CN110717838B - 一种梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法 - Google Patents

一种梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法,步骤如下:S1,确立指标体系评价目的为综合效益最大化;S2,按照水库综合利用运行可影响的综合效益部分,将总目标划分为五个层次,包括发电、调洪、生态、供水、航运;S3,根据各层目标特性,分析水库调度对其影响,确立各层整体目标为绿色低碳、清洁高效;S4,确立各层评价指标;S5,建立指标量化方法,确定指标关键值;S6,构建评价等级标准划分方法。该梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法以定性定量相结合的原则构建一套较为完善的指标体系,同时提出一种具有一定普适性的评价等级划分方法。

Description

一种梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法
技术领域
本发明涉及梯级电站多目标调度评价技术领域,具体为一种梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法。
背景技术
梯级联合调度不仅能提高流域水能利用率,还能充分发挥流域梯级水能补偿,突破单库运行时的出力等限制,确保防汛安全和最大限度地提高发电效益。其通常涉及发电、防洪、供水、环保、航运等多个调度目标。为掌握水电站运行和管理状况,挖掘其综合利用潜力,促进水能资源高效利用,需对流域梯级水库群调度运行效果进行评价,以评估不同方案(实际运行方案)所取得的综合效益,为后续调度决策提供参考支持,起到“评价现在,指导未来”的作用。
梯级联合调度通过决定蓄放水次序,造成下泄流量的变化,从而影响电站的综合效益。目前,对梯级水电站单目标调度效益评价的研究较多,其多侧重研究综合目标的某一方面,而未形成一套涵盖发电性能、防洪安全性、洪水利用程度、生态环境保护等梯级电站综合利用要求的较为完善的评价体系。同时,评价等级的划分也缺乏一套系统理论,多数研究在构建指标体系时,仅在案例分析时不做说明而直接根据研究对象特征对评价等级进行划分。
在专利号为CN103246935A的一种梯级电站的发电后评估系统及方法中采用了基于水位引导的遗传算法计算理论最大发电量,提高了优化方案模型计算的精度、收敛性及收敛速度。该方法采用了基于水位引导的遗传算法,对梯级电站进行年度理论最大发电量优化计算,从而改变了传统梯级电站后评估工作中,单纯按照调度图计算考核电量的现状,同时弥补了现有的采用大基因遗传算法计算理论最大发电量工作中出现的收敛速度慢、局部寻优能力不足的缺陷。
在专利号为CN106920001A的一种梯级水库群实时优化调度及效益评价方法采用预泄腾库、错峰削峰、拦蓄洪尾手段,实现梯级水库少弃水,提高了梯级水库的发电效益。
在现有的方法中存在的缺点有多侧重于发电、调洪、供水、生态、航运中的某一方面,指标体系尚不完善,大多数都停留在定性描述阶段,缺乏一种定性定量相结合的评价手段;评价等级划分不够清晰,缺乏一套普适性评价等级的划分理论。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法,步骤如下:
骤如下:
S1,确立指标体系评价目的为综合效益最大化;
S2,按照水库综合利用运行可影响的综合效益部分,将总目标划分为五个层次,包括发电、调洪、生态、供水、航运;
S3,根据各层目标特性,分析水库调度对其影响,确立各层整体目标为绿色低碳、清洁高效;
S4,确立各层评价指标,评价指标为发电层指标,调洪层指标,生态层指标,供水层指标,航运层指标;
S5,建立指标量化方法,确定指标关键值;
S6,构建评价等级标准划分方法。
优选的,所述步骤S4中电层指标包括发电完成率、发电完成提高率、发电耗水率;
发电完成率为梯级电站在运行中实际发电量占理论发电量的比值,其公式为:发电完成率=实际发电量/理论发电量;
发电完成提高率为梯级电站某一考核时期内的发电完成率与近年来平均发电完成率的相对差值,其公式为:发电完成提高率=(发电完成率-近年平均发电完成率)/近年平均发电完成率;
发电耗水率为梯级水库群每单位发电量所消耗的水量,其公式为:发电耗水率=发电利用水量/发电量=常数/(综合发电效率×发电水头)。
优选的,所述步骤S4中调洪层指标包括洪峰削减率、弃水率、洪水利用率;
洪峰削减率为最大出库流量与最大入库流量的相对差值,其公式为:洪峰削减率=(最大入库流量-最大出库流量)/最大入库流量;
弃水率为洪水发生后水库调度所弃水量占洪水量的比率,弃水为指洪水中未经水库利用而直接下泄的水量,其公式为:弃水率=弃水量/洪水总量;
洪水利用率为,梯级水库群利用洪水量占总洪水量的比率,其公式为:洪水利用率=利用洪水量/洪水总量。
优选的,所述步骤S4中生态层指标包括生态基流保证率、水质达标率、纵向连通性;
生态基流保证率为水库下泄流量不小于该时段生态基流的时段总数占考核时段数的比例,其公式为:生态基流保证率=下泄流量满足生态基流的时段/考核时段数;
水质达标率为水库调度影响区域达到水质目标的面积占区域面积的比例,其公式为:水质达标率=水质达标面积/影响区域面积;
纵向连通性为梯级水库控制区域纵向空间联系程度,对于鱼类来说是指其迁徙运动是否受到某种阻碍,其公式为:纵向连通性=河流断点的障碍物数/影响区域河流长度。
优选的,所述步骤S4中供水层指标包括,供水可靠性、缺水响应率、供水满意度;
供水可靠性为考核期间梯级水库供水量满足需水量的程度,其公式为:供水可靠性=供水满足需水时段数/考核时段数;
缺水响应率为梯级水库供水从缺水状态恢复至正常状态的概率,其公式为:缺水响应率=缺水恢复时段数/缺水时段数;
供水满意度为梯级水库群考核期间缺水总量占需水量的比率,其公式为:供水满意度=1-缺水量/需水量。
优选的,所述步骤S4中航运层指标包括纵向连通性、水位保证率;
纵向连通性的计算公式为:纵向连通性=河流断点的障碍物数/影响区域河流长度;
水位保证率为梯级控制区域内航道水位满足通航水位的时段数占考核时段数的比例,其计算公式为:水位保证率=通航水位满足时段数/考核时段数。
优选的,所述步骤S6构建评价等级标准划分方法步骤为:
a、基础数据收集、整理;
b、指标值排序;
c、频率计算;
d、绘制散点图,将指标值及其对应频率绘于海森频率格纸;
e、对参数进行估计,利用线性矩法进行参数估计,得到该指标的P-III型分布函数;
f、等级划分,利用最终得到的皮尔逊III型函数,将发生概率p=50%的值作为指标评估的中间等级,等级范围为每相差10%为一个等级。
优选的,所述在步骤a中数据收集、整理为对某一指标,收集历史数据,按照定义公式计算指标值,形成指标历史结果数据库;
在步骤b中将历史数据库中的指标值按从大到小的顺序从1开始编号排列;
在步骤c中频率计算为某一历史指标值,在历史总序列m中序号为n,利用P-III型分布的频率计算公式P=n/(m+1)计算其发生频率。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明首先将复杂的综合目标划分为相对简单的分目标,深入分析各分目标,以定性定量相结合的原则构建一套较为完善的指标体系,同时提出一种具有一定普适性的评价等级划分方法。
附图说明
图1为本发明步骤框图;
图2为本发明评价等级标准划分方法步骤框图;
图3为本发明评价指标结构层次图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3,本发明提供一种技术方案:一种梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法,步骤如下:
S1,确立指标体系评价目的为综合效益最大化;
S2,按照水库综合利用运行可影响的综合效益部分,将总目标划分为五个层次,包括发电、调洪、生态、供水、航运;
S3,根据各层目标特性,分析水库调度对其影响,确立各层整体目标为绿色低碳、清洁高效;
S4,确立各层评价指标,评价指标为发电层指标,调洪层指标,生态层指标,供水层指标,航运层指标;
S5,建立指标量化方法,确定指标关键值;
S6,构建评价等级标准划分方法。
进一步的,所述步骤S4中电层指标包括发电完成率、发电完成提高率、发电耗水率;
发电完成率为梯级电站在运行中实际发电量占理论发电量的比值,其公式为:发电完成率=实际发电量/理论发电量;
其中理论发电量可根据决策者偏好,以综合效益最大为目标,设定水量平衡、梯级水力联系、库容、出力等约束条件,构建函数求解得到,故该值是一个相对值,由此得到的发电完成率基本反映了电站调度运行水平,可消除部分差异性,使不同电站间的直接比较成为可能;
发电完成提高率为梯级电站某一考核时期内的发电完成率与近年来平均发电完成率的相对差值,其公式为:发电完成提高率=(发电完成率-近年平均发电完成率)/近年平均发电完成率;
发电耗水率为梯级水库群每单位发电量所消耗的水量,其公式为:发电耗水率=发电利用水量/发电量=常数/(综合发电效率×发电水头)。
进一步的,所述步骤S4中调洪层指标包括洪峰削减率、弃水率、洪水利用率;
洪峰削减率为最大出库流量与最大入库流量的相对差值,其公式为:洪峰削减率=(最大入库流量-最大出库流量)/最大入库流量;
弃水率为洪水发生后水库调度所弃水量占洪水量的比率,弃水为指洪水中未经水库利用而直接下泄的水量,其公式为:弃水率=弃水量/洪水总量;
洪水利用率为,梯级水库群利用洪水量占总洪水量的比率,其公式为:洪水利用率=利用洪水量/洪水总量。
进一步的,所述步骤S4中生态层指标包括生态基流保证率、水质达标率、纵向连通性;
生态基流保证率为水库下泄流量不小于该时段生态基流的时段总数占考核时段数的比例,其公式为:生态基流保证率=下泄流量满足生态基流的时段/考核时段数;
水质达标率为水库调度影响区域达到水质目标的面积占区域面积的比例,其公式为:水质达标率=水质达标面积/影响区域面积;
纵向连通性为梯级水库控制区域纵向空间联系程度,对于鱼类来说是指其迁徙运动是否受到某种阻碍,其公式为:纵向连通性=河流断点的障碍物数/影响区域河流长度。
进一步的,所述步骤S4中供水层指标包括,供水可靠性、缺水响应率、供水满意度;
供水可靠性为考核期间梯级水库供水量满足需水量的程度,其公式为:供水可靠性=供水满足需水时段数/考核时段数;
缺水响应率为梯级水库供水从缺水状态恢复至正常状态的概率,其公式为:缺水响应率=缺水恢复时段数/缺水时段数;
供水满意度为梯级水库群考核期间缺水总量占需水量的比率,其公式为:供水满意度=1-缺水量/需水量。
进一步的,所述步骤S4中航运层指标包括纵向连通性、水位保证率;
纵向连通性的计算公式为:纵向连通性=河流断点的障碍物数/影响区域河流长度;
水位保证率为梯级控制区域内航道水位满足通航水位的时段数占考核时段数的比例,其计算公式为:水位保证率=通航水位满足时段数/考核时段数。
进一步的,所述步骤S6构建评价等级标准划分方法步骤为:
a、基础数据收集、整理;
b、指标值排序;
c、频率计算;
d、绘制散点图,将指标值及其对应频率绘于海森频率格纸;
e、对参数进行估计,利用线性矩法进行参数估计,得到该指标的P-III型分布函数;
f、等级划分,利用最终得到的皮尔逊III型函数,将发生概率p=50%的值作为指标评估的中间等级,等级范围为每相差10%为一个等级,发生概率越高则越容易达到,得分越低,反之亦然。最终确定等级范围及其评估标准如
表1所示;
等级
指标值 X(P>65) X(P=55~65) X(P=45~55) X(P=35~45) X(P<35)
表1评价标准等级划分表,单位:%。
进一步的,所述在步骤a中数据收集、整理为对某一指标,收集历史数据,按照定义公式计算指标值,形成指标历史结果数据库;
在步骤b中将历史数据库中的指标值按从大到小的顺序从1开始编号排列;
在步骤c中频率计算为某一历史指标值,在历史总序列m中序号为n,利用P-III型分布的频率计算公式P=n/(m+1)计算其发生频率。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法,其特征在于:步骤如下:
S1,确立指标体系评价目的为综合效益最大化;
S2,按照水库综合利用运行可影响的综合效益部分,将总目标划分为五个层次,包括发电、调洪、生态、供水、航运;
S3,根据各层目标特性,分析水库调度对其影响,确立各层整体目标为绿色低碳、清洁高效;
S4,确立各层评价指标,评价指标为发电层指标,调洪层指标,生态层指标,供水层指标,航运层指标;
电层指标包括发电完成率、发电完成提高率、发电耗水率;
发电完成率为梯级电站在运行中实际发电量占理论发电量的比值,其公式为:发电完成率=实际发电量/理论发电量;
发电完成提高率为梯级电站某一考核时期内的发电完成率与近年来平均发电完成率的相对差值,其公式为:发电完成提高率=(发电完成率-近年平均发电完成率)/近年平均发电完成率;
发电耗水率为梯级水库群每单位发电量所消耗的水量,其公式为:发电耗水率=发电利用水量/发电量=常数/(综合发电效率×发电水头);
调洪层指标包括洪峰削减率、弃水率、洪水利用率;
洪峰削减率为最大出库流量与最大入库流量的相对差值,其公式为:洪峰削减率=(最大入库流量-最大出库流量)/最大入库流量;
弃水率为洪水发生后水库调度所弃水量占洪水量的比率,弃水为指洪水中未经水库利用而直接下泄的水量,其公式为:弃水率=弃水量/洪水总量;
洪水利用率为,梯级水库群利用洪水量占总洪水量的比率,其公式为:洪水利用率=利用洪水量/洪水总量;
生态层指标包括生态基流保证率、水质达标率、纵向连通性;
生态基流保证率为水库下泄流量不小于生态基流的时段总数占考核时段数的比例,其公式为:生态基流保证率=下泄流量满足生态基流的时段/考核时段数;
水质达标率为水库调度影响区域达到水质目标的面积占区域面积的比例,其公式为:水质达标率=水质达标面积/影响区域面积;
纵向连通性为梯级水库控制区域纵向空间联系程度,对于鱼类来说是指其迁徙运动是否受到某种阻碍,其公式为:纵向连通性=河流断点的障碍物数/影响区域河流长度;
供水层指标包括,供水可靠性、缺水响应率、供水满意度;
供水可靠性为考核期间梯级水库供水量满足需水量的程度,其公式为:供水可靠性=供水满足需水时段数/考核时段数;
缺水响应率为梯级水库供水从缺水状态恢复至正常状态的概率,其公式为:缺水响应率=缺水恢复时段数/缺水时段数;
供水满意度为梯级水库群考核期间缺水总量占需水量的比率,其公式为:供水满意度=1-缺水量/需水量;
航运层指标包括纵向连通性、水位保证率;
纵向连通性的计算公式为:纵向连通性=河流断点的障碍物数/影响区域河流长度;
水位保证率为梯级控制区域内航道水位满足通航水位的时段数占考核时段数的比例,其计算公式为:水位保证率=通航水位满足时段数/考核时段数;
S5,建立指标量化方法,确定指标关键值;
S6,构建评价等级标准划分方法;
构建评价等级标准划分方法步骤为:
a、基础数据收集、整理;
b、指标值排序;
c、频率计算;
d、绘制散点图,将指标值及其对应频率绘于海森频率格纸;
e、对参数进行估计,利用线性矩法进行参数估计,得到该指标的P-III型分布函数;
f、等级划分,利用最终得到的皮尔逊III型函数,将发生概率p=50%的值作为指标评估的中间等级,等级范围为每相差10%为一个等级。
2.根据权利要求1所述的梯级电站多目标调度评价体系指标构建及等级划分方法,其特征在于:所述在步骤a中数据收集、整理为对某一指标,收集历史数据,按照定义公式计算指标值,形成指标历史结果数据库;
在步骤b中将历史数据库中的指标值按从大到小的顺序从1开始编号排列;
在步骤c中频率计算为某一历史指标值,在历史总序列m中序号为n,利用P-III型分布的频率计算公式P=n/(m+1)计算其发生频率。
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