CN107423258A - 水能利用提高率改进算法及梯级水电站调度效益评价系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水能利用提高率改进算法及梯级水电站调度效益评价系统，包括以下步骤：根据水库近十年实际运行月平均水位、水库设计死水位、水库设计正常高水位、水库调度图的数据，计算水库水位控制系数月度考核指标，并反求水位控制目标；计算实际发电量；根据水库实际运行水位控制系数初水位、区间流量、水位控制目标、调度规则求出考核发电量；计算库容差电量；根据实际发电量、考核发电量、库容差电量计算水能利用提高率。本发明能提高梯级水电站群考核电量计算结果的稳定性、适应性，可以避免年初来水较少时，按照调度图调度，水位会降至死水位运行的情况，为流域梯级水电站群优化调度起到良好的指导作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种水能利用提高率改进算法及梯级水电站调度效益评价系统，属于流域梯级水电站群优化调度技术领域。
背景技术
水能利用提高率是衡量水电站优化调度工作成效的重要指标，水能利用提高率的考核对促进水调工作，充分利用水能资源具有重要意义。水能利用提高率是水电站节水增发电量与考核电量的比值。考核电量根据统计时段内的实际来水情况，按照水电站的设计标准计算得到；统计时段内实际电量与考核电量的差值即为水电站的节水增发电量，则水能利用提高率＝(时段实际电量-时段考核电量)/(时段考核电量)*100％。其中，计算水能利用提高率的关键是考核电量如何计算，考核电量计算标准的高低直接关系到水能利用提高率结果的大小。
目前国内考核电量的计算方法主要依赖于调度图，这种法存在两大问题。一方面，调度图在使用时仅依赖于当前水位，而实际调度过程中，调度策略的制定不仅要考虑当前的水位状况，而且要考虑未来的来水状况，加之调度图上、下基本调度线中的范围较大，完全根据调度图来进行考核电量的计算是不够合理的。另一方面，原有单个水电站的水能利用提高率算法如何推广到梯级，切实反映梯级各电站间的水力联系和梯级联调的效益是至关重要的。此外，在计算梯级水电站群的水能利用提高率时，库容差电量的折算不应该只考虑本库，应该按照梯级蓄能计算公式，梯级中某个电站的库容差电量等于计算时段末本库与其上游各库库容差之和在该电站能够转化的电量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种使水能利用提高率计算结果能反映梯级水电站群的优化调度成效，为梯级水电站群联合优化调度起到良好的指导作用，适用于不同流域梯级的水能利用提高率改进算法及梯级水电站调度效益评价系统。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种水能利用提高率改进算法，其特征在于:包括如下步骤：
步骤1：根据水库近十年实际运行月平均水位、水库设计死水位、水库设计正常高水位、水库调度图的数据，计算水库水位控制系数月度考核指标，并根据水位控制系数计算公式反求水位控制目标；
步骤2：根据逐日逐时段各台机组负荷资料，计算实际发电量；
步骤3：根据水库实际运行水位控制系数初水位、区间流量、水位控制目标、调度规则求出考核发电量；
步骤4：根据梯级蓄能计算方法，计算库容差电量；
步骤5：根据实际发电量、考核发电量、库容差电量计算水能利用提高率。
步骤1具体包括：采用公式计算水库水位控制系数月度考核指标，其中为水库第j月水库水位控制系数月度考核指标；Zn,j为水库多年运行水位的第j月平均值，水库实际运行时间超过10年，取近10年运行水位的实际平均值作为Zn,j，不足10年的取水库投运以来的历年运行水位的实际平均值作为Zn,j；Zd,j为水库调度图的保证出力区的中心线对应的第j月水位，对于年调节及以上电站，水库调度图以最新复核调度图为准，无复核调度图的以设计调度图为准，其中无水库调度图的水库Zd,j＝Zn,j；Zs为水库设计死水位；Zz为水库设计正常高水位；
同时，采用公式反求水库水位控制系数月度考核指标对应的水位值，并将该水位值作为考核发电量计算过程中的水位控制目标。
在计算考核发电量时，按电站调节类型分为季调节及以上电站和日调节电站两类；对于季调节及以上电站，将其水库调度图的保证出力区按入库流量频率进行分区，采用分区后的水库调度图的控制出力和水位控制系数控制末水位相结合的方法；对于日调节电站，直接采用水位控制系数控制末水位的方法；在进行梯级水电站群的考核发电量的计算过程中，各电站根据其自身调节类型采用各自对应的计算方法，自上而下计算，龙头电站的入库流量即为实际入库流量，其余电站的入库流量为其直接上游电站的计算出库流量与实际区间流量之和。
季调节及以上电站的考核电量的计算步骤如下：
Step1：读取Q入,t，γ核,t，K核,t，令t-1时段末水位为t时段初始水位Zt；
Step2：对入库流量进行丰平枯分级，按照入库流量频率划分为：丰，P≤10％；偏丰，10％＜P≤37.5％；平，37.5％＜P≤62.5％；偏枯，62.5＜P≤90％；枯，P≥90％；同时将水库调度图的保证出力区等分为五等份，原有的保证出力区分为五个区域，五个区域分别为中间区域、上两区和下两区，中间区域位于上两区的下方，中间区域位于下两区的上方，定义中间区域为新的保证出力区，出力即为原保证出力；上两区为弱加大出力区，上两区各区出力按照保证出力和加大出力线性插值；下两区为弱减小出力区，下两区各区出力按照保证出力和减小出力线性插值；
Step3：根据Zt查水库调度图，得到Nt：当Zt位于弱减小出力区或弱加大出力区时，则Nt直接取其所在区域对应的出力值；当Zt位于其他区域，若入库流量级别为丰或偏丰，则Nt取当前所在区域上相邻区域对应的出力值，若入库流量级别为平，则Nt取当前所在区域对应的出力值，若入库流量级别为偏枯或枯，则Nt取当前所在区域下相邻区域对应的出力值；
Step4：假定Q出,t＝Qfd,t＝Qmax；
Step5：由Zt查水位库容曲线得到Vt，由水量平衡方程计算得Vt+1；若Vt+1＞Vmax,t，则将Vt+1-Vmax,t作为弃水量，并计算Q泄流,t且Q出,t＝Qfd,t+Q泄流,t，并使得Vt+1＝Vmax,t；若Vt+1＜Vmin,t，则令Vt+1＝Vmin,t，利用水量平衡方程反求Q出,t；
Step6：由Vt+1查水位库容曲线得到水库的Zt+1；
Step7：由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t；
Step8：计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t；
Step9：由H均,t查预想出力曲线得N预,t；
Step10：由γ核,t计算得Nmax,t＝γ核,t×N预,t；
Step11：N核,t＝min(Nt,Nmax,t)；
Step12：计算发电流量
Step13：根据水位控制系数计算公式计算水库水位控制系数月度考核指标，根据水位控制系数计算公式反求其对应的水位Z核,t+1；
Step14：如果|Q′fd,t+Q泄流,t-Q出,t|≤ξ，ξ为允许的误差；若Zt+1≥Z核，t+1，则记录Zt+1、Q′fd,t、Q出,t、Vt+1，跳至Step17；若Zt+1＜Z核，t+1，则跳至Step15；如果|Q′fd,t+Q泄流,t-Q出,t|＞ξ，则重新假定Q出,t，调整策略：再次假定Q出,t＝(Q′fd,t+Q泄流,t+Qmax)/2，返回Step5；
Step15：令Zt+1＝Z核,t+1，由Zt+1查水位库容曲线得到Vt+1；
Step16：由水量平衡方程计算得时段出库流量Q出,t，①若Q出,t<0，则令Q出,t＝0，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，并查水位库容曲线得Zt+1，此时Qfd,t＝0，N核,t＝0；②若0≤Q出,t≤Qmax，则Qfd,t＝Q出,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；③若Q出,t＞Qmax，则令Q出,t＝Qfd,t＝Qmax，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，若Vt+1≤Vmax,t，则由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；若Vt+1＞Vmax,t，则令Vt+1＝Vmax,t，并由水量平衡方程重新计算Q出,t，且Q泄流,t＝Q出,t-Qfd,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；
Step17：判断是否为最后一个时段，是则计算结束，输出各个时段的Zt+1和各个时段的N核,t；否则返回Step1，进入下一时段计算；
Step18：考核发电量E核为各时段电量之和，E核＝∑(N核,t×Δt)，Δt为t时段的时间长度。
其中，Q入,t：t时段平均入库流量；K核,t：核定综合出力系数；Zt：t时段初始水位；γ核,t：t时段核定负荷率，弃水期间采用弃水期负荷率，其它情况γ核,t＝1；Nt：调度图指示出力；Q出,t：t时段平均出库流量；Qfd,t：t时段平均发电流量；Qmax：电站最大过机流量；Vt：t时段初库容；Vt+1：t时段末库容；Vmin,t：t时段最小库容限制；Vmax,t：t时段最大库容限制；Q泄流,t：t时段平均弃水流量；Zt+1：t时段末水位；Zx,t：t时段平均尾水水位；H均,t：t时段平均发电水头；N预,t：t时段预想出力；Nmax,t：t时段最大可调出力；N核,t：t时段考核出力；E核,t：t时段考核电量；Δt：t时段小时数；Z核,t+1：t+1时段水位控制计划对应的考核水位。
对于日调节电站，考核电量的计算步骤如下：
步骤I：读取Q入,t，γ核,t，K核,t，令t-1时段末水位为t时段初始水位Zt；
步骤II：根据水位控制系数计算公式计算水库水位控制系数月度考核指标，根据水位控制系数计算公式反求其对应的Z核,t+1；
步骤III：查水位库容曲线得到Vt和Vt+1；
步骤IV：由水量平衡方程计算得Q出,t，①若Q出,t<0，则令Q出,t＝0，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，并查水位库容曲线得Zt+1，此时Qfd,t＝0，N核,t＝0；②若0≤Q出,t≤Qmax，则Qfd,t＝Q出,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；③若Q出,t＞Qmax，则令Q出,t＝Qfd,t＝Qmax，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，若Vt+1≤Vmax,t，则由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；若Vt+1＞Vmax,t，则令Vt+1＝Vmax,t，并由水量平衡方程重新计算Q出,t，且Q泄流,t＝Q出,t-Qfd,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；
步骤V：计算期内所有时段计算完毕后，计算结束，输出各个时段的Zt+1和各个时段的N核,t；
步骤VI：考核发电量E核为各时段电量之和，E核＝∑(N核,t×Δt)，Δt为t时段的时间长度。
库容差电量计算公式如下：
式中：ΔEi为梯级水电站群中第i个电站的库容差电量；Vj,实际为梯级水电站群中第j个水电站在统计时段末水库的实际蓄水量；Vj,计算为梯级水电站群中第j个水电站在统计时段末水库的计算蓄水量；εi,计算为梯级水电站群中第i个水电站在统计时段内的计算平均耗水率，即梯级水电站群的考核发电量计算过程中第i个水电站的计算发电用水量与考核发电量之比。
一种梯级水电站调度效益评价系统，用于对水能利用提高率改进算法改进，包括如下模块：
客户机层，包括系统管理模块、基础数据管理模块、指标体系模块、效益评价模块和报表管理模块；
系统管理模块，用于用户的增、删、改、查以及用户角色、密码设置；
基础信息管理模块，用于管理和维护电站基本参数、特征曲线以及查询相关历史运行数据；
指标体系模块，用于常规评价指标的计算结果查询、分析以及水能利用提高率的人工计算；
效益评价模块，用于考核指标的考核结果查询与展示；
报表管理模块用于生成效益评价相应的统计报表；
数据服务器层，用于存储基础信息数据、评价指标结果数据和评价方案；
外部接口，包括API、DBMS、URL和Web Service。
本发明API为应用程序接口，DBMS为数据库管理系统接口，URL为万网通讯协议接口，Web Service为Web应用程序接口。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
1、本发明解决了水能利用提高率传统算法受年初水位影响较大的问题，大大改善了季调节以上电站在年初水位较低且来水较少时，按照设计调度图调度经常位于死水位运行的不合理情况；
2、本发明能够缩小计算过程与实际调度过程的差异性，避免了传统方法过分依赖调度图导致结果波动较大、过程不合理等缺点，且同类电站的计算结果更加稳定；
3、本发明既体现了常规调度的思想，又反映了水位控制系数对过程控制的理念，能够作为优化调度效益评价指标来指导调度工作，具有较大的推广价值。
附图说明
图1为本发明实施例1中日调节电站考核电量计算流程图,。
图2为本发明实施例2中季调节及以上电站考核电量计算流程图。
图3为本发明实施例1和2中控制末水位方式计算出力过程流程图。
图4为本发明实施例1中日调节电站考核电量计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1。
参见图1、3和4。
本实施例为一种水能利用提高率改进算法，包括如下步骤：
步骤1：根据水库近十年实际运行月平均水位、水库设计死水位、水库设计正常高水位、水库调度图的数据，计算水库水位控制系数月度考核指标，并根据水位控制系数计算公式反求水位控制目标。
具体的，步骤1的具体实施方式如下：采用公式计算水库水位控制系数月度考核指标，其中为水库第j月水库水位控制系数月度考核指标；Zn,j为水库多年运行水位的第j月平均值，水库实际运行时间超过10年，取近10年运行水位的实际平均值作为Zn,j，不足10年的取水库投运以来的历年运行水位的实际平均值作为Zn,j；Zd,j为水库调度图的保证出力区的中心线对应的第j月水位，对于年调节及以上电站，水库调度图以最新复核调度图为准，无复核调度图的以设计调度图为准，其中无水库调度图的水库Zd,j＝Zn,j；Zs为水库设计死水位；Zz为水库设计正常高水位。
水位控制系数是指水库的实际运行水位在死水位以上的高度占水位可调最大变幅的比例。
水库实际日水位控制系数计算公式：
式中：为水库实际日水位控制系数；Zy为水库当日上午8:00实际运行水位；Zs为水库设计死水位；Zz为水库设计正常高水位。
水库实际月水位控制系数计算公式：
式中：为水库实际月水位控制系数；为水库第i日的实际日水位控制系数；N为计算月份的天数。
同时，采用公式反求水库水位控制系数月度考核指标对应的水位值，并将该水位值作为考核发电量计算过程中的水位控制目标。
步骤2：根据逐日逐时段各台机组负荷资料，计算实际发电量。
根据年内逐日逐时段各台机组负荷资料，剔除低出力机组的出力(主要用于电网调频)，形成电厂逐日总负荷过程，得出电厂逐月负荷过程，计算出实际年发电量Ei,实。
步骤3：根据水库实际运行水位控制系数初水位、区间流量、水位控制目标、调度规则求出考核发电量。
在计算考核发电量时，按电站调节类型分为季调节及以上电站和日调节电站两类。本实施例中，所有电站均为季调节及以上电站。
于季调节及以上电站，将其水库调度图的保证出力区按入库流量频率进行分区，采用分区后的水库调度图的控制出力和水位控制系数控制末水位相结合的方法。
在进行梯级水电站群的考核发电量的计算过程中，各电站根据其自身调节类型采用各自对应的计算方法，自上而下计算，龙头电站的入库流量即为实际入库流量，其余电站的入库流量为其直接上游电站的计算出库流量与实际区间流量之和。
本实施例中梯级水电站群中对各个季调节及以上电站进行计算。
季调节及以上电站的考核电量的计算步骤如下：
Step1：读取Q入,t，γ核,t，K核,t，令t-1时段末水位为t时段初始水位Zt；
Step2：对入库流量进行丰平枯分级，按照入库流量频率划分为：丰，P≤10％；偏丰，10％＜P≤37.5％；平，37.5％＜P≤62.5％；偏枯，62.5＜P≤90％；枯，P≥90％；同时将水库调度图的保证出力区等分为五等份，原有的保证出力区分为五个区域，五个区域分别为中间区域、上两区和下两区，中间区域位于上两区的下方，中间区域位于下两区的上方，定义中间区域为新的保证出力区，出力即为原保证出力；上两区为弱加大出力区，上两区各区出力按照保证出力和加大出力线性插值；下两区为弱减小出力区，下两区各区出力按照保证出力和减小出力线性插值；
Step3：根据Zt查水库调度图，得到Nt：当Zt位于弱减小出力区或弱加大出力区时，则Nt直接取其所在区域对应的出力值；当Zt位于其他区域，若入库流量级别为丰或偏丰，则Nt取当前所在区域上相邻区域对应的出力值，若入库流量级别为平，则Nt取当前所在区域对应的出力值，若入库流量级别为偏枯或枯，则Nt取当前所在区域下相邻区域对应的出力值；
Step4：假定Q出,t＝Qfd,t＝Qmax；
Step5：由Zt查水位库容曲线得到Vt，由水量平衡方程计算得Vt+1；若Vt+1＞Vmax,t，则将Vt+1-Vmax,t作为弃水量，并计算Q泄流,t且Q出,t＝Qfd,t+Q泄流,t，并使得Vt+1＝Vmax,t；若Vt+1＜Vmin,t，则令Vt+1＝Vmin,t，利用水量平衡方程反求Q出,t；
Step6：由Vt+1查水位库容曲线得到水库的Zt+1；
Step7：由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t；
Step8：计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t；
Step9：由H均,t查预想出力曲线得N预,t；
Step10：由γ核,t计算得Nmax,t＝γ核,t×N预,t；
Step11：N核,t＝min(Nt,Nmax,t)；
Step12：计算发电流量
Step13：根据水位控制系数计算公式计算水库水位控制系数月度考核指标，根据水位控制系数计算公式反求其对应的水位Z核,t+1；
Step14：如果|Q′fd,t+Q泄流,t-Q出,t|≤ξ，ξ为允许的误差；若Zt+1≥Z核，t+1，则记录Zt+1、Q′fd,t、Q出,t、Vt+1，跳至Step17；若Zt+1＜Z核，t+1，则跳至Step15；如果|Q′fd,t+Q泄流,t-Q出,t|＞ξ，则重新假定Q出,t，调整策略：再次假定Q出,t＝(Q′fd,t+Q泄流,t+Qmax)/2，返回Step5；
Step15：令Zt+1＝Z核,t+1，由Zt+1查水位库容曲线得到Vt+1；
Step16：由水量平衡方程计算得时段出库流量Q出,t，①若Q出,t<0，则令Q出,t＝0，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，并查水位库容曲线得Zt+1，此时Qfd,t＝0，N核,t＝0；②若0≤Q出,t≤Qmax，则Qfd,t＝Q出,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；③若Q出,t＞Qmax，则令Q出,t＝Qfd,t＝Qmax，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，若Vt+1≤Vmax,t，则由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；若Vt+1＞Vmax,t，则令Vt+1＝Vmax,t，并由水量平衡方程重新计算Q出,t，且Q泄流,t＝Q出,t-Qfd,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；
Step17：判断是否为最后一个时段，是则计算结束，输出各个时段的Zt+1和各个时段的N核,t；否则返回Step1，进入下一时段计算；
Step18：考核发电量E核为各时段电量之和，E核＝∑(N核,t×Δt)，Δt为t时段的时间长度。
其中，Q入,t：t时段平均入库流量；K核,t：核定综合出力系数；Zt：t时段初始水位；γ核,t：t时段核定负荷率，弃水期间采用弃水期负荷率，其它情况γ核,t＝1；Nt：调度图指示出力；Q出,t：t时段平均出库流量；Qfd,t：t时段平均发电流量；Qmax：电站最大过机流量；Vt：t时段初库容；Vt+1：t时段末库容；Vmin,t：t时段最小库容限制；Vmax,t：t时段最大库容限制；Q泄流,t：t时段平均弃水流量；Zt+1：t时段末水位；Zx,t：t时段平均尾水水位；H均,t：t时段平均发电水头；N预,t：t时段预想出力；Nmax,t：t时段最大可调出力；N核,t：t时段考核出力；E核,t：t时段考核电量；Δt：t时段小时数；Z核,t+1：t+1时段水位控制计划对应的考核水位。
步骤4：根据梯级蓄能计算方法，计算库容差电量。
库容差电量计算公式如下：
式中：ΔEi为梯级水电站群中第i个电站的库容差电量；Vj,实际为梯级水电站群中第j个水电站在统计时段末水库的实际蓄水量；Vj,计算为梯级水电站群中第j个水电站在统计时段末水库的计算蓄水量；εi,计算为梯级水电站群中第i个水电站在统计时段内的计算平均耗水率，即梯级水电站群的考核发电量计算过程中第i个水电站的计算发电用水量与考核发电量之比。
步骤5：根据实际发电量、考核发电量、库容差电量计算水能利用提高率。
式中：β梯为梯级水电站在统计时段内的水能利用提高率；Ei,实为梯级水电站群中第i个水电站在统计时段内的实际发电量；Ei,核为梯级水电站群中第i个水电站在统计时段内的考核发电量；ΔEi为梯级水电站群中第i个水电站在统计时段末的库容差电量；n为梯级水电站中水电站的个数。
本实施例的水能利用提高率改进算法具有以下优点：
1、解决了水能利用提高率传统算法受年初水位影响较大的问题，大大改善了季调节以上电站在年初水位较低且来水较少时，按照设计调度图调度经常位于死水位运行的不合理情况；
2、能够缩小计算过程与实际调度过程的差异性，避免了传统方法过分依赖调度图导致结果波动较大、过程不合理等缺点，且同类电站的计算结果更加稳定；
3、既体现了常规调度的思想，又反映了水位控制系数对过程控制的理念，能够作为优化调度效益评价指标来指导调度工作，具有较大的推广价值。
本实施例还提供了一种梯级水电站调度效益评价系统，用于对水能利用提高率改进算法改进，包括如下模块：
客户机层，包括系统管理模块、基础数据管理模块、指标体系模块、效益评价模块和报表管理模块；
系统管理模块，用于用户的增、删、改、查以及用户角色、密码设置；
基础信息管理模块，用于管理和维护电站基本参数、特征曲线以及查询相关历史运行数据；
指标体系模块，用于常规评价指标的计算结果查询、分析以及水能利用提高率的人工计算；
效益评价模块，用于考核指标的考核结果查询与展示；
报表管理模块用于生成效益评价相应的统计报表；
数据服务器层，用于存储基础信息数据、评价指标结果数据和评价方案；
外部接口，包括API、DBMS、URL和Web Service。
其中，API为应用程序接口，DBMS为数据库管理系统接口，URL为万网通讯协议接口，Web Service为Web应用程序接口。
本实施例中梯级水电站调度效益评价系统是一种能够兼顾多方面的梯级水电站群优化调度效益评价系统。
实施例2。
参见图2-3。
本实施例为一种水能利用提高率改进算法，包括如下步骤：
步骤1：根据水库近十年实际运行月平均水位、水库设计死水位、水库设计正常高水位、水库调度图的数据，计算水库水位控制系数月度考核指标，并根据水位控制系数计算公式反求水位控制目标。
具体的，步骤1的具体实施方式如下：采用公式计算水库水位控制系数月度考核指标，其中为水库第j月水库水位控制系数月度考核指标；Zn,j为水库多年运行水位的第j月平均值，水库实际运行时间超过10年，取近10年运行水位的实际平均值作为Zn,j，不足10年的取水库投运以来的历年运行水位的实际平均值作为Zn,j；Zd,j为水库调度图的保证出力区的中心线对应的第j月水位，对于年调节及以上电站，水库调度图以最新复核调度图为准，无复核调度图的以设计调度图为准，其中无水库调度图的水库Zd,j＝Zn,j；Zs为水库设计死水位；Zz为水库设计正常高水位。
水位控制系数是指水库的实际运行水位在死水位以上的高度占水位可调最大变幅的比例。
水库实际日水位控制系数计算公式：
式中：为水库实际日水位控制系数；Zy为水库当日上午8:00实际运行水位；Zs为水库设计死水位；Zz为水库设计正常高水位。
水库实际月水位控制系数计算公式：
式中：为水库实际月水位控制系数；为水库第i日的实际日水位控制系数；N为计算月份的天数。
同时，采用公式反求水库水位控制系数月度考核指标对应的水位值，并将该水位值作为考核发电量计算过程中的水位控制目标。
步骤2：根据逐日逐时段各台机组负荷资料，计算实际发电量。
根据年内逐日逐时段各台机组负荷资料，剔除低出力机组的出力(主要用于电网调频)，形成电厂逐日总负荷过程，得出电厂逐月负荷过程，计算出实际年发电量Ei,实。
步骤3：根据水库实际运行水位控制系数初水位、区间流量、水位控制目标、调度规则求出考核发电量。
在计算考核发电量时，按电站调节类型分为季调节及以上电站和日调节电站两类。本实施例中所有电站均为日调节电站。对于日调节电站，直接采用水位控制系数控制末水位的方法。
在进行梯级水电站群的考核发电量的计算过程中，各电站根据其自身调节类型采用各自对应的计算方法，自上而下计算，龙头电站的入库流量即为实际入库流量，其余电站的入库流量为其直接上游电站的计算出库流量与实际区间流量之和。
本实施例中对梯级水电站群中所有日调节电站进行计算。
对于日调节电站，考核电量的计算步骤如下：
步骤I：读取Q入,t，γ核,t，K核,t，令t-1时段末水位为t时段初始水位Zt；
步骤II：根据水位控制系数计算公式计算水库水位控制系数月度考核指标，根据水位控制系数计算公式反求其对应的Z核,t+1；
步骤III：查水位库容曲线得到Vt和Vt+1；
步骤IV：由水量平衡方程计算得Q出,t，①若Q出,t<0，则令Q出,t＝0，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，并查水位库容曲线得Zt+1，此时Qfd,t＝0，N核,t＝0；②若0≤Q出,t≤Qmax，则Qfd,t＝Q出,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；③若Q出,t＞Qmax，则令Q出,t＝Qfd,t＝Qmax，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，若Vt+1≤Vmax,t，则由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；若Vt+1＞Vmax,t，则令Vt+1＝Vmax,t，并由水量平衡方程重新计算Q出,t，且Q泄流,t＝Q出,t-Qfd,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；
步骤V：计算期内所有时段计算完毕后，计算结束，输出各个时段的Zt+1和各个时段的N核,t；
步骤VI：考核发电量E核为各时段电量之和，E核＝∑(N核,t×Δt)，Δt为t时段的时间长度。
其中，Q入,t：t时段平均入库流量；K核,t：核定综合出力系数；Zt：t时段初始水位；γ核,t：t时段核定负荷率，弃水期间采用弃水期负荷率，其它情况γ核,t＝1；Nt：调度图指示出力；Q出,t：t时段平均出库流量；Qfd,t：t时段平均发电流量；Qmax：电站最大过机流量；Vt：t时段初库容；Vt+1：t时段末库容；Vmin,t：t时段最小库容限制；Vmax,t：t时段最大库容限制；Q泄流,t：t时段平均弃水流量；Zt+1：t时段末水位；Zx,t：t时段平均尾水水位；H均,t：t时段平均发电水头；N预,t：t时段预想出力；Nmax,t：t时段最大可调出力；N核,t：t时段考核出力；E核,t：t时段考核电量；Δt：t时段小时数；Z核,t+1：t+1时段水位控制计划对应的考核水位。
步骤4：根据梯级蓄能计算方法，计算库容差电量。
库容差电量计算公式如下：
式中：ΔEi为梯级水电站群中第i个电站的库容差电量；Vj,实际为梯级水电站群中第j个水电站在统计时段末水库的实际蓄水量；Vj,计算为梯级水电站群中第j个水电站在统计时段末水库的计算蓄水量；εi,计算为梯级水电站群中第i个水电站在统计时段内的计算平均耗水率，即梯级水电站群的考核发电量计算过程中第i个水电站的计算发电用水量与考核发电量之比。
步骤5：根据实际发电量、考核发电量、库容差电量计算水能利用提高率。
式中：β梯为梯级水电站在统计时段内的水能利用提高率；Ei,实为梯级水电站群中第i个水电站在统计时段内的实际发电量；Ei,核为梯级水电站群中第i个水电站在统计时段内的考核发电量；ΔEi为梯级水电站群中第i个水电站在统计时段末的库容差电量；n为梯级水电站中水电站的个数。
本实施例的水能利用提高率改进算法具有以下优点：
1、解决了水能利用提高率传统算法受年初水位影响较大的问题，大大改善了季调节以上电站在年初水位较低且来水较少时，按照设计调度图调度经常位于死水位运行的不合理情况；
2、能够缩小计算过程与实际调度过程的差异性，避免了传统方法过分依赖调度图导致结果波动较大、过程不合理等缺点，且同类电站的计算结果更加稳定；
3、既体现了常规调度的思想，又反映了水位控制系数对过程控制的理念，能够作为优化调度效益评价指标来指导调度工作，具有较大的推广价值。
本实施例还提供了一种梯级水电站调度效益评价系统，用于对水能利用提高率改进算法改进，包括如下模块：
客户机层，包括系统管理模块、基础数据管理模块、指标体系模块、效益评价模块和报表管理模块；
系统管理模块，用于用户的增、删、改、查以及用户角色、密码设置；
基础信息管理模块，用于管理和维护电站基本参数、特征曲线以及查询相关历史运行数据；
指标体系模块，用于常规评价指标的计算结果查询、分析以及水能利用提高率的人工计算；
效益评价模块，用于考核指标的考核结果查询与展示；
报表管理模块用于生成效益评价相应的统计报表；
数据服务器层，用于存储基础信息数据、评价指标结果数据和评价方案；
外部接口，包括API、DBMS、URL和Web Service。
其中，API为应用程序接口，DBMS为数据库管理系统接口，URL为万网通讯协议接口，Web Service为Web应用程序接口。
本实施例中梯级水电站调度效益评价系统是一种能够兼顾多方面的梯级水电站群优化调度效益评价系统。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种水能利用提高率改进算法，其特征在于:包括如下步骤：
步骤1：根据水库近十年实际运行月平均水位、水库设计死水位、水库设计正常高水位、水库调度图的数据，计算水库水位控制系数月度考核指标，并根据水位控制系数计算公式反求水位控制目标；
步骤2：根据逐日逐时段各台机组负荷资料，计算实际发电量；
步骤3：根据水库实际运行水位控制系数初水位、区间流量、水位控制目标、调度规则求出考核发电量；
步骤4：根据梯级蓄能计算方法，计算库容差电量；
步骤5：根据实际发电量、考核发电量、库容差电量计算水能利用提高率。
2.根据权利要求1所述的水能利用提高率改进算法，其特征在于：步骤1具体包括：采用公式计算水库水位控制系数月度考核指标，其中为水库第j月水库水位控制系数月度考核指标；Zn,j为水库多年运行水位的第j月平均值，水库实际运行时间超过10年，取近10年运行水位的实际平均值作为Zn,j，不足10年的取水库投运以来的历年运行水位的实际平均值作为Zn,j；Zd,j为水库调度图的保证出力区的中心线对应的第j月水位，对于年调节及以上电站，水库调度图以最新复核调度图为准，无复核调度图的以设计调度图为准，其中无水库调度图的水库Zd,j＝Zn,j；Zs为水库设计死水位；Zz为水库设计正常高水位；
同时，采用公式反求水库水位控制系数月度考核指标对应的水位值，并将该水位值作为考核发电量计算过程中的水位控制目标。
3.根据权利要求2所述的水能利用提高率改进算法，其特征在于：在计算考核发电量时，按电站调节类型分为季调节及以上电站和日调节电站两类；对于季调节及以上电站，将其水库调度图的保证出力区按入库流量频率进行分区，采用分区后的水库调度图的控制出力和水位控制系数控制末水位相结合的方法；对于日调节电站，直接采用水位控制系数控制末水位的方法；在进行梯级水电站群的考核发电量的计算过程中，各电站根据其自身调节类型采用各自对应的计算方法，自上而下计算，龙头电站的入库流量即为实际入库流量，其余电站的入库流量为其直接上游电站的计算出库流量与实际区间流量之和。
4.根据权利要求3所述的水能利用提高率改进算法，其特征在于：季调节及以上电站的考核电量的计算步骤如下：
Step1：读取Q入,t，γ核,t，K核,t，令t-1时段末水位为t时段初始水位Zt；
Step2：对入库流量进行丰平枯分级，按照入库流量频率划分为：丰，P≤10％；偏丰，10％＜P≤37.5％；平，37.5％＜P≤62.5％；偏枯，62.5＜P≤90％；枯，P≥90％；同时将水库调度图的保证出力区等分为五等份，原有的保证出力区分为五个区域，五个区域分别为中间区域、上两区和下两区，中间区域位于上两区的下方，中间区域位于下两区的上方，定义中间区域为新的保证出力区，出力即为原保证出力；上两区为弱加大出力区，上两区各区出力按照保证出力和加大出力线性插值；下两区为弱减小出力区，下两区各区出力按照保证出力和减小出力线性插值；
Step3：根据Zt查水库调度图，得到Nt：当Zt位于弱减小出力区或弱加大出力区时，则Nt直接取其所在区域对应的出力值；当Zt位于其他区域，若入库流量级别为丰或偏丰，则Nt取当前所在区域上相邻区域对应的出力值，若入库流量级别为平，则Nt取当前所在区域对应的出力值，若入库流量级别为偏枯或枯，则Nt取当前所在区域下相邻区域对应的出力值；
Step4：假定Q出,t＝Qfd,t＝Qmax；
Step5：由Zt查水位库容曲线得到Vt，由水量平衡方程计算得Vt+1；若Vt+1＞Vmax,t，则将Vt+1-Vmax,t作为弃水量，并计算Q泄流,t且Q出,t＝Qfd,t+Q泄流,t，并使得Vt+1＝Vmax,t；若Vt+1＜Vmin,t，则令Vt+1＝Vmin,t，利用水量平衡方程反求Q出,t；
Step6：由Vt+1查水位库容曲线得到水库的Zt+1；
Step7：由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t；
Step8：计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t；
Step9：由H均,t查预想出力曲线得N预,t；
Step10：由γ核,t计算得Nmax,t＝γ核,t×N预,t；
Step11：N核,t＝min(Nt,Nmax,t)；
Step12：计算发电流量
Step13：根据水位控制系数计算公式计算水库水位控制系数月度考核指标，根据水位控制系数计算公式反求其对应的水位Z核,t+1；
Step14：如果|Q′fd,t+Q泄流,t-Q出,t|≤ξ，ξ为允许的误差；若Zt+1≥Z核，t+1，则记录Zt+1、Q′fd,t、Q出,t、Vt+1，跳至Step17；若Zt+1＜Z核，t+1，则跳至Step15；如果|Q′fd,t+Q泄流,t-Q出,t|＞ξ，则重新假定Q出,t，调整策略：再次假定Q出,t＝(Q′fd,t+Q泄流,t+Qmax)/2，返回Step5；
Step15：令Zt+1＝Z核,t+1，由Zt+1查水位库容曲线得到Vt+1；
Step16：由水量平衡方程计算得时段出库流量Q出,t，①若Q出,t<0，则令Q出,t＝0，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，并查水位库容曲线得Zt+1，此时Qfd,t＝0，N核,t＝0；②若0≤Q出,t≤Qmax，则Qfd,t＝Q出,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；③若Q出,t＞Qmax，则令Q出,t＝Qfd,t＝Qmax，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，若Vt+1≤Vmax,t，则由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；若Vt+1＞Vmax,t，则令Vt+1＝Vmax,t，并由水量平衡方程重新计算Q出,t，且Q泄流,t＝Q出,t-Qfd,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；
Step17：判断是否为最后一个时段，是则计算结束，输出各个时段的Zt+1和各个时段的N核,t；否则返回Step1，进入下一时段计算；
Step18：考核发电量E核为各时段电量之和，E核＝∑(N核,t×Δt)，Δt为t时段的时间长度；
其中，Q入,t：t时段平均入库流量；K核,t：核定综合出力系数；Zt：t时段初始水位；γ核,t：t时段核定负荷率，弃水期间采用弃水期负荷率，其它情况γ核,t＝1；Nt：调度图指示出力；Q出,t：t时段平均出库流量；Qfd,t：t时段平均发电流量；Qmax：电站最大过机流量；Vt：t时段初库容；Vt+1：t时段末库容；Vmin,t：t时段最小库容限制；Vmax,t：t时段最大库容限制；Q泄流,t：t时段平均弃水流量；Zt+1：t时段末水位；Zx,t：t时段平均尾水水位；H均,t：t时段平均发电水头；N预,t：t时段预想出力；Nmax,t：t时段最大可调出力；N核,t：t时段考核出力；E核,t：t时段考核电量；Δt：t时段小时数；Z核,t+1：t+1时段水位控制计划对应的考核水位。
5.根据权利要求4所述的水能利用提高率改进算法，其特征在于：对于日调节电站，考核电量的计算步骤如下：
步骤I：读取Q入,t，γ核,t，K核,t，令t-1时段末水位为t时段初始水位Zt；
步骤II：根据水位控制系数计算公式计算水库水位控制系数月度考核指标，根据水位控制系数计算公式反求其对应的Z核,t+1；
步骤III：查水位库容曲线得到Vt和Vt+1；
步骤IV：由水量平衡方程计算得Q出,t，①若Q出,t<0，则令Q出,t＝0，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，并查水位库容曲线得Zt+1，此时Qfd,t＝0，N核,t＝0；②若0≤Q出,t≤Qmax，则Qfd,t＝Q出,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；③若Q出,t＞Qmax，则令Q出,t＝Qfd,t＝Qmax，并由水量平衡方程重新计算Vt+1，若Vt+1≤Vmax,t，则由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；若Vt+1＞Vmax,t，则令Vt+1＝Vmax,t，并由水量平衡方程重新计算Q出,t，且Q泄流,t＝Q出,t-Qfd,t，由Q出,t查下游水位流量关系曲线得Zx,t，由Vt+1查水位库容曲线得Zt+1，计算H均,t＝(Zt+Zt+1)/2-Zx,t，由H均,t查预想出力曲线得N预,t，计算N核,t＝min(K核,t×Qfd,t×H均,t,γ核,t×N预,t)；
步骤V：计算期内所有时段计算完毕后，计算结束，输出各个时段的Zt+1和各个时段的N核,t；
步骤VI：考核发电量E核为各时段电量之和，E核＝∑(N核,t×Δt)，Δt为t时段的时间长度。
6.根据权利要求5所述的水能利用提高率改进算法，其特征在于：库容差电量计算公式如下：
式中：ΔEi为梯级水电站群中第i个电站的库容差电量；Vj,实际为梯级水电站群中第j个水电站在统计时段末水库的实际蓄水量；Vj,计算为梯级水电站群中第j个水电站在统计时段末水库的计算蓄水量；εi,计算为梯级水电站群中第i个水电站在统计时段内的计算平均耗水率，即梯级水电站群的考核发电量计算过程中第i个水电站的计算发电用水量与考核发电量之比。
7.一种梯级水电站调度效益评价系统，其特征在于：用于对如权利要求1-6任一权利要求所述的水能利用提高率改进算法改进，包括如下模块：
客户机层，包括系统管理模块、基础数据管理模块、指标体系模块、效益评价模块和报表管理模块；
系统管理模块，用于用户的增、删、改、查以及用户角色、密码设置；
基础信息管理模块，用于管理和维护电站基本参数、特征曲线以及查询相关历史运行数据；
指标体系模块，用于常规评价指标的计算结果查询、分析以及水能利用提高率的人工计算；
效益评价模块，用于考核指标的考核结果查询与展示；
报表管理模块用于生成效益评价相应的统计报表；
数据服务器层，用于存储基础信息数据、评价指标结果数据和评价方案；
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