第八章水库调度.ppt

第八章水库调度,第一节水库调度的意义及调度图第二节水电站水库调度第三节水库灌溉调度第四节水库防洪调度第五节水库优化调度,第八章,第一节水库调度的意义及调度图,第一节水库调度意义及调度图,一、水库调度的工作内容,第一节水库调度意义及调度图,第一节水库调度意义及调度图,第一节水库调度意义及调度图,二、传统工作内容,汛期值班值班员完成当班的各项工作任务；溢洪闸门启闭方式一经决定后，及时通知上下游各有关单位，并做好记录；按拍报要求按时进行雨量观测，观测仪器应经常清洗；按部颁水情拍报办法，依照拍报任务书向有关单位拍报本站水情，收译登记各报汛站水情电报及气象电报；填写生产日报表、计算各区域平均雨深，点绘坝址入库出库流量，水库水位过程线及上下游控制站的流量过程线；掌握当次洪水的预报调度过程，及时计算各时段的入库流量；答复有关单位对水情、调度的询问，重要内容在调度日志上做好记录；密切注视卫星云图接收处理系统和水情自动测报系统，摘录有关水情信息；校核上一班收译的水情气象电报和计算的各种生产报表图表，校核上一班所拍发的水情电报；做好交接工作。,非汛期值班填写生产日报，每天及时向中央控制室报送前一天的日平均入库流量和发电流量。按水文测验试行规范按时进行降雨量等观测。做好收译、登记水情电报及气象电报。发现问题及时查询。按规定答复外单位有关水情的询问。按时填写生产旬报、月报，及时向有关部门送报。月末填写降雨量月报。按部颁水情拍发办法和省水文总部下达的拍报任务书有关枯季拍报标准，按时拍发水情电报。收译的水文、气象电报，向外单位拍发的水情电报、电文底稿等，应及时移交下一班值班员校核。值班员应保持值班室的清洁卫生。,第一节水库调度意义及调度图,在防洪与兴利结合的水库调度中，必须把水库的安全放在首位。兴利效益务必要服从防洪调度统一安排，通过优化调度，把可能出现的最高洪水位控制在水库安全允许的范围内。在此大前提下，再统筹安排满足下游防洪和各兴利部门的要求。,第一节水库调度意义及调度图,水库调度图是以时间为横坐标，以水库蓄水量或水位为纵坐标，由一些控制水库蓄水和供水的指示线组成的曲线图，是根据过去水文资料和枢纽的综合利用任务制出的。绘制水库调度图基本依据：(1)来水径流资料；(2)水库特性资料和下游水位、流量关系；(3)水库各种兴利特征水位和防洪特征水位；(4)灌溉用水过程线；(5)水电站保证出力图；(6)其他综合利用要求。,图8-1,第一节水库调度意义及调度图,第二节水电站水库调度,图8-2水库供水期基本调度线,1上调度线；2下调度线,第二节水电站水库调度,一、年调节水电站水库基本调度线,（一）供水期基本调度线的绘制,步骤:选典型年修正使其满足：是典型年供水期平均出力接近保证出力；是供水期终止时刻应与设计保证率范围内多数年份一致。求各年供水期按保证出力图工作所需要的水库蓄水指示线。取各典型年指示线的上、下包线，即得供水期上、下基本调度线。,第二节水电站水库调度,图8-3供水期基本调度线的修正,1上调度线；2修正后的下调度线,第二节水电站水库调度,（二）蓄水期基本调度线的绘制,图8-4蓄水期水库调度线,水电站蓄水期水库调度的任务是：在保证水电站工作可靠性和水库蓄满的前提下，尽量利用多余水量加大出力，以提高水电站和电力系统的经济效益。,1上基本调度线；2下基本调度线,第二节水电站水库调度,（三）水库基本调度图,图8-5水库基本调度图,总之，当一个时段的来水高于调度范围时，前一个时段就要放水，低于调度范围时，前一时段就要蓄水。,1上基本调度线；2下基本调度线,A：供水期出力保证区B：蓄水期出力保证区C：加大出力区D：供水期出力减小区,水库水位在此区域内时，水电站应及早减小出力工作,第二节水电站水库调度,二、加大出力和降低出力调度线,（一）加大出力调度线,运行至时，发现水库实际水位比该时刻水库调度线相应的水位高出，可用它来加大水电站出力。,图8-6加大出力和降低出力,（1）立即加大出力。使水库水位在时段末ti+1就落在上调度线上。,（2）后期集中加大出力（线）。这种方式可使水电站较长时间处于较高水头下运行，对发电有利，但出力不均匀。,（3）均匀加大出力（线）。使出力均匀，充分利用水能资源。,1上基本调度线；2下基本调度线,第二节水电站水库调度,（二）降低出力调度线,经过一段时间至时，由于出现特枯水情况，水库供水的结果使水库水位处于下调度线以下，出现不足水量。,（1）立即降低出力（线）使水库蓄水在ti+1时就回到下调度线上。,（2）后期集中降低出力（线）。调度方式简单，且系统正常工作破坏的持续时间较短，但破坏强度大。,（3）均匀降低出力（线）。该方式使破坏时间长，但破坏强度最小。,图8-6加大出力和降低出力,第二节水电站水库调度,第三节水库灌溉调度,三、当年水库灌溉计划调度图的绘制,第三节水库灌溉调度,一、年调节水库灌溉调度图的绘制,二、多年调节水库灌溉调度图的绘制,四、有综合利用任务的水库调度概述,综合利用水库调度：当水库具有综合利用任务时，因各用水部门的设计保证率不同，综合利用原则，使国民经济各部门要求得到较好的协调，使水库获得较好的综合利用效益。,图8-7某多年调节综合利用水库调度示意图,A区是发电和灌溉的保证供水区，A区是发电的保证供水区和灌溉的折减供水区。,第三节水库灌溉调度,第四节水库防洪调度,第四节水库防洪调度,基本原理（预报调度）,建立流域预报模型,分期防洪限制水位,防洪库容的分摊,梯级电站的联合调度,特殊问题,防洪库容与兴利库容结合,防洪调度,预报洪水过程-滚动预报,调洪演算-面临时段的放水流量,梯级总拦蓄水量最小各库最大下泄流量最小,补偿调度模型规则调度模型预报预泄模型经验常规调度模型指令调度模型交互式水库调度,蚂蚁算法逐步优化算法遗传算法,水库群防洪优化调度模型,第四节水库防洪调度,交互式防洪调度决策,P1P2P3PTP2P3PTP3PTPTT,根据初始条件计算得出最优洪水调度方案，运行中，随着对面临时段以后洪水预报更新，对初始最优计划相应做出不断修正，并据之得出新的面临时段的最优调度方案。,第四节水库防洪调度,第四节水库防洪调度,第四节水库防洪调度,单一水电厂水库的洪水调度,一、无预报调度1.下游无防洪要求主要是确保大坝及其他建筑物的安全。若防洪库容全部安置在正常水位以上，可根据闸门启闭的规则按来量下泄，直至洪水大于整个建筑物的泄洪能力开始蓄水，调度极为简便。2.下游有防洪要求，基本上无区间洪水通常在正常蓄水位以下预留部分库容。这部分库容有的专为下游防洪之用，也有与大坝防洪结合使用的。3.下游有防洪要求，并有区间洪水首先要解决区间洪水的过程问题。在无预报情况下，只能根据区间实测洪水将其叠加在一起，取外包线作为洪水调度与下游洪水错峰的依据。,第四节水库防洪调度,图8-8下游区间洪水叠加图,Qc表示防洪控制站的安全泄量,第四节水库防洪调度,二、预报调度1.预报误差误差总是存在的，预报结果不可能与实际发生的完全吻合。误差的产生是多方面的，有信息传递的误差，有预报方案编制上的误差等。所以，进行洪水预报调度时，必须考虑具有一定的安全裕度。2.信息传递失灵当流域产生特大暴雨时，可能使通信线路中断，信息传递失灵。因此，在采取预报调度的同时，还不能完全废弃根据水位涨率做出判断等一系列无预报调度所采用的方法。3.区间洪水由于区间洪水一般具有集流快、预见期短的特点，同时区间洪水无法进入人为控制，给洪水调度带来一定困难。因此，如何正确地使用区间洪水预报是洪水调度的关键，为安全起见，宜与不采用预报结合考虑。,第四节水库防洪调度,二、经验调度,特点,根据,经验调度应当具备的条件和注意事项是：熟悉本水电厂上下游流域的各种情况，如地形、地貌、土壤、植被、水系等；对泄洪设备设计的安全裕度以及当前的完好程度做到心中有数；对雨情、水情信息可能产生的误差以及可能的失误做出明确判断；汛前做好充分准备；对调度失误所产生的补救办法有充分的准备；善于总结每个汛期洪水调度的经验教训。,第四节水库防洪调度,第五节水库优化调度,水库优化调度的基本内容是：根据水库的入流过程，遵照优化调度准则，运用最优化方法，寻求比较理想的水库调度方案，使发电、防洪、灌溉、供水等各部门在整个分析期间的总效益最大。,第五节水库优化调度,水电站水库优化调度关系到国民经济的发展，调度得当，其增加的效益相当可观，国内外实践表明，水电站优化调度一般可增加1%7%的发电效益。水电站水库优化调度作为流域梯级发电公司生产技术管理和电力营销中的一项重要工作，是发挥水库水电站潜力，参与市场竞争，充分利用水电资源多发洁净电能，减少其他能源消耗的有效措施；此外梯级水电站群上下游水力、电力联系密切，优化调度经济效益更为显著，否则，会造成无益弃水，直接影响发电效益。,第五节水库优化调度,常见的水库调度中采用的优化准则表示方法：(1)在满足电力系统水电站群总保证出力一定要求的前提下，使水电站群的年发电量期望值最大，这样可不至于发生因发电量绝对值最大而引起保证出力降低的情况。(2)火电为主、水电为辅的电力系统中的调峰、调频电站，使水电站供水期的保证电能值最大。(3)对水电为主、火电为辅的电力系统中的水电站，使水电站群的总发电量最大，或者使系统总燃料消耗量最小，也有用电能损失最小来表示的。,第五节水库优化调度,第五节水库优化调度,一、优化模型,（1）梯级电站年内出力最小的时段的出力尽可能大,即最大化最小出力，该目标的效果是为电网提供尽可能大的均匀的可靠出力，同时，达到增大枯期发电量的目的。目标：（8-1）,为整个梯级最大化的最小出力（）；为第i个电站出力系数；为第i个电站在第t时段发电流量（）；为第i个电站在第t时段平均发电净水头（）；为年内计算总时段数（计算时段为月，=12）；为梯级电站总数；,一）目标函数,（2）梯级电站年发电收益最大或年发电量最大。目标：（8-2）,第五节水库优化调度,为梯级电站年发电量；为第t时段电价。当1时，目标函数为发电量最大；当1时，目标函数则为发电收益最大化；为第t时段小时数。,（1）水量平衡约束（8-3）,第五节水库优化调度,二）约束条件,（2）水库蓄水量约束（8-4）,为第个电站第时段末水库蓄水量（）；为第个电站第时段初水库蓄水量（）；为第个电站第时段入库流量（）；为第个电站第时段弃水流量（）；为计算时段长度（）。,为第个电站第时段应保证的水库最小蓄水量（）；为第个电站第时段的水库蓄水量（）；为第个电站第时段允许的水库最大蓄水量（，通常是基于水库安全方面考虑的，如汛期防洪限制等）。,（3）水库下泄流量约束（8-5）（8-6）,第五节水库优化调度,（5）非负条件约束上述所有变量均为非负变量（0）。,为第个电站第时段应保证的最小下泄流量（）；为第个电站第时段最大允许下泄流量（）。,（4）电站出力约束（8-7）,为第个电站的允许的最小出力（，取决于水轮机的种类与特性）；为第个电站的装机容量（）。,二、模型求解,第五节水库优化调度,该系统采用动态规划方法求解。,一）动态规划原理,动态规划的基本思想是贝尔曼的最优化原理，即“作为整个过程的最优策略应具有这样的性质：无论过去的状态和决策如何，对面临的决策所形成的状态而言，余留的诸决策必须构成最优策略”。,阶段：根据时间或空间的特性，恰当地把所要求解问题的过程分为若干个相互联系的部分，每个部分就称为一个阶段。状态：是指某阶段过程演变时可能的初始位置。决策：当某个阶段状态给定以后，从该状态转移到下一个阶段某状态的选择。状态转移方程：若在某个阶段给定状态变量如阶段的决策一经确定，则下一阶段的状态变量也就完全确定。约束条件：问题为达到目标而应受到的各种限制条件。阶段收益：是指系统过程的某一阶段收益。目标函数：用来衡量所实现过程的优劣程度的一种数量指标。递推方程：实现目标函数最优的计算方程。,第五节水库优化调度,二）模型结构,第五节水库优化调度,三）水电站优化调度的动态规划法,对于具有长期调节性能的水电站水库，其水库运行调度是一个典型的多阶段决策过程，可以按照下列系统概化思路进行处理：,阶段与阶段变量状态变量决策变量列出状态转移方程建立效益函数与目标函数建立水电站水库最优调度的递推方程明确约束条件,第五节水库优化调度,图8-8多阶段决策逆序递推过程图,第五节水库优化调度,(12),(14),(10),(27),(26),(17),(44),(43),(33),(62),(58),(43),(83),第五节水库优化调度,用动态规划求解水电站水库优化调度问题，相比其它优化方法，有下述优点：,四）动态规划的优越性,思考题：为什么水库调度图两阶段间有些离散点间没有阶段效益值，即不可行调度线，如何判定不可行调度线？,第五节水库优化调度,拓展：1）水库优化调度领域引入许多新的优化算法包括，遗传算法、褪火算法、人工神经网络算法、蚁群算法、微粒群算法等等。2）风险调度，基于径流不确定性和电价不确定性的水库调度，引入风险理论，实施风险调度。3）水库优化调度决策支持系统，基于计算机技术、网络技术、现代优化决策理论构建的辅助决策支持系统。,第五节水库优化调度,以二滩水电站为例进行详细地说明。,二滩水电站优化运行管理,二滩竞价上网面对两大问题报价交易流程主要目标技术路线和各个子系统径流预报合约电量（月）滚动计划生产月交易电量优化边际电价预测系统集成,二滩水电站优化运行管理,1.二滩竞价上网面对两大问题,报什么?,二滩水电站优化运行管理,报多少？,二滩水电站优化运行管理,2.报价、交易流程,二滩水电站优化运行管理,3.主要目标,研究课题,二滩水电站优化运行管理,建立二滩径流、边际电价预测和电量交易优化决策支持系统,决策:,在考虑有关约束条件下，使年内逐月发电计划、日内96点电量分配最优化，最终使年发电的收入达到最大化。,二滩水电站优化运行管理,4.技术路线和各个子系统,二滩水电站优化运行管理,径流预测,二滩水电站优化运行管理,运用径流时间序列预测,二滩水电站优化运行管理,二滩水电站月平均流量预测效果评定和检验表（%）,二滩水电站优化运行管理,二滩水电站旬平均流量预测效果评定和检验表（%）,二滩水电站优化运行管理,枯期总量预测效果评定与检验表（%）,二滩水电站优化运行管理,二滩水电站3月份预测流量与实况比较图,二滩水电站优化运行管理,二滩水电站10月份预测流量与实况比较图,二滩水电站优化运行管理,二滩水电站枯水期（115月）流量总量预测成果图,二滩水电站优化运行管理,二滩水电站5月上旬预测流量与实况比较图,二滩水电站优化运行管理,二滩水