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子河段流域采用蓄满产流模型进行产流计算,采用三层蒸发模型作蒸发计算,并用经验单位线作子河段流域的汇流计算,得出该子河段出口断面的流量。流域汇流计算采用汇流单位线。
该法将区间流域按等流时线的概念划分成若干个汇流时间基本相等的子河段。子河段流域采用三水源新安江模型作产汇流计算,得出该子河段出口断面的流量。采用非线性马斯京根法矩阵解作汇流计算,即可求得各区间流域出口及总出口坝址的流量过程。河道汇流计算采用马斯京根流量演算矩阵解,并考虑流域汇流的非线性作用。
2)马斯京根法河道流量演算
流量演算是将河道(或水库)视为独立系统,分析洪水波在此系统内的运动情况,通常是在圣维南方程组简化的基础上,利用上断面流量过程演算成下断面的流量过程。
在忽略惯性项的前提下,动力方程可简化为槽蓄方程:
W?K[xI?(1?x)Q]?KQ'
该式反映流量和水面比降对槽蓄量的影响。马斯京根法就是基于此槽蓄方程式。
''3QQ式中:,示储流量(m/s),?xI?(1?x)Q ;K,蓄量流量关系曲线的坡度(h),
可视为常数;x,流量比重系数。
对水量平衡方程和马斯京根法的槽蓄方程差分并进行求解,可得马斯京根法流量演算方程式为:
Q2?C0I2?C1I1?C2Q1
其中:
C0?C1?0.5?t?Kx0.5?t?K?Kx
0.5?t?Kx0.5?t?K?Kx ?0.5?t?K?KxC2?0.5?t?K?Kx
有:
C0?C1?C2?1
对于一个河段,可根据实测流量资料采用试算法确定参数K、x值,选定演算时段
?t后,可以求出C0、C1、C2,根据上断面流量过程I(t)及下断面起始流量计算
出下断面的流量过程Q(t)。
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对于入流过程涨洪历时较短,而洪水传播时间长的河段,可采用分段连续演算的方式进行马斯京根法。
对于流域汇流的模拟,常采用非线性马斯京根法矩阵解。 3) 实时校正模型
影响流域产汇流的因素相当复杂,预报模型不可能进行精确的模拟,必然存在着模型误差,同时,实测流量也存在着测量误差,二者综合影响使预报值与实测值存在差异。实时校正方法利用自动测报系统不断提供的新信息校正预报值,提高预报成果的精度。本系统实时校正模型可采用预报误差的线性系统模型,用递推最小二乘法估计模型参数(又称在线参数识别)。
2.2.2 水库优化调度
2.2.2.1 发电调度
发电调度主要是在满足电力系统要求、防洪安全等各种约束条件下,根据电站水情实时数据及水文预报,按照水库调度实际需要,采用优化调度方法挖掘水电站经济运行的潜力,快速准确地完成水电站中长期及短期发电调度计划的编制,合理地利用水电站水库水量与水头,充分发挥水库自身的调节性能,尽可能多地增发电量,提高发电效益。
a) 中长期发电调度
水电站中长期发电调度需综合考虑中长期水文预报信息、中长期电网负荷需求预报信息以及枢纽自身的运行检修计划等因素,研究调度周期内电站的优化运行方式、水位控制方式及目标。在全面考虑来水趋势、年度检修计划及用电负荷分析预测等信息的条件下,建立考虑水力、电力多重约束条件的大广坝电站中长期优化调度模型,实现该电站全年发电量在各调度时段的最优分配。
1) 功能
(1)可任意选择调度期初末时段,调度计算时段步长可以选择分钟、小时、日、周、旬、月等单位;
(2)可根据调度需要编制年计划、汛期、枯水期、平水期等多月发电计划; (3)系统可进行历史入库流量序列频率分析,采用中长期水文预报成果、历史入库流量频率分析成果或人工输入,进行中长期调度计算并编制中长期联合发电调度计
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划;
(4)可对单库及梯级电站组合(如与下游的戈枕水电站组合)进行调度计算; (5)能够根据水电站运行的侧重点不同选择相应的调度准则;
(6)可根据中长期预报结果、负荷变化、来水情况及其他因素的变化,对调度计划进行滚动修正;
(7)模型约束条件(如水位、流量、出力等)限值可采用固定值、范围和变幅等多种形式进行人工配置干预;
(8)调度软件结果的输出、曲线、各数据点号可根据电站建设和装机等变化进行动态的设置,方便发电计划功能的调整和升级;
(9)仿真计算:可支持不同时段单点值修改、过程值修改或同一时段不同数据类型的数据修改后,在约束条件全开放下的仿真计算,并同时支持图形和表格操作方式下的仿真计算,使仿真调度过程更加方便、实用、逼真;
(10)人机交互功能:可以根据电网和电站实际运行情况,灵活方便地对各时段和水库的入库流量、出库流量、水位以及出力进行人工修改,实现图表联动,并进行交互计算,系统自动调整采用相应的计算模型计算得出调度成果;
(11)对比分析功能:采用单图或多图形式,对多个方案调度结果及电站实际调度过程与调度计划进行对比显示,并辅以表格显示相应曲线的数据以及相关统计信息:水位、流量、出力的最大最小值、最大变幅、总发电量、总发电效益等;
(12)调度结果输出:可选择性输出水电站调度期初末水位、电站各时段初末库水位、尾水位、入库流量、出库流量、发电流量、弃水流量、发电负荷、发电水头、水头损失、发电量、耗水率、出力系数等信息,并以丰富的图形和表格形式对电站发电调度计划进行展示,输出报表统一在水调自动化系统报表功能中实现。
2) 常规调度
(1)水位控制模式:给定各时段初、末水位值,计算各时段出力和流量。 按给定的各时段水位进行控制,即根据预报入库流量和给定的水位确定可用水量并全部用来发电,当可用流量大于最大过机流量时,多余的水为弃水;当入库流量满足不了时段末水位控制要求时,按入库流量进行控制,此时出库流量为最小允许出库
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流量要求。
(2)流量控制:给定各时段下泄流量,计算出力、水位过程。
按给定的各时段出库流量进行控制,此时扣除综合利用需求用水后的流量全部用来发电。当给定的出库流量超过最大过机流量时,多余的水为弃水;当水库水位超过上限时,按上限水位进行控制,多余的水全部为出库流量;当水库水位低于下限时,按下限水位进行控制,余下的水为出库流量。
(3)出力控制:给定各时段出力,计算水位、流量过程。
按给定的各时段出力安排发电计划,除综合利用要求用水(如航运等)外,多余的水量全部蓄在水库中,直至水位达到上下限值。当水库水位超过上限时按上限水位控制,多余的水为弃水;当水库水位低于下限时,按最低水位进行控制,此时本时段电站发电为有多少水发多少电。
(4)调度图控制:应用常规调度图制定梯级水库的联合发电调度计划。以基本调度线体现水电站的保证运行方式;以加大出力线体现多余水量的利用方式;以降低出力线体现水量不足时的运行方式。
3) 优化调度 (1)模型
——发电计划目标函数
① 发电量最大。即给定水库在调度期内的用水或调度期末水位,安排水库(电站)的用水方式,使得电站在调度期内的发电量最大。
② 发电效益最大。与发电量最大目标相比,发电效益最大需考虑电站丰枯电价的差异,使电站尽可能增大丰平期发电收益,从而使调度期内电站总收益最大。
——负荷最优分配
① 长期蓄能最大(耗水量最小)。根据调度期内水电站各时段应发电量,安排电站的用水方式,使得调度期末蓄能最大。
——约束条件
① 水位约束。该约束包括水库本身具有的最小、最大库容限制以及调度期内依据调度规程设定的调节库容的限制、调度期末水位要求、水位变幅约束等,取其交集部
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分。
② 流量约束。该约束包括电站的下泄能力约束和调度期内依据调度规程设定的下泄流量约束、流量变幅约束。
③ 出力约束。该约束包括电厂的最大装机容量约束、电网负荷趋势需求、预想出力约束、保证出力约束、电站出力波动限制、调度期内对电厂出力的要求等,取所有约束的交集部分。
④ 备用容量约束。 ⑤ 机组过水能力约束。 ⑥ 水量平衡方程。
⑦ 机组运行状态约束。包括机组投运时间、检修计划、可用台数及机组运行约束等。
⑧ 生态约束。包括下游生态需水量约束、库区水位变幅约束等。 ⑨ 其它约束条件。 (2)求解方法
可选用动态规划法(DP、DDDP)、逐次优化法(POA)以及粒子群算法(PSO)等智能算法进行电站中长期优化计算,得到电站的发电调度方案。
b) 短期发电调度
通过系统地考虑电网调度要求、短期预报径流、机组和枢纽建筑物运行工况等多方面因素,分析电网调度对电站短期负荷实时调整、负荷备用及调峰等运行要求,以短期效益最优为目标,以中长期优化运行计划为指导,以实时水情信息、电力系统运行信息、计划信息、水文预报成果为数据基础,确定最优发电流量和负荷分配,建立电站短期优化调度模型,制定并调整满足电网安全经济运行要求的电站短期最优发电调度计划,从而提高电站的短期实时发电效益。
1) 功能
(1)可任意选择调度期初末时段,计算时段间隔可任意选择,如15分钟等; (2)可根据调度需要编制以15分钟、1小时、多小时等为时段的多日水电厂日发电调度计划;
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