CN108053083B - 一种水库水电站非汛期联合优化发电调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水库水电站非汛期联合优化发电调度方法，通过对径流进行预测，建立整个非汛期的联合优化调度动态规划模型，调度时段按照旬进行调度，并在旬内的每一天根据昨天的实际来流对旬调度计划进行再修正，在每一旬调度结束后，根据旬末库水位，重新执行优化调度，并继续执行旬内的逐日修正，从而提高了水库水电站的优化运行精度。

Description

一种水库水电站非汛期联合优化发电调度方法

技术领域

本发明涉及一种水库水电站调度方法，更具体而言，是涉及一种一种水库水电站非汛期联合优化发电调度方法。

背景技术

大力发展水电资源是我国能源的重要战略，对于我国的水电资源而言，主要可以分为大中型水电和小型水电站，其中小型水电站是我国水力资源开发利用的一个重要组成部分，到目前为止，小型水电站的总装机容量约占水电装机的三分之一，年均发电量约占水电年均发电总量的四分之一，就电站的个数而言，小型水电站的个数占所有水电站个数的百分之九十五以上。但由于其分布分散、所处地区社会经济相对落后、管理水平较低，目前水资源利用效率较中大型水电站明显偏低。

对于水库式水电站，尤其式小型水库水电站，由于其重视程度较低，目前仍是靠经验进行发电，水库调度与水电站调度不能实现有效耦合，导致水库水电站的发电存在一定的低效运行。由于是非汛期，水库承担的防洪任务已经很小了，此时执行优化调度，对于水库水电站而言，可以提高对水能的利用效率。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种水库水电站非汛期联合优化发电调度方法。

本发明提供一种水库水电站非汛期联合优化发电调度方法，该调度方法适用于水库水电站的非汛期优化发电调度，该非汛期是指水库汛期结束到下一汛期来临，且下一汛期来临前水库库水位需降低至汛限水位，其特征在于包括如下步骤：

第一步：对整个非汛期的水库来流和水库用水情况进行预测，所述径流预测的时段可以选择为旬；

第二步：根据水电站布置形式，计算不同水库库水位下、不同发电流量下的水电站最优出力库，针对某一库水位、某一发电流量而言，可以根据水库水电站的流量-尾水位曲线进行查询得到该发电流量对应的尾水位，根据库水位、尾水位以及电站布置形式，可以得到任一机组流量分配下的各机组的水头损失，从而计算任一流量分配下的机组出力，对不同流量分配下的机组出力进行寻优，计算该库水位、该发电流量下的最优机组出力和最优机组流量分配，对所有库水位、所有引用流量进行分配，计算得到不同水库库水位下、不同发电流量下的水电站最优出力库；

第三步：在汛期结束第一天，获取水库实际库水位，整个非汛期调度结束后的库水位为汛限水位，按照所述实际库水位、汛限水位构建水库调度的动态规划调度模型，所述动态规划调度模型的状态变量为水库的库水位，根据调度要求对库水位进行离散，所述动态规划调度模型的调度周期为整个非汛期，各调度时段为非汛期的各旬，所述动态规划调度模型的目标函数为水电站最优发电量，对于任一库水位、任一下泄流量按照第二步得到的水电站最优出力库计算水电站出力，输入量为水库的预测来流情况，建立的约束条件包括水库库水位约束、水电站的出力约束、水电站的管道过流能力约束、水库用水约束，所述水库库水位约束为水库死水位与兴利水位之间，所述水电站的出力约束为水电站最小出力与最大出力之间，水电站的管道过流能力约束为电站最小开机流量与满发流量之间，所述水库用水约束包括灌溉、城市用水等，在处理用水约束时，水库下泄流量应优先满足水库用水要求，在满足用水要求的基础上进行水电站发电优化调度；

第四步：按照第三步中得到的水库调度过程执行非汛期第一旬的调度，由于动态规划的调度时段可知，该旬的调度流量为定值，则在第一旬的第一天按照所述定值进行调度，根据当前库水位、调度流量，按照第二步中得到水电站最优出力库，获取不同机组的流量分配，按照该流量分配执行第一天的发电调度；

第五步：在第一旬第一天调度结束后，获取第一天的实际来流情况，并与第一旬的预测来流进行比较，按照比较结果执行第一旬第二天的调度结果，所述比较结果为：若第一天实际来流小于第一旬的预测来流，则按照该旬的调度流量值发电，若第一天实际来流大于第一旬的预测来流且小于第一天结束后水库水位对应的水电站满发流量时，按照第一天的实际来流进行发电，若第一天实际来流大于第一天结束后水库水位对应的水电站满发流量时，则按照所述第一天结束后水库水位对应的水电站满发流量进行发电；依次，当第二天调度结束后，获取第二天的实际来流，按照上述比较方法，比较第二天实际来流与第一旬的预测来流，并按比较结果选择第三天的调度流量和调度方案，以此类推，直到完成第一旬的调度；

第六步，当第一旬调度结束后，获取当前库水位，按照第三步中的动态规划调度模型重新建立调度模型，所述调度模型与第三部中的调度模型不同的是调度时段的初始水位为第一旬调度结束后的水库库水位，其调度期末水位仍未汛限水位，调度周期较第三步的调度周期减小一旬，其余约束条件、目标函数不变，执行优化调度；

第七步：按照第六步中的优化调度结果，执行非汛期第二旬第一天的调度计划，之后按照第五步中的调度方法执行第二旬的逐天调度，直至第二旬调度结束；

第八步：在第二旬调度结束收，按照第六步、第七步的调度方法依次执行非汛期所有旬、以 及所述所有旬内的逐天调度计划，直至整个非汛期结束，水库库水位达到汛限水位。

作为优选，所述第二步中不同水库库水位下、不同发电流量下的水电站最优出力库的计算时，所述不同水库库水位为死水位到兴利水位之间，所述水位离散精度为0.5m，所述不同发电流量为最小开机流量到满发流量之间，所述流量精度为0.5m³/s。

作为优选，所述径流预测可以根据灰色理论、小波理论等进行预测，预测时根据水库历年的实际旬来流情况预测。

本发明的优点如下：

1、使用计算机自动计算，实现数据存储计算的自动实现，大大解放了劳动力，提高了效率；

2、根据预测流量，增加了调度的科学性和合理性；

3、由于预测来流的误差，本发明针对各旬调度后的实际库水位重新进行调度，增加了确定性的库水位因素，增加了调度的精度，减小了误差；

4、针对每旬的调度计划，根据上一天的实际来流情况，修正下一天的调度计划，方案执行更具有操作性，调度更符合实际情况。

具体实施方式：以下结合说明书具体实施方式，对本发明进行详细介绍。

本发明提供一种水库水电站非汛期联合优化发电调度方法，该调度方法适用于水库水电站的非汛期优化发电调度，该非汛期是指水库汛期结束到下一汛期来临，且下一汛期来临前水库库水位需降低至汛限水位，其特征在于包括如下步骤：

第一步：对整个非汛期的水库来流和水库用水情况进行预测，所述径流预测的时段可以选择为旬；

第二步：根据水电站布置形式，计算不同水库库水位下、不同发电流量下的水电站最优出力库，针对某一库水位、某一发电流量而言，可以根据水库水电站的流量-尾水位曲线进行查询得到该发电流量对应的尾水位，根据库水位、尾水位以及电站布置形式，可以得到任一机组流量分配下的各机组的水头损失，从而计算任一流量分配下的机组出力，对不同流量分配下的机组出力进行寻优，计算该库水位、该发电流量下的最优机组出力和最优机组流量分配，对所有库水位、所有引用流量进行分配，计算得到不同水库库水位下、不同发电流量下的水电站最优出力库；

第三步：在汛期结束第一天，获取水库实际库水位，整个非汛期调度结束后的库水位为汛限水位，按照所述实际库水位、汛限水位构建水库调度的动态规划调度模型，所述动态规划调度模型的状态变量为水库的库水位，根据调度要求对库水位进行离散，所述动态规划调度模型的调度周期为整个非汛期，各调度时段为非汛期的各旬，所述动态规划调度模型的目标函数为水电站最优发电量，对于任一库水位、任一下泄流量按照第二步得到的水电站最优出力库计算水电站出力，输入量为水库的预测来流情况，建立的约束条件包括水库库水位约束、水电站的出力约束、水电站的管道过流能力约束、水库用水约束，所述水库库水位约束为水库死水位与兴利水位之间，所述水电站的出力约束为水电站最小出力与最大出力之间，水电站的管道过流能力约束为电站最小开机流量与满发流量之间，所述水库用水约束包括灌溉、城市用水等，在处理用水约束时，水库下泄流量应优先满足水库用水要求，在满足用水要求的基础上进行水电站发电优化调度；

第四步：按照第三步中得到的水库调度过程执行非汛期第一旬的调度，由于动态规划的调度时段可知，该旬的调度流量为定值，则在第一旬的第一天按照所述定值进行调度，根据当前库水位、调度流量，按照第二步中得到水电站最优出力库，获取不同机组的流量分配，按照该流量分配执行第一天的发电调度；

第五步：在第一旬第一天调度结束后，获取第一天的实际来流情况，并与第一旬的预测来流进行比较，按照比较结果执行第一旬第二天的调度结果，所述比较结果为：若第一天实际来流小于第一旬的预测来流，则按照该旬的调度流量值发电，若第一天实际来流大于第一旬的预测来流且小于第一天结束后水库水位对应的水电站满发流量时，按照第一天的实际来流进行发电，若第一天实际来流大于第一天结束后水库水位对应的水电站满发流量时，则按照所述第一天结束后水库水位对应的水电站满发流量进行发电；依次，当第二天调度结束后，获取第二天的实际来流，按照上述比较方法，比较第二天实际来流与第一旬的预测来流，并按比较结果选择第三天的调度流量和调度方案，以此类推，直到完成第一旬的调度；

第六步，当第一旬调度结束后，获取当前库水位，按照第三步中的动态规划调度模型重新建立调度模型，所述调度模型与第三部中的调度模型不同的是调度时段的初始水位为第一旬调度结束后的水库库水位，其调度期末水位仍未汛限水位，调度周期较第三步的调度周期减小一旬，其余约束条件、目标函数不变，执行优化调度；

第七步：按照第六步中的优化调度结果，执行非汛期第二旬第一天的调度计划，之后按照第五步中的调度方法执行第二旬的逐天调度，直至第二旬调度结束；

第八步：在第二旬调度结束收，按照第六步、第七步的调度方法依次执行非汛期所有旬、以 及所述所有旬内的逐天调度计划，直至整个非汛期结束，水库库水位达到汛限水位。

作为优选，所述第二步中不同水库库水位下、不同发电流量下的水电站最优出力库的计算时，所述不同水库库水位为死水位到兴利水位之间，所述水位离散精度为0.5m，所述不同发电流量为最小开机流量到满发流量之间，所述流量精度为0.5m³/s。

作为优选，所述径流预测可以根据灰色理论、小波理论等进行预测，预测时根据水库历年的实际旬来流情况预测。

对本发明的原理介绍如下：

动态规划的可操作性：适用动态规划的问题必须满足最优化原理和无后效性。

1.最优化原理（最优子结构性质）：最优化原理可这样阐述：一个最优化策略具有这样的性质，不论过去状态和决策如何，对前面的决策所形成的状态而言，余下的诸决策必须构成最优策略。简而言之，一个最优化策略的子策略总是最优的。一个问题满足最优化原理又称其具有最优子结构性质。

2.无后效性将各阶段按照一定的次序排列好之后，对于某个给定的阶段状态，它以前各阶段的状态无法直接影响它未来的决策，而只能通过当前的这个状态。换句话说，每个状态都是过去历史的一个完整总结。这就是无后向性，又称为无后效性。

对于水库水电站的联合调度分析，当调度期为已知节段时，即其调度初始时刻的库水位已知，调度期末的水位已知，即该调度期为确定性的调度问题，在整个调度期内进行寻优，满足上述两种适用条件，动态规划计算方法可以适用于水库水电站联合调度模型的求解。

由于来流的不确定性，导致按照既定径流制定的调度模型与实际径流不符，其最优调度方案也非实际最优，即径流的不确定性，导致调度模型的求解也存在一定的误差。上述误差在于输入参数，即径流的误差导致。假设径流为确定性的实际来流，则上述调度方案应为最优调度方案，以下对其进行误差分析与修正模型建立：

假设实际来流为Qins，假设来流为Qinj，则来流误差为：

FQ=Qins-Qinj

误差应为时间序列的向量，应精确到径流获取的最小时段，以避免上述误差的累积。

则认为调度方案下的总发电量E也存在相应的误差，其误差等于：

FE=Es-Ej=f（FQ）

上述误差函数在本调度方案的调度模型下，应满足下述关系：

f（0）=0

f（a）>f（b）

其中，a为径流误差值1，b为径流误差值2，且a>b；上述函数关系可表示为：即当径流误差为0时，上述调度模型应求解为最优函数解；且误差越大，相对应的动态规划模型函数求解误差越大。

由于径流具有累积性，即累计误差会随着时间增大，以径流预测一直为负进行解释说明如下：

径流获取时段以水库实际测流为准，一般以日计算时段；而考虑时间因素和径流预测的不确定性，在实际水库调度中往往以旬或月进行计算，以日进行时段划分计算，既极大的影响求解速率，也由于径流预测的正负误差导致其实际意义不大，因此，以旬为调度期进行计算时，若不考虑径流误差的影响，其误差累计到旬末进行消除，即在每旬末进行消除，会导致径流误差的累计，从而影响调度结果，因此，应以日为单位进行误差消除。

考虑径流的正负误差，即多余来流导致径流误差为正，较小来流误差为负，将实际来流与计算来流进行比较，建立调度期内的误差消化模型，对于误差的消除与最优方案的制定具有重要作用；而在一个调度期结束，误差的消除效果体现在水位上，即当旬内实际来流大于径流预测时，其水位上升；旬内实际来流小于径流预测时，其水位下降，在此基础上，进行计算模型调整，引入实际水位，即考虑了上一旬度的径流误差，上述径流误差将在下一步的调度中进行消除。

本发明方案构建了两种误差消除模型，每日根据实际来流进行日调度计划进行误差的第一次消除，在计算期结束，讲径流误差融入到水位中，进行后续误差消除。其具体的调度计算模型如下（以旬为调度期，以日进行调度方案修正）：

11、根据各旬预测径流，建立整个调度期的水库调度和电站发电方案，并在第一旬第一天执行上述调度方案；

12、根据第一天实际来流反馈，与旬预测径流进行对比，执行第二天的调度方案修正；

13、根据第二天实际来流反馈，与旬预测径流进行对比，执行第三天的调度方案修正；

…………

1N、根据当旬最后二天的实际来流，与旬预测径流进行对比，执行本旬最后一天的调度方案修正；

21、根据当前库水位、预测调度期n-1旬（n为调度期总旬数）的预测来流，制定剩余调度期的水库调度和电站发电方案，并在该旬第一天执行上述调度方案；

…………

依次类推，实现日修正与旬度方案修正，从而实现径流预测方案的修正模型。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对本发明的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种水库水电站非汛期联合优化发电调度方法，该调度方法适用于水库水电站的非汛期优化发电调度，该非汛期是指水库汛期结束到下一汛期来临，且下一汛期来临前水库库水位需降低至汛限水位，其特征在于包括如下步骤：

第一步：对整个非汛期的水库来流和水库用水情况进行预测，径流预测的时段可以选择为旬；

第二步：根据水电站布置形式，计算不同水库库水位下、不同发电流量下的水电站最优出力库，针对某一库水位、某一发电流量而言，可以根据水库水电站的流量-尾水位曲线进行查询得到该发电流量对应的尾水位，根据库水位、尾水位以及电站布置形式，可以得到任一机组流量分配下的各机组的水头损失，从而计算任一流量分配下的机组出力，对不同流量分配下的机组出力进行寻优，计算该库水位、该发电流量下的最优机组出力和最优机组流量分配，对所有库水位、所有引用流量进行分配，计算得到不同水库库水位下、不同发电流量下的水电站最优出力库；

第三步：在汛期结束第一天，获取水库实际库水位，整个非汛期调度结束后的库水位为汛限水位，按照所述实际库水位、汛限水位构建水库调度的动态规划调度模型，所述动态规划调度模型的状态变量为水库的库水位，根据调度要求对库水位进行离散，所述动态规划调度模型的调度周期为整个非汛期，各调度时段为非汛期的各旬，所述动态规划调度模型的目标函数为水电站最优发电量，对于任一库水位、任一下泄流量按照第二步得到的水电站最优出力库计算水电站出力，输入量为水库的预测来流情况，建立的约束条件包括水库库水位约束、水电站的出力约束、水电站的管道过流能力约束、水库用水约束，所述水库库水位约束为水库死水位与兴利水位之间，所述水电站的出力约束为水电站最小出力与最大出力之间，水电站的管道过流能力约束为电站最小开机流量与满发流量之间，所述水库用水约束包括灌溉、城市用水等，在处理用水约束时，水库下泄流量应优先满足水库用水要求，在满足用水要求的基础上进行水电站发电优化调度；

第四步：按照第三步中得到的水库调度过程执行非汛期第一旬的调度，由于动态规划的调度时段可知，该旬的调度流量为定值，则在第一旬的第一天按照所述定值进行调度，根据当前库水位、调度流量，按照第二步中得到水电站最优出力库，获取不同机组的流量分配，按照该流量分配执行第一天的发电调度；

第五步：在第一旬第一天调度结束后，获取第一天的实际来流情况，并与第一旬的预测来流进行比较，按照比较结果执行第一旬第二天的调度结果，所述比较结果为：若第一天实际来流小于第一旬的预测来流，则按照该旬的调度流量值发电，若第一天实际来流大于第一旬的预测来流且小于第一天结束后水库水位对应的水电站满发流量时，按照第一天的实际来流进行发电，若第一天实际来流大于第一天结束后水库水位对应的水电站满发流量时，则按照所述第一天结束后水库水位对应的水电站满发流量进行发电；依次，当第二天调度结束后，获取第二天的实际来流，按照上述比较方法，比较第二天实际来流与第一旬的预测来流，并按比较结果选择第三天的调度流量和调度方案，以此类推，直到完成第一旬的调度；

第六步，当第一旬调度结束后，获取当前库水位，按照第三步中的动态规划调度模型重新建立调度模型，所述调度模型与第三部中的调度模型不同的是调度时段的初始水位为第一旬调度结束后的水库库水位，其调度期末水位仍未汛限水位，调度周期较第三步的调度周期减小一旬，其余约束条件、目标函数不变，执行优化调度；

第七步：按照第六步中的优化调度结果，执行非汛期第二旬第一天的调度计划，之后按照第五步中的调度方法执行第二旬的逐天调度，直至第二旬调度结束；

第八步：在第二旬调度结束收，按照第六步、第七步的调度方法依次执行非汛期所有旬、以及所述所有旬内的逐天调度计划，直至整个非汛期结束，水库库水位达到汛限水位。

2.如权利要求1所述的一种水库水电站非汛期联合优化发电调度方法，其特征在于：所述第二步中不同水库库水位下、不同发电流量下的水电站最优出力库的计算时，所述不同水库库水位为死水位到兴利水位之间，所述水位离散精度为0.5m，所述不同发电流量为最小开机流量到满发流量之间，所述流量精度为0.5m³/s。

3.如权利要求1所述的一种水库水电站非汛期联合优化发电调度方法，其特征在于：所述径流预测可以根据灰色理论、小波理论等进行预测，预测时根据水库历年的实际旬来流情况预测。