CN113988521B - 一种梯级水电站线性化处理的动态平衡建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种梯级水电站线性化处理的动态平衡建模方法，包括以下步骤：智能监测终端获取入库流量数据信息和出库流量数据信息，并进行水库容量计算；在智能监测终端对水库容量进行上限值和下限值设定；在智能监测终端对出库流量进行上限值和下限值设定；智能监测终端根据出库流量和水库容量对水电站的出力进行计算确定出力特性约束；智能监测终端根据出库流量确定水流迟滞时间约束；智能监测终端根据水流迟滞时间约束和出力特性约束进行线性化处理确定动态平衡模型。智能监测终端对水电站出力特性约束和水流滞时约束进行线性化处理，解决了低水头、日调节能力水电站在日尺度水电优化调度中水头变化较大的问题，从而实现水库容量动态平衡。
Description
技术领域
本发明涉及电力水力水电控制技术领域，尤其涉及一种梯级水电站线性化处理的动态平衡建模方法。
背景技术
目前，若水电站电力随库容水位状态变化不大，会做简化假设处理：假设运行日的所有出清时段内，水电站的水位-蓄水量是线性关系，即水库水面面积不变；假设运行日的所有出清时段内，水电站的耗水率不变；梯级水电站间的迟滞时间，与上级水电站的下泄流量无关。对于日调节及以下电站，其调节性能较弱，在日尺度水电优化调度中水头变化较大，从而导致水电站的耗水率在运行日的不同时段变化较大；而由于低水头电站发电水头低、库区产汇流时间短，且在汛期易受强降雨影响而剧烈变化，因此在运行日内，水位库容间不再是单一的线性化关系，梯级水电站的迟滞时间也与上级电站的下泄流量有着密切关系。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种梯级水电站线性化处理的动态平衡建模方法，智能监测终端将水电站出力和水流迟滞时间进行线性化处理，解决了低水头、日调节能力水电站在日尺度水电优化调度中水头变化较大的问题，从而实现水库容量动态平衡。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
S101、智能监测终端获取入库流量数据信息和出库流量数据信息，并进行水库容量计算；
S102、在智能监测终端对水库容量进行上限值和下限值设定；
S103、在智能监测终端对出库流量进行上限值和下限值设定；
S104、智能监测终端根据出库流量和水库容量对水电站的出力进行计算确定出力特性约束；
S105、智能监测终端根据出库流量确定水流迟滞时间约束；
S106、智能监测终端根据水流迟滞时间约束和出力特性约束进行线性化处理确定水库容量动态平衡模型；
步骤S101至步骤S106，智能监测终端获取入库流量数据信息和出库流量数据信息，根据发电流量对出库流量进行上限值和下限值设定，并对水电站的出力约束和水流迟滞时间约束进行线性化处理，以使入库流量和出库流量达到动态平衡。
进一步的，入库流量数据信号包括特征时间信号和入库流量信号，入库流量信号与特征时间信号是一一对应的。
进一步的，出库流量数据信号包括特征时间信号和出库流量信号，出库流量信号与特征时间信号是一一对应的。
进一步的，智能监测终端根据入库流量数据信息和出库流量数据信息对水库容量数据信息进行计算，计算公式如下所示，
进一步的，当水库容量大于或等于水库容量上限值时，智能监测终端控制水电站闸口进行打开排放弃水，并获取弃水流量信号；当水库容量小于水库容量下限值时，智能监测终端控制水电站闸口进行关闭，停止排放弃水。
进一步的，根据发电流量对出库流量进行出库流量的上限值和下限值设定，水电站发电流量上限值根据机组过流能力设定，水电站发电流量下限值根据机组保证出力设定；水电站出库流量包括发电流量和弃水流量，水电站出库流量的计算公式如下所示，
进一步的，设定发电流量大于或等于发电流量下限值且小于或等于发电流量上限值，出库流量大于或等于出库流量下限值且小于或等于出库流量上限值，如下所示，
进一步的，智能监测终端根据水库容量和发电流量进行水电站出力计算，出力的计算公式如下所示，
进一步的，引入辅助整数变量进行线性化处理，水电站h的出力特性曲线分为w分段的c出力曲线，线性化处理的计算公式如下所示，
进一步的，智能监测终端根据上游水电站的水流迟滞时间控制水电站的出库流量，建立上游水电站的水流迟滞时间和水电站出库流量动态关系，计算公式如下所示：
τk＝fk,τOut(Out′k)
进一步的，智能监测终端根据上游水电站k的出库流量流对下游水电站的水流迟滞时间约束进行线性化处理，水流迟滞时间约束线性化处理方式包括以下步骤：
上游水电站k的出库流量流至下游水电站的水流迟滞时间和平均出库流量分别引入辅助整数变量其中n为平均出库流量的分段编号，N为分段总数，计算公式如下所示：
由于上游水电站k的出库流量流至下游电站h的流量受水流迟滞时间影响，上游水电站k至下游水电站h的流量不仅和当日水电站k的出库流量有关，也和前一日出库流量相关，因此需要对上游水电站k的出库流量流至下游水电站h的流量进行计算，计算公式如下所示：
进一步的，智能监测终端根据水流迟滞时间约束和出力特性约束进行线性化处理确定水库容量动态平衡模型。
本发明的有益效果：一种梯级水电站线性化处理的动态平衡建模方法，智能监测终端获取入库流量数据信息和出库流量数据信息，根据发电流量对出库流量进行上下限值设定，并对水电站的出力特性约束和水流迟滞时间约束进行线性化处理，以使入库流量和出库流量实现动态平衡；将水电站出力特性约束和水流迟滞时间约束进行线性化处理，解决了低水头、日调节能力水电站在日尺度水电优化调度中水头变化较大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一种梯级水电站线性化处理的动态平衡建模方法的步骤示意图；
图2为本发明水电站出力特性曲线；
图3为本发明水电厂出力特性分段曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例一：
一种梯级水电站线性化处理的动态平衡建模方法，包括以下步骤：
S101、智能监测终端获取入库流量数据信息和出库流量数据信息，并进行水库容量计算；
智能监测终端获取入库流量数据信息，入库流量数据信号包括特征时间信号和入库流量信号；特征时间信号包括第一特征时间信号、第二特征时间、第三特征时间信号……和第N特征时间信号；入库流量信号包括第一入库流量信号、第二入库流量信号、第三入库流量信号……第N入库流量信号；第一特征时间信号与第一入库流量信号对应，第二特征时间信号与第二入库流量信号对应，第三特征时间信号与第三入库流量对应……第N特征时间信号与第N入库流量信号对应；入库流量信号与特征时间信号是一一对应的。
智能监测终端获取出库流量数据信息，出库流量数据信号包括特征时间信号和出库流量信号；特征时间信号包括第一特征时间信号、第二特征时间、第三特征时间信号……和第N特征时间信号；出库流量信号包括第一出库流量信号、第二出库流量信号、第三出库流量信号……第N出库流量信号；第一特征时间信号与第一出库流量信号对应，第二特征时间信号与第二出库流量信号对应，第三特征时间信号与第三出库流量对应……第N特征时间信号与第N出库流量信号对应；出库流量信号与特征时间信号是一一对应的。
智能监测终端根据入库流量数据信息和出库流量数据信息对水库容量数据信息进行计算，计算公式如下所示，
其中，Vt h为水电站h在时段t的水库容量，为水电站h在时段t的入库流量，/>为水电站h在时段t的出库流量，/>为水电站h在时段t的自然来水量，/>为时段t水电站h的直接上游电站k流至水电站h的流量，Kh为水电站h的直接上游水电站集合。
S102、在智能监测终端对水库容量进行上限值和下限值设定；
在智能监测终端对水库容量进行上限值和下限值设定，设定水库容量容量上限值和水库容量下限值，水电站水库容量满足以下条件，
其中，Vt h为水电站h在时段t的水库容量，为水电站h所允许的最小水库容量，为水电站h所允许的最大水库容量。
当水库容量大于或等于水库容量上限值时，智能监测终端控制水电站闸口进行打开排放弃水，并获取弃水流量信号；当水库容量小于水库容量下限值时，智能监测终端控制水电站闸口进行关闭，停止排放弃水。
S103、在智能监测终端对出库流量进行上限值和下限值设定；
在智能监测终端对出库流量进行上限值和下限值设，智能监测终端根据发电流量对出库流量进行出库流量的上限值和下限值设定，水电站发电流量上限值根据机组过流能力设定，水电站发电流量下限值根据机组保证出力设定；水电站出库流量包括发电流量和弃水流量，水电站出库流量的计算公式如下所示，
式中，为水电站h在时段t的出库流量，/>为水电站h在时段t的发电流量，/>为水电站h在时段t的弃水流量。
设定发电流量大于或等于发电流量下限值且小于或等于发电流量上限值，出库流量大于或等于出库流量下限值且小于或等于出库流量上限值，如下所示，
式中，为水电站h发电流量的上限值，/>为水电站h发电流量的下限值，为水电站h的出库流量的上限值，/>为水电站h的出库流量的下限值，/>为水电站h在时段t的出库流量，/>为水电站h在时段t的发电流量。
S104、智能监测终端根据出库流量和水库容量对水电站的出力进行计算确定出力特性约束；
如图2所示，通过建立水库容量、发电流量与出力之间的函数关系，智能监测终端根据水库容量和发电流量进行水电站出力计算，出力的计算公式如下所示，
式中，表示水电站h在时段t的出力，fh,pvq表示水电站h的出力与水库容量、发电流量之间的关系函数，Vt h为水电站h在时段t的水库容量，/>为水电站h在时段t的发电流量。
S105、智能监测终端根据出库流量确定水流迟滞时间约束；
智能监测终端根据出库流量确定水流迟滞时间约束，建立上游水电站的水流迟滞时间和水电站出库流量动态关系，计算公式如下所示：
τk＝fk,τOut(Out′k)
式中，τk为上游水电站k的出库流量流至下游电站的水流迟滞时间，Out′k为水电站k的平均出库流量，fk,τOut为水电站k的水流迟滞时间与平均出库流量之间的关系函数。
S106、智能监测终端根据水流迟滞时间约束和出力特性约束进行线性化处理确定水库容量动态平衡模型。
智能监测终端确定出力特性约束和水流迟滞约束，并根据出力特性约束和水流迟滞约束进行线性化处理确定水库容量动态平衡。
如图3所示，引入辅助整数变量对出力特性约束进行线性化处理，将水电站h的出力特性曲线分为w分段的c出力曲线，线性化处理的计算公式如下所示，
式中，为水电站h在c出力曲线下第w段的状态变量，/>为水电站h的c蓄积下限，/>为水电站h的c蓄积上限，/>为t时刻水电站h曲线c第w段发电流量下限，/>为t时刻水电站h曲线c第w段发电流量上限，/>为t时刻水电站h曲线c第w段斜率，/>为t时刻水电站h曲线c第w段出力上限，/>为t时刻水电站h曲线c第w段出力下限，/>表示水电站h在时段t的出力，/>为水电站h在时段t的发电流量。
智能监测终端根据上游水电站k的出库流量流对下游水电站h的水流迟滞时间约束进行线性化处理，水流迟滞时间约束线性化处理方式包括以下步骤：
上游水电站k的出库流量流至下游水电站h的水流迟滞时间和平均出库流量分别引入辅助整数变量其中n为平均出库流量的分段编号，N为分段总数，计算公式如下所示：
式中，为状态变量，若平均出库流量属于第n段，取值为1，否则为0，T为总时段数，/>为水电站k第n段平均出库流量的上限值，/>为水电站k第n段平均出库流量的下限值，/>为水电站k第n段的迟滞时间，Out′k为水电站k的平均出库流量，/>为水电站k在时段t的出库流量。
由于上游水电站k的出库流量流至下游电站h的流量受水流迟滞时间影响，上游水电站k至下游水电站h的流量不仅和当日水电站k的出库流量有关，也和前一日出库流量相关，因此需要对上游水电站k至下游水电站h的出库流量进行计算，计算公式如下所示：
式中，为上游水电站k的出库流量流至下游水电站h的流量，/>为上游水电站k在当日时段t-τk的出库流量，τk为上游水电站k的出库流量流至下游水电站的水流迟滞时间，/>为上游水电站k前一日的出库流量，t∈[1,T]。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”和“第N”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种梯级水电站线性化处理的动态平衡建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101、智能监测终端获取入库流量数据信息和出库流量数据信息，并进行水库容量计算；
S102、在所述智能监测终端对水库容量进行上限值和下限值设定；
S103、在所述智能监测终端对出库流量进行上限值和下限值设定；
S104、所述智能监测终端根据出库流量和水库容量对水电站的出力进行计算确定出力特性约束；
S105、所述智能监测终端根据出库流量确定水流迟滞时间约束；
S106、所述智能监测终端根据水流迟滞时间约束和出力特性约束进行线性化处理确定水库容量动态平衡模型；
所述出库流量包括发电流量和弃水流量，所述出库流量的计算公式如下所示，
式中，为水电站h在时段t的出库流量，/>为水电站h在时段t的发电流量，/>为水电站h在时段t的弃水流量；
所述智能监测终端对水电站的出力进行计算，出力的计算公式如下所示，
式中，表示水电站h在时段t的出力，fh,pvq表示水电站h的出力与水库容量、发电流量之间的关系函数，/>为水电站h在时段t的水库容量，/>为水电站h在时段t的发电流量；
所述出力特性约束进行线性化处理的计算公式如下所示，
式中，为水电站h在c出力曲线下第w段的状态变量，/>为水电站h的c蓄积下限，/>为水电站h的c蓄积上限，/>为t时刻水电站h曲线c第w段发电流量下限，/>为t时刻水电站h曲线c第w段发电流量上限，/>为t时刻水电站h曲线c第w段斜率，/>为t时刻水电站h曲线c第w段出力上限，/>为t时刻水电站h曲线c第w段出力下限，/>表示水电站h在时段t的出力，/>为水电站h在时段t的发电流量；
所述水流迟滞时间约束进行线性化处理包括以下步骤：
对上游水电站k的出库流量流至下游水电站的水流迟滞时间约束进行线性化处理，计算公式如下所示：
式中，为状态变量，若平均出库流量属于第n段，取值为1，否则为0，T为总时段数，为水电站k第n段平均出库流量的上限值，/>为水电站k第n段平均出库流量的下限值，/>为水电站k第n段的迟滞时间，Out′k为水电站k的平均出库流量，/>为水电站k在时段t的出库流量，τk为上游水电站k的出库流量流至下游水电站的水流迟滞时间；
对上游水电站k至下游水电站h的出库流量进行计算，计算公式如下所示：
式中，为上游水电站k的出库流量流至下游水电站h的流量，/>为上游水电站k在当日时段t-τk的出库流量，/>为上游水电站k前一日的出库流量，t∈[1,T]。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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