一種梯級水庫汛限水位實時動態控制方法
2023-05-03 20:15:11 4
專利名稱：一種梯級水庫汛限水位實時動態控制方法
技術領域：
本發明屬於梯級水庫調度領域，特別涉及一種梯級水庫汛限水位實時動態控制方法。
背景技術：
進入21世紀，隨著我國大批水庫水電站的建成和投入使用，中國水利水電工程已進入到由建設向管理運行的關鍵轉型期，開展水庫水電站群聯合調度是順應「節能發電」與「洪水資源化」時代需求的重大舉措，具有重要的理論價值和現實意義。汛限水位動態控制是實現「洪水資源化」的重要非工程措施之一。隨著水庫系統中水庫數量(維數)的增加和流域中長期數值氣象預報技術的大幅度提升，需考慮的信息越來越多，汛限水位的動態控制也將變得更加複雜。
目前國內外對梯級水庫汛限水位研究的方法不多，現有的研究方法多數是將單一水庫的汛限水位研究方法簡單地嵌套進梯級水庫，未考慮上下遊水庫之間的庫容補償問題和水庫之間汛限水位的相互協調問題。武漢大學郭生練教授課題組對梯級水庫汛限水位的動態控制問題進行了系統的研究，先後提出了基於預報及庫容補償的水庫群防洪補償聯合調度逐次漸進協調模型[1]、基於預報及庫容補償的梯級水庫汛限水位動態控制逐次漸進補償調度模型[2]和基於「聚合水庫」的梯級水庫汛限水位聯合設計與運用調度模型&4]。考慮到實際水庫調度是一個「預報、決策、實施、再預報、再決策、再實施」的滾動向前過程[5]，可知現有的梯級水庫汛限水位動態控制模型只重視當前水情變化情況，未顧及入庫徑流的長期變化規律。文中涉及的參考文獻如下:[I]李瑋，郭生練，郭富強，等.水電站水庫群防洪補償聯合調度模型研究及應用[J].水利學報，2007，38(7): 826-831.
[2]李瑋，郭生練，劉攀，等.梯級水庫汛限水位動態控制模型研究及運用[J].水力發電學報，2008，27(2): 22-28.
[3]郭生練，陳炯宏，劉攀.一種梯級水庫汛限水位聯合運用調度方法:中國，CN201110067570.9[P], 2011-9-14.
[4]郭生練，陳炯宏，慄飛，等.清江梯級水庫汛限水位聯合設計與運用[J].水力發電學報，2012，31 (4):6-11.
[5]邱林，陳守煜.水電站水庫實時優化調度模型及其應用[J].水利學報，1997，57(3): 74-7
發明內容
針對現有技術的不足，本發明基於流域數值氣象水文預報，提出了一種考慮上下遊水庫間的庫容補償、長期與短期調度相耦合的梯級水庫汛限水位實時動態控制方法。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案:
一種梯級水庫汛限水位實時動態控制方法，包括以下步驟:步驟1，建立梯級水庫流域汛期的數值氣象水文預報模型，並滾動預報流域未來1 7天的洪水過程；所述的數值氣象水文預報模型由數值氣象預報模型和水文預報模型組成；步驟2，基於「大系統聚合思想」構建梯級水庫的隨機性長期優化調度圖模型，並採用自適應遺傳算法獲取梯級水庫的長期優化調度圖，基於長期優化調度圖獲得聚合水庫的長期優化調度策略；所述的長期優化調度圖模型是基於「大系統聚合思想」構建的隨機性優化模型；步驟3，根據聚合水庫的長期優化調度和短期調度的耦合原則以及數值氣象水文預報模型，構建基於「大系統聚合分級思想」的梯級水庫汛限水位實時動態控制模型，根據梯級水庫汛限水位實時動態控制模型獲得梯級水庫汛限水位實時動態控制方案。步驟I中的數值氣象水文預報模型是基於數值氣象預報和分布式可變下滲能力水文模型建立的，有效預見期可達I 7天，數值氣象預報用於預報降雨、氣溫等氣象特徵。步驟2中的基於「大系統聚合思想」構建梯級水庫的隨機性長期優化調度圖模型進一步包括子步驟:2-la基於「大系統聚合思想」聚合梯級水庫得到虛擬的聚合水庫；2-2a以時段初蓄能和面臨時刻入能表示聚合水庫運行狀態，以時段末蓄能為決策變量，構建涉及聚合水庫相鄰時段入能相關性的隨機性長期優化調度模型，並確定約束條件。步驟2中的採用自適應遺傳算法獲取梯級水庫的長期優化調度圖進一步包括子步驟:2-lb採用遺傳算法隨機生成聚合水庫的初始調度線；2_2b初始調度線經個體變異、交叉和選擇產生新的調度線，計算聚合水庫初始調度線和新調度線的適應度；所述的適應度為隨機性長期優化調度圖模型的目標函數值，所述的目標函數為梯級水庫的年均發電量。2_3b基於調度線的適應度判斷新調度線是否收斂，若收斂，所述的新調度線即為聚合水庫的長期優化調度圖，否則重複步驟2-2b。步驟2中所得聚合水庫的長期優化調度策略為:s*(t+l) = Opt (u(t), s(t), t)式中，s*(t+l)為聚合水庫第t+1時段的長期優化調度策略；Opt (u (t)，s (t)，t)為聚合水庫長期調度t時段最優策略。步驟3中的長期優化調度和短期優化調度的耦合原則表示為:
權利要求
1.種梯級水庫汛限水位實時動態控制方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1，建立梯級水庫流域汛期的數值氣象水文預報模型，並滾動預報流域未來I 7天的洪水過程； 步驟2，基於「大系統聚合思想」構建梯級水庫的隨機性長期優化調度圖模型，並採用自適應遺傳算法獲取梯級水庫的長期優化調度圖，基於長期優化調度圖獲得聚合水庫的長期優化調度策略； 步驟3，根據聚合水庫的長期優化調度和短期調度的耦合原則以及數值氣象水文預報模型，構建基於「大系統聚合分級思想」的梯級水庫汛限水位實時動態控制模型，根據梯級水庫汛限水位實時動態控制模型獲得梯級水庫汛限水位實時動態控制方案。
2.據權利要求1所述的梯級水庫汛限水位實時動態控制方法，其特徵在於: 所述步驟I的梯級水庫流域汛期的氣象水文預報模型是基於數值氣象預報和分布式可變下滲能力水文模型構建的。
3.據權利要求1所述的梯級水庫汛限水位實時動態控制方法，其特徵在於: 所述的基於「大系統聚合思想」構建梯級水庫的隨機性長期優化調度圖模型進一步包括子步驟: 2-la基於「大系統聚合思想」聚合梯級水庫得到虛擬的聚合水庫； 2_2a以時段初蓄能和面臨時刻入能表示聚合水庫運行狀態，以時段末蓄能為決策變量，構建涉及聚合水庫相鄰時段入能相關性的隨機性長期優化調度模型，並確定約束條件。
4.據權利要求1所述的梯級水庫汛限水位實時動態控制方法，其特徵在於: 所述的採用自適應遺傳算法獲取梯級水庫的長期優化調度圖進一步包括子步驟: 2-lb採用遺傳算法隨機生成聚合水庫的初始調度線； 2-2b初始調度線經個體變異、交叉和選擇產生新的調度線，計算聚合水庫初始調度線和新調度線的適應度； 2-3b基於調度線的適應度判斷新調度線是否收斂，若收斂，所述的新調度線即為聚合水庫的長期優化調度圖，否則重複步驟2-2b。
5.據權利要求4所述的梯級水庫汛限水位實時動態控制方法，其特徵在於: 所述的聚合水庫調度線的適應度為隨機性長期優化調度圖模型的目標函數值，所述的目標函數為梯級水庫的年均發電量。
6.據權利要求1所述的梯級水庫汛限水位實時動態控制方法，其特徵在於: 所述的聚合水庫的長期優化調度策略為:
7.據權利要求1所述的梯級水庫汛限水位實時動態控制方法，其特徵在於: 所述的長期優化調度和短期優化調度的耦合原則為:
8.據權利要求1所述的梯級水庫汛限水位實時動態控制方法，其特徵在於: 所述的梯級水庫汛限水位實時動態控制方案的優化目標為有效預見期Ty內梯級水庫的發電效益最大。
全文摘要
本發明公開了一種梯級水庫汛限水位實時動態控制方法，包括步驟步驟1，建立流域汛期的數值氣象水文預報模型，滾動預報流域未來1～7天的洪水過程；步驟2，建立基於「大系統聚合思想」的隨機性長期優化調度圖模型，採用自適應遺傳算法制定長期優化調度圖；步驟3，據長期與短期調度的耦合原則，建立基於「大系統聚合分解思想」的梯級水庫汛限水位實時動態控制模型，並採用逐次優化法優化得到梯級水庫汛限水位實時動態控制方案。本發明能對梯級水庫群上下遊各水庫進行統一調度，在保證梯級水庫防洪安全的前提下最大限度地提高梯級水庫的發電效益，適宜在梯級水庫或水庫群洪水資源化調度中應用，可廣泛應用於流域梯級水庫汛限水位實時動態控制。
文檔編號E02B1/02GK103088784SQ20131002222
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月21日 優先權日2013年1月21日
發明者郭生練, 周研來, 劉攀, 陳華, 汪芸 申請人:武漢大學