全局最优解,通过实例计算对模型的有效性进行了验证。(4)水电站出力函数及其改进的动态规划算法研究。多维动态规划计算量大、计算时间长的维数灾问题大大限制了其在梯级水库短期优化调度中应用,本文对动态规划原理进行了深入分析研究表明,动态规划算法中存在大量重复计算与迭代计算过程,基于此,本文提出了水电站出力函数的概念,构建了单时段入库流量、水位变化过程、水电站出力之间的函数关系,在对其量化后,对多维动态规划算法进行了改进,剔除了原算法中重复计算及迭代计算的部分,精简了计算步骤,三库优化调度实例验证了改进算法的优越性及全局最优性。(5)考虑电网约束的短期优化调度模型的建立及其求解。根据区域电网稳定性要求,将影响电网稳定的约束条件,包括出力限制约束、最大功率变动约束、潮流约束等,引入传统短期优化调度模型,构建了考虑电网约束的梯级水库短期优化调度模型,并采用逐步优化算法(POA)算法进行求解,所编制发电计划满足电网安全稳定运行。