CN111126693A - 基于上游水库运行对下游电站发电能力影响的调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于上游水库运行对下游电站发电能力影响的调度方法，属于水文水资源调度领域。包括：将下游梯级电站天然入库流量作为下游梯级电站发电优化调度模型的输入，得到第一发电量；采用上游水库群模拟调度模型模拟天然流量下上游水库群调度运行过程，将上游水库调蓄后的流量作为下游梯级电站发电优化调度模型输入，得到第二发电量；丰水年调度期间第二发电量与第一发电量的差值大于第一比例第一发电量，或，平水年及枯水年调度期间第二发电量与第一发电量的差值大于第二比例第一发电量，将上游水库与下游电站联合发电调度。本发明对比不同调度方案下游电站发电能力变化，为下游电站提供准确的来水输入，提高了下游电站发电能力测算的可信度。
Description
技术领域
本发明属于水文水资源调度领域，更具体地，涉及基于上游水库运行对下游电站发电能力影响的调度方法。
背景技术
随着流域水利工程的陆续兴建投运，干流年来水量和径流年内分配过程将发生巨大变化，势必对下游梯级电站调度运行造成巨大影响。
目前，对于流域上游水库群调蓄对下游梯级电站影响，已经开展了一些研究，主要可以分为两类：一类是通过对比上游水库投运前后下游控制站水文指标变化趋势和整体水文变异程度，研究上游建库对下游地区水文形势的影响，一类是对比下游地区水生生物多样性及数量等生态指标，研究上游建库对下游地区的生态影响。
但是针对上游建库后不同时期水库调蓄方式对下游梯级电站调度运行影响的研究尚属空白。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了基于上游水库运行对下游电站发电能力影响的调度方法，其目的在于真实模拟各种来水条件下上游水库群运行过程，为下游梯级电站提供了准确的来水输入，提高了下游梯级电站发电能力测算的可信度。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了基于上游水库运行对下游电站发电能力影响的调度方法，该方法包括以下步骤：
S1.将下游梯级电站天然入库流量作为下游梯级电站发电优化调度模型的输入，得到第一发电量；
S2.采用上游水库群模拟调度模型模拟天然流量下上游水库群调度运行过程，将上游水库调蓄后的流量作为下游梯级电站发电优化调度模型输入，得到第二发电量；
S3.在丰水年调度期间，若第二发电量与第一发电量的差值大于第一比例阈值的第一发电量，或者，在平水年及枯水年调度期间，若第二发电量与第一发电量的差值大于第二比例阈值的第一发电量，将上游水库与下游梯级电站联合发电调度。
优选地，所述下游梯级电站发电优化调度模型包括：
以发电量最大为调度目标，即：
其中，E表示调度期内梯级电站总发电量，T表示调度期内时段数，M表示梯级电站数量；Ni,t表示第i个电站在时段t的出力，Ki,t表示第i个电站在时段t的出力系数，Qi,t表示第i个电站在时段t的发电流量；Hi,t表示第i个电站在时段t的水头，ΔTt表示t时段的时段长度；
约束条件如下：
①水量平衡
Vi,t+1＝Vi,t+(Ii,t-Qi,t-Si,t)×ΔTt
其中，Vi,t表示第i个电站在t时段初的库容；Ii,t表示第i个电站在t时段的入库流量，Qi,t表示第i个电站在t时段的发电流量，Si,t表示第i个电站在t时段的弃水流量；
②水力约束
其中，
表示第i个电站在t时段的尾水位，Zi,t表示第i个电站在t时段的坝前水位，f1(*)表示无顶托的水位函数，f2(*)表示有顶托的水位函数；
③蓄水位约束
其中，
和
分别表示第i个电站在t时段的最小和最大水位限制，ΔZi,t表示第i个电站在t时段内的最大允许水位变幅；
④出力约束
其中，
表示第i个电站在t时段的保证出力，
表示在Hi,t下第i个电站在t时段的最大出力；
⑤流量约束
其中，
和
分别表示第i个电站在t时段的最大下泄流量和最小下泄流量；
⑥边界约束
其中，
为第i个电站起调水位，
为第i个电站调度期末控制水位。
优选地，所述上游水库群模拟调度模型为中长期尺度上游水库群模拟调度模型。
优选地，建立中长期尺度上游水库群模拟调度模型包括以下步骤：
(1)确定支持向量机模型输入输出变量，以当前时段数、当前时段水库水位、入库流量、出库流量、下一时段预报入库流量为模型输入，以下一时段出库流量为输出；
(2)整理上游水库群实时调度运行数据获取输入输出样本，并率定和检验模型参数；
(3)基于上述支持向量机模型，结合上游各水库基本调度原则，建立上游水库群模拟调度模型。
(1)确定支持向量机模型输入输出变量，以当前时段数、当前时段水库水位、入库流量、出库流量、下一时段预报入库流量为模型输入，以下一时段出库流量为输出；
(2)整理上游水库群实时调度运行数据获取输入输出样本，并率定和检验模型参数；
(3)基于上述支持向量机模型，结合上游各水库基本调度原则，建立上游水库群模拟调度模型。
优选地，所述中长期尺度上游水库群模拟调度模型如下：
其中，Y表示下一时段出库流量，w表示最终得到的支持向量机模型参数，X表示输入变量，包括：当前时段数、当前时段水库水位、入库流量、出库流量、下一时段预报入库流量。
优选地，分别比较丰水年、平水年、枯水年的消落期、汛期、蓄水期的第一发电量和第二发电量，获得梯级电站最优总发电量作为梯级电站发电能力。
优选地，调蓄后消落期，上下游水库联合调度时控制上游水库先消落，下游水库后消落；汛期，上下游水库联合调度时以防洪安全为主要目标；蓄水期，上下游水库联合调度时控制上下游水库错时蓄水。
优选地，第一比例阈值为1％～2％，第二比例阈值为2％～4％。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
本发明使用不同来水条件下梯级电站调度方案，对比不同调度方案下梯级电站发电能力变化情况，根据上游水库群历史运行数据，考虑水库群调度运行中各类工况，提取了上游各水库中长期尺度调度规则，能真实模拟各种来水条件下上游水库群运行过程，为下游梯级电站提供了准确的来水输入，提高了下游梯级电站发电能力测算的可信度，为上下游水库联合调度提供理论支撑。
附图说明
图1为本发明提供的基于上游水库运行对下游电站发电能力影响的调度方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供基于上游水库运行对下游电站发电能力影响的调度方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1.将下游梯级电站天然入库流量作为下游梯级电站发电优化调度模型的输入，得到第一发电量。
优选地，所述下游梯级电站发电优化调度模型包括：
以发电量最大为调度目标，即：
其中，E表示调度期内梯级电站总发电量，T表示调度期内时段数，M表示梯级电站数量；Ni,t表示第i个电站在时段t的出力，Ki,t表示第i个电站在时段t的出力系数，Qi,t表示第i个电站在时段t的发电流量；Hi,t表示第i个电站在时段t的水头，ΔTt表示t时段的时段长度。
约束条件如下：
①水量平衡
Vi,t+1＝Vi,t+(Ii,t-Qi,t-Si,t)×ΔTt
其中，Vi,t表示第i个电站在t时段初的库容；Ii,t表示第i个电站在t时段的入库流量，Qi,t表示第i个电站在t时段的发电流量，Si,t表示第i个电站在t时段的弃水流量。
②水力约束
其中，
表示第i个电站在t时段的尾水位，Zi,t表示第i个电站在t时段的坝前水位，f1(*)表示无顶托的水位函数，f2(*)表示有顶托的水位函数。
一般情况下，电站尾水位是其下泄流量的凹函数。但当上游电站坝址位于下游电站回水区，梯级水电站出现水头重叠情况(即“顶托”)时，电站尾水位还与其下游电站的坝前水位有关。
③蓄水位约束
其中，
和
分别表示第i个电站在t时段的最小和最大水位限制，ΔZi,t表示第i个电站在t时段内的最大允许水位变幅。
④出力约束
其中，
表示第i个电站在t时段的保证出力，
表示在Hi,t下第i个电站在t时段的最大出力。
⑤流量约束
其中，
和
分别表示第i个电站在t时段的最大下泄流量和最小下泄流量。
⑥边界约束
其中，
为第i个电站起调水位，
为第i个电站调度期末控制水位。
步骤S2.采用上游水库群模拟调度模型模拟天然流量下上游水库群调度运行过程，将上游水库调蓄后的流量作为下游梯级电站发电优化调度模型输入，得到第二发电量。
优选地，根据上游水库群实时调度运行数据，采用支持向量机提取各水库调度规则，建立中长期尺度上游水库群模拟调度模型。具体包括以下步骤：
(1)确定支持向量机模型输入输出变量，以当前时段数、当前时段水库水位、入库流量、出库流量、下一时段预报入库流量为模型输入，以下一时段出库流量为输出。
(2)整理上游水库群实时调度运行数据获取输入输出样本，并率定和检验模型参数。
(3)基于上述支持向量机模型，结合上游各水库基本调度原则，建立上游水库群模拟调度模型。
优选地，所述中长期尺度上游水库群模拟调度模型如下：
其中，Y表示输出变量，即下一时段出库流量，w表示最终得到的支持向量机模型参数，X表示输入变量，包括：当前时段数、当前时段水库水位、入库流量、出库流量、下一时段预报入库流量。
步骤S3.在丰水年调度期间，若第二发电量与第一发电量的差值大于第一比例阈值的第一发电量，或者，在平水年及枯水年调度期间，若第二发电量与第一发电量的差值大于第二比例阈值的第一发电量，将上游水库与下游梯级电站联合发电调度。
若第二发电量远大于第一发电量，说明上游水库群径流调节能力大，对下游梯级电站发电能力影响显著，上下游水库联合调度能更好的发挥水库库容补偿作用，提升水库群总发电量。若第二发电量与第一发电量接近，则上游水库群径流调节能力小，对下游梯级电站发电能力影响小。优选地，第一比例阈值为1％～2％，第二比例阈值为2％～4％。
优选地，分别比较丰水年、平水年、枯水年的消落期、汛期、蓄水期的第一发电量和第二发电量，获得梯级电站最优总发电量作为梯级电站发电能力。
分别对比调蓄前后下游梯级电站水库入库流量及发电量在消落期、汛期、蓄水期的变化趋势。调蓄后消落期来水增大，发电量增大，上下游水库联合调度时控制上游水库先消落，下游水库后消落，从而加大消落期整体发电量。汛期下游电站入库增大，但汛期需以防洪安全为主。蓄水期下游电站入库减小，上下游水库联合调度时应错时蓄水，提高上下游水库蓄满率，从而提升整体发电量。
实施例
金沙江下游-三峡梯级电站为例，分析长江上游水库群调蓄对其发电能力的影响。分别选取丰水年(1983年)、平水年(1961年)和枯水年(1996年)来水作为输入，采用模拟调度运行模型进行模拟调度，获得溪洛渡和三峡入库流量并统计相关指标如表1所示；以调蓄前后溪洛渡和三峡入库作为输入，计算梯级电站发电能力及弃水量如表2所示。由表可知，丰平枯典型年条件下消落期来水经上游调蓄后，金沙江下游-三峡梯级入库均有所增加，梯级电站发电能力相较调蓄前均有所增加，弃水量则相反。
表1溪洛渡、三峡来水年内分布表
表2梯级电站发电量(亿KWh)及弃水量表(亿立方米)
综上，本发明根据上游水库群历史运行数据，考虑水库群调度运行中各类工况，提取了上游各水库中长期尺度调度规则，能真实模拟各种来水条件下上游水库群运行过程，为下游梯级电站提供了准确的来水输入，提高了下游梯级电站发电能力测算的可信度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于上游水库运行对下游电站发电能力影响的调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.将下游梯级电站天然入库流量作为下游梯级电站发电优化调度模型的输入，得到第一发电量；
S2.采用上游水库群模拟调度模型模拟天然流量下上游水库群调度运行过程，将上游水库调蓄后的流量作为下游梯级电站发电优化调度模型输入，得到第二发电量；
S3.在丰水年调度期间，若第二发电量与第一发电量的差值大于第一比例阈值的第一发电量，或者，在平水年及枯水年调度期间，若第二发电量与第一发电量的差值大于第二比例阈值的第一发电量，将上游水库与下游梯级电站联合发电调度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下游梯级电站发电优化调度模型包括：
以发电量最大为调度目标，即：
其中，E表示调度期内梯级电站总发电量，T表示调度期内时段数，M表示梯级电站数量；Ni，t表示第i个电站在时段t的出力，Ki，t表示第i个电站在时段t的出力系数，Qi，t表示第i个电站在时段t的发电流量；Hi，t表示第i个电站在时段t的水头，ΔTt表示t时段的时段长度；
约束条件如下：
①水量平衡
Vi，t+1＝Vi，t+(Ii，t-Qi，t-Si，t)×ΔTt
其中，Vi，t表示第i个电站在t时段初的库容；Ii，t表示第i个电站在t时段的入库流量，Qi，t表示第i个电站在t时段的发电流量，Si，t表示第i个电站在t时段的弃水流量；
②水力约束
其中，
表示第i个电站在t时段的尾水位，Zi，t表示第i个电站在t时段的坝前水位，f1(*)表示无顶托的水位函数，f2(*)表示有顶托的水位函数；
③蓄水位约束
其中，
和
分别表示第i个电站在t时段的最小和最大水位限制，ΔZi，t表示第i个电站在t时段内的最大允许水位变幅；
④出力约束
其中，
表示第i个电站在t时段的保证出力，
表示在Hi，t下第i个电站在t时段的最大出力；
⑤流量约束
其中，
和
分别表示第i个电站在t时段的最大下泄流量和最小下泄流量；
⑥边界约束
其中，
为第i个电站起调水位，
为第i个电站调度期末控制水位。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上游水库群模拟调度模型为中长期尺度上游水库群模拟调度模型。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，建立中长期尺度上游水库群模拟调度模型包括以下步骤：
(1)确定支持向量机模型输入输出变量，以当前时段数、当前时段水库水位、入库流量、出库流量、下一时段预报入库流量为模型输入，以下一时段出库流量为输出；
(2)整理上游水库群实时调度运行数据获取输入输出样本，并率定和检验模型参数；
(3)基于上述支持向量机模型，结合上游各水库基本调度原则，建立上游水库群模拟调度模型。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述中长期尺度上游水库群模拟调度模型如下：
其中，Y表示下一时段出库流量，w表示最终得到的支持向量机模型参数，X表示输入变量，包括：当前时段数、当前时段水库水位、入库流量、出库流量、下一时段预报入库流量。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分别比较丰水年、平水年、枯水年的消落期、汛期、蓄水期的第一发电量和第二发电量，获得梯级电站最优总发电量作为梯级电站发电能力。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调蓄后消落期，上下游水库联合调度时控制上游水库先消落，下游水库后消落；汛期，上下游水库联合调度时以防洪安全为主要目标；蓄水期，上下游水库联合调度时控制上下游水库错时蓄水。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一比例阈值为1％～2％，第二比例阈值为2％～4％。
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