CN109032197A - 一种优化水库放流发电的水位控制方法 - Google Patents

一种优化水库放流发电的水位控制方法 Download PDF

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    • G05D9/12—Level control, e.g. controlling quantity of material stored in vessel characterised by the use of electric means

Abstract

本发明提供一种优化水库放流发电的水位控制方法包括如下方法步骤：a)读取水库的基本资料和水库入流量时间序列；b)通过穷举法求解最佳预降水位，使最佳预降水位低于水库最高水位，并使洪水过后的水位达到洪水过后的标准水；c)利用最佳预降低水位进行洪水Puls演算，得到逐时水库水位，及对应的水库放流量。本发明水位控制方法，防洪期间具有最佳的放流量，并且能够达到最大的放流发电量。

Description

一种优化水库放流发电的水位控制方法
技术领域
本发明涉及水库防洪发电技术领域，特别涉及一种优化水库放流发电的水位控制方法。
背景技术
水库防洪对下游河道安全具有重要影响，在洪水来临前，操作人员希望能以发电放水的方式，预先降低水库水位，以迎接未来洪水入库，也希望洪水结束时，水库水位能达到某个高水位，有助于下次洪水前的供水之用，当然，洪水期间的最高洪水位，也应该限制在设计洪水位之下，以维护水库安全。
水库通常有发电放水口、溢洪道以及永久河道放水口等，其中发电放水口，会经过水力发电厂产生电力，对水库管理单位而言，发电会产生收益，而其他放流工具，则不能产生收益，故在洪水期间，将发电放水达到最大，就能产生最大的发电收益。
现有的大多数的水库在洪水时期的放流操作方式是依据当时水库水位，再按照闸门的操作规则，操作放流闸门，所以需要在很短的时间内收集水库水位，并且快速的决定放流量流量。这种方式往往造成水库放流不能产生有效的收益，放流发电不合理，造成较大的浪费。
因此，需要合理控制水库水位，实现最大化放流发电的一种优化水库放流发电的水位控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种优化水库放流发电的水位控制方法，所述方法包括如下方法步骤：
a)读取水库的基本资料和水库入流量时间序列，其中，所述水库基本资料包括水库初始水位、水库初始放流发电量、水库最高水位、水库最大发电放流量、水库防洪放流阶段的流量和标准水位；
b)通过穷举法求解最佳预降水位，使最佳预降水位低于水库最高水位，并使洪水过后的水位达到洪水过后的标准水位；
c)利用最佳预降低水位进行洪水Puls演算，得到逐时水库水位，及对应的水库放流量。
优选地，所述步骤b)中，通过穷举法求解最佳预降水位包括如下方法步骤：
b1)获取水库防洪开始时刻和防洪结束时刻，以及洪水高峰开始时刻和结束时刻；
b2)计算洪水高峰持续时间，并计算洪水高峰的退去时间；
b3)通过计算得到的洪水高峰的退去时间计算预降水位；
b4)判断预降水位是否小于水库初始水位，若是，则更新预降水位，若不是，则输出预降水位作为最佳预降水位。
优选地，所述洪水高峰的退去时间通过如下方法计算：
洪水高峰的退去时间从0时刻持续至洪水高峰持续时间的三分之二，其中，洪水高峰持续时间为从洪水高峰开始时刻持续至洪水高峰结束时刻。
优选地，所述步骤b3)中，预降水位的计算包括如下方法步骤：
b31)获取水库防洪开始时刻的水库水位，和防洪结束时刻的标准水位，
b32)以标准水位对应的水库蓄水体积减去预降水位对应的水库蓄水体积作为洪水放流量；
b33)根据洪水放流量，采用三角形放流量时间序列计算洪水高峰的放流量，得到洪水高峰阶段的放流量时间序列和全时段放流量时间序列；
b34)根据水库入流量时间序列、洪水高峰阶段的放流量时间序列和全时段放流量时间序列，进行洪水Puls演算得到预降水位。
优选地，计算洪水高峰的退去时间之前还包括计算水库防洪开始之前的放流量时间序列。
优选地，水库防洪开始之前的放流量时间序列的计算包括如下方法步骤：
(1)根据水库初始水位得到水库初始库蓄水体积，根据标准水位得到水库的标准蓄水体积；
(2)计算水库防洪开始之前的放流量，以及水库防洪开始之前累计发电的水量体积；
(3)根据水库防洪开始之前的放流量及水库防洪开始之前累计发电的水量体积，获得水库防洪开始之前的放流量时间序列。
优选地，所述水库防洪开始之前的放流量通过如下方法计算：
水库防洪开始之前的放流量△Vpre＝标准蓄水体积Vp2减去水库初始库蓄水体积Vp1。
优选地，对发电放流口排放的逐时发电放流量时间序列求和得到水库防洪开始之前累计发电的水量体积。
优选地，水库防洪开始之前的放流量时间序列通过如下方法计算：
Qp i＝△Vα/Tpre，其中，Qp i为水库防洪开始之前的放流量时间序列，△Vα＝△Vpre-Vp，△Vpre为水库防洪开始之前的放流量，Vp为水库防洪开始之前累计发电的水量体积，Tpre为水库防洪开始之前的总时间。
本发明提供的一种优化水库放流发电的水位控制方法，在给定水库入流量时间序列，以及水库基本资料的条件下，利用优化方法，推求最佳发电的放流时间序列，使得洪水期间，洪水高峰的水位低于水库设计最高水位，使防洪结束后，水库水位达到目标水位。
本发明提供的一种优化水库放流发电的水位控制方法，防洪期间具有最佳的放流量，并且能够达到最大的放流发电量。
本项发明提供的一种优化水库放流发电的水位控制方法，建立一套优化算法，快速获得洪水时期，最佳的预降水位及放流量时间序列。
本项发明，通过计算水库防洪操作的预降水位以及防洪期间的阶段式放流量，在洪水来临前为操作人员提供参考。本发明以波尔斯(Puls)水库洪水演算作为计算核心，采用三角形放流时间序列计算洪水高峰的放流量，实现最佳的放流量。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出了本发明一种优化水库放流发电的水位控制方法流程图。
图2示出了本发明求解最佳预降水位的流程图。
图3示出了本发明预降水位的计算流程图。
图4示出了本发明三角形放流量时间序列。
图5示出了本发明水库防洪开始之前的放流量时间序列的计算的流程框图。
图6示出了本发明一个实施例水库水位曲线图。
图7示出了本发明一个实施例生成的逐时水库放流量曲线示意图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例，相关技术术语应当是本领域技术人员所熟知的。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。下面通过具体的实施例对本发明的一种优化水库放流发电的水位控制方法进行详细说明。
本发明一种优化水库放流发电的水位控制方法，通过计算设备(例如集成电路)中运行，生成逐时水库水位，及对应的水库放流量。如图1所示本发明一种优化水库放流发电的水位控制方法流程图，根据本发明的实施例，一种优化水库放流发电的水位控制方法包括如下方法步骤。
步骤S1、读取水库的基本资料和水库入流量时间序列，其中，水库基本资料包括水库初始水位、水库初始放流发电量、水库最高水位、水库最大发电放流量、水库防洪放流阶段的流量和标准水位。
如表1所示水库的基本资料，将水库基本资料输入至用户终端(例如PC机输入接口)，根据本发明的优化水库放流发电的水位控制方法，读取水库的基本资料。
表1、水库基本资料
名称 单位
水库初始水位 米
水库初始放流发电量 立方米/秒
水库最高水位 米
水库最大发电流量 立方米/秒
水库防洪阶段的流量 立方米/秒
水库防洪阶段的标准水位 米
步骤S2、通过穷举法求解最佳预降水位，使最佳预降水位低于水库最高水位，并使洪水过后的水位达到洪水过后的标准水位。
步骤S3、利用最佳预降低水位进行洪水Puls演算，得到逐时水库水位，及对应的水库放流量。本发明入流量时间序列是指，逐时流入水库的流量体积(cms)。
根据本发明的实施例，如图2所示本发明求解最佳预降水位的流程图，在步骤S2中，通过穷举法求解最佳预降水位包括如下方法步骤：
S21、获取水库防洪开始时刻和防洪结束时刻，以及洪水高峰开始时刻和结束时刻。
S22、计算洪水高峰持续时间，并计算洪水高峰的退去时间，本实施例中，洪水高峰的退去时间通过如下方法计算：
洪水高峰的退去时间从0时刻持续至洪水高峰持续时间的三分之二，其中，洪水高峰持续时间为从洪水高峰开始时刻持续至洪水高峰结束时刻。也就是说，洪水高峰的退去时间ts由洪水开始消退时(即0时刻)持续至2/3*tpe，tpe为洪水高峰持续时间(例如洪水高峰持续时间为3天)。
S23、通过计算得到的洪水高峰的退去时间计算预降水位。
S24、判断预降水位是否小于水库初始水位，若是，则更新预降水位，若不是，则输出预降水位作为最佳预降水位。
根据本发明的实施例，如图3所示本发明预降水位的计算流程图，在步骤S23中，预降水位的计算包括如下方法步骤：
S231、获取水库防洪开始时刻的水库水位，和防洪结束时刻的标准水位。
S232、以标准水位对应的水库蓄水体积减去预降水位对应的水库蓄水体积作为洪水放流量。
洪水过后的标准水位对应的水库蓄水体积记为VTarget，预降水位对应的水库蓄水体积记为Vp1，则洪水结束后的洪水放流量为：
△Vr＝VTarget－Vp1。
S233、根据洪水放流量，采用三角形放流量时间序列计算洪水高峰的放流量，得到洪水高峰阶段的放流量时间序列和全时段放流量时间序列。
水库流入的总体积记为Vinflow，必须排放的水量总体积Vrelease＝Vinflow－△Vr－Qpower，其中Qpower为最大发电的放流量。
如图4所示三角形放流量时间序列，采用三角形放流量时间序列计算得到洪水高峰的放流量：
Rp＝(2Vrelease)/T，T为防洪期间的总时间(小时)T＝Te－Tb，Tb是防洪开始时刻，Te是防洪结束时刻。
S234、根据水库入流量时间序列、洪水高峰阶段的放流量时间序列和全时段放流量时间序列，进行洪水Puls演算得到预降水位。
根据本发明的实施例，计算洪水高峰的退去时间之前还包括计算水库防洪开始之前的放流量时间序列，即在洪水来临之前，需要计算水库放流量时间序列。本发明放流量时间序列是指，逐时流出水库的流量体积。
如图5所示本发明水库防洪开始之前的放流量时间序列的计算的流程框图，水库防洪开始之前的放流量时间序列的计算包括如下方法步骤：
S211、根据水库初始水位得到水库初始库蓄水体积，根据标准水位得到水库的标准蓄水体积。
S212、计算水库防洪开始之前的放流量，以及水库防洪开始之前累计发电的水量体积。
水库防洪开始之前的放流量通过如下方法计算：
水库防洪开始之前的放流量△Vpre＝标准蓄水体积Vp2减去水库初始库蓄水体积Vp1。
水库防洪开始之前累计发电的水量体积通过如下方法计算：
对发电放流口排放的逐时发电放流量时间序列求和得到水库防洪开始之前累计发电的水量体积。
S213、根据水库防洪开始之前的放流量及水库防洪开始之前累计发电的水量体积，获得水库防洪开始之前的放流量时间序列。
水库防洪开始之前的放流量时间序列通过如下方法计算：
Qp i＝△Vα/Tpre，其中，Qp i为水库防洪开始之前的放流量时间序列，△Vα＝△Vpre-Vp，△Vpre为水库防洪开始之前的放流量，Vp为水库防洪开始之前累计发电的水量体积，Tpre为水库防洪开始之前的总时间。
如图6所示本发明一个实施例水库水位曲线图，如图7所示本发明一个实施例生成的逐时水库放流量曲线示意图，实施例中以2018年9月至2018年10月期间某地水库的放流量为例，根据本发明的一种优化水库放流发电的水位控制方法得到逐时水库入放流量曲线，图7中曲线a为入流量曲线，b为放流量曲线。结合图6和图7得知，水库最高入流量为3137cms，给定水库起始水位为401.0公尺，标准水位为406公尺。
根据本发明的一种优化水库放流发电的水位控制方法，得到预降水位为396.40公尺，洪水高峰的放流量为1980cms，洪峰流量削减量为1157cms，削减比例为36.88％，最佳预降水位为407.43公尺，小于最高洪水位408公尺，且洪水结束后，水库水位达到406.13公尺，达到水库安全、最佳防洪以及发电最大化的目标。
本发明提供的一种优化水库放流发电的水位控制方法，在给定水库入流量时间序列，以及水库基本资料的条件下，利用优化方法，推求最佳发电的放流时间序列，使得洪水期间，洪水高峰的水位低于水库设计最高水位，使防洪结束后，水库水位达到目标水位。
本发明提供的一种优化水库放流发电的水位控制方法，防洪期间具有最佳的放流量，并且能够达到最大的放流发电量。
本项发明提供的一种优化水库放流发电的水位控制方法，建立一套优化算法，快速获得洪水时期，最佳的预降水位及放流量时间序列。
本项发明，通过计算水库防洪操作的预降水位以及防洪期间的阶段式放流量，在洪水来临前为操作人员提供参考。本发明以波尔斯(Puls)水库洪水演算作为计算核心，采用三角形放流时间序列计算洪水高峰的放流量，实现最佳的放流量。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (9)

1.一种优化水库放流发电的水位控制方法，其特征在于，所述方法包括如下方法步骤：
a)读取水库的基本资料和水库入流量时间序列，其中，所述水库基本资料包括水库初始水位、水库初始放流发电量、水库最高水位、水库最大发电放流量、水库防洪放流阶段的流量和标准水位；
b)通过穷举法求解最佳预降水位，使最佳预降水位低于水库最高水位，并使洪水过后的水位达到洪水过后的标准水位；
c)利用最佳预降低水位进行洪水Puls演算，得到逐时水库水位，及对应的水库放流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中，通过穷举法求解最佳预降水位包括如下方法步骤：
b1)获取水库防洪开始时刻和防洪结束时刻，以及洪水高峰开始时刻和结束时刻；
b2)计算洪水高峰持续时间，并计算洪水高峰的退去时间；
b3)通过计算得到的洪水高峰的退去时间计算预降水位；
b4)判断预降水位是否小于水库初始水位，若是，则更新预降水位，若不是，则输出预降水位作为最佳预降水位。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述洪水高峰的退去时间通过如下方法计算：
洪水高峰的退去时间从0时刻持续至洪水高峰持续时间的三分之二，其中，洪水高峰持续时间为从洪水高峰开始时刻持续至洪水高峰结束时刻。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤b3)中，预降水位的计算包括如下方法步骤：
b31)获取水库防洪开始时刻的水库水位，和防洪结束时刻的标准水位，
b32)以标准水位对应的水库蓄水体积减去预降水位对应的水库蓄水体积作为洪水放流量；
b33)根据洪水放流量，采用三角形放流量时间序列计算洪水高峰的放流量，得到洪水高峰阶段的放流量时间序列和全时段放流量时间序列；
b34)根据水库入流量时间序列、洪水高峰阶段的放流量时间序列和全时段放流量时间序列，进行洪水Puls演算得到预降水位。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算洪水高峰的退去时间之前还包括计算水库防洪开始之前的放流量时间序列。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，水库防洪开始之前的放流量时间序列的计算包括如下方法步骤：
(1)根据水库初始水位得到水库初始库蓄水体积，根据标准水位得到水库的标准蓄水体积；
(2)计算水库防洪开始之前的放流量，以及水库防洪开始之前累计发电的水量体积；
(3)根据水库防洪开始之前的放流量及水库防洪开始之前累计发电的水量体积，获得水库防洪开始之前的放流量时间序列。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述水库防洪开始之前的放流量通过如下方法计算：
水库防洪开始之前的放流量△Vpre＝标准蓄水体积Vp2减去水库初始库蓄水体积Vp1。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对发电放流口排放的逐时发电放流量时间序列求和得到水库防洪开始之前累计发电的水量体积。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，水库防洪开始之前的放流量时间序列通过如下方法计算：
Qp i＝△Vα/Tpre，其中，Qp i为水库防洪开始之前的放流量时间序列，△Vα＝△Vpre-Vp，△Vpre为水库防洪开始之前的放流量，Vp为水库防洪开始之前累计发电的水量体积，Tpre为水库防洪开始之前的总时间。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181218

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