一種考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法，包括五個步驟：(1)閘門操作規(guī)則結(jié)構(gòu)化描述，解決復(fù)雜閘門操作規(guī)則的表述問題，(2)閘門操作規(guī)則實例化，解決如何應(yīng)用閘門操作規(guī)則結(jié)構(gòu)體實例來表述特定水電站閘門操作規(guī)則的問題；(3)閘門開度組合號序列優(yōu)化生成，解決閘門操作規(guī)則與傳統(tǒng)水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法的耦合問題；(4)閘門開度組合號序列優(yōu)化調(diào)整，解決洪水調(diào)度過程中個別時段水位越限及調(diào)度期末水位與目標(biāo)水位存在偏差的問題；(5)閘門操作計劃生成，解決根據(jù)閘門開度組合號序列動態(tài)生成閘門操作計劃的問題。本發(fā)明提高了水電站對后期泄洪流量過程預(yù)測的準(zhǔn)確性，提升了水電站防洪決策的快速響應(yīng)能力。
【專利說明】一種考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種洪水優(yōu)化調(diào)度方法，具體涉及一種考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法將所有閘門視為一個調(diào)度對象，只考慮所有閘門的整體泄流能力，不考慮各個閘門的允許開度、開啟順序、開度組合等閘門操作規(guī)則，僅能計算出水電站閘門群整體的優(yōu)化總泄洪流量過程線，而無法自動制定出各個閘門的優(yōu)化操作計劃。在實際運行環(huán)節(jié)中，需由調(diào)度人員根據(jù)該優(yōu)化總泄洪流量過程線，人工制定各個閘門的操作計劃。這種方式難以滿足水電站精細(xì)化調(diào)度和實時滾動調(diào)度的業(yè)務(wù)需求，同時也嚴(yán)重影響了防洪決策的效率。此外，由于實際運行中必須遵循各個閘門的操作規(guī)則，無法控制閘門按照預(yù)期的優(yōu)化總泄洪流量過程線運行，造成閘門實際總下泄流量與預(yù)期的優(yōu)化總下泄流量之間的偏差，進而引起后期實際庫水位與預(yù)期庫水位的偏差，進一步加劇實際泄洪流量和預(yù)期泄洪流量之間的偏差程度，嚴(yán)重影響了傳統(tǒng)水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法的實用價值。
[0003]水電站洪水優(yōu)化調(diào)度主要解決入庫洪水的優(yōu)化蓄泄問題，在確保水電站自身安全的前提下，盡可能減輕洪水對下游的危害作用，并適當(dāng)考慮洪水的資源化利用。傳統(tǒng)水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法將所有閘門視為一個對象，通過優(yōu)化調(diào)度計算得到整個水電站的優(yōu)化泄洪流量過程線，在此過程中并不考慮各個閘門的操作規(guī)則。實際執(zhí)行過程中，需要憑借調(diào)度人員的經(jīng)驗和不斷試算，參照已得到的預(yù)期優(yōu)化泄洪流量過程線和實際的庫水位，確定滿足各閘門允許開度、開啟順序、開度組合等操作規(guī)則的操作計劃，并人工實時調(diào)節(jié)泄洪設(shè)施的閘門開度，使得實際泄洪流量與預(yù)期泄洪流量盡可能接近。由于忽略了各閘門的操作規(guī)則，傳統(tǒng)水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法得到的優(yōu)化泄洪流量過程線與水電站真實泄流特性不符，從而造成執(zhí)行環(huán)節(jié)和計劃環(huán)節(jié)的嚴(yán)重偏離，大幅降低了傳統(tǒng)方法計算結(jié)果的價值和可參考性。
[0004]洪水優(yōu)化調(diào)度的最終目的是通過對洪水的合理調(diào)度，使得國民經(jīng)濟損失最小化。然而，洪水所造成的國民經(jīng)濟損失本身難以定量化計算，因此水電站洪水優(yōu)化調(diào)度通常采用簡化的方式來考慮洪水損失。一般情況下，洪水所造成的國民經(jīng)濟損失與最大泄洪流量呈正相關(guān)性，可以將國民經(jīng)濟損失最小化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為最大泄洪流量最小化目標(biāo)。利用數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以證明，洪水調(diào)度期內(nèi)運用確定的防洪庫容時，最大泄洪流量最小化的方案實際上就是泄洪流量最均勻的方案。`由于洪水調(diào)度的初始水位和末水位均提前確定，而洪水入庫的水量也提前確定，因此根據(jù)水量平衡的原理可提前確定出調(diào)度期內(nèi)的總泄洪水量，這意味著調(diào)度期內(nèi)各時段的泄洪流量之和是一個固定值。根據(jù)數(shù)學(xué)原理，當(dāng)多個自變量之和一定時，可以用各自變量的平方和來表述其均勻程度。因此，可以建立如下目標(biāo)函數(shù):
[0005]?(/ q2{l)dt , te[t0,td]

Jt0[0006]為了便于使用計算機求解，可對上述目標(biāo)函數(shù)進行離散化:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，依次包括以下幾個步驟: (1)閘門操作規(guī)則結(jié)構(gòu)化描述，采用結(jié)構(gòu)化的描述方法來完整表述閘門允許開度、開啟順序和開度組合信息，為閘門操作規(guī)則實例化以及計算機解析閘門操作規(guī)則提供基礎(chǔ)； (2)針對特定水電站進行閘門操作規(guī)則實例化，根據(jù)特定水電站的真實閘門允許開度、開啟順序和開度組合信息，動態(tài)生成和排列各類閘門操作規(guī)則結(jié)構(gòu)體的多個實例，并建立不同實例之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系； (3)生成優(yōu)化的閘門開度組合號序列，根據(jù)傳統(tǒng)水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法推求的理論泄洪流量過程線，逐時段計算最優(yōu)開度組合序號，形成整個調(diào)度期內(nèi)的優(yōu)化閘門開度組合號序列，用于解決閘門操作規(guī)則與傳統(tǒng)洪水優(yōu)化調(diào)度方法的耦合問題； (4)對閘門開度組合號序列進行優(yōu)化調(diào)整，針對洪水調(diào)度過程中庫水位越限的時段，調(diào)整前次閘門操作時刻，直至消除庫水位越限問題；針對調(diào)度期末庫水位與目標(biāo)水位的偏差情況及前次閘門操作情況，調(diào)整最后一次閘門操作時刻，直至調(diào)度期末水位最接近； (5)生成閘門操作計劃，通過對優(yōu)化閘門開度組合號序列的逐時段解析，動態(tài)生成滿足所有閘門操作規(guī)則要求的閘門操作計劃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于， 步驟(1)中，閘門操作規(guī)則結(jié)構(gòu)化描述方法如下: 將閘門的允許開度、開啟順序及開度組合信息分別采用OM結(jié)構(gòu)體、GT結(jié)構(gòu)體及CB結(jié)構(gòu)體來表征其中； OM結(jié)構(gòu)體用于存儲閘門特定開度的信息，內(nèi)容包括開度序號、開度值、開度類型、開度描述和由若干個水位、流量二元信息組構(gòu)成的水位流量關(guān)系曲線； GT結(jié)構(gòu)體用于存儲水電站特定閘門的信息，內(nèi)容包括閘門序號、閘門描述和允許的開度序號，GT結(jié)構(gòu)體通過開度序號與OM結(jié)構(gòu)體關(guān)聯(lián)； CB結(jié)構(gòu)體用于存儲特定的閘門開度組合信息，內(nèi)容包括規(guī)則序號和由若干個閘門序號、開度序號二元信息組構(gòu)成的開度組合信息，CB結(jié)構(gòu)體通過閘門序號和開度序號與GT結(jié)構(gòu)體關(guān)聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于， 步驟⑵中，對閘門操作規(guī)則進行實例化，是指針對實際水電站的閘門允許開度、開啟順序及操作規(guī)則信息，分別實例化OM結(jié)構(gòu)體、GT結(jié)構(gòu)體和CB結(jié)構(gòu)體，并形成針對實際水電站的開度表、閘門表和組合表，具體包括以下步驟: 首先，根據(jù)實際水電站的每種閘門允許開度，分別構(gòu)建對應(yīng)的OM結(jié)構(gòu)體實例，表述該閘門允許開度信息，所有的OM結(jié)構(gòu)體實例共同構(gòu)成完整的開度表； 其次，根據(jù)實際水電站的每個泄洪閘門，分別構(gòu)建對應(yīng)的GT結(jié)構(gòu)體實例，表述該閘門信息，所有的GT結(jié)構(gòu)體實例共同構(gòu)成完整的閘門表； 最后，根據(jù)實際水電站的每種閘門開度組合，分別構(gòu)建對應(yīng)的CB結(jié)構(gòu)體實例，表述該開度組合信息，所有的CB結(jié)構(gòu)體共同構(gòu)成完整的組合表。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于， 各所述OM結(jié)構(gòu)體實例中的水位流量關(guān)系曲線應(yīng)該嚴(yán)格按照水位遞增規(guī)律排列，以便于在求解過程中根據(jù)庫水位快速插值計算該開度對應(yīng)的泄洪流量； 所述開度表中的各OM結(jié)構(gòu)體實例可以按照開度值從小到大排列；所述閘門表中的各GT結(jié)構(gòu)體實例可以按照閘門的類型和物理位置排列；所述組合表中的各CB結(jié)構(gòu)體實例則應(yīng)嚴(yán)格按照閘門開啟先后順序和開度組合從小到大的順序進行排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，采取以下方法檢查所述組合表各CB結(jié)構(gòu)體實例之間順序是否正確: (al)在洪水起調(diào)水位和允許的最高庫水位之間按等間距原則選定若干個水位；(a2)選定其中一個水位，依次計算出該水位下不同CB結(jié)構(gòu)體實例對應(yīng)的泄洪流量；(a3)驗證所有CB結(jié)構(gòu)體實例是否滿足泄洪流量隨組合序號單調(diào)遞增的規(guī)律，若滿足則通過驗證，若不滿足則說明其中必有一個CB結(jié)構(gòu)體實例的信息存在錯誤，需校驗CB結(jié)構(gòu)體實例順序或CB結(jié)構(gòu)體實例信息的正確性，針對問題修改CB結(jié)構(gòu)體實例順序或CB結(jié)構(gòu)體實例信息直至通過驗證為止； (a4)若未遍歷完所有水位，則跳轉(zhuǎn)至步驟(a2)，若已遍歷完所有水位，則結(jié)束驗證。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于， 步驟(3)中，優(yōu)化的閘門開度組合號序列具體采用以下幾個步驟生成: (bl)根據(jù)時段初的庫水位，計算不同組合序號CB結(jié)構(gòu)體實例在該庫水位下的實際泄洪流量，并記錄實際泄洪流量與預(yù)期時段優(yōu)化泄洪流量之間的絕對值差或差值的平方； (b2)將絕對值差或差值的平方最小的CB結(jié)構(gòu)體實例作為時段最優(yōu)決策，將其組合序號作為該時段的最優(yōu)組合序號； (b3)根據(jù)時段初庫水位和該最優(yōu)組合序號，計算出時段的最優(yōu)泄洪流量； (b4)利用水量平衡方程計算出下個時段初的庫水位； (b5)是否遍歷完所有時段，若未遍歷完所有時段，則轉(zhuǎn)至步驟(bl)，若已遍歷完所有時段，則終止遍歷過程； (b6)將得到的多個最優(yōu)閘門開度組合號保持至序列中，即可形成優(yōu)化的閘門開度組合號序列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于， 步驟(4)中，閘門開度組合號序列優(yōu)化調(diào)整包括調(diào)度過程庫水位越限的調(diào)整和調(diào)度期末庫水位的調(diào)整； 所述調(diào)度過程庫水位越限的調(diào)整方法如下: (Cl)兼顧洪水調(diào)度過程控制的精度要求及閘門調(diào)節(jié)頻度的容許度要求，確定合理的閘門開度組合號序列優(yōu)化調(diào)整時段長，并將第一時段作為當(dāng)前時段； (c2)判斷時段末的庫水位是否越高限，若未越高限則直接進入下一個階段； (c3)若時段 末庫水位越高限，則往前尋找最近的一次閘門操作； (c4)判斷該次閘門操作是開閘還是關(guān)閘，若閘門開度組合序號與前時段相比增加，則說明該次閘門操作為開閘操作；若閘門開度組合序號與前時段相比減小，則說明本次閘門操作為關(guān)閘操作； (c5)若為開閘操作，則應(yīng)將開閘時刻提前，若閘門操作計劃優(yōu)化調(diào)整時段長為AT'，原閘門操作時刻為I則假定閘門操作時刻為△ T'，并從&- △ T'時刻所處的時段初開始進行逐時段水位計算，若該時段水位仍越限，則假定閘門操作時刻為t「2AT'，依次類推直至當(dāng)前時段水位不越限為止，若為關(guān)閘操作，則應(yīng)將關(guān)閘時刻延遲，假定閘門操作時刻為k+ΛΤ,，并從tjAT,時刻所處的時段初開始進行逐時段水位計算，若該時段水位仍越限，則假定閘門操作時刻為、+2ΛΤ'，依次類推直至當(dāng)前時段水位不越限為止； (c6)若在步驟(c5)中閘門操作時刻已前移至更早的一次閘門操作時刻或后移至更遲的一次閘門操作時刻，則應(yīng)該將更早的或更遲的閘門開度組合序號刪除，若閘門操作時刻已前移至調(diào)度期初或后移至當(dāng)前時段末，則終止當(dāng)前時段的水位越限調(diào)整，進入下一時段并轉(zhuǎn)至步驟(c2)； (c7)若未遍歷完所有時段，則進入下一時段并轉(zhuǎn)至步驟(c2)，若已遍歷完所有時段，則退出調(diào)度過程水位越限調(diào)整； 所述調(diào)度期末庫水位的調(diào)整方法如下: (dl)根據(jù)調(diào)度期末庫水位與目標(biāo)水位的偏差要求，對閘門開度組合號序列優(yōu)化調(diào)整時段長進行加密，作為調(diào)度期末庫水位調(diào)整的時段長△ T'，； (d2)綜合判斷調(diào)度期末庫水位越限情況和最后一次閘門操作情況，決定正確的閘門調(diào)整策略；若調(diào)度期末水位高于目標(biāo)水位且最后一次閘門操作為關(guān)閘操作，或者調(diào)度期末的水位低于目標(biāo)水位且最后一次閘門操作為開閘操作，則應(yīng)該延遲最后一次閘門操作時刻；若調(diào)度期末水位高于目標(biāo)水位且最后一次閘門操作為開閘操作，或者調(diào)度期末的水位低于目標(biāo)水位且最后一次閘門操作為關(guān)閘操作，則應(yīng)該提前最后一次閘門操作時刻； (d3)假定最后一次閘門操作時刻為k，若應(yīng)該延遲最后一次閘門操作時刻，首先找到最后一次閘門操作時刻所在的時段，然后從該時段初開始，分別假定最后一次閘門操作時刻為t六AT'，，&+2ΛΤ'，，……，直至調(diào)度期末，并利用水量平衡原理進行逐時段水位計算，得到相應(yīng)于上述每個閘門操作時刻的調(diào)度期末水位，找到其中與目標(biāo)水位偏差最小的調(diào)度期末水位以及對應(yīng)的閘門操作時刻，即為優(yōu)化調(diào)整后的閘門操作時刻； (d4)若應(yīng)該提前最后一次閘門操作時刻，首先找到倒數(shù)第二次閘門操作時刻所在的時段，然后從該時段初開始，若總共只有一次閘門操作，則從第一個時段初開始，分別假定最后一次閘門操作時刻為，，t「2AT'，，……，直至該時段初為止，并利用水量平衡原理進行逐時段水位計算，得到相應(yīng)于上述每個閘門操作時刻的調(diào)度期末水位，找到其中與目標(biāo)水位偏差最小的調(diào)度期末水位以及對應(yīng)的閘門操作時刻，即為優(yōu)化調(diào)整后的閘門操作時刻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于， 步驟(5)中，閘門操作計劃采用以下方法生成: 逐時段對比優(yōu)化閘門開度組合號序列中相鄰兩個時段的閘門開度組合序號，并通過對兩個閘門開度組合信息的對比解析，得出該時段的閘門操作計劃，遍歷所有時段并將各個時段的閘門操作計劃均保存到一個序列中，形成調(diào)度期內(nèi)的閘門操作計劃。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的考慮閘門操作規(guī)則的水電站洪水優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于， 若相鄰兩個時段的閘門開度組合序號相同，則本時段不進行閘門操作；若后一時段開度組合序號大于前一時段開度組合序號，對該時段進行開閘操作；若后一時段開度組合序號小于前一時段開度組合序號，對該時段進行關(guān)閘操作。
【文檔編號】G06Q10/04GK103646294SQ201310561132
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】芮鈞, 吳維寧, 劉觀標(biāo), 劉果, 徐潔, 李澤宏, 李永紅, 鄭健兵, 王安東, 王俊莉 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 南京南瑞集團公司, 國家電網(wǎng)公司