梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法制造技术

本发明专利技术涉及一种梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法，属于电力行业电站效益分配领域。目前难以有效解决大流域龙头电站、不同开发主体、干支流段梯级水电站群之间的效益分配问题。本发明专利技术包括如下步骤：1）对整个梯级系统中的不同利益主体的子系统进行分割；2）建立研究梯级电站群效益补偿问题的发电量最大模型，梯级系统内效益的计算模型是发电量最大；3）Shapley值法在效益分配过程中针对有调节能力电站，在不同的计算工况下的处理方法；4）按照Shapley值法的定义，完成各子系统的效益分配，最终得到各系统在不同模式下的效益分配。本发明专利技术解决了水电站联合调度中的效益分摊问题科学、可靠、合理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种梯级水电站群联合调度效益中的一种分配方法，尤其是涉及一种梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法，属于电力行业电站效益分配领域。
技术介绍
当前，国内梯级水电开发面临着良好的机遇，流域梯级开发最主要的目的是以整个流域为主体，充分利用流域内各电站的调节性能，最终达到梯级效益的最大利用，是提高水能利用和节约水能资源的有力手段。大部分的同一梯级电站开发主体并不是同一家，对梯级水电站进行统一调度也不是件容易的事情，上游水电站或水电站群可能为了梯级整体利益的最大化而产生牺牲自身利益的调度方式(“施益调度”)，或者下游水电站或水电站群得不到本应该有的水量过程等。这必然会导致各方利益的不平衡，从而迫切需要合理的、科学的效益分配方法，早在上世纪四十年代，北美哥伦比亚河流上的16座梯级水电站开启了流域效益分配的研究，该河流由加拿大和美国联合开发，其中美国12座，加拿大4座。1961年，美国、加拿大两国通过谈判、协商实现了水电建设共同规划，各自建设，效益共享。上世纪八十年代以后，关于水电站水库调节的研究较多，而关于效益分摊方法的研究较少。1984年，董子敷教授提出的按贡献系数法分摊总能量效益，并将此方法应用于红水河梯级，取得良好的效果，但是贡献系数的计算具有一定的局限性。进入二十一世纪之后，我国对效益分配的研究进入了全面发展时期，较多的研究集中在效益的分摊方法上，出现了单指标法、综合指标法等分摊方法。其中，单指标法是根据电站的某一主要影响因子进行分摊，包括：装机容量法，调节库容法，发电水头法和保证出力法等，其概念明确，易于理解，计算简单，但每种分摊方法只能适应于某种特定的条件，结果比较片面，差异较大，不能满足各个投资方的要求。为了克服单一指标法的缺点，一些学者提出了综合指标法。综合指标法主要有四种：多目标综合分析法、模糊综合评判法、离差平方法、熵权法。多目标综合分析法、模糊综合评判法建立在专家评定的权重基础上，主观性比较强；离差平方法根据单个分配的方法与多种分配方法的平均值的接近程度来确定权重，但不能真实反映分摊方法在综合分摊中的重要程度；熵权法也是一种加权的综合法，不需要人为确定权重，但同一指标的各方案值差异比较大。为了简单易行，便于操作，比例分配法得到了一定的使用，所谓的比例分配方法对补偿效益在施益电站和受益电站之间按照一个固定的比例进行分配。如四川省1997年发布了《四川省流域梯级水电站间水库调节效益偿付管理办法》(以下简称“四川办法”)。四川办法中规定调节效益包括因水库调节增加的发电量收益以及因水库调节将较低电价季节、时段的电量转移至较高电价季节、时段而增加的收益。在一个偿付段内，下游水电站因上游调节电站的水库调节而获得的调节效益为主调节效益。当上一个偿付段的末端是一个调节电站时，该调节电站因上游调节电站的调节而在本偿付段中所获效益为延伸效益。偿付方法为：主调节效益由受益方以实际受益额的70％向偿付段上游调节电站偿付；延伸效益为末端调节电站的施益净额与延伸系数的乘积。延伸系数计算方法为V上为上游调节水库库容，V下为下游调节水库库容。总结起来，综合指标法有着权重的确定需要主观设定或不能反映补偿效益产生的原因等不足之处，使得在应用中存在争议，分摊的实施受到影响。四川办法中缺少上游水电站对下游水电站调节补偿效益的规范性计算方法，加上单纯的以一个比例来衡量不同电站对整个梯级的施益和受益情况太过粗犷，不够精细科学，使得四川办法的实施情况也并不理想。同时对各种方法的合理性缺少深入的分析，特别是针对实际应用中的结果分析不足，以至于尚未找到一个既合理易于实现又通用性强的分摊方法。从博弈论的角度上讲，梯级水电站之间的效益分配实际上就是各个子系统在合作的基础上进行收益的分配，于是就有研究者将Shapley值法引入到梯级水库收益分配的研究中。Shapley值法是1953年由Shapley提出的经典n人合作对策的Shapley值的公理化方法，即利用被人们普遍接受的线性性、哑元性、对称性和有效性公理，求解各个局中人的支付值，并称这样的值为Shapley值，它是用于分配参与者合作所产生的效益的一种分配方案。近几年，部分水利工作者将这种Shapley值法应用到梯级水库效益分配的研究中，研究情况和结论见表1。由于Shapley值法在梯级水库效益分配上的研究是比较新兴的课题，目前的研究大部分是基于单库的效益分配，且梯级联系较为简单，基本都是“一拖二”的模式(即一个有调节能力电站后面接着两个无调节能力电站)，即便是针对梯级水电站群体之间的联系，也是最简单的两梯级之间的研究探讨，存在一定的局限性，无法直接应用到复杂水力联系的大型梯级水电站群体上使用。表1关于Shapley值法的使用情况总结
技术实现思路
本专利技术的目的在于采用博弈论中的Shapley值法用以解决大流域龙头电站、不同开发主体、干支流段梯级水电站群之间的效益分配问题，而提供一种梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：该梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法的特点在于：包括如下步骤：1)对整个梯级系统中的不同利益主体的子系统进行分割；2)建立研究梯级电站群效益补偿问题的发电量最大模型，梯级系统内效益的计算模型是发电量最大；3)Shapley值法在效益分配过程中针对有调节能力电站(多年调节电站、年调节电站、季调节电站等)，在不同的计算工况下的处理方法；4)按照Shapley值法的定义，完成各子系统的效益分配，最终得到各系统在不同模式下的效益分配。1.利益群体的分割由于本方法的应用主体不仅仅是面向单个水库的，也可以是面向多个水库群组成的子系统，当然也可以是单个水库与水电站群子系统的结合，因此首先要进行相关利益群体的分割，计算不同利益主体的子系统效益补偿，必然就存在不同的子系统构建模式，在针对龙头电站效益补偿分配计算的时候，将各电站作为效益计算的利益子系统，换言之，每个电站都是一个计算子系统；针对统一流域不同开发主体上或不同干支流上的效益分配，将各开发主体或干支流的水电站群作为该开发主体的利益子系统，换言之，有几个开发主体就有几个计算子系统；针对不同流域上的效益分配，将每个流域上的水电站群作为该流域上的利益子系统，简言之，有几条流域就有几个不同的计算子系统；在以上子系统分配的过程中，不同计算模式可以相互结合使用，比如：在计算龙头电站效益补偿过程中，如果下游存在不同开发主体时，也可以直接将同一开发主体的水电站群作为同一个利益计算子系统等。2.发电效益的计算针对梯级水电站群内各电站或各子系统的效益量化采用梯级、系统或者电站总发电量最大模型进行计算，发电量最大模型是在给定调度期内入库流量过程和水库始末水位，在考虑各种约束条件下，确定各个具有长期调节能力的水电站水库的调度过程，使得系统发电量最大。该模型的目的是尽量利用水电站的调节能力，加大发电平均水头同时减少弃水，尤其是充分利用梯级电站的水力联系和流域间的电力联系，最大程度的利用水能资源。模型成立的约束条件有：水量平衡、水库上游水位约束(不可低于死水位，不可高于正常高水位或汛限水位)、调度期末水位限制、电站最大过机流量限制、出库流量约束、电站出力约束、变量非负约束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法，其特征在于：包括如下步骤：1)对整个梯级系统中的不同利益主体的子系统进行分割；2)建立研究梯级电站群效益补偿问题的发电量最大模型，梯级系统内效益的计算模型是发电量最大；3)Shapley值法在效益分配过程中针对有调节能力电站，在不同的计算工况下的处理方法；4)按照Shapley值法的定义，完成各子系统的效益分配，最终得到各系统在不同模式下的效益分配。

【技术特征摘要】
1.一种梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法，其特征在于：包括如下步骤：1)对整个梯级系统中的不同利益主体的子系统进行分割；2)建立研究梯级电站群效益补偿问题的发电量最大模型，梯级系统内效益的计算模型是发电量最大；3)Shapley值法在效益分配过程中针对有调节能力电站，在不同的计算工况下的处理方法；4)按照Shapley值法的定义，完成各子系统的效益分配，最终得到各系统在不同模式下的效益分配。2.根据权利要求1所述的梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法，其特征在于：所述步骤1)中，不仅仅可以应用到龙头电站效益补偿分配中，还可以应用到同一流域不同开发主体上的效益分配或同一流域干支流上以及不同流域的效益分配，计算不同利益主体的子系统效益补偿，必然就存在不同的子系统构建模式，在针对龙头电站效益补偿分配计算的时候，将各电站作为效益计算的利益子系统，换言之，每个电站都是一个计算子系统；针对同一流域不同开发主体或不同干支流上的效益分配，将各开发主体或各干流和支流的水电站群作为该开发主体的利益子系统，换言之，有几个开发主体或有几个支流和干流就有几个计算子系统；针对不同流域上的效益分配，将每个流域上的水电站群作为该流域上的利益子系统，简言之，有几条流域就有几个不同的计算子系统；在以上子系统分配的过程中，不同计算模式可以相互穿插使用，在计算龙头电站效益补偿过程中，如果下游存在不同开发主体时，也可以直接将同一开发主体的水电站群作为同一个利益计算子系统。3.根据权利要求1所述的梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法，其特征在于：所述步骤2)中，针对效益的计算是采用调度目标为发电量最大来考虑，采用离散微分动态规划(DDDP)和逐步优化算法(POA)相结合的混合优化算法对模型进行求解。4.根据权利要求3所述的梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法，其特征在于：针对梯级水电站群内各电站或各子系统的效益量化采用梯级、系统或者电站总发电量最大模型进行计算，发电量最大模型是在给定调度期内入库流量过程和水库始末水位，在考虑各种约束条件下，确定各个具有长期调节能力的水电站水库的调度过程，使得系统发电量最大；该模型的目的是尽量利用水电站的调节能力，加大发电平均水头的同时减少弃水，尤其是充分利用梯级电站的水力联系和流域间的电力联系，最大程度的利用水能资源。5.根据权利要求4所述的梯级水电站群联合调度效益分配的Shapley值法，其特征在于：为了...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹威，徐金英，顾文钰，过团挺，杨明山，王利杰，刘兴举，岳龙，石朝波，王刚，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33