一種梯級水電站聯(lián)合運行水位控制斷面優(yōu)選方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種梯級水電站聯(lián)合運行水位控制斷面優(yōu)選方法。本發(fā)明利用梯級水電站兩壩間河道的水下地形及河道斷面數(shù)據(jù)，建立一維水動力學模型，并進行上游水電站不同下泄流量和下游水電站不同壩前水位組合工況下沿程水位過程線計算，生成兩壩間河道各待選斷面的水位集合，對各待選斷面的水位集合，計算其斷面水位穩(wěn)定性、斷面水位對于上下游水位的敏感性、斷面水位與上下游水位的相關性等特征值，并結合梯級水電站兩壩間河道特點，優(yōu)選一個合適的控制斷面。本發(fā)明能夠量化兩壩間河道不同斷面水位在不同來水頻率下的變化特征，優(yōu)選出的控制斷面的水位作為上下梯級水電站聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調度快捷建模的決策變量。
【專利說明】一種梯級水電站聯(lián)合運行水位控制斷面優(yōu)選方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于水力學與統(tǒng)計學的交叉【技術領域】，更具體地，涉及一種梯級水電站聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化運行水位控制斷面優(yōu)選方法。該方法能夠為流域管理機構進行梯級聯(lián)合發(fā)電調度快捷建模提供決策變量。

【背景技術】
[0002]梯級水電站間存在水力和電力聯(lián)系，不僅存在水流遲滯，某些梯級水電站間還存在水頭銜接關系，因此，梯級間水位控制對梯級水電站聯(lián)合運行、充分利用河流水位落差十分重要。通常，需分別采用上下游水電站壩前水位作為各水電站的決策變量。但由于梯級間洪水傳播存在延時，還需進行兩壩間河道洪水演算或通過流量平移進行簡化處理，計算量十分龐大。因此，兩壩間某斷面水位若能正確反映不同來水情勢下兩水電站壩前水位的關系，將會使梯級聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調度計算快捷和高效。如何合理的選擇梯級間河道某一斷面水位來代表兩壩前水位，直接關系到梯級上下游水電站發(fā)電水頭和出力的計算精度、以及水電站實際生產中工況的快速調節(jié)性能，對實現(xiàn)梯級聯(lián)合優(yōu)化調度、提高梯級總出力具有重要意義。


【發(fā)明內容】

[0003]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種梯級水電站聯(lián)合運行水位控制斷面優(yōu)選方法，通過梯級水電站兩壩間沿程水面線水力學模擬生成了待選斷面水位集合，建立了斷面水位特征值計算公式，采用梯級水電站兩壩間一維水動力學模擬，生成兩壩間待選斷面在不同流量方案下的水位集合，據(jù)此計算兩壩間河道不同斷面水位的穩(wěn)定性、敏感性、相關性等三種特征值，并結合梯級水電站兩壩間河道特點，優(yōu)選一個合適的控制斷面。該斷面水位作為梯級水電站聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調度快捷建模的決策變量，能夠實現(xiàn)梯級電站聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調度的實時響應和控制。
[0004]本發(fā)明提供一種梯級水電站聯(lián)合運行水位控制斷面優(yōu)選方法，包括以下步驟:
[0005]步驟I在梯級水電站間河道上選擇多個待選斷面?aN，N表示所述待選斷面?zhèn)€數(shù)；
[0006]步驟2根據(jù)所述待選斷面?aN以及上游入口斷面水位和下游出口斷面水位，選擇m個不同的組合工況，其中每個組合工況包括一個上游水電站下泄流量和一個下游水電站壩前水位，針對每個組合工況進行沿程水位過程線計算，得到所述待選斷面％?aN的水位集合Ii1?hN、所述上游入口斷面的水位集合hup和所述下游出口斷面的水位集合hd_:
[0007]hj = [hi；!, h12,…，Iii J，i = 1，…，N
[0008]hup = [hup l, hup 2，...，hup J
[0009]hd_ — [hd_—” hd_—2,...，hd_—m]
[0010]其中，hijhup」和hd_」分別表示待選斷面％、所述上游入口斷面和所述下游出口斷面在第j種組合工況下的水位，j = 1，2，…，m ；m表示所述組合工況的數(shù)量；
[0011]步驟3在獲得所述水位集合hi~hN后，進行所述待選斷面ai~aN水位的特征值計算，其中，所述特征值包括以下三種:
[0012](I)斷面水位穩(wěn)定性:

【權利要求】
1.一種梯級水電站聯(lián)合運行水位控制斷面優(yōu)選方法，其特征在于，包括:步驟I在梯級水電站間河道上選擇多個待選斷面B1~aN，N表示所述待選斷面?zhèn)€數(shù)；步驟2根據(jù)所述待選斷面~aN以及上游入口斷面水位和下游出口斷面水位，選擇m個不同的組合工況，其中每個組合工況包括一個上游水電站下泄流量和一個下游水電站壩前水位，針對每個組合工況進行沿程水位過程線計算，得到所述待選斷面B1~aN的水位集合Ii1~hN、所述上游入口斷面的水位集合hup和所述下游出口斷面的水位集合hd_:hi = [hi;i>hi,2.…，hJ，i = 1，...，N
"h =「"h "h...]η ?
iiUPiiup_2> y uUp_m」 ]η = 「]η ]η...]η ?
j^downL11down_l> 11down_2> ，udown_m」 其中，h^hup」和hd_」分別表示待選斷面％、所述上游入口斷面和所述下游出口斷面在第j種組合工況下的水位，j = 1，2，…，m ;m表示所述組合工況的數(shù)量； 步驟3在獲得所述水位集合Ii1~hN后，進行所述待選斷面~aN水位的特征值計算，其中，所述特征值包括以下三種: (1)斷面水位穩(wěn)定性:
其中，Ei表示所述待選斷面ai水位的方差，指示所述待選斷面％水位的穩(wěn)定性；；^表示所述待選斷面％根據(jù)所述步驟2得到的水位集合Iii中各水位的平均值； (2)斷面水位對于上下游水位的敏感性:
其中，Hi為所述待選斷面％水位的敏感性； (3)斷面水位與上下游水位的相關性:
其中，^表示所述待選斷面％與所述上下游水位的相關性；rup」表示所述待選斷面％與所述上游入口斷面水位的相關系數(shù)；rd_」表示所述待選斷面％與所述下游出口斷面水位的相關系數(shù)；Ip和分別表示根據(jù)所述步驟2計算得到的所述上游入口斷面水位集合hup和所述下游出口斷面水位集合hd_中各水位的平均值； 步驟4:根據(jù)各個待選斷面的特征值(Ei, η ” r,)，選出合適的控制斷面，其中，Ei表示所述待選斷面％的穩(wěn)定性；Hi表示所述待選斷面％對于所述上下游水位的敏感性表示所述待選斷面％與所述上下游水位的相關性。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中計算不同組合工況下的梯級間河道沿程水位過程線，采用如下圣維南方程組描述兩壩間的水力學過程:
其中，Q表示斷面流量；A表示斷面過水面積；x表示距水道參考斷面沿流程的距離；t表示計算時段序號；q表示單位長度河流的側向入流或出流；α表示動量分布系數(shù)；g表示重力加速度；C表示謝才系數(shù)；R表示斷面的阻力半徑山表示斷面水位。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，在河道的入口斷面、出口斷面、有實測數(shù)據(jù)的河道斷面以及汊點斷面各設置一個水位節(jié)點，在兩個所述水位節(jié)點的中點處布置流量節(jié)點。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，應用所述圣維南方程組對所述水位節(jié)點和所述流量節(jié)點進行離散化，得到線性方程組，對于每個節(jié)點的線性方程如下所示: akZ:\+PkZf+YkZ[^ Sk 其中，k表示節(jié)點序號，k = I, 2,…，2n-l ；t表示計算時段序號；對于所述水位節(jié)點，Zk ；和2丨++1分別表示第k個水位節(jié)點前后2個流量節(jié)點的流量值Zk 1表示第k個水位節(jié)點的水位值；對于所述流量節(jié)點，Zl\和Z=分別表示第k個流量節(jié)點前后2個水位節(jié)點的水位值，表示第k個流量節(jié)點的流量值；CIp β j, Y j, δ J分別表示所述圣維南方程組離散化所求得的線性方程系數(shù)。
5.如權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，當梯級水電站兩壩間河道地形復雜、流量較大時，根據(jù)所述穩(wěn)定性Ei數(shù)值在所述待選斷面~aN中選擇多個斷面作為備選斷面集；當梯級水電站兩壩間河道較長、支流較多時,根據(jù)所述敏感性Hi數(shù)值在所述待選斷面~aN中選擇多個斷面作為所述備選斷面集，然后，在所述備選斷面集中，根據(jù)所述相關性H數(shù)值選擇一個斷面作為所述控制斷面。
6.如權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，當梯級水電站兩壩間河道地形復雜、流量較大時，選擇所述穩(wěn)定性Ei數(shù)值由低到高排序前20%的斷面作為備選斷面集；當梯級水電站兩壩間河道較長、支流較多時，選擇所述敏感性Hi數(shù)值由高到低排序排名前.20 %的斷面作為所述備選斷面集，然后，在所述備選斷面集中，選擇所述相關性^數(shù)值最高的斷面作為所述控制斷面。
【文檔編號】G06F19/00GK104182634SQ201410416309
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權日:2014年8月21日
【發(fā)明者】周建中, 嚴冬, 莫莉, 劉懿, 閆寶偉, 王學敏, 李純龍, 王超, 馮宇, 盧鵬, 張德發(fā), 王華為, 謝蒙飛 申請人:華中科技大學