一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，包括以下步骤：按照梯级总预留库容要求将计算期分为两个调度时段，获取水位范围约束、水位变幅约束、出库流量范围约束、出库流量变幅约束、初水位、末水位、来水等信息；根据水位范围及水位变幅约束缩窄各水库水位运行区间；将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量；以梯级弃水量最小或发电量最大为目标，建立梯级水库防洪库容优化分配模型；采用动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型，得出梯级总拦蓄量在各水库间的最优分配结果，并将其转化为各水库的预留库容分配结果；本发明专利技术综合考虑了有预留库容阶段及后续阶段的来水形势，对梯级总预留库容在各水库间进行了合理优化的分配。了合理优化的分配。了合理优化的分配。

【技术实现步骤摘要】
一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法


[0001]本专利技术属于水库群防洪调度
，具体为一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法。

技术介绍

[0002]为保障流域的防洪安全，通常有串并联多个水库群组来参与联合防洪调度。对于水力、水利联系紧密的串联水库群，在共同承担下游的防洪任务时，可作为一个整体在水库群联合调度中考虑，即将串联水库群看作是一座“概念”水库，打捆使用防洪库容，以降低防洪调度问题的复杂性。当给定串联水库群总预留库容后，如何在各水库间进行分配，使得总效益最优，是合理利用水资源、充分发挥梯级效益的关键，因此研究串联水库群防洪库容优化分配问题具有重要的意义。
[0003]现有的水库群防洪库容优化分配研究，大多是以全局决策者的角度，以防洪控制点的超标洪量最小和梯级水库群剩余防洪库容最大为目标建立水库群防洪库容优化分配模型，计算得到各水库库容的优化分配方案，而对上级机构下达梯级总预留库容要求下的水库群库容分配问题研究较少，且对梯级水库分配库容的研究大多针对场次洪水，对后期的汛末衔接蓄水等情况的水资源高效利用问题考虑不足。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提出了一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，实现给定串联水库群总预留库容情况下各水库库容的快速优化分配。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，它包括以下步骤：
[0007]步骤1、对多个串联水库组成的梯级水库群，按照梯级总预留库容要求将计算期分为两个调度时段，获取水位范围约束、水位变幅约束、出库流量范围约束、出库流量变幅约束、初水位、末水位和来水信息；
[0008]步骤2、根据水位范围及水位变幅约束缩窄各水库水位运行区间；
[0009]步骤3、将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量；
[0010]步骤4、以梯级弃水量最小或发电量最大为目标，建立梯级水库防洪库容优化分配模型；
[0011]步骤5、以第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量为状态变量，第i级水库分配的拦蓄量为决策变量，基于动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型，得出梯级总拦蓄量在各水库间的最优分配结果，并将其转化为各水库的预留库容分配结果。
[0012]优选地，所述步骤1中调度初时刻为T0，有梯级总预留库容约束的时刻为T1，调度末时刻为T2，则以T0～T1时段为调度时段1，以T1～T2时段为调度时段2，分别计算两时段的调度时长
△
t1和
△
t2，单位为日。
[0013]优选地，所述步骤2中通过以下方式缩窄各水库水位运行区间：
[0014][0015]式中，分别表示原第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；分别表示原第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；分别表示缩窄后的第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；分别表示第i级水库的水位日升幅、水位日降幅；Z
i,0
表示第i级水库调度初时刻的水位；Z
i,2
表示第i级水库调度末时刻的水位；n表示水库群的水库数量。
[0016]优选地，所述步骤3中将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量的计算方式为：
[0017]△
S＝S
初
‑
S
[0018]式中，S
初
表示调度初时刻的梯级总预留库容；S表示第1时段末的梯级总预留库容，即需要分配的梯级总预留库容；
△
S表示第1时段的梯级总拦蓄量。
[0019]优选地，所述步骤4中梯级水库防洪库容优化分配模型如下：
[0020](1)目标函数
[0021]若以梯级发电量最大为目标，则目标函数表示为：
[0022][0023]若以梯级弃水量最小为目标，则目标函数表示为：
[0024][0025]式中，p
i
(
·
,
·
)表示第i级水库的发电流量、水头与出力的函数关系；H
i,j
、分别表示第i级水库第j时段的发电流量、水头、弃水流量；J、W分别表示梯级发电量、梯级弃水量；
[0026](2)约束条件
[0027]梯级总预留库容约束：
[0028]水量平衡约束：V
i,j
＝V
i,j
‑1+(I
i,j
‑
Q
i,j
)
×△
t
j
×
86400,i＝1,...,n；j＝1,2.I
i,j
＝Q
i
‑
1,j
+
△
I
i,j
,i＝2,...,n；j＝1,2.
[0029]水位约束：
[0030]水位变幅约束：
[0031]出库流量约束：
[0032]出库流量变幅约束：|Q
i,j
‑
Q
i,j
‑1|≤
△
Q
i
,i＝1,...,n；j＝1,2.
[0033]尾水位计算：
[0034]水头计算：
[0035]发电流量和弃水流量：
[0036]预想出力约束：
[0037]式中，u[i]表示第i级水库分配的拦蓄量；V
i,j
、I
i,j
、Q
i,j
、H
i,j
、
△
I
i,j
、Z
i,j
、分别表示第i级水库第j时段的末库容、入库流量、出库流量、下游水位、水头、区间流量、预想出力、发电流量、弃水流量、库水位、最小出库流量、最大出库流量；
△
Q
i
表示第i级水库的流量变幅；h
i
(
·
)表示第i级水库的出库流量与尾水位的函数关系。
[0038]优选地，采用动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型，需要将其转换为动态规划的形式，即：
[0039](1)状态变量：用X[i]表示第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量，为状态变量，X[1]＝
△
S，X[n+1]＝0；
[0040](2)决策变量：第i级水库分配的拦蓄量u[i]；
[0041](3)状态转移方程：X[i+1]＝X[i]‑
u[i][0042](4)根据目标函数建立递推方程：
[0043]若目标函数为发电量最大，则递推方程为
[0044][0045][0046]若目标函数为弃水量最小，则递推方程为
[0047][0048][0049]式中，G
i
(
·
)表示对第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量与第i～n级水库最优效益的函数关系；J
i
(<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤1、对多个串联水库组成的梯级水库群，按照梯级总预留库容要求将计算期分为两个调度时段，获取水位范围约束、水位变幅约束、出库流量范围约束、出库流量变幅约束、初水位、末水位和来水信息；步骤2、根据水位范围及水位变幅约束缩窄各水库水位运行区间；步骤3、将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量；步骤4、以梯级弃水量最小或发电量最大为目标，建立梯级水库防洪库容优化分配模型；步骤5、以第i级水库分配拦蓄量前的剩余拦蓄量为状态变量，第i级水库分配的拦蓄量为决策变量，基于动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型，得出梯级总拦蓄量在各水库间的最优分配结果，并将其转化为各水库的预留库容分配结果。2.根据权利要求1所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：所述步骤1中调度初时刻为T0，有梯级总预留库容约束的时刻为T1，调度末时刻为T2，则以T0～T1时段为调度时段1，以T1～T2时段为调度时段2，分别计算两时段的调度时长
△
t1和
△
t2，单位为日。3.根据权利要求1所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：所述步骤2中通过以下方式缩窄各水库水位运行区间：式中，分别表示原第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；分别表示原第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；分别表示缩窄后的第i级水库第1时段末的水位运行下限和上限；分别表示第i级水库的水位日升幅、水位日降幅；Z
i,0
表示第i级水库调度初时刻的水位；Z
i,2
表示第i级水库调度末时刻的水位；n表示水库群的水库数量。4.根据权利要求1所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：所述步骤3中将梯级总预留库容转化为梯级总拦蓄量的计算方式为：
△
S＝S
初
‑
S式中，S
初
表示调度初时刻的梯级总预留库容；S表示第1时段末的梯级总预留库容，即需要分配的梯级总预留库容；
△
S表示第1时段的梯级总拦蓄量。5.根据权利要求1所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：所述步骤4中梯级水库防洪库容优化分配模型如下：(1)目标函数若以梯级发电量最大为目标，则目标函数表示为：若以梯级弃水量最小为目标，则目标函数表示为：
式中，p
i
(
·
,
·
)表示第i级水库的发电流量、水头与出力的函数关系；H
i,j
、分别表示第i级水库第j时段的发电流量、水头、弃水流量；J、W分别表示梯级发电量、梯级弃水量；(2)约束条件梯级总预留库容约束：水量平衡约束：V
i,j
＝V
i,j
‑1+(I
i,j
‑
Q
i,j
)
×△
t
j
×
86400,i＝1,...,n；j＝1,2.I
i,j
＝Q
i
‑
1,j
+
△
I
i,j
,i＝2,...,n；j＝1,2.水位约束：水位变幅约束：出库流量约束：出库流量变幅约束：|Q
i,j
‑
Q
i,j
‑1|≤
△
Q
i
,i＝1,...,n；j＝1,2.尾水位计算：水头计算：发电流量和弃水流量：预想出力约束：式中，u[i]表示第i级水库分配的拦蓄量；V
i,j
、I
i,j
、Q
i,j
、H
i,j
、
△
I
i,j
、Z
i,j
、分别表示第i级水库第j时段的末库容、入库流量、出库流量、下游水位、水头、区间流量、预想出力、发电流量、弃水流量、库水位、最小出库流量、最大出库流量；
△
Q
i
表示第i级水库的流量变幅；h
i
(
·
)表示第i级水库的出库流量与尾水位的函数关系。6.根据权利要求1或5所述的一种串联水库群防洪库容优化分配的计算方法，其特征在于：采用动态规划法求解梯级水库防洪库容优化分配模型，需要将其转换为动态规划的形式，即：(1)状态变量：用X[i]表示第i级水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚新，汤正阳，曹辉，徐杨，马皓宇，卢佳，汪涛，
申请(专利权)人：中国长江电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：