CN109117592B - 虚拟水库模型及虚拟水库水位计算方法 - Google Patents

Abstract

虚拟水库模型及虚拟水库水位计算方法，基于分电比例分配水库资源，将入库水量、水库库容按分电比例进行分配，对应左、右岸电站分别建立左、右岸虚拟水库；若某一侧电站的运行方式可能突破约束条件时，实时调度中予以调整；但是在虚拟水库模型计算中按满足约束计算，为满足约束多产生虚拟出库水量，视一方自动放弃，从分配的水量中剔除。本发明计算所得虚拟水位，可以直观的反应左右岸电站的发电、调度运行等情况；对两网水资源利用、电量分配有参考利用价值。

Description

虚拟水库模型及虚拟水库水位计算方法

技术领域

本发明涉及水利水电技术领域，具体是一种虚拟水库模型及虚拟水库水位计算方法。

背景技术

溪洛渡水库位于金沙江下游，位于四川和云南交界处，左右岸电力调度分属国家电网有限公司和中国南方电网有限责任公司，两个电站独立运行，中间没有电器连接。左右岸电站的分电比例枯水期(11月～12月、1～5月)为42:58，丰水期(6～10月)为50:50。根据两个电网和溪洛渡电厂的协定：当实际左右岸发电量未按规定比例平衡时，需要统计偏差电量，偏差电量原则上遵循按日统计、按月累计、次月处理、丰枯各自平衡方式处理。实时运行中，两个电网从入库流量预报、水库运行约束、电网用电需求、线路检修和电网安全等角度综合考虑，未绝对按分电比例，安排左右岸出力。

现有的偏差电量计算方法，仅反应两个电站实发电量的偏差未考虑左右岸电站权利和义务的对等。双方按比例分配发电量，同时需按比例承担水库的综合任务，一方电站帮对方多承担的综合任务在发电用水分配中应有所体现。实际运行水库库容有限，运行约束较多，目前没有直观的指标反应两个电站历史发电用水情况，当资源有限时，例如水库最大调峰量小于两个电网的调峰需求时，目前采取按分电比例分配调峰量的方式，未考虑两个电站在前期运行中为水库争取到现有调峰量的贡献不同。两个独立电站共用一库水，两个电网都希望公平的利用水库，以“以电分水”为原则，按不同运行期，构架独立的左、右岸虚拟水库，模拟虚拟水库运行过程，客观的反映左右岸电站的发电用水情况，可作为发电计划制作的依据和运行后评价(偏差电量计算)的基础。

发明内容

本发明提供一种虚拟水库模型及虚拟水库水位计算方法，基于分电比例分配水库资源的原则，将入库水量、水库库容等按分电比例进行分配，对应左、右岸电站分别建立左、右岸虚拟水库。左、右岸两个水库完全独立，互不支援，虚拟水库运行按分电比例承担综合任务。本发明计算所得虚拟水位，可以直观的反应左右岸电站的发电、调度运行等情况。本发明对两网水资源利用、电量分配有参考利用价值。

本发明采取的技术方案为：

虚拟水库模型，基于分电比例分配水库资源，将入库水量、水库库容按分电比例进行分配，对应左、右岸电站分别建立左、右岸虚拟水库；若某一侧电站的运行方式可能突破约束条件时，实时调度中予以调整；但是在虚拟水库模型计算中按满足约束计算，一方为满足约束多产生虚拟出库水量，从一方分配的水量中剔除。

所述约束条件包括最小流量约束、最大流量约束、最低水位约束、最高水位约束、水位变幅约束；现实水库流量约束，以分电比例分配转化为左、右岸虚拟流量约束；水位约束，以虚拟水位作为判断是否满足约束的依据。

所述虚拟水位的计算建立在水库实际调度数据基础上，一般当日利用前一日的调度运行数据，计算前一日的虚拟水位。

与现在技术相比，本发明一种虚拟水库模型及虚拟水库水位计算方法具有以下优点：

1)：本发明从公平、科学分配水库资源的角度出发，提出建立在左、右岸独立电站基础上的虚拟水库模型，填补了“一厂两站两调”水电站实际调度运行、运行后评价领域的空白。

2)：本发明提出期内分期分段滚动连续计算虚拟水位的方法，既考虑水库运行调度的特点又考虑运行阶段的相对独立性，以此为基础的虚拟水库计算能更客观的反应虚拟水库的调度运行情况。

3)：本发明提出的虚拟水库的水位计算方法，虚拟水位的计算在左右岸电站实际运行的情况上，充分考虑了两个电站承担综合任务的情况，虚拟水位明确直观的反应了两个电站的发电用水过程，虚拟水位的计算可作为指导溪洛渡“一厂两调”水库左右岸电站日常调度的基础，以此为基础制作日发电计划，有效解决特殊时期，双方电站争抢水库调节空间，例如争抢调峰量等情况；还可在此模型基础上建立偏差电量计算方法，完善“一厂两站两调”水电站的运行后评价体系。

4)：随着我国水电事业的发展，位于国界和省界水库越来越多，虚拟水库在这些分属不同利益体的水库实际调度中将具有一定的推广价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明最高水位约束的虚拟流量、水位计算的流程图。

图2为2015年后消落期(1～5月)溪洛渡左右岸虚拟水位过程曲线图。

图3为2016年后消落期(1～5月)溪洛渡左右岸虚拟水位过程曲线图。

图4为2017年后消落期(1～5月)溪洛渡左右岸虚拟水位过程曲线图。

具体实施方式

虚拟水库模型，基于分电比例分配水库资源，将入库水量、水库库容按分电比例进行分配，对应左、右岸电站分别建立左、右岸虚拟水库。基于虚拟水库模型的左、右岸两个水库完全独立，互不支援，虚拟水库模型运行必须按分电比例承担综合任务。若某一侧电站的运行方式可能突破约束条件时，实时调度中予以调整；但是在虚拟水库模型计算中按满足约束计算，一方为满足约束多产生虚拟出库水量，从一方分配的水量中剔除。

溪洛渡左右岸电站分电比例：根据国家能源局颁发的《溪洛渡向家坝水电站电能消纳方案》，溪洛渡左、右岸电站的电量在枯水期(11月至次年5月)按42:58的比例消纳、在丰水期(6月至10月)按50:50的比例消纳。溪洛渡电站实际发电量按丰、枯期在国家电网和南方电网按上述比例平衡。

实际水库运行受航运、供水、施工、库岸安全、下游水库运行等约束，可把诸多约束条件简化为5种约束条件，包括最小流量约束、最大流量约束、最低水位约束、最高水位约束、水位变幅约束；现实水库流量约束，以分电比例分配转化为左、右岸虚拟流量约束；水位约束，以虚拟水位作为判断是否满足约束的依据。

所述虚拟水位的计算建立在水库实际调度数据基础上，一般当日利用前一日的调度运行数据，计算前一日的虚拟水位。

虚拟水库模型基本构架如下：

1)虚拟水库参数和指标：

虚拟水库与水位相关的参数和指标均与实际水库一致，与流量、水量的相关参数指标均按不同时期的分电比例进行分配。水位特征值、库容曲线、蓄能曲线分别如表1、表2、表3所示。

表1溪洛渡水库、虚拟水库水位特征值表

表2溪洛渡虚拟水库水位～库容表

表3溪洛渡虚拟水库水位～蓄能表

2)虚拟水位分期分段分期连续滚动计算：

溪洛渡发电站按分电比例不同，将水库运行分为枯水期和丰水期，电量结算以自然年为周期，丰水期中的6月处于水库消落期，7月、8月处于汛期，9月处于蓄水期，9月中下旬蓄水完毕后处于高水位运行期，水库运行方式转化较快。可按分电比例、运行特点、电量结算周期等因素，将水库运行自然年划分为若干个运行期，虚拟库水位可在期内滚动连续计算，起始水位为水库实际运行水位，具体分期见表4所示。

表4溪洛渡虚拟水位期内分段表

3)虚拟水库水位计算方法，包括：

(1)、水量平衡计算：

V_i,t＝V_i,t-1+(Q_i,t-q_i,t)*△t (1)

式1中：

V_i,t为一侧虚拟水库t时的库容；

V_i,t-1为一侧虚拟水库t-1时的库容；i为1时为左岸虚拟水库，2为右岸虚拟水库；

Q_i,t为一侧t时虚拟入库流量；

q_i,t为一侧t时虚拟出库流量。

(2)、虚拟入库计算：

Q_i,t＝Q_t*p_i,t (2)

式2中：

Q_i,t为一侧t时虚拟入库流量；

Q_t为t时实际入库流量；

p_i,t为t时一侧虚拟水库的分电比例。

(3)、虚拟出库计算：

若Q_t<满发流量时或Q_t>满发流量且实际未发生弃水时：

q_i,t＝Eq_i,t+△q_i,t (3)

式3中：

Q_t为实际t时入库流量；

q_i,t为一侧t时虚拟出库流量；

Eq_i,t为一侧电站t时实际发电流量；

Δq_i,t为一侧电站t时的避免违反约束虚拟产生的出库流量。

若Q_t>满发流量且实际发生弃水时：

q_i,t＝max(Eq_i,t)+J_i,t (4)

式4中：

Q_t为实际t时入库流量；

q_i,t为一侧t时虚拟出库流量；

max(Eq_i,t)为一侧电站t时满发流量；

J_i,t为一侧电站t时的按比例分配的实际弃水流量减去最大满发流量。

(4)、违约虚拟流量计算：

只有违反最高水位约束和最小流量约束时需要计算违约虚拟流量，违反其他约束和不违反约束的情况下违约虚拟流量为零。

判断是否满足最高水位约束；

Δq_i,t的计算流程详见附图1所示。

判断是否满足最小流量约束；

若Eq_i,t<minQ_i,t，△q_i,t＝minq_i,t-Eq_i,t (5)

若Eq_i,t>min Q_i,t，△q_i,t＝0 (6)

其它情况：

△q_i,t＝0 (7)。

4)计算实例:

从图2可以看出，2015年年后消落期溪洛渡左岸超比例发电，到4月15日，溪洛渡左岸已用完虚拟水库水量，溪洛渡右岸因不满足最小流量约束天数较多，累计放弃的水量折合成电量为7.37亿kW.h,所以在溪洛渡右岸欠比例发电的情况下，其虚拟水位在4月1日前仍与实际水位较为接近。

从图3可以看出，2016年在期内溪洛渡左岸超比例发电，溪洛渡右岸少比例发电，溪洛渡右岸因不满足最小流量约束天数较多，累计放弃的水量折合成电量为4.05亿kW.h，所以在溪洛渡右岸欠比例发电的情况下，其虚拟水位在4月1日前仍与实际水位较为接近。

从图4可以看出，2017年在期内溪洛渡左岸超比例发电，溪洛渡右岸少比例发电，溪洛渡右岸因不满足最小流量约束天数较多，累计放弃的水量折合成电量为7.23亿kW.h，所以在溪洛渡右岸欠比例发电的情况下，其虚拟水位在5月1日前仍与实际水位较为接近，在左右岸期内偏差电量不大的情况下，在5月1日后出现了溪洛渡左岸和溪洛渡右岸水位均低于实际水位的情况。

从图2-图4可以看出，2015～2017年的年后消落期左右岸虚拟水位过程可以看出，溪洛渡右岸由于线路检修等情况，不满足最小流量约束的情况较多，一直欠比例发电；溪洛渡左岸一直超比例发电，既年前消落期国家电网有限公司的用电需求较大，中国南方电网有限责任公司用电需求较小。

Claims (4)

1.虚拟水库模型，其特征在于：基于分电比例分配水库资源，将入库水量、水库库容按分电比例进行分配，对应左、右岸电站分别建立左、右岸虚拟水库；若某一侧电站的运行方式可能突破约束条件时，实时调度中予以调整；但是在虚拟水库模型计算中按满足约束计算，一方为满足约束多产生虚拟出库水量，从一方分配的水量中剔除；

基于所述虚拟水库模型的虚拟水库水位计算方法，包括如下计算：

(1)、水量平衡计算：

V_i,t＝V_i,t-1+(Q_i,t-q_i,t)*△t (1)

式1中：

V_i,t为一侧虚拟水库t时的库容；

V_i,t-1为一侧虚拟水库t-1时的库容；i为1时为左岸虚拟水库，2为右岸虚拟水库；

Q_i,t为一侧t时虚拟入库流量；

q_i,t为一侧t时虚拟出库流量；

(2)、虚拟入库计算：

Q_i,t＝Q_t*p_i,t (2)

式2中：

Q_i,t为一侧t时虚拟入库流量；

Q_t为t时实际入库流量；

p_i,t为t时一侧虚拟水库的分电比例；

(3)、虚拟出库计算：

若Q_t<满发流量时或Q_t>满发流量且实际未发生弃水时

q_i,t＝Eq_i,t+△q_i,t (3)

式3中：

Q_t为实际t时入库流量；

q_i,t为一侧t时虚拟出库流量；

Eq_i,t为一侧电站t时实际发电流量；

Δq_i,t为一侧电站t时的避免违反约束虚拟产生的出库流量；

若Q_t>满发流量且实际发生弃水时：

q_i,t＝max(Eq_i,t)+J_i,t (4)

式4中：

Q_t为实际t时入库流量；

q_i,t为一侧t时虚拟出库流量；

max(Eq_i,t)为一侧电站t时满发流量；

J_i,t为一侧电站t时的按比例分配的实际弃水流量减去最大满发流量；

(4)、违约虚拟流量计算：

只有违反最高水位约束和最小流量约束时需要计算违约虚拟流量，违反其他约束和不违反约束的情况下违约虚拟流量为零；

判断是否满足最高水位约束；计算流量；

判断是否满足最小流量约束；

若Eq_i,t<minQ_i,t，△q_i,t＝minq_i,t-Eq_i,t(5)

若Eq_i,t>min Q_i,t，△q_i,t＝0(6)

其它情况：

△q_i,t＝0 (7)。

2.根据权利要求1所述虚拟水库模型，其特征在于：所述约束条件包括最小流量约束、最大流量约束、最低水位约束、最高水位约束、水位变幅约束；现实水库流量约束，以分电比例分配转化为左、右岸虚拟流量约束；水位约束，以虚拟水位作为判断是否满足约束的依据。

3.根据权利要求1所述虚拟水库模型，其特征在于：所述虚拟水位的计算建立在水库实际调度数据基础上，当日利用前一日的调度运行数据，计算前一日的虚拟水位。

4.采用如权利要求1-3所述任意一种虚拟水库模型的虚拟水位分期分段分期连续滚动计算方法，其特征在于：按分电比例不同，将水库运行分为枯水期和丰水期，电量结算以自然年为周期，丰水期中的6月处于水库消落期，7月、8月处于汛期，9月处于蓄水期，9月中下旬蓄水完毕后处于高水位运行期，水库运行方式转化较快；

按分电比例、运行特点、电量结算周期将水库运行自然年划分为若干个运行期，虚拟库水位在期内滚动连续计算，起始水位为水库实际运行水位。

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