CN105809281A - 一种考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法，包括：步骤1，设置目标函数和约束条件，构建水库群的中长期优化调度模型，目标函数包括各业主发电量增幅差异性最小；步骤2，基于中长期优化调度模型，根据水库历史流量数据和水库特征参数，采用水库调度优化法获得最优调度轨迹；步骤3，根据最优调度轨迹确定水库群的优化调度规则型式；步骤4，采用模拟优化法或拟合法确定优化调度规则型式参数，得水库群调度规则；步骤5，采用水库群调度规则对水库群进行调度。本发明增加了各业主发电量增幅差异最小的目标函数，将总效益合理分配至各业主，充分考虑公平性和科学性，使调度决策更实用。

Description

一种考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法

技术领域

本发明属于水库调度技术领域，尤其涉及一种考虑多业主+新增效益分配的水库群调度方法。

背景技术

水库是人类主动分配水资源时空分布的重要手段，担负着防洪、发电、航运、供水等多方面的功能与任务，成为促进社会文明进步的重要手段之一。水库调度技术是实现水库正常运行的必备手段。采用水库优化调度和经济运行管理水库运行，具有投资少、效益大、需求高以及前景广等优点。

对于水库群优化调度问题，常通过建立优化目标函数和约束条件，使水库群效益最大化。但是，这种方法的基础是假定各水库属于同一业主，经济利益具有一致性。但实际中，水库群中各水库分属于不同业主，不同业主的经济利益不统一，因此现有技术得出的联合调度方案很难在实际中被采纳。

文中涉及的参考文献如下：

[1]郭生练.水库调度综合自动化系统[M].武汉:武汉水利电力大学出版社,2000.

[2]LiuP,GuoS,XuX,ChenJ.Derivationofaggregation-basedjointoperatingrulecurvesforcascadehydropowerreservoirs[J].WaterResourcesManagement,2011,25(13):3177-3200.

[3]LiL,LiuP,RheinheimerDE,DengC,ZhouY.IdentifyingExplicitFormulationofOperatingRulesforMulti-ReservoirSystemsUsingGeneticProgramming.WaterResourcesManagement.2014；28(6):1545-65.

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法，包括：

步骤1，设置目标函数和约束条件，构建水库群的中长期优化调度模型，目标函数包括其中，E_常,j、E_常,j+1、E_常,1、E_常,m分别为水库群中水库j、j+1、1、m的常规调度发电量，E_增,j、E_增,j+1、E_增,1、E_增,m分别为水库j、j+1、1、m的优化调度发电量对于常规调度发电量的增量，m为水库群中水库数；

步骤2，基于中长期优化调度模型，根据水库历史流量数据和水库特征参数，采用水库调度优化法获得最优调度轨迹；

步骤3，根据最优调度轨迹确定水库群的优化调度规则型式；

步骤4，采用模拟优化法或拟合法确定优化调度规则型式参数，得水库群调度规则；

步骤5，采用水库群调度规则对水库群进行调度。

上述目标函数还包括水库群总发电量最大。

上述目标函数还包括水库群发电保证率最高。

上述约束条件包括水量平衡约束、水库库容约束、水库泄流约束、流量演进约束和水库出力限制约束。

上述优化调度规则型式为线性调度函数、非线性调度函数或调度图。

本发明以多业主水库群效益分配问题为研究对象，在不降低各业主原有效益的前提下，充分考虑各业主的利益诉求，以水库群总发电量最大、发电保证率最高和各业主发电量增幅差异最小为目标函数，获得考虑业主新增效益公平分配的水库群优化调度模型和调度规则。

现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)现有技术一般可实现水库群总效益最大化，但具体到单水库、单业主，其效益可能降低，而本发明可使水库群总效益和各业主效益同时增加，使调度决策更优越。

(2)现有技术一般未考虑总效益的公平分配，本发明以各业主效益增幅差异最小为原则，将总效益合理分配至各业主，充分考虑公平性和科学性，使调度决策更实用。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明技术方案做进一步具体说明。

图1为本发明的具体流程图，包括步骤：

步骤1，以水库群总发电量最大、水库群发电保证率最高和各业主发电量增幅差异性最小为目标函数，并设置约束条件，构建水库群的中长期优化调度模型；基于水库群中长期优化调度模型，并输入水库历史入库流量信息和水库特征参数，运用水库调度优化法得到最优调度轨迹。

目标函数如下：

(1)水库群总发电量最大：

$max\frac{1}{K}\underset{i=1}{\overset{nK}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(P_{i,j}\·\mathrm{\Δ}t)---\left(1\right)$

式(1)中：n表示一年内的时段数，m为水库群中水库数，i表示时段编号，j表示水库编号，Vt为时间步长，P_i，j为水库j在时段i的出力；K为调度年数。

(2)水库群发电保证率最高：

$max\frac{\#(\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,j}\≥P_{min})}{K}---\left(2\right)$

式(2)中：表示水库群时段i的总出力大于保证出力P_min的次数，保证出力指符合水电站设计保证率要求的一定临界期的平均出力。

(3)各业主发电量增幅差异性最小：

优化调度中，各业主发电量相对于常规调度发电量增幅基本相同，常规调度发电量指调度期内各水库采用自身常规调度图指导运行的发电量。

本发明提出的各业主发电量增幅差异性最小的目标函数如下：

式(3)中：E_常,j，E_常,j1分别表示水库群中的水库j和j+1的常规调度发电量，E_常,1，E_常,m分别表示水库群中的水库1和m的常规调度发电量；E_增,j、E_增,j+1分别表示水库j和j+1的优化调度发电量对于常规调度发电量的增量，E_增,1、E_增,m分别表示水库1和m优化调度发电量对于常规调度发电量的增量。优化调度发电量即调度期内水库采用优化调度指导运行的发电量。

本步骤所采用的约束条件如下：

(1)水量平衡约束：

V_i+1,j＝V_i,j+(I_i,j-Q_i,j)·Δt(4)

式(4)中：V_i,j、V_i+1,j分别表示水库j在时段i初和末的库容，I_i,j、Q_i,j为水库j在时段i的入库流量和出库流量，Vt为时间步长。

(2)水库库容约束：

VL_i,j≤V_i,j≤VU_i,j(5)

式(5)中：VL_i,j、VU_i,j分别为水库j在时段i的最小库容和最大库容，VL_i,j一般为死库容；VU_i,j在汛期为汛限水位对应库容，在非汛期为正常高水位对应库容。

(3)水库泄流约束：

QL_i,j≤Q_i,j≤QU_i,j(6)

式(6)中：QL_i,j和QU_i,j分别为水库j在时段i的最小泄流和最大泄流；QL_i,j一般受下游灌溉、供水及生态流量的约束，QU_i,j一般受水库最大泄流能力的约束。

(4)流量演进约束：

I_i,j+1＝Q_i,j+q_i,j(7)

式(7)中：I_i,j+1为水库j+1在时段i的入库流量；q_i,j为区间入流，在中长期调度模型中简化处理水库间流量演进，忽略流量滞时。

(5)水库出力限制约束：

PL_i,j≤P_i,j≤PU_i,j(8)

式(8)中：P_i,j表示水库j在时段i的出力，PL_i,j、PU_i,j为水库j在时段i的最小出力和最大出力。

上述约束条件均为水库优化调度中的常规约束条件。

步骤2，根据最优调度轨迹确定水库群的优化调度规则型式。

优化调度规则型式即调度函数，可以为线性调度函数、非线性调度函数或调度图等。

例如，线性调度函数可描述为：

$Q_{i,j}=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(a_{i,j,k}{V}_{i,k}+b_{i,j})---\left(9\right)$

式(9)中：Q_i,j为水库j在时段i的出库流量，V_i,k为水库k在时段i的库容，a_i,j,k、b_i,j为调度函数的参数。

步骤3，采用模拟优化法或拟合法确定优化调度规则型式的参数，得水库群调度规则。

优化调度规则型式参数的确定为本领域中的常规技术，为便于理解，下面以模拟优化法为例对本步骤进行详细说明。

(1)建立模拟调度模型，模拟调度函数包括中长期优化调度模型的约束条件和调度函数；向模拟调度模型输入历史水文资料即可获得水库群总发电量、水库群发电保证率和各业主发电量增幅差异性。

(2)建立嵌套模拟调度模型的中长期优化调度模型，采用水库调度优化法直接优化当前中长期优化调度模型，并调度函数的参数，使得满足目标函数。

步骤4，采用水库群调度规则进行水库调度。

Claims (5)

1.一种考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法，其特征是，包括：

步骤1，设置目标函数和约束条件，构建水库群的中长期优化调度模型，目标函数包括其中，E_常,j、E_常,j+1、E_常,1、E_常,m分别为水库群中水库j、j+1、1、m的常规调度发电量，E_增,j、E_增,j+1、E_增,1、E_增,m分别为水库j、j+1、1、m的优化调度发电量对于常规调度发电量的增量，m为水库群中水库数；

步骤2，基于中长期优化调度模型，根据水库历史流量数据和水库特征参数，采用水库调度优化法获得最优调度轨迹；

步骤3，根据最优调度轨迹确定水库群的优化调度规则型式；

步骤4，采用模拟优化法或拟合法确定优化调度规则型式参数，得水库群调度规则；

步骤5，采用水库群调度规则对水库群进行调度。

2.如权利要求1所述的考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法，其特征是：

所述的目标函数还包括水库群总发电量最大。

3.如权利要求1所述的考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法，其特征是：

所述的目标函数还包括水库群发电保证率最高。

4.如权利要求1所述的考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法，其特征是：

所述的约束条件包括水量平衡约束、水库库容约束、水库泄流约束、流量演进约束和水库出力限制约束。

5.如权利要求1所述的考虑多业主新增效益分配的水库群调度方法，其特征是：

所述的优化调度规则型式为线性调度函数、非线性调度函数或调度图。