CN115099468A - 一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法 - Google Patents

一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115099468A
CN115099468A CN202210630821.8A CN202210630821A CN115099468A CN 115099468 A CN115099468 A CN 115099468A CN 202210630821 A CN202210630821 A CN 202210630821A CN 115099468 A CN115099468 A CN 115099468A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reservoir
storage capacity
level
flow
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210630821.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115099468B (zh
Inventor
刘亚新
汤正阳
曹辉
徐杨
马皓宇
卢佳
汪涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Yangtze Power Co Ltd
Original Assignee
China Yangtze Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Yangtze Power Co Ltd filed Critical China Yangtze Power Co Ltd
Priority to CN202210630821.8A priority Critical patent/CN115099468B/zh
Publication of CN115099468A publication Critical patent/CN115099468A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115099468B publication Critical patent/CN115099468B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
    • G06Q10/06312—Adjustment or analysis of established resource schedule, e.g. resource or task levelling, or dynamic rescheduling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/067—Enterprise or organisation modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • G06Q50/26—Government or public services
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
    • Y02A10/40—Controlling or monitoring, e.g. of flood or hurricane; Forecasting, e.g. risk assessment or mapping

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，包括以下步骤：按照梯级总预留库容要求将计算期分为两个调度时段，获取水位范围约束、水位变幅约束、出库流量范围约束、出库流量变幅约束、初水位、末水位、来水等信息；根据水位范围及水位变幅约束缩窄各水库水位运行区间；将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量；以梯级弃水量最小或发电量最大为目标，建立梯级水库防洪库容优化分配模型；采用动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型，得出梯级总拦蓄量在各水库间的最优分配结果，并将其转化为各水库的预留库容分配结果；本发明综合考虑了有预留库容阶段及后续阶段的来水形势，对梯级总预留库容在各水库间进行了合理优化的分配。

Description

一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法
技术领域
本发明属于水库群防洪调度技术领域，具体为一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法。
背景技术
为保障流域的防洪安全，通常有串并联多个水库群组来参与联合防洪调度。对于水力、水利联系紧密的串联水库群，在共同承担下游的防洪任务时，可作为一个整体在水库群联合调度中考虑，即将串联水库群看作是一座“概念”水库，打捆使用防洪库容，以降低防洪调度问题的复杂性。当给定串联水库群总预留库容后，如何在各水库间进行分配，使得总效益最优，是合理利用水资源、充分发挥梯级效益的关键，因此研究串联水库群防洪库容优化分配问题具有重要的意义。
现有的水库群防洪库容优化分配研究，大多是以全局决策者的角度，以防洪控制点的超标洪量最小和梯级水库群剩余防洪库容最大为目标建立水库群防洪库容优化分配模型，计算得到各水库库容的优化分配方案，而对上级机构下达梯级总预留库容要求下的水库群库容分配问题研究较少，且对梯级水库分配库容的研究大多针对场次洪水，对后期的汛末衔接蓄水等情况的水资源高效利用问题考虑不足。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，实现给定串联水库群总预留库容情况下各水库库容的快速优化分配。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，它包括以下步骤：
步骤1、对多个串联水库组成的梯级水库群，按照梯级总预留库容要求将计算期分为两个调度时段，获取水位范围约束、水位变幅约束、出库流量范围约束、出库流量变幅约束、初水位、末水位和来水信息；
步骤2、根据水位范围及水位变幅约束缩窄各水库水位运行区间；
步骤3、将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量；
步骤4、以梯级弃水量最小或发电量最大为目标，建立梯级水库防洪库容优化分配模型；
步骤5、以第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量为状态变量，第i级水库分配的拦蓄量为决策变量，基于动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型，得出梯级总拦蓄量在各水库间的最优分配结果，并将其转化为各水库的预留库容分配结果。
优选地，所述步骤1中调度初时刻为T0，有梯级总预留库容约束的时刻为T1，调度末时刻为T2，则以T0～T1时段为调度时段1，以T1～T2时段为调度时段2，分别计算两时段的调度时长△t1和△t2，单位为日。
优选地，所述步骤2中通过以下方式缩窄各水库水位运行区间：
Figure BDA0003679579010000021
式中，
Figure BDA0003679579010000022
分别表示原第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；
Figure BDA0003679579010000023
Figure BDA0003679579010000024
分别表示缩窄后的第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；
Figure BDA0003679579010000025
分别表示第i级水库的水位日升幅、水位日降幅；Zi,0表示第i级水库调度初时刻的水位；Zi,2表示第i级水库调度末时刻的水位；n表示水库群的水库数量。
优选地，所述步骤3中将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量的计算方式为：
△S＝S初-S
式中，S初表示调度初时刻的梯级总预留库容；S表示第1时段末的梯级总预留库容，即需要分配的梯级总预留库容；△S表示第1时段的梯级总拦蓄量。
优选地，所述步骤4中梯级水库防洪库容优化分配模型如下：
(1)目标函数
若以梯级发电量最大为目标，则目标函数表示为：
Figure BDA0003679579010000026
若以梯级弃水量最小为目标，则目标函数表示为：
Figure BDA0003679579010000027
式中，pi(·,·)表示第i级水库的发电流量、水头与出力的函数关系；
Figure BDA0003679579010000028
Hi,j、
Figure BDA0003679579010000031
分别表示第i级水库第j时段的发电流量、水头、弃水流量；J、W分别表示梯级发电量、梯级弃水量；
(2)约束条件
梯级总预留库容约束：
Figure BDA0003679579010000032
水量平衡约束：Vi,j＝Vi,j-1+(Ii,j-Qi,j)×△tj×86400,i＝1,...,n；j＝1,2.Ii,j＝Qi-1,j+△Ii,j,i＝2,...,n；j＝1,2.
水位约束：
Figure BDA0003679579010000033
水位变幅约束：
Figure BDA0003679579010000034
出库流量约束：
Figure BDA0003679579010000035
出库流量变幅约束：|Qi,j-Qi,j-1|≤△Qi,i＝1,...,n；j＝1,2.
尾水位计算：
Figure BDA0003679579010000036
水头计算：
Figure BDA0003679579010000037
发电流量和弃水流量：
Figure BDA0003679579010000038
预想出力约束：
Figure BDA0003679579010000039
式中，u[i]表示第i级水库分配的拦蓄量；Vi,j、Ii,j、Qi,j、
Figure BDA00036795790100000310
Hi,j、△Ii,j、
Figure BDA00036795790100000311
Zi,j、
Figure BDA00036795790100000312
分别表示第i级水库第j时段的末库容、入库流量、出库流量、下游水位、水头、区间流量、预想出力、发电流量、弃水流量、库水位、最小出库流量、最大出库流量；△Qi表示第i级水库的流量变幅；hi(·)表示第i级水库的出库流量与尾水位的函数关系。
优选地，采用动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型，需要将其转换为动态规划的形式，即：
(1)状态变量：用X[i]表示第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量，为状态变量，X[1]＝△S，X[n+1]＝0；
(2)决策变量：第i级水库分配的拦蓄量u[i]；
(3)状态转移方程：X[i+1]＝X[i]-u[i]
(4)根据目标函数建立递推方程：
若目标函数为发电量最大，则递推方程为
Figure BDA0003679579010000041
Figure BDA0003679579010000042
若目标函数为弃水量最小，则递推方程为
Figure BDA0003679579010000043
Figure BDA0003679579010000044
式中，Gi(·)表示对第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量与第i～n级水库最优效益的函数关系；Ji(·,·)表示第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量、第i级水库拦蓄量与第i级水库发电量的函数关系；Wi(·,·)表示第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量、第i级水库拦蓄量与第i级水库弃水量的函数关系；ΩX[i+1]表示满足约束条件的X[i+1]的集合；
(5)约束条件包括：
决策变量u[i]的取值范围约束：
Figure BDA0003679579010000045
u[i]min≤u[i]≤u[i]max,i＝1,...,n.
状态变量X[i]的取值范围约束：
X[n+1]max＝X[n+1]min＝0
Figure BDA0003679579010000046
X[1]max＝X[1]min＝△S
X[i]min≤X[i]≤X[i]max,i＝1,...,n.
最末级水库的出库流量：
Figure BDA0003679579010000051
Figure BDA0003679579010000052
第i级水库第1时段末水位：Zi,1＝fi -1(u[i]+fi(Zi,0)),i＝1,...,n.
由第i级水库的出库流量反推入库流量：
Figure BDA0003679579010000053
第i级水库的入库流量反推第i-1级水库的出库流量：
Qi-1,j＝Ii,j-△Ii,j,i＝2,...,n；j＝1,2.
出库流量约束：
Figure BDA0003679579010000054
出库流量变幅约束：|Qi,j-Qi,j-1|≤△Qi,i＝1,...,n；j＝1,2.
尾水位计算：
Figure BDA0003679579010000055
水头计算：
Figure BDA0003679579010000056
发电流量和弃水流量：
Figure BDA0003679579010000057
预想出力约束：
Figure BDA0003679579010000058
式中，fi(·)表示第i级水库水位与库容的函数关系；fi -1(·)表示fi(·)的反函数；Qn,1、Qn,2分别表示最末级水库第1时段和第2时段的出库流量；I1,1、I1,2分别表示第1级水库第1时段和第2时段的入库流量；△Ii,1、△Ii,2分别表示第i级水库第1时段和第2时段的区间流量；S末表示调度末时刻的梯级总预留库容；u[i]min、u[i]max分别表示u[i]的取值下限、取值上限；X[i]min、X[i]max分别表示X[i]的取值下限、取值上限；
(6)从最末级水库开始采用动态规划法逆推计算，直至第1级水库，可得各水库拦蓄量分配的最优决策(u[1]*,u[2]*,...,u[n]*)，式中u[i]*表示第i级水库的最优分配拦蓄量。
优选地，在得到各水库拦蓄量分配的最优决策之后，将其转化为各水库的预留库容分配结果，即：
Si＝Si,初-u[i]*
式中，Si表示第i级水库的预留库容分配值，Si,初表示第i级水库调度初时刻的预留库容。
本发明所达到的有益效果：
(1)本发明可实现给定串联水库群总预留库容值以及各水库运行约束条件下的水库库容的优化分配，不仅考虑了从调度初时刻到预留库容约束时刻的来水及调度情况，同时考虑了预留库容之后的来水及调度情况，兼顾了前期效益和后期效益，使得预留库容分配结果更加合理。
(2)本发明既可用作串联水库群库容优化分配的快速计算，也可嵌入至其他的包含梯级预留库容约束的大规模精细化优化调度模型求解算法中。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为实施例中的水库群概化结构图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明的串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，包括如下步骤：
(1)对n个串联水库组成的梯级水库群，按照梯级总预留库容要求将计算期分为两个调度时段，获取水位范围约束、水位变幅约束、出库流量范围约束、出库流量变幅约束、初水位、末水位、来水等信息。设调度初时刻为T0，有梯级总预留库容约束的时刻为T1，调度末时刻为T2，则以T0～T1时段为调度时段1，以T1～T2时段为调度时段2，分别计算两时段的调度时长△t1和△t2，单位为日。
(2)根据水位范围及水位变幅约束缩窄各水库水位运行区间：
Figure BDA0003679579010000061
式中，
Figure BDA0003679579010000062
分别表示原第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；
Figure BDA0003679579010000063
Figure BDA0003679579010000064
分别表示缩窄后的第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；
Figure BDA0003679579010000065
分别表示第i级水库在水位日升幅、水位日降幅；Zi,0表示第i级水库调度初时刻的水位；Zi,2表示第i级水库调度末时刻的水位；n表示水库群的水库数量。
(3)将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量：
△S＝S初-S
式中，S初表示调度初时刻的梯级总预留库容；S表示第1时段末的梯级总预留库容，即需要分配的梯级总预留库容；△S表示第1时段的梯级总拦蓄量。
(4)以梯级弃水量最小或发电量最大为目标，建立梯级水库防洪库容优化分配模型，并采用动态规划法求解：
本步骤进一步包含子步骤：
(4.1)以X[i]表示第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量，为状态变量，X[1]＝△S，X[n+1]＝0；第i级水库分配的拦蓄量u[i]为决策变量；用ΩX[i]表示满足水位和出库流量范围约束和变幅约束的X[i]的集合，ΩX[n+1]＝{0}。
决策变量u[i]的取值范围分别为：
Figure BDA0003679579010000071
u[i]min≤u[i]≤u[i]max,i＝1,...,n.
状态变量X[i]的取值范围分别为：
X[n+1]max＝X[n+1]min＝0
Figure BDA0003679579010000072
X[1]max＝X[1]min＝△S
X[i]min≤X[i]≤X[i]max,i＝1,...,n+1.
式中，fi(·)表示第i级水库的水位与库容函数关系；u[i]min、u[i]max分别表示u[i]的取值下限、取值上限；X[i]min、X[i]max分别表示X[i]的取值下限、取值上限。
(4.2)最末级水库的出库流量为：
Figure BDA0003679579010000073
Figure BDA0003679579010000074
式中，Qn,1、Qn,2分别表示末级水库第1时段和第2时段的出库流量；I1,1、I1,2分别表示第1级水库第1时段和第2时段的入库流量；△Ii,1、△Ii,2分别表示第i级水库第1时段和第2时段的区间流量；S末表示调度末时刻的梯级总预留库容。
(4.3)从最末级水库开始逆推计算，令i＝n。
(4.4)在[X[i]min,X[i]max]范围内进行离散形成集合ΩX[i]，对集合中的每个点X[i]，遍历ΩX[i+1]中的每个点X[i+1]，由X[i+1]＝X[i]-u[i]计算u[i]；
(4.5)计算u[i]对应的第1时段末水位：
Zi,1＝fi -1(u[i]+fi(Zi,0))
式中，fi -1(·)表示fi(·)的反函数。
(4.6)计算第i级水库的入库流量：
Figure BDA0003679579010000081
Figure BDA0003679579010000082
(4.7)反推第i-1级水库的出库流量：
Qi-1,j＝Ii,j-△Ii,j
若对ΩX[i+1]中的任一点X[i+1]，计算的u[i]、Qi,j均不满足以下约束条件，则从集合ΩX[i]中删除X[i]：
Figure BDA0003679579010000083
(4.8)对满足约束条件的X[i]，继续计算发电流量
Figure BDA0003679579010000084
弃水流量
Figure BDA0003679579010000085
Figure BDA0003679579010000086
Figure BDA0003679579010000087
Figure BDA0003679579010000088
Figure BDA0003679579010000089
(4.9)根据目标函数建立递推方程，若目标函数为发电量最大，则
Figure BDA00036795790100000810
Figure BDA0003679579010000091
若目标函数为弃水量最小，则
Figure BDA0003679579010000092
Figure BDA0003679579010000093
式中，Gi(·)表示对第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量与第i～n级水库最优效益的函数关系；Ji(·,·)表示第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量、第i级水库拦蓄量与第i级水库发电量的函数关系；Wi(·,·)表示第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量、第i级水库拦蓄量与第i级水库弃水量的函数关系；ΩX[i+1]表示满足约束条件的X[i+1]的集合。
(4.10)i＝i-1，转步骤(4.4)，直至第1级水库结束。
(4.11)从第1级水库开始顺向递推，X[1]＝△S，由G1(X[1])可得对应的u[1]*和X[2]，依此类推，得到每一级水库的最优分配拦蓄量(u[1]*,u[2]*,...,u[n]*)。
(5)将梯级总拦蓄量在各水库间的最优分配结果转化为各水库的预留库容分配结果：
Si＝Si,初-u[i]*
式中，Si表示第i级水库的预留库容分配值，Si,初表示第i级水库调度初时刻的预留库容。
以下结合由A、B、C、D四座串联水库组成的水库群为实施例，进一步阐述本发明所提供的防洪库容优化分配的计算方法。水库群概化结构图如图2所示，从上游至下游依次是A、B、C、D四库。
1、获取梯级总预留库容要求和各水库约束条件。设8月1日为调度初时刻，初水位分别为952m、785m、560m、372m，初时刻的梯级总预留库容为153.23亿m3；9月30日为调度末时刻，末水位分别为975m、825m、600m、380m，末时刻的梯级总预留库容为0亿m3；8月31日为有预留库容约束的时刻，四库需在8月底预留96亿m3库容，计算水库群的库容分配方案。
以8月1日～31日为时段1，△t1＝31；9月1日～30日为时段2，△t2＝30。水库A在时段1入库流量为7000m3/s，在时段2入库流量为9000m3/s，水库A-水库B的区间流量、水库B-水库C的区间流量、水库C-水库D的区间流量均设为0m3/s。水库A在两时段的水位运行范围为952～975m，出库流量范围为1000～15000m3/s，最大水位日升幅为2m，最大日降幅为1m；水库B在两时段的水位运行范围为785～825m，出库流量范围为1160～15000m3/s，最大水位日升幅为3m，最大日降幅为2m；水库C在两时段的水位运行范围为560～600m，出库流量范围为1200～15000m3/s，最大水位日升幅和日降幅为3m；水库D在两时段的水位运行范围为372～380m，出库流量范围为1700～15000m3/s，最大水位日升幅和日降幅为3m。
2、根据水位范围约束和水位变幅约束，缩窄各水库水位运行区间：
Figure BDA0003679579010000101
式中，
Figure BDA0003679579010000102
分别表示原第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；
Figure BDA0003679579010000103
Figure BDA0003679579010000104
分别表示缩窄后的第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；
Figure BDA0003679579010000105
分别表示第i级水库在水位日升幅、水位日降幅；Zi,0表示第i级水库调度初时刻的水位；Zi,2表示第i级水库调度末时刻的水位。
3、将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量：
△S＝S初-S
式中，S初表示调度初时刻的梯级总预留库容；S表示第1时段末的梯级总预留库容，即需要分配的梯级总预留库容；△S表示第1时段的梯级总拦蓄量，即57.23亿m3。
4、建立梯级水库防洪库容优化分配模型。以梯级发电量最大为目标函数为例，则梯级水库防洪库容优化分配模型为：
(1)目标函数
Figure BDA0003679579010000106
式中，pi(·,·)表示第i级水库的发电流量、水头与出力的函数关系；J表示梯级发电量。
(2)约束条件
梯级总预留库容约束：
Figure BDA0003679579010000111
水量平衡约束：Vi,j＝Vi,j-1+(Ii,j-Qi,j)×△tj×86400,i＝1,...,4；j＝1,2.Ii,j＝Qi-1,j+△Ii,j,i＝2,...,4；j＝1,2.
水位约束：
Figure BDA0003679579010000112
水位变幅约束：
Figure BDA0003679579010000113
出库流量约束：
Figure BDA0003679579010000114
尾水位计算：
Figure BDA0003679579010000115
水头计算：
Figure BDA0003679579010000116
发电流量和弃水流量：
Figure BDA0003679579010000117
预想出力约束：
Figure BDA0003679579010000118
式中，u[i]表示第i级水库分配的拦蓄量；Vi,j、Ii,j、Qi,j、
Figure BDA0003679579010000119
Hi,j、△Ii,j、
Figure BDA00036795790100001110
Zi,j、
Figure BDA00036795790100001111
分别表示第i级水库第j时段的末库容、入库流量、出库流量、下游水位、水头、区间流量、预想出力、发电流量、弃水流量、库水位、最小出库流量、最大出库流量；hi(·)表示第i级水库的出库流量与尾水位的函数关系。
5、基于动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型。计算得到各水库的最优分配拦蓄量分别为：A水库拦蓄水量7.31亿m3，B水库拦蓄水量28亿m3，C水库拦蓄水量21.93亿m3，D水库拦蓄水量0亿m3。
6、将梯级总拦蓄量在各水库间的最优分配结果转化为各水库的预留库容分配结果，即8月31日A水库预留库容17.12亿m3，B水库预留库容46.98亿m3，C水库预留库容24.58亿m3，D水库预留库容7.31亿m3。
采用本发明提供的串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，可以实现水库群总预留库容在各水库间的快速优化分配，兼顾了预留库容前后的梯级总效益，使得分配结果更加合理。此外，该方法也可以作为一部分嵌入至其他的包含梯级预留库容约束的大型优化调度模型之中，例如对梯级水库群优化调度模型中应用广泛的POA算法，若在某个时刻存在梯级预留库容约束，则可以在此时刻相邻两阶段的优化子问题中应用本发明提供的方法，其他两阶段优化子问题的求解维持原算法。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何等同变换，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤1、对多个串联水库组成的梯级水库群，按照梯级总预留库容要求将计算期分为两个调度时段，获取水位范围约束、水位变幅约束、出库流量范围约束、出库流量变幅约束、初水位、末水位和来水信息；
步骤2、根据水位范围及水位变幅约束缩窄各水库水位运行区间；
步骤3、将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量；
步骤4、以梯级弃水量最小或发电量最大为目标，建立梯级水库防洪库容优化分配模型；
步骤5、以第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量为状态变量，第i级水库分配的拦蓄量为决策变量，基于动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型，得出梯级总拦蓄量在各水库间的最优分配结果，并将其转化为各水库的预留库容分配结果。
2.根据权利要求1所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：所述步骤1中调度初时刻为T0，有梯级总预留库容约束的时刻为T1，调度末时刻为T2，则以T0～T1时段为调度时段1，以T1～T2时段为调度时段2，分别计算两时段的调度时长△t1和△t2，单位为日。
3.根据权利要求1所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：所述步骤2中通过以下方式缩窄各水库水位运行区间：
Figure FDA0003679574000000011
式中，
Figure FDA0003679574000000012
分别表示原第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；
Figure FDA0003679574000000013
Figure FDA0003679574000000014
分别表示缩窄后的第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；
Figure FDA0003679574000000015
分别表示第i级水库的水位日升幅、水位日降幅；Zi,0表示第i级水库调度初时刻的水位；Zi,2表示第i级水库调度末时刻的水位；n表示水库群的水库数量。
4.根据权利要求1所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：所述步骤3中将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量的计算方式为：
△S＝S初-S
式中，S初表示调度初时刻的梯级总预留库容；S表示第1时段末的梯级总预留库容，即需要分配的梯级总预留库容；△S表示第1时段的梯级总拦蓄量。
5.根据权利要求1所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：所述步骤4中梯级水库防洪库容优化分配模型如下：
(1)目标函数
若以梯级发电量最大为目标，则目标函数表示为：
Figure FDA0003679574000000021
若以梯级弃水量最小为目标，则目标函数表示为：
Figure FDA0003679574000000022
式中，pi(·,·)表示第i级水库的发电流量、水头与出力的函数关系；
Figure FDA0003679574000000023
Hi,j、
Figure FDA0003679574000000024
分别表示第i级水库第j时段的发电流量、水头、弃水流量；J、W分别表示梯级发电量、梯级弃水量；
(2)约束条件
梯级总预留库容约束：
Figure FDA0003679574000000025
水量平衡约束：Vi,j＝Vi,j-1+(Ii,j-Qi,j)×△tj×86400,i＝1,...,n；j＝1,2.
Ii,j＝Qi-1,j+△Ii,j,i＝2,...,n；j＝1,2.
水位约束：
Figure FDA0003679574000000026
水位变幅约束：
Figure FDA0003679574000000027
出库流量约束：
Figure FDA0003679574000000028
出库流量变幅约束：|Qi,j-Qi,j-1|≤△Qi,i＝1,...,n；j＝1,2.
尾水位计算：
Figure FDA0003679574000000029
水头计算：
Figure FDA00036795740000000210
发电流量和弃水流量：
Figure FDA00036795740000000211
预想出力约束：
Figure FDA00036795740000000212
式中，u[i]表示第i级水库分配的拦蓄量；Vi,j、Ii,j、Qi,j、
Figure FDA0003679574000000031
Hi,j、△Ii,j、
Figure FDA0003679574000000032
Zi,j、
Figure FDA0003679574000000033
分别表示第i级水库第j时段的末库容、入库流量、出库流量、下游水位、水头、区间流量、预想出力、发电流量、弃水流量、库水位、最小出库流量、最大出库流量；△Qi表示第i级水库的流量变幅；hi(·)表示第i级水库的出库流量与尾水位的函数关系。
6.根据权利要求1或5所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：采用动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型，需要将其转换为动态规划的形式，即：
(1)状态变量：用X[i]表示第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量，为状态变量，X[1]＝△S，X[n+1]＝0；
(2)决策变量：第i级水库分配的拦蓄量u[i]；
(3)状态转移方程：X[i+1]＝X[i]-u[i]
(4)根据目标函数建立递推方程：
若目标函数为发电量最大，则递推方程为
Figure FDA0003679574000000034
Figure FDA0003679574000000035
若目标函数为弃水量最小，则递推方程为
Figure FDA0003679574000000036
Figure FDA0003679574000000037
式中，Gi(·)表示对第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量与第i～n级水库最优效益的函数关系；Ji(·,·)表示第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量、第i级水库拦蓄量与第i级水库发电量的函数关系；Wi(·,·)表示第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量、第i级水库拦蓄量与第i级水库弃水量的函数关系；ΩX[i+1]表示满足约束条件的X[i+1]的集合；
(5)约束条件包括：
决策变量u[i]的取值范围约束：
Figure FDA0003679574000000041
u[i]min≤u[i]≤u[i]max,i＝1,...,n.
状态变量X[i]的取值范围约束：
X[n+1]max＝X[n+1]min＝0
Figure FDA0003679574000000042
X[1]max＝X[1]min＝△S
X[i]min≤X[i]≤X[i]max,i＝1,...,n.
最末级水库的出库流量：
Figure FDA0003679574000000043
Figure FDA0003679574000000044
第i级水库第1时段末水位：Zi,1＝fi -1(u[i]+fi(Zi,0)),i＝1,...,n.
由第i级水库的出库流量反推入库流量：
Figure FDA0003679574000000045
第i级水库的入库流量反推第i-1级水库的出库流量：
Qi-1,j＝Ii,j-△Ii,j,i＝2,...,n；j＝1,2.
出库流量约束：
Figure FDA0003679574000000046
出库流量变幅约束：|Qi,j-Qi,j-1|≤△Qi,i＝1,...,n；j＝1,2.
尾水位计算：
Figure FDA0003679574000000047
水头计算：
Figure FDA0003679574000000048
发电流量和弃水流量：
Figure FDA0003679574000000049
预想出力约束：
Figure FDA0003679574000000051
式中，fi(·)表示第i级水库水位与库容的函数关系；fi -1(·)表示fi(·)的反函数；Qn,1、Qn,2分别表示最末级水库第1时段和第2时段的出库流量；I1,1、I1,2分别表示第1级水库第1时段和第2时段的入库流量；△Ii,1、△Ii,2分别表示第i级水库第1时段和第2时段的区间流量；S末表示调度末时刻的梯级总预留库容；u[i]min、u[i]max分别表示u[i]的取值下限、取值上限；X[i]min、X[i]max分别表示X[i]的取值下限、取值上限；
(6)从最末级水库开始采用动态规划法逆推计算，直至第1级水库，可得各水库拦蓄量分配的最优决策(u[1]*,u[2]*,...,u[n]*)，式中u[i]*表示第i级水库的最优分配拦蓄量。
7.根据权利要求1所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：在得到各水库拦蓄量分配的最优决策之后，将其转化为各水库的预留库容分配结果，即：
Si＝Si,初-u[i]*
式中，Si表示第i级水库的预留库容分配值，Si,初表示第i级水库调度初时刻的预留库容。
CN202210630821.8A 2022-06-06 2022-06-06 一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法 Active CN115099468B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210630821.8A CN115099468B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210630821.8A CN115099468B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115099468A true CN115099468A (zh) 2022-09-23
CN115099468B CN115099468B (zh) 2024-02-13

Family

ID=83289364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210630821.8A Active CN115099468B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115099468B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116579626A (zh) * 2023-05-15 2023-08-11 长江水利委员会水文局 一种基于博弈理论的梯级水库群蓄水策略计算方法
CN116579626B (zh) * 2023-05-15 2024-06-04 长江水利委员会水文局 一种基于博弈理论的梯级水库群蓄水策略计算方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103065206A (zh) * 2012-12-27 2013-04-24 大连理工大学 复杂时段耦合型约束下的水电站群变尺度优化调度方法
US20170039659A1 (en) * 2014-04-11 2017-02-09 Wuhan University Daily electricity generation plan making method of cascade hydraulic power plant group
CN106920001A (zh) * 2017-01-19 2017-07-04 贵州黔源电力股份有限公司 一种梯级水库群实时优化调度及效益评价方法
US20200090285A1 (en) * 2018-03-16 2020-03-19 Dalian University Of Technology Method for short-term generation scheduling of cascade hydropower plants coupling cluster analysis and decision tree
CN111080157A (zh) * 2019-12-26 2020-04-28 大连理工大学 一种梯级水电站排磷量的调度方法和系统
CN112232659A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 华中科技大学 一种梯级水库发电调度方法及系统
US20210064798A1 (en) * 2019-08-26 2021-03-04 Chongqing University Power system reliability assessment method considering optimized scheduling of cascade hydropower stations
CN112633578A (zh) * 2020-12-24 2021-04-09 国电电力发展股份有限公司和禹水电开发公司 一种引调水工程影响下梯级水库群优化调度方法
CN113506185A (zh) * 2021-06-18 2021-10-15 清华大学 梯级水电站的发电优化调度方法、装置和计算机设备

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103065206A (zh) * 2012-12-27 2013-04-24 大连理工大学 复杂时段耦合型约束下的水电站群变尺度优化调度方法
US20170039659A1 (en) * 2014-04-11 2017-02-09 Wuhan University Daily electricity generation plan making method of cascade hydraulic power plant group
CN106920001A (zh) * 2017-01-19 2017-07-04 贵州黔源电力股份有限公司 一种梯级水库群实时优化调度及效益评价方法
US20200090285A1 (en) * 2018-03-16 2020-03-19 Dalian University Of Technology Method for short-term generation scheduling of cascade hydropower plants coupling cluster analysis and decision tree
US20210064798A1 (en) * 2019-08-26 2021-03-04 Chongqing University Power system reliability assessment method considering optimized scheduling of cascade hydropower stations
CN111080157A (zh) * 2019-12-26 2020-04-28 大连理工大学 一种梯级水电站排磷量的调度方法和系统
CN112232659A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 华中科技大学 一种梯级水库发电调度方法及系统
CN112633578A (zh) * 2020-12-24 2021-04-09 国电电力发展股份有限公司和禹水电开发公司 一种引调水工程影响下梯级水库群优化调度方法
CN113506185A (zh) * 2021-06-18 2021-10-15 清华大学 梯级水电站的发电优化调度方法、装置和计算机设备

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116579626A (zh) * 2023-05-15 2023-08-11 长江水利委员会水文局 一种基于博弈理论的梯级水库群蓄水策略计算方法
CN116579626B (zh) * 2023-05-15 2024-06-04 长江水利委员会水文局 一种基于博弈理论的梯级水库群蓄水策略计算方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115099468B (zh) 2024-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108667052B (zh) 一种面向虚拟电厂优化运行的多类型储能系统规划配置方法及系统
CN110739687B (zh) 一种考虑风电高阶不确定性的电力系统分布鲁棒调度方法
CN109167383B (zh) 基于精确线性化电力网络模型的电力系统调峰优化方法
CN112103943B (zh) 日前电力现货市场出清的安全校核方法、装置及存储介质
CN102855591A (zh) 梯级水库群短期联合发电优化调度方法及系统
CN110571850B (zh) 一种风电场功率波动轨迹预测和校正控制方法
CN111342486A (zh) 一种含梯级水电的风光水互补发电系统的优化调度方法
CN112381424A (zh) 新能源及负荷不确定性的多时间尺度有功优化决策方法
CN114221338A (zh) 考虑电源灵活性和互补性的多能源电力系统优化调度方法
CN113241803A (zh) 一种基于新能源消纳的储能调度方法及计算机介质
CN112072710B (zh) 一种考虑需求响应的源网荷一体化经济调度方法及系统
CN114254937A (zh) 以机组为调度单元的梯级水电及光伏短期互补调度方法和系统
CN115441437A (zh) 基于深度强化学习的区域电网日前-日内联合调度方法
CN115423207A (zh) 风储虚拟电厂在线调度方法和装置
CN105186584A (zh) 一种考虑调峰和爬坡需求的两阶段源-荷调度方法及装置
CN115099468A (zh) 一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法
CN115907402B (zh) 一种梯级水电站联合保证出力的推求方法及系统
CN113452079B (zh) 一种计及水电流域梯级调度的发电自驾驶系统及方法
CN115719132A (zh) 含多座抽蓄电站的省级电网日前计划分层递进优化方法
CN112821468B (zh) 一种分时段多目标火电机组实时优化调度方法
CN113869564A (zh) 一种适应复杂约束的梯级水电站经济调度逐次降维方法
CN111709605B (zh) 一种基于多重反调节作用的水库电站调峰能力评估方法
CN114362242A (zh) 基于双层优化的风水火电力系统多目标动态调度方法
CN114400652A (zh) 一种计及核电主动参与调峰的多能源发电优化调度方法
CN110661252A (zh) 一种考虑风光储提供柔性爬坡容量的实时经济调度方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant