一种平衡小库容水力发电安全与防洪风险管控的方法与流程
本发明属于生产安全管理技术领域，具体涉及一种平衡小库容水力发电安全与防洪风险管控的方法。
背景技术：
水电短期内调能效果受到水库耦合性、水流时滞性、机组爬坡率、水文气象、电站调度、主观人为干预等多种原因的影响，现有的生产模式基本是通过对上游出库、本站入库、本站负荷和本站当前出库等情况进行人工手动简单计算或依据经验判断，造成小库容电厂负荷申请和调节频繁，泄洪设备动作频繁。这主要是由于以下几个方面的缺点造成的：(1)仅依靠系统采集统计和人为手动计算，存在人为计算误差且在计算时间周期内的变化没有进行采集和考虑，通过时间累积效应造成计算误差，粗略计算直接导致的是负荷的频繁申请和闸门的频繁调节动作，增加了工作量的同时也增加了风险；(2)当前的计算方法没有充分考虑到当前自身发电厂面临的实际问题和机组的实际工况，在计算中未能纳入风险计算和风险衡量；(3)人工计算本来就存在误差，然后计算中也没有采用其他方法对数据进行迭代校正，导致数据的误差较大；(4)现有的计算方法对于应急情况的反应基本上是出于平时经验的积累，在应急情况下的处理没有科学的指导、综合的考量和全面的把控，容易顾此失彼，极易出现忽略的地方，为生产埋下隐患；(5)现有的计算模式没有相对应的历史追溯功能，不利于管理。
技术实现要素：
为了解决当前单站调度模式下所存在的负荷调整时间掌握不准、全站出力估计错误和负荷分配精确度低的问题，本发明目的在于提供一种平衡小库容水力发电安全与防洪风险管控的方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种平衡小库容水力发电安全与防洪风险管控的方法，包括如下步骤：
s101.获取本级库区各台水电机组的历史负荷数值、历史水头数值和历史下泄流量数值，然后根据所述历史负荷数值、所述历史水头数值和所述历史下泄流量数值得到对应水电机组的负荷-水头-下泄流量关系qi(h,ni)，其中，h表示水头，ni表示本级库区第i台水电机组的负荷，qi(h,ni)表示本级库区第i台水电机组的下泄流量，i为自然数；
s102.针对本级库区，建立如下水量平衡稳定模型：
式中，t0为当前时刻，δt为下一次负荷调整时刻至当前时刻t0的时长，ts为本级库区的库容变化极限时长且大于δt，pi,t0为本级库区第i台水电机组在当前时刻t0的出力，ρi,t0为本级库区第i台水电机组在当前时刻t0的耗水率，n为本级库区的水电机组总台数，δp为本级库区各台水电机组在负荷调整时刻所分配的均分出力增量，ρi,t0+δt为本级库区第i台水电机组在负荷调整时刻的耗水率，qz为上级库区在当前时刻t0至未来时刻t0+ts之间的出库总水量，qg为本级库区在当前时刻t0至未来时刻t0+ts之间的泄洪总水量，
s103.获取本级库区在当前时刻t0的上游水位
式中，
s104.对所述预估水头数值
s105.获取上级库区在当前时刻t0的总出库流量
s106.对时长δt进行取值，并根据所述水量平衡稳定模型确定本级库区各台水电机组在负荷调整时刻的且所需分配的均分出力增量δp；
s107.在负荷调整时刻到达时，根据确定的所述均分出力增量δp对本级库区各台水电机组进行负荷分配。
优化的，在所述步骤s101中，按照如下方式得到各台水电机组的负荷-水头-下泄流量关系qi(h,ni)：
针对各台水电机组，分别采用二维插值法对所述历史负荷数值、所述历史水头数值和所述历史下泄流量数值进行插值处理，得到对应的所述负荷-水头-下泄流量关系qi(h,ni)。
进一步优化的，按照如下方式进行二维插值处理：
在所述历史负荷数值和所述历史水头数值的某一个定义区间上，先定义一个维度的数值轴，然后将另一数值轴的数值进行分散，并在分散的精度上对下泄流量进行插值，得到该维度下的下泄流量精确值。
优化的，在所述步骤s104中，所述预估水头数值
优化的，在所述步骤s106之后且在所述步骤s107之前，还包括如下步骤：
实时地对本级库区的上游水位采集值和/或入库流量采集值进行修正，得到本级库区的实时上游真实水位，然后以所述实时上游真实水位修正各台水电机组的实时耗水率，最后将该实时耗水率作为当前耗水率代入所述水量平衡稳定模型，得到修正的所述均分出力增量δp。
进一步优化的，采用容错滤波法对本级库区的上游水位采集值和/或入库流量采集值进行修正。
进一步优化的，按照如下方式获取所述入库流量采集值：
首先针对本级库区的各个区域流量断面，采用分段测量和微分计算法测算对应的水域断面流量，然后将各个区域流量断面的水域断面流量叠加，得到所述入库流量采集值。
优化的，在所述步骤s106之后且在所述步骤s107之前，还包括如下步骤：
实时地获取本级库区的即时上游水位、即时下游水位和各台水电机组的即时出力，然后根据这些即时数据和所述负荷-水头-下泄流量关系qi(h,ni)，推算本级库区各台水电机组的实时耗水率和在负荷调整时刻的预估耗水率，然后将该实时耗水率作为当前耗水率和该预估耗水率代入所述水量平衡稳定模型，得到修正的所述均分出力增量δp。
优化的，在所述步骤s106之后且在所述步骤s107之前，还包括如下步骤：
实时地将厂用电状态、主设备状态和泄洪溢流设备状态的风险系数分别引入所述防洪风险管控策略，然后对所述预估水头数值
优化的，在所述步骤s107中，针对各台水电机组，在负荷分配时避开对应的振摆区间。
本发明的有益效果为：
(1)本发明创造提供了一种在单站调度模式下能够精准掌握负荷调整时间、准确估计全站出力和提升负荷分配精确度的新方法，即基于本级库区各台水电机组的负荷-水头-下泄流量关系，可以得到各台水电机组在当前时刻的耗水率和在负荷调整时刻的预估耗水率，然后将耗水率和其它相关的当前参数代入本级库区的水量平衡稳定模型，使该模型简化为一个关于负荷调整时刻和负荷调整值的二元方程，只要确定负荷调整时刻，即可得到对应的且各台水电机组的均分出力增量，进而可精准掌握负荷调整的时间，准确估计全站的出力和提升负荷分配的精确度，既可避免频繁申请负荷和调节负荷，又可确保兼容水力发电安全与防洪风险管控策略，便于实际应用和推广；
(2)在负荷及水头的处理上，通过采用二维插值的方法对整体数据分布进行处理，可得到当前状况下的精准负荷与较为科学的机组下泄流量；
(3)可根据水库耦合关系及水文特性，引入机组发电能力及机组状态参数，策略建议负荷调整时间与数值更精确；
(4)在采样周期内，可保证上游水位的增加极限变化不超过上游极限水位最大值，下降极限变化不超过上游极限水位最小值，通过将水位变化区间更加缩小到所需的理想水位，使计算结果更加精准，水库调度更加科学；
(5)对上游水位及入库流量采样值进行容错滤波修正，以实际水位修正预测水位，以实际负荷修正预测负荷，通过在计算中引入偏差值的容错滤错，避免了现有方法的反复查询和多次计算；
(6)通过引入厂用电、主设备状态的风险系数，并按照权重对上游控制水位区间进行修正，而非现有的上游水位单一控制区间；
(7)通过机组振摆区间及机组耗水率计算因子的引入，使得在负荷分配时不仅单一关注负荷时间与数值，同时也避开了机组振动区和损伤区，增加设备可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的平衡小库容水力发电安全与防洪风险管控的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。
应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的所述平衡小库容水力发电安全与防洪风险管控的方法，可以但不限于包括如下步骤s101～s107。
s101.获取本级库区各台水电机组的历史负荷数值、历史水头数值和历史下泄流量数值，然后根据所述历史负荷数值、所述历史水头数值和所述历史下泄流量数值得到对应水电机组的负荷-水头-下泄流量关系qi(h,ni)，其中，h表示水头，ni表示本级库区第i台水电机组的负荷，qi(h,ni)表示本级库区第i台水电机组的下泄流量，i为自然数。
在所述步骤s101中，所述历史负荷数值、所述历史水头数值和所述历史下泄流量数值(前述下泄流量即为在发电时流经水电机组的水量)的获取方式均为现有方式，例如人工记录或采用相关传感器进行自动周期性记录和传输。但是根据所述历史负荷数值、所述历史水头数值和所述历史下泄流量数值直接得到的负荷-水头-下泄流量关系qi(h,ni)较为粗略，不利于后续用来精确计算瞬间耗水率，因此优选按照如下方式得到各台水电机组的负荷-水头-下泄流量关系qi(h,ni)：针对各台水电机组，分别采用二维插值法对所述历史负荷数值、所述历史水头数值和所述历史下泄流量数值进行插值处理，得到对应的所述负荷-水头-下泄流量关系qi(h,ni)。
具体的，按照如下方式进行二维插值处理：在所述历史负荷数值和所述历史水头数值的某一个定义区间上，先定义一个维度的数值轴，然后将另一数值轴的数值进行分散，并在分散的精度上对下泄流量进行插值，得到该维度下的下泄流量精确值。举例的，若所述历史负荷数值和所述历史水头数值均有k个点，则所述历史下泄流量数值在所述历史负荷数值和所述历史水头数值的定义区间上有k2个点，固定某一数值轴如水头数值轴h(i)，此时在负荷数值轴上存在k个维度：n(1)、n(2)、…、n(j)、…、n(k)，i,j分别为自然数；先对负荷数值轴进行二维插值，找到一个函数f(h,ni)在节点上与qi(h,ni)的数值一样，即f(h,ni)＝qi(h,ni)；然后得到如下极限公式：
式中，ht为本级库区在时刻t的水头数值，ni,t为本级库区第i台水电机组在时刻t的负荷数值，qi,t(ht,ni,t)为本级库区第i台水电机组在时刻t的下泄流量数值。在h→ht且qi→qi,t时，存在一个无限小的数ε，使得|ni(h,qi)-ni,t(ht,qi,t)|≤ε，此时在时刻t的水头下的负荷是较为符合负荷-水头-下泄流量曲线关系的，进而可通过推算的值与曲线进行拟合，得到在时刻t的精准单机组负荷与较为科学的单机组下泄流量。
s102.针对本级库区，建立如下水量平衡稳定模型：
式中，t0为当前时刻，δt为下一次负荷调整时刻至当前时刻t0的时长，ts为本级库区的库容变化极限时长且大于δt，
在所述步骤s102中，所述水量平衡稳定模型反映了上级库区与本级库区的耦合关系及水文特性，并引入机组发电能力及机组状态参数，可利于后续直接将负荷调整准确定位到调整时刻与调整数值。在所述水量平衡稳定模型中，本级库区的所述库容变化极限时长是指上级库区的水到达本级库区的时长。
s103.获取本级库区在当前时刻t0的上游水位
式中，
在所述步骤s103中，耗水率是指每发一个千瓦的电力，流过水电机组的水量(即下泄流量)，是表征水电机组发电效率的重要参数，不同的负荷与不同的水头对应于不同的机组耗水率。所述上游水位
s104.对所述预估水头数值
在所述步骤s104中，所述防洪风险管控策略为水电库区的现有管控标准，所述预估水头数值
s105.获取上级库区在当前时刻t0的总出库流量
在所述步骤s105中，所述总出库流量
s106.对时长δt进行取值，并根据所述水量平衡稳定模型确定本级库区各台水电机组在负荷调整时刻的且所需分配的均分出力增量δp。
在所述步骤s106中，所述时长δt可以小时为时间单位，例如取值为4小时，由于所述水量平衡稳定模型中仅含有两个未知量：时长δt和均分出力增量δp，因此每一个时长δt均只对应一个均分出力增量δp，从而可以推算出负荷调整时间和负荷调整值。当然相应的，所述均分出力增量δp在一定时间内还能对应于本级库区的库容变化δv，而库容变化δv又可反映到上游水位变化δha。
优化的，为了对负荷调整值进行迭代校正，在所述步骤s106之后且在步骤s107之前，还包括如下步骤：实时地对本级库区的上游水位采集值和/或入库流量采集值进行修正，得到本级库区的实时上游真实水位，然后以所述实时上游真实水位修正各台水电机组的实时耗水率，最后将该实时耗水率作为当前耗水率代入所述水量平衡稳定模型，得到修正的所述均分出力增量δp。具体的，可以但不限于采用容错滤波法对本级库区的上游水位采集值和/或入库流量采集值进行修正，以及可以但不限于按照如下方式获取所述入库流量采集值：首先针对本级库区的各个区域流量断面，采用分段测量和微分计算法测算对应的水域断面流量，然后将各个区域流量断面的水域断面流量叠加，得到所述入库流量采集值。前述根据修正结果得到本级库区的实时上游真实水位的方法以及分段测量和微分计算法均为现有常规方法。此外，在迭代利用模型进行修正前，还需将其它相关的实时参数(例如实时的总出库流量和下泄流量等)也一并代入所述水量平衡稳定模型中。
优化的，为了对负荷调整值进行迭代校正，在所述步骤s106之后且在所述步骤s107之前，还可包括如下步骤：实时地获取本级库区的即时上游水位、即时下游水位和各台水电机组的即时出力，然后根据这些即时数据和所述负荷-水头-下泄流量关系qi(h,ni)，推算本级库区各台水电机组的实时耗水率和在负荷调整时刻的预估耗水率，然后将该实时耗水率作为当前耗水率和该预估耗水率代入所述水量平衡稳定模型，得到修正的所述均分出力增量δp。此外，在迭代利用模型进行修正前，还需将其它相关的实时参数(例如实时的总出库流量和下泄流量等)也一并代入所述水量平衡稳定模型中。
优化的，为了对负荷调整值进行迭代校正，在所述步骤s106之后且在所述步骤s107之前，还可包括如下步骤：实时地将厂用电状态、主设备状态和泄洪溢流设备状态的风险系数分别引入所述防洪风险管控策略，然后对所述预估水头数值
s107.在负荷调整时刻到达时，根据确定的所述均分出力增量δp对本级库区各台水电机组进行负荷分配。
在所述步骤s107中，优化的，针对各台水电机组，在负荷分配时避开对应的振摆区间。由此可以让水电机组设备避开振动区间和损伤区间，确保水电机组的使用寿命。
综上，采用本实施例所提供的平衡小库容水电厂发电安全与泄洪风险的方法，具有如下技术效果：
(1)本实施例提供了一种在单站调度模式下能够精准掌握负荷调整时间、准确估计全站出力和提升负荷分配精确度的新方法，即基于本级库区各台水电机组的负荷-水头-下泄流量关系，可以得到各台水电机组在当前时刻的耗水率和在负荷调整时刻的预估耗水率，然后将耗水率和其它相关的当前参数代入本级库区的水量平衡稳定模型，使该模型简化为一个关于负荷调整时刻和负荷调整值的二元方程，只要确定负荷调整时刻，即可得到对应的且各台水电机组的均分出力增量，进而可精准掌握负荷调整的时间，准确估计全站的出力和提升负荷分配的精确度，既可避免频繁申请负荷和调节负荷，又可确保兼容水力发电安全与防洪风险管控策略，便于实际应用和推广；
(2)在负荷及水头的处理上，通过采用二维插值的方法对整体数据分布进行处理，可得到当前状况下的精准负荷与较为科学的机组下泄流量；
(3)可根据水库耦合关系及水文特性，引入机组发电能力及机组状态参数，策略建议负荷调整时间与数值更精确；
(4)在采样周期内，可保证上游水位的增加极限变化不超过上游极限水位最大值，下降极限变化不超过上游极限水位最小值，通过将水位变化区间更加缩小到所需的理想水位，使计算结果更加精准，水库调度更加科学；
(5)对上游水位及入库流量采样值进行容错滤波修正，以实际水位修正预测水位，以实际负荷修正预测负荷，通过在计算中引入偏差值的容错滤错，避免了现有方法的反复查询和多次计算；
(6)通过引入厂用电、主设备状态的风险系数，并按照权重对上游控制水位区间进行修正，而非现有的上游水位单一控制区间；
(7)通过机组振摆区间及机组耗水率计算因子的引入，使得在负荷分配时不仅单一关注负荷时间与数值，同时也避开了机组振动区和损伤区，增加设备可靠性。
以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
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