基于拦蓄效益变化量的梯级水电站调度决策方法与流程

本发明属于水库群调度，更具体地，涉及一种基于拦蓄效益变化量的梯级水电站调度决策方法。

背景技术：

1、水头落差大的河段水能资源丰富，通常分级开展水利规划与水能资源开发，即利用梯级水电站的形式实现水资源高效利用。梯级水电站通常肩负防洪、发电、航运、生态等多项任务，相较于单一水电站的调度运行，梯级水电站的调度管理难度成指数级增长，尤其在消落期、蓄水期等关键过渡时期，梯级水库的调度控制策略对于能否充分发挥梯级系统的综合效益至关重要。应当通过科学方法制定梯级水电站关键期调度策略，合理地安排梯级水库的消落、蓄水次序，以最大化梯级水电站的发电效益。

2、现有研究通常利用水库调度图或优化调度模型来制定调度计划：水库调度图是一种直观指导水库运行的常用工具，可快速地获取水库的调度运行方案，但无法保证给定调度期内水库的发电效益；优化调度模型是通过确定调度期内水库的调度目标与调度约束，进而构建水库的优化调度模型，再利用动态规划等算法求解模型获得相应的调度方案，可实现给定调度期内水库调度目标的最大化，但模型求解比较耗时，通常存在“维数灾”问题。为兼顾梯级电站发电效益优化与调度方案编制效率，本发明提出一种综合考虑水电站水头效益和顶托影响的评价指标—拦蓄效益变化量，由此绘制梯级水电站的拦蓄效益变化图，辅助决策者快速制定科学合理的调度策略。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于拦蓄效益变化量的梯级水电站调度决策方法，旨在快速给出梯级水电站不同时间尺度的调度运行策略，优化梯级水电站的整体发电效益。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于拦蓄效益变化量的梯级水电站调度决策方法，包括如下步骤：

3、s1、收集梯级水电站的基础数据；

4、s2、定义拦蓄增发电量：拦蓄增发电量是表征水电站水头效益的评价指标，计算梯级各电站在不同运行工况下拦蓄单位水量前后的单日电量差值，获得梯级各电站在不同出库流量、运行水位的拦蓄增发电量；

5、s3、定义拦蓄损失电量：拦蓄损失电量是表征水电站对上游电站回水顶托影响的评价指标，计算梯级各电站在不同运行工况下拦蓄单位水量前后的相邻上游电站的单日电量差值，获得梯级各电站在不同出库流量、运行水位的拦蓄损失电量；

6、s4、定义拦蓄效益变化量：拦蓄效益变化量是兼顾水电站水头效益和回水顶托影响的评价指标，计算梯级各电站在不同出库流量、运行水位的拦蓄效益变化量；

7、s5、对梯级各电站的水位进行归一化处理，将相同出库流量下各电站的拦蓄效益变化量画在同一张图，得到不同出库流量下梯级水电站的拦蓄效益变化图；

8、s6、依据梯级水电站的拦蓄效益变化图，指导梯级水电站的调度运行，以最大化梯级电站的发电效益。

9、优选的方案中，所述s1中，梯级水电站的基础数据包括水位-库容曲线、尾水位曲线、预想出力曲线、水头损失曲线以及出力系数曲线。

10、优选的方案中，所述步骤s2中，拦蓄增发电量的定义为：计算指定出库流量和运行水位下水电站的单日电量，接着令该电站拦蓄单位水量，计算水位抬升后相同出库流量下电站的单日电量，电站水位抬升前后的单日电量差值即指定出库流量和运行水位下因该电站拦蓄使梯级增加的电量，拦蓄增发电量的计算公式为：

11、pgiwsi＝ei，2-ei，1＝(ni，2-ni，1)δt＝(ki，2hi，2-ki，1hi，1)riδt

12、ki，1＝fi，hk(hi，1)

13、ki，2＝fi，hk(hi，2)

14、

15、

16、式中，pgiwsi表示指定出库流量qi和运行水位zi下电站i的拦蓄增发电量；ei，1、ei，2分别表示电站i拦蓄单位水量前和拦蓄后的单日电量；ni，1、ni，2分别表示拦蓄前后的电站i的出力；δt表示单日时段长度，单位为小时；ki，1、ki，2分别表示拦蓄前后的电站i的出力系数；ri表示给定的电站i的发电流量；hi，1、hi，2分别表示拦蓄前后的电站i的发电水头；fi，hk(·)表示电站i的发电水头-出力系数函数关系式；zi、zi’分别表示拦蓄前后的电站i的上游水位；表示电站i的下游水位；hi，loss表示电站i的发电水头损失；fi，zv(·)、fi，vz(·)分别表示电站i的水位-库容函数关系式和库容-水位函数关系式。

17、优选的方案中，所述步骤s3中，拦蓄损失电量的定义为：计算指定出库流量和运行水位下水电站的相邻上游电站的单日电量，接着令水电站拦蓄单位水量，计算水位抬升后相同出库流量下的上游电站的单日电量，水位抬升前后的上游电站的单日电量差值即指定出库流量和运行水位下因该电站拦蓄使梯级损失的电量，拦蓄损失电量的计算公式如下：

18、pglwsi＝ei-1，1-ei-1，2＝(ni-1，1-ni-1，2)δt＝(ki-1，1hi-1，1-ki-1，2hi-1，2)ri-1δt

19、ki-1，1＝fi-1，hk(hi-1，1)

20、ki-1，2＝fi-1，hk(hi-1，2)

21、

22、

23、qi-1＝ri-1+qi-1＝qi＝ri+qi；

24、式中，pglwsi表示指定出库流量qi和运行水位zi下电站i的拦蓄损失电量；ei-1，1、ei-1，2分别表示电站i拦蓄单位水量前和拦蓄后的相邻上游电站i-1的单日电量；ni-1，1、ni-1，2分别表示拦蓄前后的上游电站i-1的出力；δt表示单日时段长度，单位为小时；ki-1，1、ki-1，2分别表示拦蓄前后的上游电站i-1的出力系数；ri-1表示给定的上游电站i-1的发电流量；hi-1，1、hi-1，2分别表示拦蓄前后的上游电站i-1的发电水头；fi-1，hk(·)表示上游电站i-1的发电水头-出力系数函数关系式；zi、zi’分别表示拦蓄前后的电站i的上游水位；zi-1表示上游电站i-1的上游水位；hi-1，loss表示上游电站i-1的发电水头损失，分别表示拦蓄前后的上游电站i-1的下游水位；fi-1，zdown(·)表示上游电站i-1的尾水位函数关系式；qi-1、qi分别表示电站i-1和电站i的出库流量；qi-1、qi分别表示电站i-1和电站i的弃水流量。

25、优选的方案中，所述步骤s4中，拦蓄效益变化量的定义为：计算指定出库流量和运行水位下的水电站的拦蓄增发电量和拦蓄损失电量，两者的差值即指定出库流量和运行水位下因该电站拦蓄使梯级发电效益产生的变化量，拦蓄效益变化量的计算公式如下：

26、bvwsi＝pgiwsi-pglwsi；

27、式中，bvwsi表示指定出库流量qi和运行水位zi下电站i的拦蓄效益变化量。

28、优选的方案中，所述步骤s6中，当给定梯级水电站的出库流量后，可查看对应的梯级水电站拦蓄效益变化图；接着给定梯级各电站的运行水位，即可从图中获得梯级各电站的拦蓄效益变化量。

29、优选的方案中，所述步骤s6中，水库调度运行分为蓄水、出入库平衡、消落三种调度方式，蓄水时，拦蓄效益变化量较高的水电站优先拦蓄水量，消落时，拦蓄效益变化量较低的水电站优先放水。

30、本发明提供的一种基于拦蓄效益变化量的梯级水电站调度决策方法，具有以下有益效果：

31、1、该方法定义了表征梯级水电站水头效益的拦蓄增发电量和表征梯级水电站间顶托影响的拦蓄损失电量这两个指标，并基于此构建梯级水电站的效益评价指标—拦蓄效益变化量，该指标可直观地展示梯级各电站拦蓄单位水量对梯级系统发电效益的影响，能快速有效地辅助梯级水电站的调度决策。

32、2、该方法所提供的梯级水电站拦蓄效益变化图，简单明了地展示梯级各电站在不同运行条件下的拦蓄效益变化量的变化情况与各电站间指标的相对高低，对比现有的调度决策方法，能快速高效地实现梯级水电站不同时间尺度的调度决策，最大化调度期内梯级系统的发电效益，同时避免优化算法等方法的复杂求解过程。