基于动态调节性能的水库群补偿调度方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明一种展延水库后续来水的动态数据挖掘方法及系统，所述方法包括如下步骤：对历史洪水按调度期内总水量大小进行排频，根据总水量频率阈值将历史洪水分为若干个量级；对历史洪水资料作标准化处理；选择洪水相似性指标，并将各个指标进行组合，形成不同的洪水相似性指标组合方案；相似洪水动态识别，构建相似洪水集；相似洪水选取；相似洪水展延。本发明通过相似洪水的动态识别与展延预估了水库的后续来水过程和水量，有效地弥补了当前洪水预报预见期过短的问题。
【专利说明】基于动态调节性能的水库群补偿调度方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于水利工程领域中的水库调度技术，尤其涉及一种基于动态调节性能的 水库群补偿调度方法及系统。
【背景技术】
[0002] 水库调度技术是指利用水库的调蓄作用对入库流量过程进行调节，改变天然径流 的时空分配，达到消除洪涝灾害、提高水资源和水能资源利用率的目的，是流域水库群运行 管理的重要手段之一。
[0003] 水库补偿调度属于防洪调度的范畴，其主要目标是在保证水库最高水位和调度期 末水位约束的前提下，通过水库群的联合调度，使得各个水库的出库流量和不可控的区间 来水过程在防洪点相互叠加所形成的流量过程的峰值最小，从而实现整个防洪系统防洪效 益的最大化。
[0004] 目前，现有的水库群补偿调度方法主要存在以下不足：⑴计算效率低。以逐次优 化算法（Ρ0Α)、动态规划（DP)为代表的数学规划方法在水库群补偿调度中应该较为广泛， 这类方法的计算时间较长，次洪计算所需的时间以分钟为量级，并且最优解不唯一，难以满 足水库实时防洪调度的实际应用要求。（2)考虑因素不够全面。现阶段的补偿调度通用模 型仅考虑了预泄和拦蓄这两个因素，该模型虽然容易实现，但是考虑的因素不够全面，难以 求得水库群最优的泄洪策略。
【发明内容】
[0005] 发明目的：一个目的是提供一种基于动态调节性能的水库群补偿调度方法，以解 决现有技术计算效率低，无法实现水库实时防洪调度的要求，以及考虑因素不全面的问题。
[0006] 另一个目的是构建一种基于动态调节性能的水库群补偿调度系统，以实现上述方 法。
[0007] 技术方案：一种基于动态调节性能的水库群补偿调度方法，包括如下步骤：
[0008] 建立防洪点超额水量分配模型；根据各水库动态调节系数的大小确定水库群轮库 补偿调度次序；确定水库群补偿调度的目标函数和约束条件；采用分级控制分段试算法计 算得到水库调度方案。
[0009] 上述方案进一步为：
[0010] 步骤1、建立防洪点超额水量分配模型：
[0011] 步骤11、计算防洪点超过安全泄量的水量Wg*，
[0012]
【权利要求】
1. 一种基于动态调节性能的水库群补偿调度方法，其特征在于，包括如下步骤： 建立防洪点超额水量分配模型；根据各水库动态调节系数的大小确定水库群轮库补偿 调度次序；确定水库群补偿调度的目标函数和约束条件；采用分级控制分段试算法计算得 到水库调度方案。
2. 如权利要求1所述的基于动态调节性能的水库群补偿调度方法，其特征在于，进一 步为： 步骤1、建立防洪点超额水量分配模型： 步骤11、计算防洪点超过安全泄量的水量Wg*，
其中，Q(t)为防洪点天然洪水过程；qA为防洪点的安全泄量；分别为超额水量的 起、止时序；Δ t为时段长；T为次洪总时段数； 步骤12、计算第i个水库泄流在防洪点的响应过程位于[h，tj时段的水量I，
其中，Q/⑴为第i个水库泄流在防洪点的响应过程，At为时段长； 步骤13、计算需要预留的库容Δ Δ = hi · Si-AWi 其中，AWi为第i个水库在计算期内的下泄水量，\为水库在当前水位下剩余的调蓄 库容，h为后续降雨量，Si为水库控制面积； 步骤14、计算第i个水库分担的拦蓄水量I ε?，η个水库的极限拦蓄水量Wss，第i个 水库实际拦蓄水量的分担系数，以及第i个水库实际拦蓄水量； 第i个水库分担的拦蓄水量，Wi，ε?= min {Vr Λ n个水库的极限拦蓄水量：
第i个水库实际拦蓄水量的分担系数
第i个水库实际拦蓄水量，AW/ = λ i · W拦蓄； 步骤2、根据各水库动态调节系数的大小确定水库群轮库补偿调度次序： 计算第i个水库动态调节系数a i，
其中，\为水库在当前水位下剩余的调蓄库容，△ Vi为需要预留的库容，Wi为第i个水 库泄流在防洪点的响应过程位于[h，tj时段的水量； 步骤3、确定水库群补偿调度的目标函数和约束条件： 以防洪点的洪峰流量最小为目标，其目标函数为： 第1个水库的目标函数表达式为：
其中，T为调度期时段数；qi (t)为第1个水库的出库流量在防洪点的响应过程；QK (t) 为区间流量过程；qA为防洪点安全泄量； 第i个水库的目标函数表达式为：
i-l 其中，qi(t)为第i个水库的出库流量在防洪点的响应过程；为第1库至第卜1 Μ 库的出库流量在防洪点的响应过程之和；其它变量同前所述； 约束条件包括水量平衡约束、水库最高水位约束、调度期末水位约束、水库泄流能力约 束和出库允许变幅约束： 其中，水量平衡约束：
其中，Qi (t-1) , Qi (t)为第i水库第t时段始末入库流量；qi (t-ι)，qi (t)为第i水库 第t时段始末出库流量(t-1)，\ (t)为第i水库第t时段始末水库的蓄水量；△ t为时 段长； 水库最高水位约束 Zi (t)彡 Zmax，i，Zmax，i = Z (V (Ζ，+ Λ W/ )， 其中，Zi(t)为第i水库第t时刻的水位；Zma!U为第i水库的最高控制水位；Ζ，为第i 水库的起调水位；AWi'为第i水库的实际拦蓄水量； 调度期末水位约束，彡Zu 其中，Zi;md为第i水库调度期末水位；为第i水库调度期末控制水位；当满足其他 约束时，可以取"="。 水库泄流能力约束，可用以下公式表示：qi(t) < qi(Zi(t)) 其中，qjt)为第i水库第t时刻的出库流量吨仏⑴）为第i水库第t时刻在水位 Z"t)时的泄流能力。 出库允许变幅约束，Ιια)-%α-ι) |彡▽ qi,m 其中，|qi(t)-qi(t-i) |为第i水库相邻时段出库流量的变幅；▽ qi，m为第i水库的允 许出库流量变幅； 步骤4、采用分级控制分段试算法计算得到水库调度方案。
3.如权利要求2所述的基于动态调节性能的水库群补偿调度方法，其特征在于， 所述步骤4进一步包括： 步骤41、给出水库仅考虑防洪库容单一约束条件下的初始理想最优解； 步骤42、根据水量平衡方程进行调节计算，并逐时段检验泄流能力约束和出库允许变 幅约束，如果满足约束条件，直接转下一步，否则修正出库流量后重新进行调节计算； 步骤43、检验最高水位约束，如果满足约束条件，直接转下一步，否则修正出库流量后 转步骤42重新进行调节计算； 步骤44、检验期末水位约束，如果满足约束条件，整理计算结果，结束计算，否则修正出 库流量后转步骤42重新进行调节计算。
4. 一种基于动态调节性能的水库群补偿调度系统，其特征在于，包括如下模块： 建模模块，用于建立防洪点超额水量分配模型； 调度模块，用于根据各水库动态调节系数的大小确定水库群轮库补偿调度次序； 函数确立模块，用于确定水库群补偿调度的目标函数和约束条件； 分级控制分段试算法模块，用于计算得到水库调度方案。
5. 如权利要求4所述的基于动态调节性能的水库群补偿调度系统，其特征在于，进一 步为： 用于建立防洪点超额水量分配模型的建模模块包括： 第一子模块、用于计算防洪点超过安全泄量的水量Wg*，
其中，Q(t)为防洪点天然洪水过程；qA为防洪点的安全泄量；h、h分别为超额水量的 起、止时序；Δ t为时段长；T为次洪总时段数； 第二子模块，用于计算第i个水库泄流在防洪点的响应过程位于[h，tj时段的水量 I，
其中，Q/⑴为第i个水库泄流在防洪点的响应过程，At为时段长； 第三子模块，用于计算需要预留的库容Λ\， Δ = hi · Si-AWi 其中，AWi为第i个水库在计算期内的下泄水量，\为水库在当前水位下剩余的调蓄 库容，h为后续降雨量，Si为水库控制面积； 第四子模块，用于计算第i个水库分担的拦蓄水量\ ε?，η个水库的极限拦蓄水量Ws 胃，第i个水库实际拦蓄水量的分担系数，以及第i个水库实际拦蓄水量； 第i个水库分担的拦蓄水量，Wi，ε?= min {Vr Λ n个水库的极限拦蓄水量，
第i个水库实际拦蓄水量的分担系数
第i个水库实际拦蓄水量，AW/ = λ i · W拦蓄； 所述用于根据各水库动态调节系数的大小确定水库群轮库补偿调度次序的调度模块 包括； 用于计算第i个水库动态调节系数a i的调节系数计算模块，
其中，Vi为水库在当前水位下剩余的调蓄库容，△ Vi为需要预留的库容，Wi为第i个水 库泄流在防洪点的响应过程位于[h，tj时段的水量； 用于确定水库群补偿调度的目标函数和约束条件的函数确立模块包括若干个个函数 确定子模块和约束条件建立子模块： 以防洪点的洪峰流量最小为目标，其目标函数为： 第1个水库的目标函数表达式为：
其中，T为调度期时段数；qi (t)为第1个水库的出库流量在防洪点的响应过程；QK (t) 为区间流量过程；qA为防洪点安全泄量； 第i个水库的目标函数表达式为：
r-1 其中，qi(t)为第i个水库的出库流量在防洪点的响应过程；为第1库至第i_l Μ 库的出库流量在防洪点的响应过程之和；其它变量同前所述； 约束条件建立子模块包括水量平衡约束建立子模块、水库最高水位约束建立子模块、 调度期末水位约束建立子模块、水库泄流能力约束建立子模块和出库允许变幅约束建立子 模块： 其中，水量平衡约束建立子模块建立如下水量平衡约束：
其中，Qi (t_l) , Qi (t)为第i水库第t时段始末入库流量吨(t_l)，qi (t)为第i水库 第t时段始末出库流量(t-1)，\ (t)为第i水库第t时段始末水库的蓄水量；△ t为时 段长； 水库最高水位约束建立子模块建立如下水库最高水位约束： Zi(t) 其中，Zi(t)为第i水库第t时刻的水位；Zma!U为第i水库的最高控制水位；Ζ，为第i 水库的起调水位；AWi'为第i水库的实际拦蓄水量； 调度期末水位约束建立子模块建立如下调度期末水位约束，Zi;end > Zi;e 其中，Zi;md为第i水库调度期末水位；为第i水库调度期末控制水位；当满足其他 约束时，可以取"="。 水库泄流能力约束建立子模块建立如下水库泄流能力约束，可用以下公式表示： qi(t) ^ q^Z^t)) 其中，qjt)为第i水库第t时刻的出库流量吨仏⑴）为第i水库第t时刻在水位 z"t)时的泄流能力。 出库允许变幅约束建立子模块建立如下出库允许变幅约束，Ιια)-%α-ι)ι彡vqi，m 其中，|qi(t)-qi(t-i) |为第i水库相邻时段出库流量的变幅；▽ qi，m为第i水库的允 许出库流量变幅； 步骤4、分级控制分段试算法模块，用于计算得到水库调度方案。
6.如权利要求5所述的基于动态调节性能的水库群补偿调度系统，其特征在于， 所述分级控制分段试算法模块用于执行如下计算过程： 步骤41、给出水库仅考虑防洪库容单一约束条件下的初始理想最优解； 步骤42、根据水量平衡方程进行调节计算，并逐时段检验泄流能力约束和出库允许变 幅约束，如果满足约束条件，直接转下一步，否则修正出库流量后重新进行调节计算； 步骤43、检验最高水位约束，如果满足约束条件，直接转下一步，否则修正出库流量后 转步骤42重新进行调节计算； 步骤44、检验期末水位约束，如果满足约束条件，整理计算结果，结束计算，否则修正出 库流量后转步骤42重新进行调节计算。
【文档编号】E02B1/02GK104099891SQ201410346468
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】钟平安, 万新宇, 朱非林, 贾本有, 陈娟 申请人:河海大学