[硕士论文精品]水电站水库中长期发电调度系统研究与开发 本科毕业论文

摘要本文利用C语言，以调度期内总发电量最大准则，综合利用常规调度图法、优化调度法、调度函数法等方法，开发出一个简单的基于NET框架、具有WINDOW界面的中长期发电调度系统。其中优化调度法包括动态规划法、离散微分动态规划法；调度函数法是在优化调度的成果基础上，运用多元线性回归得到调度函数后确定的一种调度方法。该系统所用的资料是福建省棉花滩水电站的资料，用到的资料存储在数据库中。建成的系统具有一定的通用性，可以用于快速开发其他水库的中长期发电调度系统。论文主要从以下几部分展开1）优化调度使用了动态规划法和离散微分动态规划法进行求解，并对结果进行分析，其中研究了惩罚因子与离散度对优化调度结果的影响；2）在软件中调用EXCEL对优化调度成果进行了线性回归分析，得到调度函数的系数，并应用所得到的调度函数进行长系列模拟计算；3）常规调度使用迭代试算建模求解，研究了常规调度法有关参数对调度结果的影响；4）对常规调度法、优化调度法、调度函数法发电调度的结果进行了对比分析；5）使用C语言开发出水电站水库中长期发电调度界面软件，展示了调度软件的成果，提出了中长期发电调度系统界面软件开发过程中需要注意的问题。关键字中长期发电调度；水库调度；优化调度；调度函数；软件设计ABSTRACTBYUSINGCLANGUAGE,TOGETTHEMAXIMUMTOTALGENERATINGCAPACITYDURINGTHEPERIODOFSCHEDULING,USINGCONVENTIONALSCHEDULINGGRAPH,OPTIMALSCHEDULING,SCHEDULINGFUNCTIONMETHOD,DEVELOPASIMPLESOFTWAREOFTHELONGTERMGENERATIONSCHEDULINGSYSTEMWHICHBUILDESONNETFRAMEWORKWITHWINDOWINTERFACEOPTIMALSCHEDULINGMETHODINCLUDESDYNAMICPROGRAMMINGMETHOD,DISCRETEDIFFERENTIALDYNAMICPROGRAMMINGMETHODSCHEDULINGFUNCTIONMETHODISBASEDONTHERESULTSOFOPTIMALSCHEDULING,USINGMULTIPLELINEARREGRESSIONTODETERMINEASCHEDULINGFUNCTIONAFTEROPTIMALSCHEDULINGMETHODTHEBASICDATACOMESFROMMIANHUATANHYDROPOWERSTATIONINFUJIANPROVINCE,THEBASICDATAISSTOREDINTHEDATABASETHESYSTEMHASBUILTSOMEGENERALITYANDCANBEUSEDFORRAPIDDEVELOPMENTOFOTHERBASINSLONGTERMGENERATIONSCHEDULINGSYSTEMTHISPAPERCONTENTSTHEFOLLOWINGPARTS1OPTIMALSCHEDULINGUSEDDYNAMICPROGRAMMINGANDDISCRETEDIFFERENTIALDYNAMICPROGRAMMINGMETHODAUTHORANALYZEDTHERESULTSANDSTUDIEDTHEDISPERSION,PENALTYFACTORAFFECTSONTHEOPTIMALSCHEDULINGRESULTS2CALLTHEEXCELSOFTWARETOANALYSISTHEOPTIMALSCHEDULINGRESULTSBYMULTIPLELINEARREGRESSIONANALYSIS,ANDUSETHESCHEDULINGFUNCTIONTOSIMULATEALONGSERIESSCHEDULING3CONVENTIONALSCHEDULINGUSEITERATIVECALCULATIONTOMODELING,AUTHORSTUDYTHEPARAMETERSAFFECTSONTHECONVENTIONALSCHEDULINGRESULTS4COMPAREDCONVENTIONALSCHEDULINGMETHOD,OPTIMALSCHEDULING,SCHEDULINGFUNCTIONGENERATIONSCHEDULINGRESULTS5USINGCLANGUAGETODEVELOPHYDROELECTRICSTATIONLONGTERMGENERATIONSCHEDULINGSOFTWAREAUTHORSHOWEDTHERESULTSOFSOFTWARE,PRESENTEDSOMEATTENTIONSOFLONGTERMGENERATIONSCHEDULINGSYSTEMSOFTWAREDEVELOPMENTPROCESSKEYWORDSLONGTERMSCHEDULINGRESERVOIRSCHEDULINGOPTIMIZEDSCHEDULINGSCHEDULINGFUNCTIONSOFTWAREDESIGNI目录第1章引言111研究意义112研究现状213本文的研究内容2第2章水库概况与基本资料421流域介绍422机组预想出力曲线423库容曲线524下游水位流量关系曲线625入库径流资料626水量损失627水库常规调度图7第3章水库中长期优化调度的基本原理与方法831概述832数序模型8321优化准则与目标函数8322动态规划法求解原理与方法11323同时给定初始与终止库水位约束的优化计算12324优化调度流程1333调度函数15331用相关分析法确定调度函数16332调度函数的检验16333调度函数系数的确定16334调度函数法1734计算成果与分析18341惩罚因子的影响18342离散度的影响20II343优化调度成果22344调度函数成果23第4章长系列计算2641常规调度计算方法2642常规调度流程2743常规调度结果与分析2944对比分析31第5章水库中长期优化调度软件开发3251开发环境3252软件功能结构3253数据库结构设计3354软件设计35541开发方式35542界面开发细节35543界面开发注意事项36544功能实现效果36第6章结语与展望4061总结4062展望41致谢42参考文献431第1章引言11研究意义水电站经济运行和水库优化调度是发挥水电站工程设备和水库对径流的调蓄潜力，充分利用水能多发电的一项增产措施，也是减少电力系统其他能源消耗的一项节能措施，是对水电站实行科学管理的重要手段。根据国内外实践表明，开展水电站经济运行可获得显著的经济效益，一般可以增加17的发电效益。此外，承担综合利用任务的水电站，还可以充分利用水资源，获得尽可能大的综合利用效益。现代化的水电站水库经济运行和水库优化调度是在水电站水库调度自动化系统平台上完成的。水电站水库调度自动化系统是以水电站水库、梯级（流域）水电站水库为研究对象，以现代化的硬件设施为基础，以先进的计算机操作平台和软件开发工具为手段，以较成熟的水文预报、水库调度方法为技术保障，在仿真环境下研制分级分层次的水库调度高级应用软件，并通过人机交互界面实现水电站水库调度自动化系统的集成。水电站水库调度自动化系统在水电站水库中的地位非常重要，它是保证水电站水库安全、经济运行的重要保证。水调自动化系统的研究领域包括水库调度基本理论、水库调度自动化系统及水调软件系统的开发，其核心是水库调度软件系统，它主要研究水库中长期发电调度、短期发电调度、厂内经济运行、洪水预报、防洪调度和数据库与信息管理等有关内容。其中水电站水库中长期发电调度适用于拥有季、年及多年调节性能的水库，常以月、旬为基本时段。水电站水库中长期发电调度系统是水电站水库调度自动化系统重要的组成部分，它是中长期发电调度的重要工具。水电站水库中长期发电调度系统常应用于以下方面（1）水电站水库规划设计阶段需要根据长系列径流资料，按照调度图来模拟水库的运行，从而核定水库的动能经济指标，为确定其工程规模进行方案比较提供依据；（2）在水库的运行管理中，要完成修建水库时所确定的基本任务、充分有效的利用水资源并获得尽可能大的综合效益。212研究现状随着国家电网公司国家电力调度通信中心（简称国调中心）水调自动化二期系统的投运，实现了国调与东北网调、华中网调含湖南省调、四川省调、西北网调含甘肃省调、福建省调和三峡梯调水调自动化系统的联网运行，初步形成了国家电网水调自动化系统信息网络，标志着国家电网公司水调自动化工作进人了一个新的历史阶段。各级水调系统在建设和改造时积极应用成熟的先进技术，不断扩展系统功能,通过多阶层技术、双网技术技术等先进技术的应用，实现了水调系统的可组态性和网络可分布性、高级应用和水调平台系统一体化、全面用户管理、多机多进程备用、更大范围的信息集成、人机界面直接生成WEB页面等功能使电网水调自动化系统的安全性、可靠性和实效性得到进一步提高。2004年2月，福建电网水调自动化系统高级应用软件福建电网水电站群发电优化调度决策支持系统通过省级鉴定，并获得年度中国电力科技三等奖，标志着我国电网水调自动化系统的高级应用跨上了新台阶。水库群的调度问题本质上是一个高度非线性的数学规划问题，并且随着水库群规模的增大，其解空间变得极其庞大且无规则。因此，如何在可接受的计算时间内获得最优的或满意的调度计划，一直是水库群优化调度方法领域的难点。目前，水电站水库中长期调度技术已经非常成熟，模糊决策、神经网络、专家系统、遗传算法、混沌学及多目标风险控制理论等被广泛应用到水库调度研究中，极大地促进了水库调度理论的发展。特别是近年来，把系统辨识思想运用到水库调度研究中，将不同类型的优化方法有机结合，如随机动态规划与常规调度方法相结合、智能搜索算法与常规搜索算法相结合等，发挥不同方法各自的优点，提高求解效率，为水库调度研究提供了一个新的理论框架。13本文的研究内容根据毕业论文任务书的要求，作者认真完成了毕业设计。作者根据毕业设计过程中所做的工作，按照以下几个部分介绍毕业设计的内容1从中长期优化调度模型的的基本原理出发，建立相应数学模型应用动态规划法和离散微分动态规划法进行优化模型的求解，并对调度结果进行分析；2根据优化调度成果，运用EXCEL中的线性回归分析功能求解调度函数，并3应用调度函数进行长系列计算；3优化调度过程中有关系数的影响，其中包括惩罚因子、离散度对调度结果的影响；4运用常规调度法进行长系列模拟计算，并与优化调度法、调度函数法进行对比分析；5水电站水库中长期优化调度系统的开发，包括数据库的设计。4第2章水库概况与基本资料21流域介绍棉花滩水库位于福建省永定县境内，坝址在汀江干流棉花滩峡谷河段中部的福至亭处，距永定县城约21KM，邻近广东省，坝址控制流域面积7907KM2。棉花滩工程属一等枢纽工程，工程于1998年4月开工建设，于2001年建成投产。其主要建筑物大坝及泄水建筑物按500年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核，设计洪水流量为12000M3/S，相应下泄流量为9840M3/S，校核洪水流量为15500M3/S，相应下泄流量为11890M3/S。多年平均径流量为7312亿M3，多年平均入库流量为232M3/S。水库以发电为主，兼有防洪、航运等综合利用功能，属不完全年调节水库。棉花滩水库特征水位死水位146M，次汛期（7月1日8月20日）汛限水位17126M，主汛期（5、6月份）汛限水位16874M，正常蓄水位173M，校核洪水位1774M。此外，在本次毕业设计中，出力系数采用84，月平均水头损失计为1米，设计保证率95。电站装机为415万KW，水库无综合利用要求。22机组预想出力曲线表21单一机组预想出力表水头（米）出力兆瓦水头（米）出力兆瓦水头（米）出力兆瓦水头（米）出力兆瓦水头（米）出力兆瓦681099776131378415092150100150701148878136998615094150721201280142378815096150741258782147599015098150523库容曲线表22棉花滩水库水位库容曲线水位（米）库容（百万立方米）水位（米）库容（百万立方米）水位（米）库容（百万立方米）6800011693911506609285098118109151527199586117120126381547828688204122145681558157890348124167011568497492542125178431589209694781126190361609969095919128215821621077939610741302434616411644298144913227330165120986100191413430543166125689102246013532241168135627104308213634006170146354105342413837755172157984106379614041794173164173108464914246097174170641110565414450644175177414112678814553011176184511114803114655449178199710115869414860581180216271624下游水位流量关系曲线表23棉花滩水库尾水位与下游流量关系曲线尾水位（米）下游流量（立方米/秒）尾水位（米）下游流量（立方米/秒）尾水位（米）下游流量（立方米/秒）688739751780826920694476240083789070119773040848960712847837108510120725277944108611350738428051908712590741270816020881386025入库径流资料1958年到2001年的入库径流资料已知，由于数据较多，详细资料省略。26水量损失各部门均未提出对水库用水要求，故计算中未予考虑，只扣除蒸发，渗漏水量损失。该两项水量损失合计如表24所示表24棉花滩水库逐月水量损失表月份一二三四五六七八九十十一十二水量损失（M3/S月）1091111121315161413111727水库常规调度图表25棉花滩水库常规调度图月份旬指示水位（米）月份旬指示水位（米）下调线上调线下调线上调线5上旬1516164811上旬1682173中旬14981639中旬1679173下旬14711651下旬16751736上旬14616812上旬1669173中旬158816874中旬1662173下旬16416874下旬16551737上旬165517021上旬16461725中旬16641708中旬16361716下旬1671709下旬162517078上旬1675171262上旬16121696中旬167717126中旬16041691下旬1678173下旬159416859上旬16791733上旬15781678中旬1681173中旬15771677下旬1685173下旬1567167210上旬16861734上旬15511663中旬1687173中旬1541652下旬1685173下旬15351658第3章水库中长期优化调度的基本原理与方法31概述水电站水库中长期调度的主要任务是将一定时期（年、季及多年）范围内的有限输入能够合理（最优）分配到其中较短时段（月、旬、周及日），制定出各电站的中长期（最优）运行方式。水库中长期调度从是否采用优化技术角度可以分为常规调度和最优调度；从在运行调度中是直接还是间接利用优化技术角度又可以分为按预先利用优化技术编制的调度图或建立的调度函数进行调度的方法和直接利用优化计算结果进行调度的方法；从是否利用预报信息角度还可分为不考虑预报的运行调度和考虑预报的运行调度；从所使用的径流描述方法不同，最优运行调度又可分为确定性运行调度和随机性最优运行调度。水电站水库中长期优化调度，是运用系统工程的理论和最优技术，借助于电子计算机寻求最优准则达到极值的最优运行策略及相应决策。即根据水库的入流过程和综合利用要求，制定并实现水电站及其水库中长期最优运行调度方式，以获得尽可能大的运行效益，使水电站及其水库的设备能力得到充分发挥，使水利、水能资源得到充分合理的利用。与常规方法相比，优化调度在满足多种约束条件、考虑不同优化准则、以及在适应实时负荷变化及水情变化等方面，处理比较灵活，并能获得更大的运行效益。32数学模型321优化准则与目标函数一优化准则与目标水电站水库中长期发电调度的基本课题是对于调度期T（以月或旬为时段长），在已知水电站水库预测入流过程等条件下，寻求使所采用的优化准则达到极限的水电站出力过程和相应得水库蓄泄状态变化过程。根据具体课题和给定条件的不同，水电站水库中长期发电调度可采用不同的优化准则。常用准则包括调度期T内的总发电量最大TEMAX、总发电效益最大TEMAXECO、最小出力最大TPMINMAXT1T等。采用调度期T内的总发电量最大准则，相应目标函数为9TTTHTKQMAXTTTPMAXTET1THFDT1TH（31）其中TE调度期T内最大总发电量；TPT时段的出力；TQFDT时段的发电引用流量；THT时段的水头；TTH时段长。二约束条件水电站中长期发电调度数学模型也包括几种类型的约束条件。1、水库特性约束1水库水量平衡约束。TTTQTQTQTV1TVQSFDRK（32）其中1TVT1时段的库容；TVT时段的库容；RKQ入库流量；QSQ弃水流量。2库容曲线约束1TVF1TZZVSY（33）其中SYZ上游水位；FZV水位库容曲线关系。3库水位或库蓄水量约束1TV1TV1TV1TZ1TZ1TZMAXMINMAXSYSYMINSY或（34）其中MINSYZ上游最小允许水位，一般为死水位；MAXSYZ上游最大允许水位，一般汛期为汛限水位，非汛期为正常蓄水位；MINV库容的最小允许值；MAXV库容的最大允许值。4下游水位流量关系约束TQTQFTZQSFDZQXY（35）其中XYZ下游水位；FZQ下泄流量水位关系。由于时段长较长，受入库流量均化的影响，中长期发电调度无法考虑次洪水泄流控制，因此一般不需要考虑泄流设施泄流能力约束。2、水电站特性约束1水电站水头10TQFTHTHTZ21TZTZTHFDHXYSYSY（36）其中H水电站水头损失；FH水电站水头损失函数。2水电站预想出力限制THFTPYXCLYX（37）其中YXP预想出力；FYXCL水电站预想出力函数。3水电站总出力限制TPTPTPMAXMIN（38）其中MINP最小允许出力；MAXP最大允许出力。4水电站最大过流能力限制TQTQMAXFDFD（39）其中MAXFDQ最大发电引用流量。由于中长期调度优化对象不是机组，所以关于机组的约束不予考虑。3、综合利用约束综合利用约束常用出库流量限制表达。TQTQTQMINXYQSFD（310）航运主要受水电站进行日调节所产生的不稳定流影响，所以中长期调度不需要考虑航运约束。4、初始与终止库水位约束视优化类型给定初始与终止库水位约束。5、非负约束各种变量必须为非负值。式（31）（310）组成了确定性来水条件下的水电站水库中长期优化运行调度数学模型，常应用动态规划法或其变形方法运行求解。确定性优化调度模型一般有两种用法1评价实际调度水平或直接制定未来调度计划。这两种情形均已知各时段入库流量、综合利用水库流量及调度期末水位，因此直接求解以上数学模型，即可得到调度期发电效益最大的水电站水库最优运行方式。2编制优化调度方案。此时已知多年逐时段（历史资料或人工生成系列）入11库流量、年内逐时段综合利用出库流量及调度期末水位，一般还有保证率约束。同样通过直接求解以上数学模型，即可得到多年总发电效益最大的水电站水库最优运行方式，并以此为基础，编制优化调度方案（即优化调度函数）。322动态规划法求解原理与方法此处有19512001年的各月径流资料，应该采用确定性来水条件下的水库长期最优运行调度方法。建立优化调度模型并用动态规划法求解（1）阶段与阶段变量。将调节周期按月或旬为时段划分为T个阶段，以T代表阶段变量，则T1，2，T。相应的时刻TT1为面临时段，时刻T1T1为余留时期。（2）定义状态变量。选每个阶段的水库蓄水量V或（水位Z）为状态变量。记VT和VT1分别为T时段初、末的蓄水状态，其中VT1也就是T1时段的初始蓄水状态。（3）选择决策变量。可以选择水电站发电引用流量QT或出力NT等指标为决策变量，此处采用出力NT为决策变量。当时段T的初始状态VT给定后，如果作出某一决策NT，则时段初的状态将演变为时段末的状态VT1。（4）列出状态转移方程。在水库优化调度中，水量平衡方程即为状态转移方程T）QQ（T出，T入，T1TVV（311）（5）建立效益函数和目标函数。对单一水库的情形，常以调度期内发电量最大作为优化准则或目标，而将其它的综合用水要求作为约束条件处理。令ET和E1（V1）分别为任一时段T和整个调度期的发电量指标，则ET与目标函数E（V1）分别为）EEEE（MAXVETNQ,VEETT211T1TTTTT（312）式中V1为整个调度期初的水库蓄水；E1（V1）为E1（V1）中之最大（优）值。此处的目标函数虽然可以实现发电量的全局最优，但并不能保证其保证率能满足设计保证率的要求。该水库发电的设计保证率为95，为了满足这一要求，必须引入一个惩罚函数，即当时段出力NT小于保证出力NP时，就给予适当的惩罚，减小该时段的发电量。这样，时段T的发电指标就应该为12PTPTTPTTTNNTNNTNNNTNE（313）式中为惩罚系数。（6）建立水库最优调度的递推方程。以逆序递推，则递推方程为ET（VT）MAXETVT,QTET1VT1（314）式中ETVT,QT为面临时段效益即时段发电量；ET1VT1为余留时期（T1T1）的最大发电量累计值；ET（VT）为TT1时期的总发电量最大值。（7）约束条件。包括库容约束、水位约束、预想出力约束VSPFD，说明“惩罚”过量，应减小重新计算。需要注意的是由于罚函数只是一种对模型的人为干预，其作用是对决策过程中出现正常供电、供水破坏的每一次转移给予惩罚。此时的时段计算效益由于记入惩罚量而人为地减少了，据此求得的总效益比最优策略对应的实际总效益偏小而失去真实性。因此，水库长期运行的实际总效益（发电量）应为不记入惩罚量的计算值。由图35可知，当离散度一定离散度L100时，对于动态规划法1发电量与惩罚因子负相关；2保证率与惩罚因子正相关，当惩罚因子在一定范围内增大时，发电保证率与惩罚因子的关系曲线逐渐趋于一条水平直线；3随着惩罚因子的增加，含惩罚量的发电量与实际发电量的差也越来越大；4含惩罚因子的发电量随着惩罚因子的增加迅速减小，而实际发电量在惩罚因子在范围内变化时受惩罚因子影响较大，当惩罚因子继续增大时，实际发电量变化非常小，表现为实际发电量与惩罚因子的关系曲线逐渐接近于一条水平直线。但是惩罚因子并不能无限增大，它有一个上限，当惩罚因子等于这个上限时，含惩罚量的发电量等于0同时最优决策仍然存在，当惩罚因子超过这个上限时，动态规划法求解将不能求出最优决策。当离散度为100时，惩罚因子的上限在87058706之间，此时实际发电量仍为73808亿千瓦时，发电保证率为9697。由上可知，为了满足发电保证率要求，有必要确定一个合理的惩罚因子。20图35动态规划法惩罚因子对发电量与保证率的影响由于在离散微分动态规划法的廊道里面寻求最优解时使用了动态规划法，因此惩罚因子对离散微分动态规划法也有一定的影响。总体上来说，惩罚因子对离散微分动态规划优化结果的影响与其对动态规划优化结果影响相一致。由于离散微分动态规划中在得到最优决策时进行了多次寻优，因而惩罚因子的取值范围要窄得多。当廊道离散度为20时，惩罚因子取值在0115之间。如图36为廊道离散度L20时离散微分动态规划法惩罚因子对发电量与保证率的影响。图36离散微分动态规划法惩罚因子对发电量与保证率的影响342离散度的影响此外使用动态规划法进行寻优时，离散度也是一个很重要的参数，离散度取得太小，得到的发电量偏小；如果离散度取得过大，运行时耗时过长，而优化结21果并没有得到明显的改进，因此需要选择一个合理的离散度。对于动态规划法，当惩罚因子一定时，离散度对发电量的影响如图37所示。图37动态规划法离散度对发电量的影响图37是惩罚因子取5时得到的离散度与发电量的关系曲线，有图可知随着离散度的增加，发电量逐渐增加，但是增加的幅度随着离散度的增大逐渐减小；当离散度大于100时，发电量与离散度的关系曲线逐渐趋于一条水平线，但是随着离散度的增加寻求最优决策所消耗的时间却迅速增加。同理，惩罚因子取5时，得到离散微分法动态规划法离散度与发电量的关系曲线（图38）。当离散度在之间变化时，发电量随着惩罚的增加而快速增加；当离散度达到某个临界值后，离散度发电量随着惩罚的增加而不再增加。图38离散微分动态规划法离散度对发电量的影响22343优化调度成果运用编制的软件进行优化调度计算（其中包括动态规划法、离散微分动态规划法）时，由于惩罚因子与离散度对调度结果有影响，因此可以在研究惩罚因子与离散度对发电量和发电保证率的影响后，选择一个较合理的惩罚因子和离散度进行优化调度计算。选择惩罚因子为6，离散度为50，始末水位为165米，选择离散微分动态规划法进行优化调度。经调度得引入罚函数的发电量7357896亿千瓦时；实际发电量7399019亿千瓦时；保证率9533；多年平均发电量1682亿千瓦时优化调度相应的各时段发电流量过程、出力过程、水库水位变化过程以及水库蓄水变化过程如图39。A发电流量过程B出力过程23C弃水流量过程D发电量过程E库容与水位图39优化调度成果图344调度函数成果根据惩罚因子6，离散度取50时离散微分动态规划经线性回归返回的数组，24得到调度函数具体形式为Q出,T11888300418VT07848Q入，T利用得到的调度函数进行模拟调度，得到的发电量为73438亿千瓦时，保证率为8049，多年平均发电量为1669亿千瓦时。虽然发电量比较令人满意，但是发电保证率距离设计保证率还有很大差距。各时段发电流量过程、出力过程、水库水位变化过程以及水库蓄水变化过程如图310所示。A发电流量过程B出力过程25C弃水过程D水库水位与水库蓄水变化过程图310调度函数法调度成果图26第4章长系列计算41常规调度计算方法在应用常规调度图进行发电调度时，有按时段初水库水位控制和按时段末水库水位控制两种算法。按时段初水库水位控制适用于选择水库调度方案时为方案比较提供依据、根据长系列径流资料编制水库的年运行方式、实施调度计划过程中按照调度图及中长期水文预报逐季逐月修正调度计划，其前提是不考虑面临时段的径流预报，水库的放水决策由时段初水库蓄水位按照调度图指标值决定。按时段末水库水位控制一般用于运行调度计算的实施过程中，它的不同之处在是考虑了面临时段的径流预报，水库在该时段的放水决策等于该时段末水库水位对应于调度图上的指示值。因面临时段末水库水位是未知的，在调度图上对应的指示值也未知，故需要根据面临时段预报入库径流通过试算确定其决策值。本次毕业设计按时段初水库水位控制进行发电调度，按照顺时序进行迭代试算的步骤如下（1）各时段初水位的确定假定1951年1月初（即蓄水期初）的水位为165米，以后各时段初的水位为上一时段的时段末水位。由此确定相应的各时段初上游水位Z上，I。（2）查调度图由于调度图只给定了上基本调度线、下基本调度线，对加大出力区发电机出力取N保，降低出力区发电出力区N保，由各月的时段初水位查调度图得到各月的出力NI。（其中1，0VSH汛期防洪限制水位；供水期正常蓄水位,则有弃水产生，且T/）VV（QSH1II弃，II弃，I出，QFQQ，并令VI1VSH；如果计算所得的VI1NMAXNMAXKQOUTHI图41常规调度计算模块流程28在常规调度时，如果调度图上只有上基本调度线、下基本调度线。可在编写程序时，假设在加大出力区出力为N保，在降低出力区出力为N保，其中1，0NMAX下一步NINMAX是否图43出力计算流程这样可以保证在电站出力未达最大出力时没有弃水产生。2943常规调度结果与分析运行编译成功的可执行程序，在调度界面选择“常规调度图法”，选择始末水位为165米，加大出力区出力为15N保，在降低出力区出力为05N保，进行一次常规调度。可以从界面中得知在来水序列共44年的总发电量为71855亿千瓦时。保存调度结果，分析得到多年平均发电量为1633亿千瓦时，发电保证率为9836。常规调度相应的各时段发电流量过程、出力过程、弃水过程、发电量过程、水库水位变化过程以及水库蓄水变化过程如图44。A发电流量过程B出力过程30C弃水过程D发电量过程E水库水位与蓄水量变化过程图44常规调度成果图3144对比分析通过优化调度法、调度函数法的成果与常规调度法的成果对比（参见表41），可以看成1优化调度的弃水与常规调度弃水量明显偏少，水能资源利用率更高，这导致优化调度总发电量要比常规调度多2135亿千瓦时，多年平均发电量要比常规调度多049亿千瓦时；相比常规调度，优化调度提高多年平均发电量提高了297，提高效益非常可观。2调度函数法所得的发电量与多年平均发电量均介于常规调度和优化调度之间。调度函数法总发电量要比常规调度多1583亿千瓦时，多年平均发电量要比常规调度多036亿千瓦时；相比常规调度，调度函数法多年平均发电量提高了22；3由于调度函数是把优化调度结果所有时段拿来进行线性回归分析，导致编制的调度函数进行模拟调度的结果发电保证率偏低。由于保证率偏低，导致调度函数法的总发电量中含有一部分季节电量，因此调度函数法发电量比常规调度发电量提高百分比要小于22。但是调度函数法调度结果的径流过程与常规调度、优化调度的径流过程趋势很相近，因而在水库调度过程中具有指导性意义。表41调度函数法与优化调度、常规调度对比总发电量109KWH多年平均发电量109KWH保证率与常规调度相比总发电量提高量109KWH与常规调度相比多年平均发电量提高百分比常规调度图法7185516339836离散微分动态规划法739901916829533213519297调度函数法734381669804915832232第5章水库中长期优化调度软件开发51开发环境一系统操作平台WINDOWS7WINDOWS7操作系统是微软公司于2009年下发布的新一代操作系统。WINDOWS7提供了一套全新的网络API，在运行程序方面上有较大的改进。这些API支持使用机器语言创建基于SOAP的网络服务（而非基于NET的WCF网络服务）。此外，新的操作系统缩短了应用程序安装所需的时间，对UAC进行了改进，用户可以自己调节UAC，以减少了UAC（USERACCOUNTCONTROL，用户账户控制）提示的出现次数，简化了安装包的安装过程，并对API增加了不同语言的支持。二数据库管理系统MICROSOFTSQLSERVER2008SQLSERVER2008是一个全面的数据库平台，使用集成的商业智能BI工具提供了企业级的数据管理。SQLSERVER2008数据库引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能，使您可以构建和管理用于业务的高可用和高性能的数据应用程序。三编程语言CCSHARPC（读作CSHARP）是微软开发的一种面向对象的编程语言，是微软NET开发环境的重要组成部分。而MICROSOFTVISUALC2008是微软开发的C编程集成开发环境，它是为生成在NETFRAMEWORK上运行的多种应用程序而设计的。C简单、功能强大、类型安全，而且是面向对象的。C凭借它的许多创新，在保持C样式语言的表示形式和优美的同时，实现了应用程序的快速开发。四集成开发环境MICROSOFTVISUALSTUDIO2008MICROSOFTVISUALSTUDIO2008包含VISUALC，这是通过功能齐全的代码编辑器、项目模板、设计器、代码向导、功能强大且易于使用的调试器以及其他工具实现的。通过NETFRAMEWORK类库，可以访问多种操作系统服务和其他有用的精心设计的类，这些类可显著加快开发周期。52软件功能结构为了便于程序开发，将面临的问题分为图51所示几个部分33中长期发电调度界面调度模块资料查询发电调度流域介绍常规调度优化调度调度函数数据库图51中长期发电调度系统软件开发按照上述思路进行程序开发具有明显的阶段性，这样可以保证各个阶段的成果不易受前后阶段的影响。但需要指出的是，虽然各个阶段的成果不易受其他阶段影响，但是各个阶段存在着联系界面资料查询需要读取数据库中的资料；界面发电调度需要使用调度模块中的调度方法，而各种调度方法有需要从数据库中读取基本资料。需要指出的时，在利用C编制调度功能模块时，可以先在开发平台中完成控制台应用程序编写和调试，需要实现调度功能时再嵌套到界面开发项目中。在进行界面开发时只需要调用调度模块的参数和函数便可完成发电调度。这样可以方便日后系统的升级维护，也可以用于进行相似系统的快速开发。53数据库结构设计在中长期发电调度系统中，数据库主要用于存储和管理各种数据，这些数据资料包括机组预想出力曲线、库容曲线、设计常规调度图、下游水位流量曲线、旬平均入库流量、逐月水量损失。数据库是中长期发电调度系统的基础，在进行水库调度时需要从数据库中读取基本资料后才能进行调度工作。虽然数据库在中长期发电调度系统中仅用于存储和管理各种数据，给人的感觉中长期发电调度系统的数据库可有可无，甚至可以用EXCEL类似的表格代替。而实际上并非如此，我们知道对于一个水库来说，中长期发电调度系统仅是水库调度自动化系统的一部分。而水库调度自动化系统数据库负责管理各类数据，其中已包括中长期发电调度系统数据库中的所有资料。为了保证调度工作顺利的进行，设计一个合理科学数据库也显得非常必要。中长期发电调度系统数据库中各个表结构如下。34表51机组预想出力曲线字段名含义数据类型允许NULL值单位主键H发电机净水头FLOAT否M是NMAX发电机最大出力FLOAT否106W表52库容曲线字段名含义数据类型允许NULL值单位主键ZUP上游水位FLOAT否M是V水库库容FLOAT否106M3表53设计常规调度图字段名含义数据类型允许NULL值单位主键NO旬序号INT否是LOWLINE下基本调度线FLOAT否MHIGHLINE上基本调度线FLOAT否M表54下游水位流量曲线字段名含义数据类型允许NULL值单位主键ZDOWN下游水位FLOAT否M是QDOWN出库流量FLOAT否M3/S表55旬平均入库流量字段名含义数据类型允许NULL值单位主键YEAR年份INT否是NO旬序号INT否Q入库流量FLOAT否M3/S表56逐月水量损失字段名含义数据类型允许NULL值单位主键MONTH月份INT否是QLOSE水量损失FLOAT否M3/S3554软件设计541开发方式由于在界面上进行的工作较多，实现的功能也较为复杂。如果使用在同一个窗体中进行开发，作者发现存在以下问题（1）界面控件布置的太多，看上去显得“很拥挤”；（2）修改或者删除某些控件可能导致其他相关联的控件出现错误；（3）可能因开始考虑不周导致需要添加某些控件而窗体界面上已经布满了控件，导致修改界面需要比较长的一段时间。鉴于以上原因，现将需要实现特定功能的控件集中起来，开发初具有相应功能的自定义控件，这样可以开发过程中发现问题后能够比较快速的修改对应自定义控件的布局。本次中长期发电调度系统开发和研究过程中，主要开发了三大控件资料介绍控件、资料查询控件、发电调度控件。资料介绍控件为用户展示水库概况；资料查询控件为用户提供基本资料的查询；发电调度控件为用户利用动态规划法调度、离散微分动态规划法调度、常规调度图法以及调度函数法进行发电调度功能。在开发和使用相应功能控件时，主要注意到以下问题（1）为了防止各个控件在应用时控件中各子控件发生变样走形，把各个子控件放到TABLELAYOUTPANEL容器里面；（2）为了协调同一功能控件中显示结果的控件的位置，把显示控件放到SPLITCONTAINER，方便用户使用过程中可以自定义显示控件的大小；（3）使用控件时控件填充方式选择FILL，选择该方式可以让控件完整的显示在指定区域，同时让控件感知窗体变化时作出相应的调整。542界面开发细节为了让用户更方便的使用软件，作者考虑到了以下功能1考虑到用户在使用软件过程中可能需要了解图形界面上的数据点对应的数据，因此在设计过程中，为图形控件添加了一个捕获图形界面中的数据点的事件GETTOOLTIPTEXT事件。当添加该事件后，鼠标指针指到某个数据点时，会显示该数据点对应的数据。2考虑到数据比较多，特别是来水资料和调度成果的数据较多，数据点在屏幕上显示太密集，曲线反映的规律不明显，因此在设计过程中，为图形控件添加了可以局部放大的功能。363考虑到用户对数据要求的不同，以图形和图表两种方式显示数据。4此外，考虑到用户可能需要将调度结果进行进一步分析，因而添加了把调度结果进行自定义保存的功能，数据保存格式为EXCEL文件（XLS文件）格式。5考虑到各种调度方案的参数不同，在界面中可以自定义许多相关参数，并显示各个参数的意义，使用范围，这主要是针对开发软件时研究各个参数对调度的影响，而在实际应用系统中，相应的参数可以进行控制。543界面开发注意事项当用户成功登录系统后，往往需要完成特定的工作而在主界面停留一段时间。在用户与软件打交道的过程中，人机交互性显得特别重要。为了避免用户因长时间停留在系统界面而产生始觉疲劳，界面风格不能过于单调，同时界面背景不要使用过于鲜艳的颜色。用户在使用软件的过程中，可能同时需要处理其他的工作，这是用户难免会改变主窗体的大小，如果界面中的元素没有添加到TABLELAYOUTPANEL容器里面，这时界面布局就会变得很乱，甚至某些功能按钮、参数设置的位置没有显示，这时用户可能以为是程序出错而中断正在进行的工作。因此使用TABLELAYOUTPANEL来保持界面布局显得非常重要。界面开发过程中，结合水库调度自动化系统特点，应该在界面中添加比较完备的功能，如数据导入导出、界面图表打印、报表制作查询、系统参数修改等。这样才能使开发出来的系统更加实用。此外，开发出来的系统应该拥有一个帮助系统，向用户介绍系统的使用方法，同时为用户在使用过程中遇到的问题提供帮助。544功能实现效果5441登录界面效果当程序启动时，弹出登录界面，需输入用户名、密码并认证成功后方可进入系统。登录界面为单独的一个窗体，当用户输入正确的用户名和密码后，点击确认便可登录系统，登录系统后登录窗体便注销了。其中为了控制登录界面不变形，需将窗体的最大化按钮设置得不可用，即将登录窗体的MAXIMUMSIZE属性设为FALSE。为了使界面更加美观，在登录界面框架完成后，为窗体适当添加一些美化元素（窗体背景、图标），让程序运行后更加美观大方。实际效果如图52。37图52登录界面5442鼠标感知数据点的数值效果当鼠标指针指到某个数据点时，会显示该数据点对应的数值。在资料查询界面，当鼠标靠近“144,50644”数据点时，对应显示改点的数值，其效果图如图53图53鼠标感知数据点的数值效果图5443曲线局部放大功能效果当按住鼠标左键在图上滑动一段距离后松开左键，鼠标选择的区域数据图形放大，效果图如图5438A放大前B放大后图54曲线局部放大效果图5444图与表两种显示方式效果以图形显示结果比较直观，以数据显示结果可以获知具体值。例如使用调度函数法完成一次调度工作，以图、表两种方式显示来显示调度结果，效果图如图55。从图55可以看出该系统具有比较好的人机交互性。39A图形显示B表格显示图55某次调度后的效果图40第6章结语与展望61总结本文针对棉花滩水电站进行中长期发电调度系统开发研究，运用常规调度、优化调度、调度函数三种方法对棉花滩水电站进行中长期发电调度，并对发电调度成果进行了对比分析。在整个毕业设计中，运用自己所学知识，本着踏实认真的态度，在实践中探索学到了许多新的知识。通过本次毕业设计，较快的学会了以前并不掌握的C语言并用它进行水电站水库中长期发电调度系统的开发。开发过程中还使用C语言对操作EXCEL表格，成功的在软件中使用EXCEL进行线性回归分析得到调度函数的各个系数，同时在软件中运用EXCEL保存各种调度方案的成果。本次毕业设计开发的中长期发电调度系统具有较好的人机交互性，应用调度软件进行对棉花滩水电站水库进行发电调度取得了较好的调度成果，除调度函数法的保证率稍低外，其他几种调度方案均能满足包括发电保证率在内的约束条件。由于时间和精力的限制，本次毕业设计也有许多地方需要改进，这主要表现在以下几个方面1调度函数编制过程中，只是把所有时段拿来进行线性回归分析，导致编制的调度函数进行模拟调度的结果发电保证率偏低，虽然对所有序列进行回归分析的保证率