專利名稱：梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法
梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法技術領域
本發明屬于水利工程水電站優化設計技術領域，具體涉及一種梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法。
背景技術：
隨著梯級水電站水庫綜合利用任務日益繁重，跨省區電網互聯、互供電交易規模的擴大，梯級水電調度出現多目標、多約束、諸多利益群體關系錯綜復雜的局面。水電調度運行方式安全性、經濟性、合理性、合法性面臨嚴峻挑戰，對電網安全穩定高效運行和梯級水庫水量統一調度管理工作構成重大影響。對于梯級水電站水庫防凌安全問題，通過對水庫的合理調度來調節河段凌汛情況具有重要意義。發明內容
本發明的目的是提供一種梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法，在保障梯級水庫防凌安全的同時，兼顧電網安全運行需求，使梯級電站水能效益得到最大程度發揮。
本發明所采用的技術方案是，一種梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法， 其特征在于，包括以下步驟
步驟1、建立梯級水庫優化模型
以調度期內梯級最小時段出力最大為優化目標，建立梯級水庫優化模型目標函數M
max N = Min^ N{m, t) (^=1, 2,L，Γ)，w=l
其中，N為梯級最小時段出力；N(m，t)表示第m級電站第t時段平均出力；m和t 分別為電站序號和時段序號；M和T分別為梯級電站總數和時段總數；
步驟2、將已知的梯級水庫參數及初始狀態等基本信息，輸入到步驟1中得到的梯級水庫優化模型目標函數中，設置該梯級水庫的水力約束條件以及電力約束條件，得到梯級水庫可行運行方式對應的多組各級水庫水位組合；
將得到的梯級水庫可行運行方式對應的多組各級水庫水位組合，輸入標準遺傳算法進行優化計算，由標準遺傳算法經選擇、雜交、變異操作得到該多組各級水庫水位組合對應的時段水位區間，再根據得到的多組時段水位區間中的最大值和最小值定義新的水位尋優空間，最終進行算法終止條件判斷，如滿足終止條件，則退出循環，并輸出最優水位組合方式；如不滿足終止條件，則將新的尋優空間重新輸入標準遺傳算法進行循環，直至滿足終止條件并輸出最優水位組合方式。
步驟2中，梯級水庫的水力約束條件以及電力約束條件包括
a水量平衡約束條件
V(m, t+1) = V(m, t) + (QI(m, t)-QO (m，t)) X Δ t，其中，QI (m, t)和 QO (m, t)分別表示第m級電站第t時段入庫、出庫流量；V(m，t)和V (m，t+1)分別表示第m級電站第t時4段末、時段初庫容；
b蓄水位限制條件
Zmin(m，t)彡Z(m，t)彡Zmax (m，t)，其中，Z(m，t)表示第m級電站第t時段水位， Zmax(m，t)和Zmin(m，t)分別表示第m級電站第t時段水位變化上限、下限；
c出庫流量約束條件
QOmin(m，t) ( QO (m，t) ( QOmax (m，t)，其中，QO (m，t)表示第 m 級電站第 t 時段出庫流量，QOmax (m，t)和QOmin(m，t)分別表示第m級電站第t時段出庫流量約束上限值、下限值；
d電站出力限制條件
Nmin (m，t)彡N(m，t) ^ Nmax (m, 0，其中，則111，0表示第m級電站第t時段出力， Nmax(m，t)和Nmin(m，t)分別表示第m級電站第t時段出力約束上限值、下限值；
e水位邊界條件
Z(m，l) = Zc, Z(m，T+l) = Ze，其中，Z(m，l)禾口 Z(m，T+l)分別表示第 m 級電站調度期始水位、調度期末水位和\分別表示調度期始、調度期末水庫蓄水水位；
f流量平衡約束條件
QI(m+l，t) = Q0(m，t)+q(m，t)，其中，，QI (m+1，t)表示第(m+1)級水庫第 t 時段入庫流量，QO (m，t)表示第m級水庫第t時段出庫流量，q(m，t)表示第t時段相鄰兩站之間區間流量；
其中，將a水量平衡約束條件、c出庫流量約束條件以及d電站出力限制條件均轉換成水位Z為約束變量的約束關系。
步驟2中的約束條件遺傳算法具體實現方法是
對于第i個水庫，將調度期分為兩個階段，將1 (T-I)時段作為第一階段，將 (T-I) T時段作為第二階段；第一階段以調度初始水位開始起調，控泄得第T-2時段末水庫水位變化范圍4 ；然后以第T-I時段末水位Z(i，T-1)作為第二階段末水位，將當前時段按照允許出庫流量約束控泄得第τ-1時段初水位變化范圍&，將區間&，Z1取交集并在所得交集內隨機生成第(τ-幻時段末水位，記作Z(i，T1)；如此循環，至全部時段計算完畢，即可生成第i個水庫全部時段水位變化的一組個體序列。
步驟2中，算法終止條件為算法循環次數滿足給定值，或者是算法尋優精度滿足給定值。
本發明方法的有益效果是，考慮到梯級電站的防凌、發電及電網安全運行等綜合目標，以調度期內梯級最小時段出力最大為優化目標，建立梯級水庫優化模型目標函數，并綜合考慮模型水力、電力及電網等約束條件，再通過改進加速遺傳算法對梯級長系列徑流資料進行調節計算，并綜合考慮下游河道過流安全、區間引水及灌溉用水等綜合利用要求的基礎上，制定梯級水電站水庫防凌庫容的優化配置方案。現有研究方法不能系統考慮梯級水電站的多目標綜合利用要求，不能充分挖掘梯級水電站的電力及徑流補償優勢，一定程度上限制了水電優勢的發揮。可見，與現有研究成果相比，本發明方法具有系統性、可行性和可操作性。


圖1是本發明方法的計算流程圖2是本發明中遺傳算法可轉化水力約束條件的實現詳細過程。
具體實施方式
本實施例以劉家峽水庫防凌庫容為例。劉家峽水庫防凌庫容的作用是存蓄防凌期上游來水量超出防凌控制流量的部分，在防凌控制流量一定的情況下，防凌庫容的大小取決于上游來水量的大小，上游來水量大，需要的防凌庫容亦大。劉家峽水庫預留防凌庫容的大小，不僅影響梯級電站發電出力的均衡性，而且影響梯級保證出力的大小，在設計枯水段梯級出力完全均衡的情況下，應保證梯級出力達到最大值。劉家峽水庫現行防凌庫容配置方案不能深刻反映上游徑流豐枯變化情況及梯級水庫之間的電力補償作用，限制了黃河上游水能優勢資源的發揮和下游河段防凌安全效益。
本發明梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法，包括以下步驟
步驟1、建立梯級水庫優化模型
黃河上游梯級水電站水庫群主要用于調峰，提高梯級保證出力。因此，以調度期內梯級最小時段出力最大為優化目標，建立梯級水庫優化模型目標函數M
權利要求
1.一種梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1、建立梯級水庫優化模型以調度期內梯級最小時段出力最大為優化目標，建立梯級水庫優化模型目標函數
2.按照權利要求1所述的梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法，其特征在于， 步驟2中，梯級水庫的水力約束條件以及電力約束條件包括a水量平衡約束條件V(m, t+1) = V(m, t) + (QI(m, t)-QO (m，t)) X Δ t，其中，QI (m, t)和 QO (m, t)分別表示第m級電站第t時段入庫、出庫流量；V(m，t)和V(m，t+1)分別表示第m級電站第t時段末、時段初庫容；b蓄水位限制條件Zmin (m,t) ^ Z(m,t) ^ Zmax (m，t)，其中，Z (m，t)表示第 m 級電站第 t 時段水位，Zmax (m， t)和Zmin(m，t)分別表示第m級電站第t時段水位變化上限、下限； c出庫流量約束條件QOmin(m，t)彡QO (m, t)彡QOmax (m，t)，其中，QO (m, t)表示第m級電站第t時段出庫流量，QOmax (m，t)和QOmin(m，t)分別表示第m級電站第t時段出庫流量約束上限值、下限值； d電站出力限制條件Nmin(m，t)彡N(m，t)彡Nmax(m，t)，其中，N(m，t)表示第m級電站第t時段出力，Nmax (m， t)和Nmin(m，t)分別表示第m級電站第t時段出力約束上限值、下限值； e水位邊界條件Z(m，l) = Zc, Z(m，T+1) = Ze，其中，Z(m，l)和Z(m，T+1)分別表示第m級電站調度期始水位、調度期末水位<LC和\分別表示調度期始、調度期末水庫蓄水水位； f流量平衡約束條件QI(m+l，t) =00(111，0+9(111，0，其中，，01(111+1，0 表示第(m+1)級水庫第 t 時段入庫流量，QO(m, t)表示第m級水庫第t時段出庫流量，q(m, t)表示第t時段相鄰兩站之間區間流量；其中，將a水量平衡約束條件、c出庫流量約束條件以及d電站出力限制條件均轉換成水位Z為約束變量的約束關系。
3.按照權利要求2所述的梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法，其特征在于， 步驟2中的約束條件遺傳算法具體實現方法是對于第i個水庫，將調度期分為兩個階段，將1 (T-I)時段作為第一階段，將(T-I) T時段作為第二階段；第一階段以調度初始水位開始起調，控泄得第T-2時段末水庫水位變化范圍A ；然后以第T-I時段末水位z(i，T-1)作為第二階段末水位，將當前時段按照允許出庫流量約束控泄得第T-I時段初水位變化范圍4，將區間4，Z1取交集并在所得交集內隨機生成第(T-2)時段末水位，記作Z(i，T-2)；如此循環，至全部時段計算完畢，即可生成第i個水庫全部時段水位變化的一組個體序列。
4.按照權利要求1所述的梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法，其特征在于， 步驟2中，所述算法終止條件為算法循環次數滿足給定值，或者是算法尋優精度滿足給定值。
全文摘要
本發明公開了一種梯級水電站水庫防凌庫容優化配置設計方法，首先，以調度期內梯級最小時段出力最大為優化目標，建立梯級水庫優化模型目標函數；輸入梯級水庫參數及初始狀態等基本信息，通過該梯級水庫的水力約束條件以及電力約束條件的驗證后，得到梯級水庫可行運行方式對應的多組各級水庫水位組合，再輸入標準遺傳算法進行優化計算，得到對應的時段水位區間，再定義新的水位尋優空間，進行算法終止條件判斷，直至滿足終止條件并輸出最優水位組合方式。本發明在保障梯級水庫防凌安全的同時，兼顧電網安全運行需求，使梯級電站水能效益得到最大程度發揮。
文檔編號E02B9/00GK102518092SQ201110405710
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者喬秋文, 冉本銀, 吳成國, 楊元園, 王義民, 薛金淮, 黃強 申請人:西北電網有限公司, 西安理工大學