CN102080366A - 一种梯级水库联合调度图制作方法 - Google Patents

一种梯级水库联合调度图制作方法 Download PDF

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***
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王峰
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Abstract

一种梯级水库联合调度图制作方法，包括以下步骤：根据各水电站设计保证出力，按等出力法从上游到下游逐级按单库调度图制作方法制定各水库的初始调度图；梯级龙头水库联合调度初始调度图绘制；梯级水库联合调度图调优计算。以长系列历史径流过程作为输入，以旬为计算时段，根据初始调度图按照水力顺序至上而下进行各电站水能计算，优化梯级水库联合调度图调度线；输出最后梯级水库联合调度图及调度规则。本发明以梯级联合调度图指示出力为协调，尽可能发挥梯级水库的补偿调度作用，减少水库的破坏深度和提高水能利用。

Description

一种梯级水库联合调度图制作方法
技术领域
本发明涉及水电站水库调度技术领域，特别是涉及一种梯级水库联合调度图的制作方法。
背景技术
一般地，季调节以上水库在水库运行方式的编制和水库实时调度中，大多以水库调度图进行指导，即根据水库面临时段的水位在调度图中的位置获得电站指示出力指导水库调度。该方法仅适应单库调度，技术也比较成熟。随着我国水电站建设的不断推进，在许多流域形成了越来越复杂的具有密切水力联系的梯级水库，而对梯级电站而言，尤其是具有多个季调节能力以上的电站，梯级水库如果实现联合调度，可充分发挥水库间的补偿调度作用，可提高梯级水电站的发电量和保证出力，即利用梯级水库调节能力的差异，，当下游区间有较大来水而有弃水风险时，上游电站应当减少出力甚至停机运行；而当下游电站出力不满足保证出力时，上游电站可适当放水，对下游电站进行出力补偿。然而，目前，我国绝大多数水库的水库调度图是单库调度图，缺乏直观的、直接指导梯级水库联合调度运行的梯级水库联合调度图。
目前，指导梯级水电站运行调度方法主要有：
1）运用梯级电站水库调度数学模型。该方法主要是建立梯级水库中长期调度数学模型，主要用于编制水库调度计划；但是由于水库中长期预报径流过程精度不高，其优化成果实用性较低。
2）运用梯级电站水库调度规则。调度规则的编制是根据各电站入库流量，水库水位，出库流量、决策出力等因子通过回归分析建立的调度函数，由于采用了时历法进行计算则间接考虑了径流的随机性，但是由于在形式表现为数学表达式，且回归技术决定了该种方法为经验成果，概念性不强，可用性也很低。
总之，目前需要本领域的技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提供梯级水库联合调度图的制作方法，以清晰的概念、直观的梯级电站调度图和调度规则指导生产实际，以进一步提高梯级电站水库调度水平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种梯级水库联合调度图制作方法，用于指导水库运行调度，以提高梯级水电站水能利用率和保证出力，增加梯级水电站发电量。
本发明提供了一种梯级水库联合调度图制作方法，包括以下步骤：
水电站水库基础资料获取；按水能计算中采用的等流量试算方法确定水库供蓄水期；典型径流过程选取；考虑上游水库的调蓄作用，根据各水电站设计保证出力，按等出力法从上游到下游逐级按单库调度图制作方法制定各水库的初始调度图；梯级龙头水库联合调度初始调度图绘制；梯级水库联合调度图调优计算。即以长系列历史径流过程作为输入，以旬为计算时段，根据初始调度图按照水力顺序至上而下进行各电站水能计算，优化梯级水库联合调度图调度线；输出最后梯级水库联合调度图及调度规则。
本发明为梯级水库联合调度图的生成提供了解决方案，建立了梯级龙头水库联合调度图和调度规则，并结合下游各梯级电站的调度图和调度规则进行运用，可以广泛应用于梯级电站集控中心、流域调度机构、各级电网调度机构等单位的梯级调度提供技术支持。本发明具有以下特点：采用了常规调度图与优化调度规则相结合的方式，解决了梯级联合调度图制作方法；保留了大部分传统的水库调度图模式，符合传统的水库调度操作方式；以梯级联合调度图指示出力为协调，尽可能发挥梯级水库的补偿调度作用，减少水库的破坏深度和提高水能利用。
附图说明
图1是梯级水库联合调图制作流程示意图。
图2是电站等出力水能计算流程示意图。
图3是梯级水库联合调度初始调度图绘制流程示意图。
图4是梯级电站水库调度图优化过程示意图。
图5是沅水梯级龙头水库联合调度图。
具体实施方式
      为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明主要是针对梯级水电站联合调度中因缺少直观调度指导工具的缺陷而引出来的，本发明研制的梯级水库联合调度图生成方法实施包括水库供蓄水期划分、典型径流过程选取、 按等出力制定各水库调度图（含上游梯级龙头水库初始调度图绘制、下游水库初始调度图绘制）、梯级联合调度初始调度图绘制、梯级水库调度图调优计算、调度图输出及调度规则拟定( 见附图1)。
 1、水库供蓄水期划分
Step1: 将水文年度系列资料按年排序，并求得各月的平均流量                                                
Figure 230394DEST_PATH_IMAGE001
，以及多年平均流量
Figure 503243DEST_PATH_IMAGE002
，根据
Figure 419115DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 497930DEST_PATH_IMAGE002
，进行判断，如果
Figure 933590DEST_PATH_IMAGE003
，则可认为对应该月为蓄水月份，反之如果，则可认为对应该月为供水月份；
Step2: 假定供水期的时间长度为Step1确定的时长，计算供水期引用流量Q：
Figure 281974DEST_PATH_IMAGE005
式中：   Q为供水期的引用流量，m3/s；
Figure 164480DEST_PATH_IMAGE006
为水库的调节库容，m3；为供水期的来水总量，m3；
Figure 646463DEST_PATH_IMAGE008
为供水期的损失水量，m3；为供水期的其它用水量，m3；
Figure 134043DEST_PATH_IMAGE010
为供水期的时间长度, s；
Step3：若计算得Q大于供水期所有月份的月平均流量
Figure 544295DEST_PATH_IMAGE001
，且小于非供水期各月份的天然来水量，则认为确定的供水期正确，否则重新假定
Figure 657745DEST_PATH_IMAGE010
，返回Step2重新进行计算，直到满足条件为止。
 2、典型年选择
选取年均流量与设计年年均流量相接近的典型枯水过程，然后按设计枯水年的年均流量为控制条件，对各典型径流过程进行同倍比缩放确定典型来水过程，作为推求上、下基本调度线的典型径流过程。缩放系数确定如下：
式中： K为缩放系数；
Figure 931917DEST_PATH_IMAGE012
为设计年年均流量；
Figure 993414DEST_PATH_IMAGE013
为典型年年均流量。
 3、上游梯级龙头水库初始调度图绘制
按独立水库调度绘制方法绘制上游龙头水库初始调度图，具体步骤如下：
Step1：准备计算所需要的数据，包括：水库水位库容曲线；水库特征水位，包括死水位、正常蓄水位、防洪限制水位；水库、电站机组特征曲线，包括NHQ曲线，水头出力限制出力线，水头损失曲线，出库流量尾水位关系曲线；典型年径流过程；水库综合利用情况，包括最小生态流量，水库供水过程，水库航运流量等。
Step2：等出力计算（流程见附图2）。选取的一个典型径流过程，采取等出力的方式，从供水期末相应的指示水位（死水位），逆时序计算至蓄水期初（回到相应水位），对于每一个时段的计算步骤如下：
1）假定时段初水位Z1，根据当前时段入库流量，运用水量平衡原理，计算出库流量，扣除综合利用外其余的出库流量全部用来发电，计算电站出力N；
2）判别电站的计算出力N和保证出
Figure 966180DEST_PATH_IMAGE014
的大小，若，则，重新假定时段初水位，返回1）重新进行计算；判断时段初水位是否在水位控制范围内，若超出范围，则令其等于限值。 
Step3： 基本调度线绘制。按Step2方法计算每一种典型来水过程，区水位过程的上下包线作为上下基本调度线。
Step4：加大出力线绘制。根据上基本调度线和保证出力，计算出库流量，根据出库流量反推入库流量，确定加大出力值，采用Step2等出力方法计算加大出力线。
Step5： 降低出力线绘制。根据上基本调度线和保证出力，计算出库流量，根据出库流量反推入库流量，确定降低出力值，采用Step2等出力方法计算降低出力线。
 4、下游水库初始调度图绘制
Step1：根据确定的典型年，上游水库采用已制定出来的调度图操作，计算每一个典型来水的调节出库流量，加上典型年的区间来水，作为下游水库的典型入库来水过程；
Step2：按照独立水库调度图绘制方法绘制本水库的水库调度图。
 5、梯级联合调度初始调度图绘制
梯级水库联合运行主要发挥联合补偿作用，下游枯水时上游补水，以保证出力发电；下游来水多时上游蓄水，为后期更多的发电服务。因此，梯级水库的总保证出力为各电站的保证出力之和，梯级联合调度初始调度图的制作步骤为（流程见附图3）：
Step1：采用顺时序的计算方法，根据下游水库当前水位和调度图，确定该电站的出力；
Step2：计算梯级龙头水库的出力：
Figure 344389DEST_PATH_IMAGE016
即电站出力等于梯级总保证出力减去下游所有电站的出力之和。
Step3：逐时段顺序按常出力计算方法从上游到下游进行水能计算；
Step4：判别梯级总出力是否等于梯级总保证出力，若不等于，则判别N是否等于零或已达到预想出力，否则返回Step2重新进行计算；
Step5：按独立调度图绘制方法绘制梯级龙头水库联合调度图，此时指示的出力区为梯级总保证出力；
Step6：采用类似方法分别绘制梯级总加大出力区、降低出力区。
 6、梯级水库调度图调优计算
Step1：以历史长系列径流过程作为输入，结合确定的梯级水库调度初始图，以调度图时段初水位计算方法，计算梯级电站多年平均发电量，得到初始梯级电站多年平均发电量
Figure 525972DEST_PATH_IMAGE017
，并令t=1；
Step2：结合水头及水量利用情况，在本时段t内从上游到下游采用枚举试算方法，调整梯级电站调度图各调度线, 再次进行长系列水能计算，得到梯级电站多年平均发电量
Figure 902595DEST_PATH_IMAGE018
；
Step3：若
Figure 802418DEST_PATH_IMAGE019
，则接受梯级电站调度图调度线的修改，并令
Figure 306212DEST_PATH_IMAGE017
=
Figure 607880DEST_PATH_IMAGE018
，转向下一次水位调整目标；若
Figure 653940DEST_PATH_IMAGE020
，则本时段调整结束，判别本时段是否是最后时段，否则t=t+1，转向Step2。
Step4：输出梯级龙头水库联合总图和下游各水库调度图。
具体流程见附图4。
7、调度图输出及调度规则拟定
根据长序列调度计算结果，输出调度图（见附图5），可分供水期、蓄水期和平时时间分别拟定调度规则。一般情况下，梯级龙头水库以下水库根据各水库时段初水位在各自调度图上确定运行出力；在梯级联合调度图上确定梯级总出力，按下式确定龙头电站出力：
Figure 41059DEST_PATH_IMAGE021
式中：
Figure 348544DEST_PATH_IMAGE022
为龙头电站要发出力；
Figure 239139DEST_PATH_IMAGE023
为调度图确定的梯级总出力；
Figure 223145DEST_PATH_IMAGE024
为下游电站按自身调度图确定的出力；
Figure 831981DEST_PATH_IMAGE025
为下游各电站自身的保证出力。
实际应用效果：
沅水流域是我国十二大水电基地之一，目前干流已建成投产的电站有三板溪、挂治、洪江、铜湾、清水塘、五强溪、凌津滩七个电厂，形成以三板溪为龙头水库，有白市、托口、五强溪等调节性能良好的水电站为主的梯级水库，以及其它日调节电站为辅的梯级水电站群。
本发明在沅水梯级水库联合调度图研制中予以实现，最终成果如附图5所示。

Claims (2)

1.一种梯级水库联合调度图制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step1：采用顺时序的计算方法，根据下游水库当前水位和调度图，确定该电站的出力；
Step2：计算梯级龙头水库的出力：
Figure 37700DEST_PATH_IMAGE001
即电站出力等于梯级总保证出力减去下游所有电站的出力之和；
Step3：逐时段顺序按常出力计算方法从上游到下游进行水能计算；
Step4：判别梯级总出力是否等于梯级总保证出力，若不等于，则判别N是否等于零或已达到预想出力，否则返回Step2重新进行计算；
Step5：按独立调度图绘制方法绘制梯级龙头水库联合调度图，此时指示的出力区为梯级总保证出力；
Step6：分别绘制梯级总加大出力区、降低出力区。
2.根据权利要求1所述的一种梯级水库联合调度图制作方法，其特征在于，进一步包括以下优化步骤：
Step1：以历史长系列径流过程作为输入，结合确定的梯级水库调度初始图，以调度图时段初水位计算方法，计算梯级电站多年平均发电量，得到初始梯级电站多年平均发电量
Figure 986064DEST_PATH_IMAGE002
，并令t=1；
Step2：结合水头及水量利用情况，在本时段t内从上游到下游采用枚举试算方法，调整梯级电站调度图各调度线, 再次进行长系列水能计算，得到梯级电站多年平均发电量
Figure 954020DEST_PATH_IMAGE003
；
Step3：若
Figure 50152DEST_PATH_IMAGE004
，则接受梯级电站调度图调度线的修改，并令
Figure 450172DEST_PATH_IMAGE002
=
Figure 315360DEST_PATH_IMAGE003
，转向下一次水位调整目标；若
Figure 391900DEST_PATH_IMAGE005
，则本时段调整结束，判别本时段是否是最后时段，否则t=t+1，转向Step2；
Step4：输出梯级龙头水库联合总图和下游各水库调度图。
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