考虑水位和出力形状的水电出力靶向修整方法及系统与流程

本发明属于水库调度分析技术领域，特别涉及一种考虑水位和出力形状的水电出力靶向修整方法。

背景技术：

水电出力修整的研究主要用于水库调度优化，通过修整水电出力以得到满足水库调度约束且有利于目标优化求解的水电出力过程，可提高水库调度问题的求解效率，进而为水资源开发利用提供技术支持。提高水电出力的修整效果有助于优化求解包含诸多约束条件和调度目标的水库调度问题，有利于提升电力系统的调度技术水平。目前国内外的水库调度优化技术局限于过多地依赖智能算法的寻优性能进行调度优化求解，然而智能算法的随机生成机制并未在求解过程中结合诸如调度期末水位、发电出力波形等水库运行限制和需求从而致使其生成解大多不能满足水库调度的约束条件，降低了水库调度优化求解的效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种考虑水位和出力形状的水电出力靶向修整方法，以调度期末水位和出力过程形状为靶向，通过平移的修整方式得到保留出力过程形状且满足调度期末指定水位限制的水电出力过程，为水库调度优化提供技术支持。

为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑水位和出力形状的水电出力靶向修整方法，包括如下步骤：

步骤1，解析水电出力过程线，实现如下，

所述水电出力过程线是在直角坐标系x-y中，根据水电的出力过程，以时间t为横坐标，以出力值p为纵坐标得到；

将水电出力过程线解析为由若干点连接组成，设共有n个点，对应的坐标分别为(ti，pi)，ti为第i个出力发生的时间值，pi为第i个出力的值，0≤pi≤c，其中i为水电出力的序号，i＝1,2,…,n，c为水电装机容量；

将水电出力过程记为p，即p＝{pi}，i＝1,2,…,n；

步骤2，根据调度期初水位和水电出力过程计算调度期末水位h’n，

步骤3，根据调度期末的指定水位h’n-des，判断调度期末水位h’n是否满足指定条件，满足则前往步骤5，不满足则继续执行步骤4；

步骤4，判断平移方向，平移修整水电出力，更新平移特征参数，返回步骤2；

步骤4.1，判断平移方向，将本次平移方向标识记为ψ，包括如果h’n＞h’n-des，令ψ＝1，否则令ψ＝-1；

将上一次平移方向标识记为ψpre，第一次执行本步骤时令ψpre＝0；

如果ψpre＝0，前往步骤4.2.1，否则前往步骤4.2.2；

步骤4.2，平移修整水电出力，包括根据步骤4.1的判断执行步骤4.2.1或步骤4.2.2，

步骤4.2.1，此时ψpre＝0，

如果ψ＝1，并将电站出力以水电装机容量为上限全部向上平移α，记为pi＝min(pi+α,c)，其中0＜α＜c；

如果ψ＝-1，并将电站出力以0为下限全部向下平移β，记为pi＝max(pi-β,0)，其中0＜β＜c；

前往步骤4.3；

步骤4.2.2，此时ψpre＝1或ψpre＝-1，

如果ψ＝1且ψ×ψpre＝1，令α＝αpre，pi＝min(pi+α,c)；

如果ψ＝1且ψ×ψpre＝-1，令α＝0.5×βpre，pi＝min(pi+α,c)；

如果ψ＝-1且ψ×ψpre＝1，令β＝βpre，pi＝max(pi-β,0)；

如果ψ＝-1且ψ×ψpre＝-1，令β＝0.5×αpre，pi＝max(pi-β,0)；

前往步骤4.3；

步骤4.3，更新平移特征参数，令ψpre＝ψ；如果ψ＝1，令αpre＝α；如果ψ＝-1，令βpre＝β，将本轮平移的步长保留至下一轮；

步骤4.4，返回步骤2；

步骤5，输出修整后的水电出力过程线，得到保留出力过程形状且满足调度期末指定水位限制的水电出力过程。

而且，步骤2实现如下，

将第i个时段的时段初水位记为hi，第i个时段的时段末水位记为hi’，则h1为调度期初的起调水位，简称调度期初水位，h’n为调度期末的终止水位，简称调度期末水位；

将水库正常蓄水位记为hnorm，水库死水位记为hdead，依据调度期初水位h1和水电出力过程p，由调度期初t1至调度期末tn依次递推每个时段的时段末水位hi’，并将前一个时段的时段末水位作为后一个时段的时段初水位；然后从i＝1开始，逐个时段进行更新：

若hi’＜hdead则令hi’＝hdead，实现hi’更新，并以时段初水位hi和更新后的hi’重新推算该时段对应的出力值并更新pi，然后基于更新结果进入下一个时段的时段末水位推算；

若hi’＞hnorm则令hi’＝hnorm，实现hi’更新，并以时段初水位hi和更新后的hi’重新推算该时段对应的出力值并更新pi，然后基于更新结果进入下一个时段的时段末水位推算；

若hdead≤hi’≤hnorm，则无需更新hi’，直接进入下一个时段的时段末水位推算；

计算至最后一个时段得到满足水库水位约束的出力过程p和调度期末水位h’n。

而且，步骤3实现如下，

将步骤2得到的调度期末水位h’n与h’n-des的差值绝对值记为水位偏差δ，δ＝|h’n-h’n-des|；设水位偏差可接受阈值为λ，如果δ＞λ，则继续执行步骤4，否则前往步骤5。

本发明还提供一种考虑水位和出力形状的水电出力靶向修整系统，包括如下单元：

第一单元，用于解析水电出力过程线，实现如下，

所述水电出力过程线是在直角坐标系x-y中，根据水电的出力过程，以时间t为横坐标，以出力值p为纵坐标得到；

将水电出力过程线解析为由若干点连接组成，设共有n个点，对应的坐标分别为(ti，pi)，ti为第i个出力发生的时间值，pi为第i个出力的值，0≤pi≤c，其中i为水电出力的序号，i＝1,2,…,n，c为水电装机容量；

将水电出力过程记为p，即p＝{pi}，i＝1,2,…,n；

第二单元，用于根据调度期初水位和水电出力过程计算调度期末水位h’n，

第三单元，用于根据调度期末的指定水位h’n-des，判断调度期末水位h’n是否满足指定条件，满足则命令第五单元工作，不满足则命令第四单元工作；

第四单元，用于判断平移方向，平移修整水电出力，更新平移特征参数，包括执行以下步骤，

步骤4.1，判断平移方向，将本次平移方向标识记为ψ，包括如果h’n＞h’n-des，令ψ＝1，否则令ψ＝-1；

将上一次平移方向标识记为ψpre，第一次执行本步骤时令ψpre＝0；

如果ψpre＝0，前往步骤4.2.1，否则前往步骤4.2.2；

步骤4.2，平移修整水电出力，包括根据步骤4.1的判断执行步骤4.2.1或步骤4.2.2，

步骤4.2.1，此时ψpre＝0，

如果ψ＝1，并将电站出力以水电装机容量为上限全部向上平移α，记为pi＝min(pi+α,c)，其中0＜α＜c；

如果ψ＝-1，并将电站出力以0为下限全部向下平移β，记为pi＝max(pi-β,0)，其中0＜β＜c；

前往步骤4.3；

步骤4.2.2，此时ψpre＝1或ψpre＝-1，

如果ψ＝1且ψ×ψpre＝1，令α＝αpre，pi＝min(pi+α,c)；

如果ψ＝1且ψ×ψpre＝-1，令α＝0.5×βpre，pi＝min(pi+α,c)；

如果ψ＝-1且ψ×ψpre＝1，令β＝βpre，pi＝max(pi-β,0)；

如果ψ＝-1且ψ×ψpre＝-1，令β＝0.5×αpre，pi＝max(pi-β,0)；

前往步骤4.3；

步骤4.3，更新平移特征参数，令ψpre＝ψ；如果ψ＝1，令αpre＝α；如果ψ＝-1，令βpre＝β，将本轮平移的步长保留至下一轮；

步骤4.4，命令第二单元工作；

第五单元，用于输出修整后的水电出力过程线，得到保留出力过程形状且满足调度期末指定水位限制的水电出力过程。

而且，第二单元实现如下，

将第i个时段的时段初水位记为hi，第i个时段的时段末水位记为hi’，则h1为调度期初的起调水位，简称调度期初水位，h’n为调度期末的终止水位，简称调度期末水位；

将水库正常蓄水位记为hnorm，水库死水位记为hdead，依据调度期初水位h1和水电出力过程p，由调度期初t1至调度期末tn依次递推每个时段的时段末水位hi’，并将前一个时段的时段末水位作为后一个时段的时段初水位；然后从i＝1开始，逐个时段进行更新：

若hi’＜hdead则令hi’＝hdead，实现hi’更新，并以时段初水位hi和更新后的hi’重新推算该时段对应的出力值并更新pi，然后基于更新结果进入下一个时段的时段末水位推算；

若hi’＞hnorm则令hi’＝hnorm，实现hi’更新，并以时段初水位hi和更新后的hi’重新推算该时段对应的出力值并更新pi，然后基于更新结果进入下一个时段的时段末水位推算；

若hdead≤hi’≤hnorm，则无需更新hi’，直接进入下一个时段的时段末水位推算；

计算至最后一个时段得到满足水库水位约束的出力过程p和调度期末水位h’n。

而且，第三单元实现如下，

将第二单元得到的调度期末水位h’n与h’n-des的差值绝对值记为水位偏差δ，δ＝|h’n-h’n-des|；设水位偏差可接受阈值为λ，如果δ＞λ，则命令第五单元工作，不满足则命令第四单元工作。

本发明所提供的考虑水位和出力形状的水电出力靶向修整方法，通过自动化分析调度期末水位与指定水位的偏差以平移修整水电出力，提供了新的修整方法，结果简单明了，实施简便易行。在水库调度优化应用中，将指定的调度期末水位和水电出力过程作为输入，即可自动判断输入的水电出力过程是否满足指定的调度期末水位限制，并结合调度期末水位偏离情况以指定的调度期末水位和出力过程形状为靶向自动进行修正，可输出满足指定约束条件的水电出力过程。对比现有技术，首次提出以调度期末水位和出力过程形状为靶向进行水电出力过程修整，提升了水库调度优化求解的效率，是本技术领域的重要创新，有利于水库调度问题的优化求解，对于提高水电能源开发利用具有重要意义，具有重要的推广使用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的修整前的水电出力过程示意图。

图2是本发明实施例的向上平移修整后的水电出力过程示意图。

图3是本发明实施例的向下平移修整后的水电出力过程示意图。

图4是本发明实施例的平移修整水电出力流程图。

图5是本发明实施例的整体流程图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案、优点更加清晰，下面将结合本发明实施例和附图来介绍本发明的技术方案。

本发明实施例提供一种考虑水位和出力形状的水电出力靶向修整方法，包括如下步骤：

步骤1：解析水电出力过程线；

进一步的，步骤1水电出力过程的解析按照如下方式进行：

所述水电出力过程线是在直角坐标系x-y中，根据水电的出力过程，以时间t为横坐标，以出力值p为纵坐标得到。将水电出力过程线解析为由若干点连接组成，设共有n个点，对应的坐标分别为(ti，pi)，ti为第i个出力发生的时间值，pi为第i个出力的值，0≤pi≤c，其中i为水电出力的序号，i＝1,2,…,n，c为水电装机容量；将水电出力过程记为p，即p＝{pi}，i＝1,2,…,n。具体实施时，由本领域技术人员可根据电站运行的需要预先给定水电出力过程p，作为输入。

本步骤得到图1所示修整前的水电出力过程。

步骤2：根据调度期初水位和水电出力过程，计算调度期末水位h’n；

进一步的，步骤2调度期末水位的计算按照如下方式进行：

将第i个时段的时段初水位记为hi，第i个时段的时段末水位记为hi’，即每个时段对应有时段初/末水位，且前一个时段的时段末水位为后一个时段的时段初水位。h1为调度期初的起调水位，简称调度期初水位，h’n为调度期末的终止水位，简称调度期末水位。

将水库正常蓄水位记为hnorm，水库死水位记为hdead。依据调度期初水位h1和水电出力过程p，可由调度期初t1至调度期末tn依次递推(可采用现有水力计算方法实现)每个时段的时段末水位hi’，并将前一个时段的时段末水位作为后一个时段的时段初水位；然后从i＝1开始，逐个时段进行更新：

若hi’＜hdead则令hi’＝hdead，实现hi’更新，并以时段初水位hi和更新后的hi’重新推算该时段对应的出力值并更新pi，然后基于更新结果进入下一个时段的时段末水位推算；

若hi’＞hnorm则令hi’＝hnorm，实现hi’更新，并以时段初水位hi和更新后的hi’重新推算该时段对应的出力值并更新pi，然后基于更新结果进入下一个时段的时段末水位推算；

若hdead≤hi’≤hnorm，则无需更新hi’，直接进入下一个时段的时段末水位推算。

计算至最后一个时段即可得到满足水库水位约束的出力过程p和调度期末水位h’n。

步骤3：根据调度期末的指定水位h’n-des，判断调度期末水位是否满足指定条件，满足则前往步骤5，不满足则继续执行步骤4；

进一步的，步骤3调度期末水位是否满足指定条件的判断按照如下方式进行：

将调度期末的指定水位记为h’n-des；将步骤2得到的调度期末水位h’n与h’n-des的差值绝对值记为水位偏差δ，δ＝|h’n-h’n-des|；设水位偏差可接受阈值记为λ，如果δ＞λ，则继续执行步骤4，否则前往步骤5；具体实施时，可由本领域技术人员给定h’n-des和λ作为输入，其中hdead≤hi’≤hnorm，λ的建议优选取值范围为0～0.5m。

步骤4：判断平移方向，平移修整水电出力，更新平移特征参数，返回步骤2；

进一步的，步骤4按照如下方式进行：

步骤4.1，判断平移方向。将本次平移方向标识记为ψ；如果h’n＞h’n-des，令ψ＝1，否则令ψ＝-1；将上一次平移方向标识记为ψpre，第一次执行本步骤时令ψpre＝0；如果ψpre＝0，前往步骤4.2.1，否则前往步骤4.2.2。

步骤4.2，平移修整水电出力。

步骤4.2.1，此时ψpre＝0，

如果ψ＝1，并将电站出力以水电装机容量为上限全部向上平移α，即pi＝min(pi+α,c)，其中0＜α＜c；

如果ψ＝-1，并将电站出力以0为下限全部向下平移β，即pi＝max(pi-β,0)，其中0＜β＜c；

前往步骤4.3。

具体实施时，本领域技术人员可根据水位偏差δ值的大小对α和β取值，δ值越大，α和β取值越大。一般的说，水位偏差δ值越大，则电站出力过程需要平移的幅度越大，即α和β取值越大。平移使得水位偏差变小，直至达到能接受的范围。

步骤4.2.2，此时ψpre＝1或ψpre＝-1，

如果ψ＝1且ψ×ψpre＝1，令α＝αpre，pi＝min(pi+α,c)；

如果ψ＝1且ψ×ψpre＝-1，令α＝0.5×βpre，pi＝min(pi+α,c)；

如果ψ＝-1且ψ×ψpre＝1，令β＝βpre，pi＝max(pi-β,0)；

如果ψ＝-1且ψ×ψpre＝-1，令β＝0.5×αpre，pi＝max(pi-β,0)；

ψ×ψpre＝1表示上一轮平移未平移过头，且本次仍需按上一轮方向(向上/下)平移；

ψ×ψpre＝-1表示上一轮平移已经过头了，需要改变平移方向。

前往步骤4.3。

步骤4.3，更新平移特征参数。令ψpre＝ψ；如果ψ＝1，令αpre＝α；如果ψ＝-1，令βpre＝β，将本轮平移的步长保留至下一轮；

本步骤得到图2所示向上平移修整后的水电出力过程示意图，图3所示向下平移修整后的水电出力过程示意图。

步骤4.4，返回步骤2，根据当前的水电出力过程线重新计算调度期末水位h’n，直到满足指定条件，否则迭代执行步骤2～4不断调整。

步骤4的流程图如图4所示。

步骤5：输出修整后的水电出力过程线。

进一步的，步骤5水电出力过程的输出按照如下方式进行：

将前述步骤得到的满足指定条件的水电出力过程(ti，pi)输出。步骤1至步骤5的流程图如图5所示。

由图2和图3可知，本发明所提技术方案简易明了，切实可行，验证了本发明所提技术方案的有效性。

具体实施时，本发明所提供方法可基于软件技术实现自动运行流程，也可采用模块化方式实现相应系统。本发明实施例还提供一种考虑水位和出力形状的水电出力靶向修整系统，包括如下单元：

第一单元，用于解析水电出力过程线，实现如下，

所述水电出力过程线是在直角坐标系x-y中，根据水电的出力过程，以时间t为横坐标，以出力值p为纵坐标得到；

将水电出力过程线解析为由若干点连接组成，设共有n个点，对应的坐标分别为(ti，pi)，ti为第i个出力发生的时间值，pi为第i个出力的值，0≤pi≤c，其中i为水电出力的序号，i＝1,2,…,n，c为水电装机容量；

将水电出力过程记为p，即p＝{pi}，i＝1,2,…,n；

第二单元，用于根据调度期初水位和水电出力过程计算调度期末水位h’n，

第三单元，用于根据调度期末的指定水位h’n-des，判断调度期末水位h’n是否满足指定条件，满足则命令第五单元工作，不满足则命令第四单元工作；

第四单元，用于判断平移方向，平移修整水电出力，更行平移参数，包括执行以下步骤，

步骤4.1，判断平移方向，将本次平移方向标识记为ψ，包括如果h’n＞h’n-des，令ψ＝1，否则令ψ＝-1；

将上一次平移方向标识记为ψpre，第一次执行本步骤时令ψpre＝0；

如果ψpre＝0，前往步骤4.2.1，否则前往步骤4.2.2；

步骤4.2，平移修整水电出力，包括根据步骤4.1的判断执行步骤4.2.1或步骤4.2.2，

步骤4.2.1，此时ψpre＝0，

如果ψ＝1，并将电站出力以水电装机容量为上限全部向上平移α，记为pi＝min(pi+α,c)，其中0＜α＜c；

如果ψ＝-1，并将电站出力以0为下限全部向下平移β，记为pi＝max(pi-β,0)，其中0＜β＜c；

前往步骤4.3；

步骤4.2.2，此时ψpre＝1或ψpre＝-1，

如果ψ＝1且ψ×ψpre＝1，令α＝αpre，pi＝min(pi+α,c)；

如果ψ＝1且ψ×ψpre＝-1，令α＝0.5×βpre，pi＝min(pi+α,c)；

如果ψ＝-1且ψ×ψpre＝1，令β＝βpre，pi＝max(pi-β,0)；

如果ψ＝-1且ψ×ψpre＝-1，令β＝0.5×αpre，pi＝max(pi-β,0)；

前往步骤4.3；

步骤4.3，更新平移特征参数，令ψpre＝ψ；如果ψ＝1，令αpre＝α；如果ψ＝-1，令βpre＝β，将本轮平移的步长保留至下一轮；

步骤4.4，命令第二单元工作；

第五单元，用于输出修整后的水电出力过程线。

各模块具体实现可参见相应步骤，本发明不予赘述。

通过实施例成果可知，本发明所提技术方案给出了考虑水位和出力形状的水电出力靶向修整结果，说明了本发明的有效性。可知本发明可以自动有效地修整水电出力过程，以满足调度期末指定水位并保留出力过程形状，为水库调度优化求解提供了决策支持。

本发明主要应用于水电出力过程的修整，在含有诸多约束条件和目标函数的水库调度优化应用中，将指定的调度期末水位和水电出力过程作为输入，自动化判断水电出力过程是否满足指定的调度期末水位的要求，并结合调度期末水位偏离情况以指定的调度期末水位和出力过程形状为靶向自动进行修正，进而得到满足指定约束条件的水电出力过程。与现有的相关技术相比，本发明的创新在于首次提出以调度期末水位和出力过程形状为靶向进行水电出力修整。鉴于此，将本发明与现有的技术同时应用于水库调度优化求解中，可用以验证本发明技术方案的合理性。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。