CN105719020B - 一种多年调节水库年末蓄水位的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多年调节水库最优年末蓄水位确定方法，首先根据精度要求离散水库的蓄水状态；其次利用水库调度规则，计算水库多年运行条件下年末各蓄水状态的预期年均发电量；然后以面临时段初的水库水位、面临时段到年末的预报入库来水过程和各年末蓄水水位为初始和边界条件，计算年内的最优发电量；最后将各年末蓄水状态相应的年内发电量和预期年均发电量相加得到各年末蓄水状态所对应的总发电量，与最大总发电量值相应的年末蓄水状态对应水位即为当年的最优年末蓄水位；本发明所确定的年末蓄水位离散精度可控，创造了一种随机模拟与确定性优化相结合、调度规则和优化计算方法可选的多年调节水库最优年末蓄水位的确定方法。
Description
技术领域
本发明属于水库调度领域，特别涉及一种多年调节水库年末蓄水位的确定方法。
背景技术
多年调节水库年末蓄水位的确定是一个很复杂的问题，它是保证水库(群)长期正常运行的关键。多年调节水库调度的目的是将丰水年多余水量蓄在水库中，以补充枯水年水量不足。因此，多年调节水库的运行不仅影响当年的效益，而且影响以后若干年的效益，而水库调度的关键是如何科学、合理地控制年末蓄水位，使水电站的当年发电量(效益)和水库未来的发电量(效益)之和达到最优。这不仅对水库自身，而且对有水利、电力等联系的水库群运行影响极大。但遗憾的是，目前对此问题的研究还不多，归纳起来，主要有以下两种方法：
1)确定性优化方法
以水库的当年发电量(效益)和年末库蓄能量(效益)之和最大为目标函数建立优化调度模型，优选年末蓄水位，因此该法考虑问题比较全面。其中年末库蓄能量(效益)旨在考虑多年调节水库调度对后期的长远影响，目前通常采用的方法是通过年末蓄水位计算所对应的库蓄能量。
2)隐随机优化方法
根据水库(或水库群)长系列优化调度结果，筛选影响因子，建立年末蓄水位和影响因子之间的相关关系，作为年末蓄水位的控制规则。该思路的关键是影响因子的选择和相关关系形式的确定。多年调节水库的年末蓄水位不仅与水库年初的水位和入库水量有关，而且可能与后几年的来水、库群中其余电站的调节方式、干支流用水情况等相关，影响因子众多，目前主要用逐步回归方法筛选因子。
但是以上这两种方法均存在不足之处：对于确定性方法，年末蓄水位所对应的库蓄能量常常是静态计算的，如用库蓄水量除以相应的发电耗水率，该能量在未来调度中能否得到充分发挥，是否符合实际都存在较大的疑问；在隐随机优化方法中，由于调度过程的复杂性和非线性的作用导致逐步回归方法缺乏机理支撑。因此，一种更合理，简单的方法一直是人们追求的目标。
发明内容
针对以上方法的不足，本发明提出了一种将上述两种方法的理论相结合的新方法。本发明的目的在于提供一种确定多年调节水库年末最优蓄水位的方法。
其技术方案是：一种多年调节水库最优年末蓄水位确定方法，主要包括以下步骤：
一、水库蓄水状态(水位或库容)的离散：
按照精度需要将水库正常运行情况下的蓄水状态(水位或库容)进行离散；
二、是年末各蓄水状态下预期年均发电量的计算：
以第一步中的某一蓄水状态对应水位为水库的初始水位，应用水库的长系列入库径流资料，采用水库调度规则逐年进行水库调度计算，得到各年的发电量，进而计算多年平均发电量，以此作为该状态下的预期年均发电量；对所有离散后的水库蓄水状态都进行相同的计算，获得各水库蓄水状态下的预期年均发电量；
三、是当年最优发电量的确定：
在面临时段初始水位(当前水位)已知，面临时段到年末各时段的入库流量通过预报或预测得到的情况下，对各年末的蓄水状态，应用优化算法计算当年的最优发电量；
四、是年末最优蓄水位的确定：
计算年末各蓄水状态的当年最优发电量和预期年均发电量之和作为总发电量，与最大总发电量值相应的年末蓄水状态对应水位即为当年的最优年末蓄水位。
作为优选，所述水库蓄水状态离散点数量可控，其具有根据精度需要可任意调整离散点数量特性。
作为优选，所述优化算法为采用具有可得到在相应精度下全局最优解特性的动态规划及其改进算法。
作为优选，所述优化算法为采用具有可快速得到近似全局最优解特性的遗传算法及粒子群算法等进化算法。
作为优选，各年末水位的预期年均发电量可用历史长系列入库径流资料代替未来的来水过程并以年为计算期的年均发电量的平均值表示。
作为优选，所述水库调度规则为具有各水库普遍应用特性的常规调度图调度方法。
作为优选，所述水库调度规则为具有各水库在优化调度研究基础上获得优化特性的优化函数调度方法。
作为优选，所述水库调度规则为具有便于计算水电站发电保证率的保证出力方式调度方法。
作为优选，所述水库调度规则为具有便于计算水电站正常供水保证率特性的正常供水方式调度方法。
本发明方法具有以下显著特点：
1.水库蓄水状态的离散份数可以根据实际需要或者精度要求来确定，具有很强的可控性。
2.应用长系列径流资料逐年计算水库在各年末蓄水状态区间的预期年均发电量，能够很好的反映该状态区间未来可能的发电效益。
3.本发明提出了一个理论框架：水库调度规则可采用常规调度图法、调度函数法、等出力调度法或等流量调度法等；当前时段到年末的优化计算可以用动态规划、离散微分动态规划法等传统优化方法或用遗传算法、粒子群算法等现代智能算法。易于理解和实现。
附图说明
图1为水库蓄水状态(水位)离散示意图；
图2为某年初水库蓄水状态(水位)下年均发电量计算示意图；
图3为当年水库优化调度示意图。
具体实施方式
本发明主要有两个部分组成：一是年末各蓄水状态下预期年均发电量的计算；该部分假定水库的实测年入库径流资料为独立的随机序列，以各年末蓄水状态作为年初的蓄水状态，对每一个年初状态，分别用水库发电调度规则进行逐年调度计算，统计得到各年平均发电量，以各年平均发电量的平均值作为对应各年初蓄水状态的预期年均发电量，即为相应年末各蓄水状态的预期年均发电量。二是当年最优发电量的确定。在当前水位已知，面临时段到年末的各时段入库流量通过预报或预测已知的情况下，对年末的各个蓄水状态，应用动态规划等优化算法计算当年的最优发电量；三是年末最优蓄水位的确定。计算年末各蓄水状态的当年发电量和预期年均发电量之和作为总发电量，与最大总发电量值相应的水库年末蓄水状态对应水位即为所求的最优年末蓄水位。
本发明的计算步骤包括以下几步：
1)水库蓄水状态(水位或库容)的离散
为便于数值运算，必须将水库的蓄水状态(水位或库容)离散成若干个区间，如图1所示。取水位离散区间ΔZ为一个单位，从死水位Zs到正常高水位Zz离散成m个状态，其中，下边界状态值为Zs，其对应的数值域小于或等于Zs，表示在死水位及以下。相似的，上边界状态值为Zz，其对应的数值域大于或等于正常高水位，表示在正常高水位及以上，这时应考虑弃水，使水库维持在蓄满状态。所有状态数值域的表达式如表1所示。
表1状态值及其数值域计算
| 状态序号i | 1 | 1＜i＜m | m |
| 状态值Z | Zs | Zs+(2i-3)·ΔZ/2 | Zz |
| 状态的数值域 | X(1)≤Zs | (i-2)ΔZ+Zs＜x(i)＜(i-1)ΔZ+Zs | X(m)≥Zz |
2)预期年均发电量的计算
以1)中所得到的某状态值为水库的初始水位，应用水库的多年历史实测年入库径流资料，采用水库调度规则(如常规调度),逐年进行水库调度计算，得到各年的发电量，如图2所示，进而计算多年平均发电量，以此作为该状态下的预期年均发电量。对所有离散后的水库蓄水状态都进行相同的计算，获得各水库蓄水状态下的预期年均发电量。
3)当年最优发电量的计算
在面临时段初始水位(当前水位)已知，面临时段到年末的各时段入库流量通过预报或预测得到的情况下，分别对年末的各个蓄水状态，应用动态规划等优化算法计算当年的最优发电量，如图3所示。
4)最优年末蓄水位的确定
对水库的每一个年末蓄水状态，计算面临时段到该年年末的最优发电量，与该蓄水状态下的预期年均发电量相加，得到总发电量值。与最大总发电量值相应的年末蓄水状态对应水位为该多年调节水库在该年的最优年末蓄水位。
Claims (5)
1.一种多年调节水库最优年末蓄水位确定方法，主要包括以下步骤：
一、水库蓄水状态的离散：
按照精度需要将水库正常运行情况下的蓄水状态进行离散，水库的蓄水状态是指水库的水位或库容；
二、是年末各蓄水状态下预期年均发电量的计算：
分别以第一步中离散后的每一个蓄水状态所对应水位为水库的初始水位，应用水库的长系列入库径流资料，采用水库调度规则逐年进行水库调度计算，以此作为该蓄水状态所对应的水库初始水位下的预期年均发电量；对所有离散后的水库蓄水状态所对应水位都进行同样的计算，获得水库各蓄水状态所对应水位下的预期年均发电量；
三、是当年最优发电量的确定：
面临时段初始水位已知，面临时段到年末各时段的入库流量通过预报或预测得到的情况下，对各年末的蓄水状态，应用优化算法计算当年的最优发电量；
四、是年末最优蓄水位的确定：
计算年末各蓄水状态的当年最优发电量和预期年均发电量之和作为总发电量，与最大总发电量值相应的年末蓄水状态对应水位即为当年的最优年末蓄水位；
所述水库蓄水状态离散点数量可控，其具有根据精度需要可任意调整离散点数量特性；
所述优化算法为采用具有可得到全局最优解特性的动态规划及其改进算法；或，所述优化算法为采用具有可快速得到近似全局最优解特性的遗传算法及粒子群算法进化算法；
所述水库调度规则为具有各水库普遍应用特性的常规调度图调度方法。
2.根据权利要求1所述一种多年调节水库最优年末蓄水位确定方法，其特征在于：各年末水位的预期年均发电量可用历史长系列入库径流资料代替未来的来水过程并以年为计算期的年均发电量的平均值表示。
3.根据权利要求1所述一种多年调节水库最优年末蓄水位确定方法，其特征在于：所述水库调度规则还可以为具有各水库在优化调度研究基础上获得优化特性的调度函数调度方法。
4.根据权利要求1所述一种多年调节水库最优年末蓄水位确定方法，其特征在于：所述水库调度规则还可以为具有便于计算水电站发电保证率的保证出力方式调度方法。
5.根据权利要求1所述一种多年调节水库最优年末蓄水位确定方法，其特征在于：所述水库调度规则还可以为具有便于计算水电站正常供水保证率特性的正常供水方式调度方法。
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