一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法及系統的製作方法

2023-08-08 18:54:56 2

專利名稱：一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法及系統，屬於梯級水庫調度技術領域。
背景技術：
隨著國家能源經濟的調整，我國以火電為主的能源結構將逐步向多種能源開發利用，尤其是清潔可再生能源開發利用為優先的方向轉變，而水電能源在未來一段時期內仍將是清潔可再生能源的主要組成部分。一般梯級水電站群建設完成後，如何適應電力市場的改革發展及廠網分開的要求，即如何使得已建工程充分發揮經濟、社會效益，最大限度地提高企業在電力市場上競爭能力是各大流域發電公司面臨的新問題，而如何做好洪水調度就是所面臨的新問題之一。 傳統的梯級水庫群不能動態判斷洪水的級別並在此基礎上實現分級調度；同時，也無法在分級調度中根據水庫的調節性能、所處調度時期、預報來水的可靠性等綜合信息，實現保護下遊防護對象和大壩安全及洪水資源化的要求，而且決策效率低下。另外，多庫串聯水電站群聯合防洪調度十分複雜，含有多種線性與非線性約束，用常規優化算法求解，通常存在計算量大、解的精度差等缺點，近年發展起來的改進動態規劃(POA)常用來對其求解，但是「維數」災的問題仍將成為實際計算中難以克服的障礙。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法及系統，它可以動態判斷洪水的級別並在此基礎上實現分級調度；同時，可以實現保護下遊防護對象和大壩安全及洪水資源化的要求，提高決策效率。為解決上述技術問題，本發明採用如下的技術方案一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法，包括以下步驟SI，根據實時庫水位和面臨洪水預報流量過程判斷洪水類別；S2，根據洪水類別及下遊控制點防洪標準決策首要防護對象；S3，自動選取防洪優化目標及系統模型庫中對應的優化調度模型；S4，利用改進的遺傳算法對優化調度模型求解並優化。每個優化調度目標均有對應的調度模型，通過運用最優化原理和數值模擬仿真計算可以達到該模型對應的優化目標。庫水位一定時，洪水預報來水總量越大則越危險，當洪水總量超過某一個臨界值時，就會導致整場洪水無法全部以低於下遊安全洩量進行下洩，此時應該進入以保壩為主的防洪調度。同樣，當預報來水總量一定時，庫水位越低則防洪能力越強，能夠更好地保護下遊防洪對象。因此，當前庫水位、預報洪水過程兩個因素直接決定了水庫能否控制下遊防洪控制點的最大流量在安全洩量以下。需要在採集實時信息和預報過程信息的基礎上，通過數值模擬仿真演算進行預判。洪水類別主要分為下遊防護標準以下的小洪水以及超過下遊防護標準的大洪水。前述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法中，步驟SI所述的判斷洪水類別具體包括以下步驟a.將下遊防洪控制點的安全洩量作為削峰流量；b.根據實時庫水位、預報洪水過程和削峰流量進行削峰調度；c.對上述削峰調度的庫水位過程進行檢測，若最高庫水位超過大壩的設計洪水位，則該洪水為超過下遊防洪標準的洪水，若最高庫水位未超過大壩的設計洪水位，則該洪水為低於下遊防洪標準的洪水。對於未超過下遊防洪標準的小洪水，主要的優化目標是確保下遊防護對象，更具體的是下遊防洪損失最小和洪水資源利用最大化；對於超過下遊防洪標準的大洪水，主要採用分級調度的原理，綜合考慮下遊防洪損失、下遊群眾轉移時間、大壩安全和洪水資源利用最大化幾個目標。前述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法中，步驟S2所述的根據洪水類別及下遊控制點防洪標準決策首要防護對象具體包括a.若為超過下遊防洪標準的洪水，則首 要防護對象為大壩自身的安全，調洪過程中入庫洪水流量大於下遊防洪控制點安全洩量時，跟蹤入庫流量進行下洩；b.若為低於下遊防洪標準的洪水，則首要防護對象為下遊的防洪控制點，調洪過程中入庫洪水流量大於下遊防洪控制點安全洩量時，水庫出庫流量控制在下遊安全洩量以下。前述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法中，步驟S3，若防洪庫容有限或已定，則以最大限度地削減洪峰流量作為優化目標，採用最大削峰調度方式進行優化調度，其中，所述的最大削峰調度方式的調度模型為目標函數min j ) + Q^2 (/)]' + [ / (7) + Q1, (/)]' +Λ + (/) + Qn ! ； (V)]- jt//即
M n mil! X Yj Hi! -I- Q^J2At ，M =
J=I <=1At約束條件
M初始防洪庫容約束Σ(^ν — cI- )Δ/ = ΛΚ
J=I最大下洩流量約束qi SQ;時段下洩流量約束「// < min( O, )洩流能力約束g/ΤΚ量平衡 A + 化「 —qI + =^KiL
22At馬斯京根洪水演進啦=CoqQr1+ QqQf + C1QUs.t. qQ!^ =^+0^qQi = qi +Q/:,+1 i = I, 2, A , n; j = I, 2, A , M其中Qf為第i級水庫在第j時段的入庫洪水流量；
為根據目標函數求解得到的最大削峰流量；qf為第i級水庫在第j時段的出庫流量；η為水庫級數，自上而下，i = 1，Λ Λη，整數；M為計算時段數，j = 1，Λ AM，整數；At為將調度周期劃分為M個時段的時段長；Λ Vi為第i級水庫的防洪庫容；β,.+1為第i級水庫和第i+Ι級水庫在第j時段的區間入流，且已逆向演算至第i級水庫的出庫處；qQ:為第i級水庫在第j時段的水庫出流與區間流量的和；
Z/為第i級水庫在第j時段的水位；Bi為第i級水庫在第j時段的閘門開度； /(2/，5/)為第1級水庫在第」_時段，對應水位為Z、開度為5/時能夠提供的最
大下洩流量。前述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法中，步驟S3中，若預見期內洪水的總入庫水量減去洪水期間參與發電機組全部滿發所耗用的發電用水量的值為一正數值，預報出現最大的負偏差，上述數值仍為一正數值，並且當前用來預洩的庫容大於上述正數值時，以確保單個水庫和梯級水庫的安全，及充分利用洪水資源，最大限度地減少棄水量作為優化目標，採用預洩優化調度方式進行調度，通過在洪水來臨前預洩水位使得入庫流量超過機組滿發流量，進行超過部分入庫流量的攔蓄，從而增發電量，其中，所述的預洩優化調度方式的調度模型為目標函數min f, |/,(0 + (Ο]' + […(O + O,, (/)] +Λ + [i/;, (/) + Q., , (/)]即
M ηmin+(>!, )Δ/ ，M = LzL.
j=i ηAt約束條件初始防洪庫容約束- (I丨)Δ/ = AV·
■/二 I最大下洩流量約束qi <Q!時段下洩流量約^ Uj! < min( O,, 0,!:)洩流能力約束qj< qj (Z/, B)
Of +0J+i aJ + aj+l AVj水量平衡^~^——^=~L
22 At馬斯京根洪水演進0/+11= CoqQr1 + ClCiQl + C2QUs.t. ClQr1=^r1+QHqQi = q; + β:,+1 i = I, 2, A , n; j = I, 2, A,M
其中Qf為第i級水庫在第j時段的入庫洪水流量；g為根據目標函數求解得到的最大削峰流量；τ i為第i級水庫的預見期；f/為第i級水庫在第j時段的出庫流量；η為水庫級數，自上而下，i = 1，Λ Λη，整數；
M為計算時段數，j = 1，Λ AM，整數；At為將調度周期劃分為M個時段的時段長；Λ Vi為第i級水庫的防洪庫容；為第i級水庫和第i+Ι級水庫在第j時段的區間入流，且已逆向演算至第i級水庫的出庫處；</CV_為第i級水庫在第j時段的水庫出流與區間流量的和；為第i級水庫在第j時段的水位；為第i級水庫在第j時段的閘門開度；WW)為第i級水庫在第j時段，對應水位為Z/、開度為5/時能夠提供的最
大下洩流量。前述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法中，步驟S4所述的利用改進的遺傳算法對優化調度模型求解並優化包括以下步驟S41，初始群體的產生，即初始防洪調度方案個體的形成；S42，計算個體適應值，即對目標函數進行求解；S43，遺傳算子的實現。實現前述方法的一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的系統，包括水情自動測報系統、通信系統和水調自動化系統，通信系統分別與水情自動測報系統和水調自動化系統連接。前述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的系統中，所述的水情自動測報系統包括遙測站、信息傳輸通道和中心控制站，信息傳輸通道分別與遙測站和中心控制站連接；其中，遙測站用於自動收集雨量、水位和其他水文參數的實時數據，在中心控制站的控制下按一定方式把這些數據編排成脈衝信號，通過信息傳輸通道傳遞到中心控制站；遙測站包括雨量計、水位計、編碼器、數傳機、電臺和電源設備；信息傳輸通道是連接遙測站與中心控制站之間的電波傳輸線，包括有線和無線兩類；中心控制站用於集中遙測系統內各遙測站的水文數據，進行計算整理，及時做出洪水預報，並可控制閘門啟閉，進行水利調度；中心控制站包括通信電臺和電子計算機。前述的一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的系統中，所述的通信系統包括光纖通信系統、微波通信系統、生產調度通信系統和通信電源系統，通信電源系統分別與光纖通信系統、微波通信系統和生產調度通信系統連接，光纖通信系統用於各分中心與集控中心間雙向信息傳輸，微波通信系統用於遙測採集站與所屬分中心之間數據傳輸，生產調度通信系統用於集控中心內部信息傳輸，通信電源系統用於為通信設備提供可靠的不間斷電源。前述的一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的系統中，所述的水調自動化系統包括信息收發單元、基礎信息存儲單元、模型存儲單元和信息處理單元，基礎信息存儲單元分別與信息收發單元和信息處理單元連接，模型存儲單元與信息處理單元連接。與現有技術相比，本發明根據水庫的當前運行狀況、面臨的洪水過程以及下遊安全防護標準，動態判斷洪水的級別並在此基礎上實現分級調度；同時，在分級調度中根據水庫的調節性能、所處調度時期、預報來水的可靠性等綜合信息，通過選取恰當的優化調度目標，實現了保護下遊防護對象和大壩安全及洪水資源化的要求，同時提高了水庫群的決策效率；另外，與常規優化算法中僅以一個初始點開始進行迭代計算不同，改進的遺傳算法是同時從多個初始點進行計算，最終求得問題的最優解，從而提高了梯級水庫群的決策效率，促使最終獲得最大的經濟和社會效益。據大量數據統計表明，採用本發明進行洪水優化調度，決策效率提高了 30%左右。



圖I是本發明的一種實施例的結構示意圖；圖2是本發明的一種實施例的工作流程圖；圖3是削平頭優化調度的流程圖；圖4是梯級電站防洪優化調度浮點遺傳算法求解的基本流程圖；圖5是預洩優化調度的流程圖；圖6是削平頭優化調度的調節概念圖；圖7是削平頭優化調度時庫水位變化過程示意圖；圖8是預洩優化調度的調節概念圖；圖9是預洩優化調度時庫水位變化過程示意 圖10是可行個體的示意圖。附圖標記1-水情自動測報系統，2-通信系統，3-水調自動化系統，4-遙測站，5-信息傳輸通道，6-中心控制站，7-光纖通信系統，8-微波通信系統，10-生產調度通信系統，11-通彳目電源系統，12-/[目息收發單兀，13-基礎/[目息存儲單兀，14-模型存儲單兀，15-fg息處理單元。下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。
具體實施例方式本發明的實施例I :將本發明應用於烏江梯級水電站群的防洪優化調度中。一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的系統，如圖I所示，包括水情自動測報系統I、通信系統2和水調自動化系統3，通信系統2分別與水情自動測報系統I和水調自動化系統3連接。所述的水情自動測報系統I包括遙測站4、信息傳輸通道5和中心控制站6，信息傳輸通道5分別與遙測站4和中心控制站6連接；其中，遙測站4用於自動收集雨量、水位和其他水文參數的實時數據，在中心控制站6的控制下按一定方式把這些數據編排成脈衝信號，通過信息傳輸通道5傳遞到中心控制站6 ;遙測站4包括雨量計、水位計、編碼器、數傳機、電臺和電源設備；信息傳輸通道5是連接遙測站4與中心控制站6之間的電波傳輸線，包括有線和無線兩類；中心控制站6用於集中遙測系統內各遙測站4的水文數據，進行計算整理，及時做出洪水預報，並可控制閘門啟閉，進行水利調度；中心控制站6包括通信電臺和電子計算機。所述的通信系統2包括光纖通信系統7、微波通信系統8、生產調度通信系統10和通信電源系統11。所述的水調自動化系統3包括信息收發單元12、基礎信息存儲單元13、模型存儲單元14和信息處理單元15，基礎信息存儲單元13分別與信息收發單元12和信息處理單元15連接，模型存儲單元14與信息處理單元15連接。上述實施例的工作原理(如圖2所示)水情自動測報系統I中的遙測站4如雨量計、水位計、編碼器等自動收集雨量、水位和其他水文參數的實時數據，遙測站4通過信息傳輸通道5如有線或無線將以上收集到 的數據傳輸至中心控制站6 (如通信電臺和電子計算機),在中心控制站6的控制下按一定方式把這些數據編排成脈衝信號，中心控制站6根據實時庫水位和面臨洪水預報流量過程測試洪水的類別，並將測試結果信息通過通信系統2 (如由通信電源系統11供電的光纖通信系統7、微波通信系統8、生產調度通信系統10)傳輸至水調自動化系統3 ;水調自動化系統3的信息收發單元12接收洪水類別信息並存入基礎信息存儲單元13，信息處理單元15根據洪水類別及下遊控制點防洪標準決策首要防護對象並自動選取防洪優化目標及讀取模型存儲單元14中所存儲的優化調度模型；信息處理單元15利用改進的遺傳算法對優化調度模型求解並優化。其中，判斷洪水類別具體包括以下步驟a.將下遊防洪控制點的安全洩量作為削峰流量；b.根據實時庫水位、預報洪水過程和削峰流量進行削峰調度；c.對上述削峰調度的庫水位過程進行檢測，若最高庫水位超過大壩的設計洪水位，則該洪水為超過下遊防洪標準的洪水，若最高庫水位未超過大壩的設計洪水位，則該洪水為低於下遊防洪標準的洪水。其中，根據洪水類別及下遊控制點防洪標準決策首要防護對象具體包括a.若為超過下遊防洪標準的洪水，則首要防護對象為大壩自身的安全，調洪過程中入庫洪水流量大於下遊防洪控制點安全洩量時，跟蹤入庫流量進行下洩；b.若為低於下遊防洪標準的洪水，則首要防護對象為下遊的防洪控制點，調洪過程中入庫洪水流量大於下遊防洪控制點安全洩量時，水庫出庫流量控制在下遊安全洩量以下。若防洪庫容有限或已定，則以最大限度地削減洪峰流量作為優化目標，採用最大削峰調度方式進行優化調度，其中，所述的最大削峰調度方式的調度模型為目標函數min j { /丨 U) + Q1 , (/)]」+ [q, {/) + (λ , {!)} + Λ + [ / , (7) + (； , ^ , (/)]' \it即min 乞之("/ + Q^i .丨)2 Δ ，Μ =
M i=IAt約束條件
M初始防洪庫容約束Σ⑷/_ - <7； )Δ/ = .ΔV.最大下洩流量約束qi別
時段下洩流量約束
權利要求
1.一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法，其特徵在於，包括以下步驟 Si，水情自動測報系統根據實時庫水位和面臨的洪水預報流量過程判斷洪水類別； S2，根據洪水類別及下遊控制點防洪標準決策首要防護對象； S3，自動選取防洪優化目標及系統模型庫中對應的優化調度模型； S4，利用改進的遺傳算法對優化調度模型求解並優化。
2.根據權利要求I所述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法，其特徵在於，步驟SI中所述的判斷洪水類別具體包括以下步驟a.將下遊防洪控制點的安全洩量作為削峰流量；b.根據實時庫水位、預報洪水過程和削峰流量進行削峰調度；c.對上述削峰調度的庫水位過程進行檢測，若最高庫水位超過大壩的設計洪水位，則該洪水為超過下遊防洪標準的洪水，若最高庫水位未超過大壩的設計洪水位，則該洪水為低於下遊防洪標準的洪水。
3.根據權利要求I所述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法，其特徵在於，步驟S2中所述的根據洪水類別及下遊控制點防洪標準決策首要防護對象具體包括a.若為超過下遊防洪標準的洪水，則首要防護對象為大壩自身的安全，調洪過程中入庫洪水流量大於下遊防洪控制點安全洩量時，跟蹤入庫流量進行下洩；b.若為低於下遊防洪標準的洪水，則首要防護對象為下遊的防洪控制點，調洪過程中入庫洪水流量大於下遊防洪控制點安全洩量時，水庫出庫流量控制在下遊安全洩量以下。
4.根據權利要求I所述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法，其特徵在於，步驟S3中，若防洪庫容有限或已定，則以最大限度地削減洪峰流量作為優化目標，採用最大削峰調度方式進行優化調度，其中，所述的最大削峰調度方式的調度模型為 目標函數
5.根據權利要求I所述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法，其特徵在於，步驟S3中，若預見期內洪水的總入庫水量減去洪水期間參與發電機組全部滿發所耗用的發電用水量的值為一正數值，預報出現最大的負偏差，上述數值仍為一正數值，並且當前用來預洩的庫容大於上述正數值時，以確保單個水庫和梯級水庫的安全，及充分利用洪水資源，最大限度地減少棄水量作為優化目標，採用預洩優化調度方式進行調度，通過在洪水來臨前預洩水位使得入庫流量超過機組滿發流量，進行超過部分入庫流量的攔蓄，從而增發電量，其中，所述的預洩優化調度方式的調度模型為 目標函數即
6.實現權利要求I 5所述方法的一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的系統，其特徵在於，包括水情自動測報系統(I)、通信系統(2)和水調自動化系統(3)，通信系統(2)分別與水情自動測報系統(I)和水調自動化系統(3)連接。
7.根據權利要求6所述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的系統，其特徵在於，所述的水情自動測報系統(I)包括遙測站(4)、信息傳輸通道(5)和中心控制站(6)，信息傳輸通道(5)分別與遙測站(4)和中心控制站(6)連接；其中，遙測站(4)用於自動收集雨量、水位和其他水文參數的實時數據，在中心控制站(6)的控制下按一定方式把這些數據編排成脈衝信號，通過信息傳輸通道(5)傳遞到中心控制站(6);遙測站(4)包括雨量計、水位計、編碼器、數傳機、電臺和電源設備；信息傳輸通道(5)是連接遙測站(4)與中心控制站(6)之間的電波傳輸線，包括有線和無線兩類；中心控制站(6)用於集中遙測系統內各遙測站(4)的水文數據，進行計算整理，及時做出洪水預報，並可控制閘門啟閉，進行水利調度；中心控制站(6 )包括通信電臺和電子計算機。
8.根據權利要求6所述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的系統，其特徵在於，所述的通信系統(2)包括光纖通信系統(7)、微波通信系統(8)、生產調度通信系統(10)和通信電源系統(11)，通信電源系統(11)分別與光纖通信系統(7)、微波通信系統(8)和生產調度通信系統(10)連接，光纖通信系統(7)用於各分中心與集控中心間雙向信息傳輸，微波通信系統(8)用於遙測採集站與所屬分中心之間數據傳輸，生產調度通信系統(10)用於集控中心內部信息傳輸，通信電源系統(11)用於為通信設備提供可靠的不間斷電源。
9.根據權利要求6所述的梯級水庫群聯合防洪優化調度的系統，其特徵在於，所述的水調自動化系統(3)包括信息收發單元(12)、基礎信息存儲單元(13)、模型存儲單元(14)和信息處理單元(15)，基礎信息存儲單元(13)分別與信息收發單元(12)和信息處理單元(15)連接，模型存儲單元(14)與信息處理單元(15)連接。
全文摘要
本發明公開了一種梯級水庫群聯合防洪優化調度的方法及系統，所述方法包括以下步驟S1，根據實時庫水位和面臨洪水預報流量過程判斷洪水類別；S2，根據洪水類別及下遊控制點防洪標準決策首要防護對象；S3，自動選取防洪優化目標及系統模型庫中對應的優化調度模型；S4，利用改進的遺傳算法對優化調度模型求解並優化。本發明動態判斷洪水的級別並在此基礎上實現分級調度；同時，在分級調度中根據水庫的調節性能、所處調度時期、預報來水的可靠性等綜合信息，通過選取恰當的優化調度目標，實現了保護下遊防護對象和大壩安全及洪水資源化的要求，提高了水庫群的決策效率，據大量數據統計表明，採用本發明後，決策效率提高了30%左右。
文檔編號G06Q10/04GK102817335SQ201210241299
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月12日 優先權日2012年7月12日
發明者戴建煒, 李曉英, 陳守倫, 肖燕, 芮鈞, 王安東, 李成俊 申請人:貴州烏江水電開發有限責任公司