三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法

文档序号:9888645阅读:469来源:国知局
三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水库优化调度技术领域,具体是一种三维及以上梯级水库汛期运行水 位动态控制方法。
【背景技术】
[0002] 汛期运行水位动态控制为解决我国防洪与兴利之间的矛盾提供了一条有效途径。 水库汛期运行水位动态控制理论方法有了很大的发展,从单一汛限水位、分期汛限水位静 态控制发展到汛期运行水位动态控制,充分利用暴雨洪水等季节性变化规律特征和气象水 文预报信息,在有效预见期内通过预报预泄等方法适当抬高水库运行水位,在不降低防洪 标准的前提下达到增加水库综合兴利效益的目的。因梯级水库之间存在一定的水力联系和 库容补偿,单纯提高某一水库的汛期运行水位,未必能提高梯级水库的洪水资源利用率。相 对于单一水库汛期运行水位动态控制问题,梯级水库汛期运行水位的联合运用与动态控制 问题更加复杂,其复杂度主要表现在:①水力联系复杂,防洪库容的合理补偿分配难度大; ②水库维数和防护对象增加,汛期运行水位动态控制的风险分析难度增加;③各水库水文 预报的有效遇见期长短不一,梯级水库预报补偿调度难度增加。三维及以上梯级水库与二 维梯级水库的汛期运行水位动态控制调度相比,其难点主要表现在:二维梯级水库汛期运 行水位动态控制上限之间关联方程存在解析解,三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控 制上限之间关联方程的解析解尚不明确。

【发明内容】

[0003] 针对现有技术的不足,本发明基于"模拟-优化-决策"框架,综合运用聚合-分解理 论、预蓄预泄法、人工鱼群算法和网络分析法等理论方法,构建三维及以上梯级水库汛期运 行水位动态控制的通用模型,提出了一种三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方 法,可为梯级水库汛期运行水位联合动态控制方案的科学制定提供理论依据与技术支撑。
[0004] -种三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法,包括如下步骤:
[0005] 步骤一、建立模拟调度模块:基于聚合-分解理论和预蓄预泄法,解析三维及以上 梯级水库之间的预蓄水位上限之间关系;
[0006] 步骤二、建立优化调度模块:建立以洪水预报有效预见期内防洪风险率、欠发风险 率以及欠蓄风险率最小为目标函数,汛期运行水位为决策变量,人工鱼群算法为优化求解 算法的优化调度模块,给出汛期运行水位动态控制的非劣解集,为多目标决策模块提供决 策方案集,其中汛期运行水位的上限由步骤一建立的模拟调度模块推求得到;
[0007] 步骤三、建立多目标决策模块:建立以最小化防洪风险率、欠发风险率、欠蓄风险 率和最大化发电量、蓄水率为评价指标,以网络分析法为多目标评价方法的多目标决策模 块,按照优化调度模块给出的决策方案集优选汛期运行水位动态控制的决策方案。
[0008] 如上所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法,所述步骤二中各目 标函数公式如下,
[0009] (1)防洪风险率Rf最小
[0010]
[0011]
[0012] 式中,if为洪水预报有效预见期内第i个水库的防洪风险率;Zi为第i个水库的当 前运行水位;Zs为第i个水库的防洪安全控制水位;N为水库数目;t。为洪水预报起始时刻;Ty 为洪水预报有效遇见期;t为当前时刻;η为洪水预报有效预见期内的时段数;
[0013] ⑵欠发风险率RG最小
[0014]
[0015]
[0016] 式中,if为洪水预报有效预见期内第i个水库的欠发风险率为第i个水库的发 电量;Gd为第i个水库按常规调度或单库汛期运行水位动态控制调度对应的发电量;
[0017] (3)欠蓄风险率Rw最小
[0018]
[0019]
[0020] 式中,if为洪水预报有效预见期内第i个水库的欠蓄风险率为第i个水库的蓄 水率;Wd为第i个水库按常规调度或单库汛期运行水位动态控制调度对应的蓄水率。
[0021] 如上所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法,所述步骤二中各目 标函数及各水库需满足以下约束条件:
[0022] ①水量平衡约束
[0023] Vt+ij = Vtj+(Itj-Qtj-Ltj)At
[0024] 式中,Vt^Vt+u分别表示第j个水库t时段初、末的蓄水容积;It,j表示第j个水库t 时段水库平均入库流量;Qt,j表示第j个水库t时段水库平均出库流量;Lt,j表示第j个水库t 时段的水量损失;
[0025]②上游水库j+Ι与当前水库j之间的水力联系
[0026] Qin, j (t) = CoQ〇ut, j+i (t) +Kj+i, j (t)
[0027] Kj+i, j (t) = CiQ〇ut, j+i (t-1) +C2Qin, j (t~l) +Qin> (j, j+i) (t)
[0028]梯级水库自下而上编号为1,2,··· j…N,式中,Qin, j(t)为第j个水库t时段水库平均 入库流量、Qcmt,j+l(t)为第j + 1个水库t时段水库平均出库流量、Kj + 1,j(t)为t时刻水库j与水 库j+Ι的水力联系变量、Qcmt,j+I(t-1)为第j+Ι个水库t-ι时段水库平均出库流量、Q in,j(t-1) 为第j个水库t-1时段水库平均入库流量、Qin,aj+1)(t)为第j+1个水库t时段水库平均入库 流量,C〇、CdPC 2为马斯京根河道演算系数;
[0029]③水库水位约束 [0030] ZmintJ^ZtJ^ZmaxtJ
[0031]式中,Zt,j表示第j个水库t时段水位;Zmint,j表示第j个水库t时段允许消落到的最 低水位,为分期汛限水位;Zmaxq为第j个水库t时段允许蓄到的最高水位,是由步骤一模拟 调度模块推求得到的汛期运行水位上限;
[0032]④出库流量约束
[0033] Qmint, j < Qt, j < Qmaxt, j
[0034] 式中,Qminq表示水库放水量下限,一般由下游综合利用要求(如灌溉、航运、生态 环境等)确定;Q maxq表示水库放水量上限,一般受安全泄量、电站过水能力、水库泄流能力 限制。
[0035]⑤电站出力约束
[0036] P^n.t^PtJ^Prnax.t
[0037] 式中,Pmin,t表示第j个水库水电站t时段出力下限;Pmax, t表示第j个水库水电站t时 段出力上限,它们通过综合考虑机组额定出力、受阻容量及调峰要求确定。
[0038]如上所述的三维及以上梯级水库汛期运行水位动态控制方法,所述步骤二中用人 工鱼群算法求解梯级水库汛期运行水位动态控制优化调度问题可按如下步骤进行:
[0039]①参数初始化:设置人工鱼群规模Μ,感知距离Vi sual、步长Step、拥挤度f。、重复 尝试次数Number、最大迭代次数Tmax;
[0040] ②当前迭代次数T = 0,随机生成一定数量的人工鱼个体,形成初始鱼群;人工鱼的 表示方法为Z = (Z1,Ζ2,…zm),其中决策变量Zt代表第t时刻的汛期运行水位,满足水位约束 条件;
[0041] ③计算初始鱼群各人工鱼个体当前位置的食物浓度值,并比较大小,取食物浓度 值Y为最大值者进入公告板,保存其状态及Y值。食物浓度值Y具体的计算方法如下:根据状 态转移方程¥* +1,」(2*+1,」)=¥^(2^) + (1^-〇^-1^)八4十算各时段出库流量,若出库流量 Qy不满足出库流量约束条件,则重新调整Ζ^,否则进入下一步;计算发电水头Ht」,根据 = 计算出力,若出力Pq不满足出力约束条件,则重新调整Zq,否则进入下 一步;计算梯级水库的防洪风险率Rf、欠发风险率Rg和欠蓄风险率Rw,进一步计算食物浓度 Y=F(Z)=瓦+瓦,:其中,写、瓦、巧分别为经归一化处理后的防洪风险率、欠发风 险率和欠蓄风险率;
[0042] ④各人工鱼根据当前的能量水平选择执行追尾行为、聚群行为和觅食行为;
[0043] ⑤各人工鱼每行动一次后,检验自身状态与公告板状态,如果优于公告板状态,则 以自身状态取代之;
[0044] ⑥终止条件判断:判断T是否已达到预置的最大迭代次数Tmax,若是,则输出计算结
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