一种梯级水电站联合运行水位控制断面优选方法技术

本发明专利技术公开了一种梯级水电站联合运行水位控制断面优选方法。本发明专利技术利用梯级水电站两坝间河道的水下地形及河道断面数据，建立一维水动力学模型，并进行上游水电站不同下泄流量和下游水电站不同坝前水位组合工况下沿程水位过程线计算，生成两坝间河道各待选断面的水位集合，对各待选断面的水位集合，计算其断面水位稳定性、断面水位对于上下游水位的敏感性、断面水位与上下游水位的相关性等特征值，并结合梯级水电站两坝间河道特点，优选一个合适的控制断面。本发明专利技术能够量化两坝间河道不同断面水位在不同来水频率下的变化特征，优选出的控制断面的水位作为上下梯级水电站联合发电优化调度快捷建模的决策变量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。本专利技术利用梯级水电站两坝间河道的水下地形及河道断面数据，建立一维水动力学模型，并进行上游水电站不同下泄流量和下游水电站不同坝前水位组合工况下沿程水位过程线计算，生成两坝间河道各待选断面的水位集合，对各待选断面的水位集合，计算其断面水位稳定性、断面水位对于上下游水位的敏感性、断面水位与上下游水位的相关性等特征值，并结合梯级水电站两坝间河道特点，优选一个合适的控制断面。本专利技术能够量化两坝间河道不同断面水位在不同来水频率下的变化特征，优选出的控制断面的水位作为上下梯级水电站联合发电优化调度快捷建模的决策变量。【专利说明】
本专利技术属于水力学与统计学的交叉
，更具体地，涉及一种梯级水电站联合发电优化运行水位控制断面优选方法。该方法能够为流域管理机构进行梯级联合发电调度快捷建模提供决策变量。
技术介绍
梯级水电站间存在水力和电力联系，不仅存在水流迟滞，某些梯级水电站间还存在水头衔接关系，因此，梯级间水位控制对梯级水电站联合运行、充分利用河流水位落差十分重要。通常，需分别采用上下游水电站坝前水位作为各水电站的决策变量。但由于梯级间洪水传播存在延时，还需进行两坝间河道洪水演算或通过流量平移进行简化处理，计算量十分庞大。因此，两坝间某断面水位若能正确反映不同来水情势下两水电站坝前水位的关系，将会使梯级联合发电优化调度计算快捷和高效。如何合理的选择梯级间河道某一断面水位来代表两坝前水位，直接关系到梯级上下游水电站发电水头和出力的计算精度、以及水电站实际生产中工况的快速调节性能，对实现梯级联合优化调度、提高梯级总出力具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供，通过梯级水电站两坝间沿程水面线水力学模拟生成了待选断面水位集合，建立了断面水位特征值计算公式，采用梯级水电站两坝间一维水动力学模拟，生成两坝间待选断面在不同流量方案下的水位集合，据此计算两坝间河道不同断面水位的稳定性、敏感性、相关性等三种特征值，并结合梯级水电站两坝间河道特点，优选一个合适的控制断面。该断面水位作为梯级水电站联合发电优化调度快捷建模的决策变量，能够实现梯级电站联合发电优化调度的实时响应和控制。 本专利技术提供，包括以下步骤: 步骤I在梯级水电站间河道上选择多个待选断面?aN，N表示所述待选断面个数； 步骤2根据所述待选断面?aN以及上游入口断面水位和下游出口断面水位，选择m个不同的组合工况，其中每个组合工况包括一个上游水电站下泄流量和一个下游水电站坝前水位，针对每个组合工况进行沿程水位过程线计算，得到所述待选断面％?aN的水位集合Ii1?hN、所述上游入口断面的水位集合hup和所述下游出口断面的水位集合hd_: hj = [hi；!, h12,…，Iii J，i = 1，…，N hup = [hup l, hup 2，...，hup J hd_ — 其中，hijhup」和hd_」分别表示待选断面％、所述上游入口断面和所述下游出口断面在第j种组合工况下的水位，j = 1，2，…，m ；m表示所述组合工况的数量； 步骤3在获得所述水位集合hi~hN后，进行所述待选断面ai~aN水位的特征值计算，其中，所述特征值包括以下三种: (I)断面水位稳定性: 【权利要求】1.，其特征在于，包括:步骤I在梯级水电站间河道上选择多个待选断面B1~aN，N表示所述待选断面个数；步骤2根据所述待选断面~aN以及上游入口断面水位和下游出口断面水位，选择m个不同的组合工况，其中每个组合工况包括一个上游水电站下泄流量和一个下游水电站坝前水位，针对每个组合工况进行沿程水位过程线计算，得到所述待选断面B1~aN的水位集合Ii1~hN、所述上游入口断面的水位集合hup和所述下游出口断面的水位集合hd_:hi = [hi;i>hi,2.…，hJ，i = 1，...，N"h =「"h "h...]η ?iiUPiiup_2> y uUp_m」 ]η = 「]η ]η...]η ? j^downL11down_l> 11down_2> ，udown_m」 其中，h^hup」和hd_」分别表示待选断面％、所述上游入口断面和所述下游出口断面在第j种组合工况下的水位，j = 1，2，…，m ;m表示所述组合工况的数量； 步骤3在获得所述水位集合Ii1~hN后，进行所述待选断面~aN水位的特征值计算，其中，所述特征值包括以下三种: (1)断面水位稳定性:其中，Ei表示所述待选断面ai水位的方差，指示所述待选断面％水位的稳定性；；^表示所述待选断面％根据所述步骤2得到的水位集合Iii中各水位的平均值； (2)断面水位对于上下游水位的敏感性:其中，Hi为所述待选断面％水位的敏感性； (3)断面水位与上下游水位的相关性:其中，^表示所述待选断面％与所述上下游水位的相关性；rup」表示所述待选断面％与所述上游入口断面水位的相关系数；rd_」表示所述待选断面％与所述下游出口断面水位的相关系数；Ip和分别表示根据所述步骤2计算得到的所述上游入口断面水位集合hup和所述下游出口断面水位集合hd_中各水位的平均值； 步骤4:根据各个待选断面的特征值(Ei, η ” r,)，选出合适的控制断面，其中，Ei表示所述待选断面％的稳定性；Hi表示所述待选断面％对于所述上下游水位的敏感性表示所述待选断面％与所述上下游水位的相关性。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中计算不同组合工况下的梯级间河道沿程水位过程线，采用如下圣维南方程组描述两坝间的水力学过程:其中，Q表示断面流量；A表示断面过水面积；x表示距水道参考断面沿流程的距离；t表示计算时段序号；q表示单位长度河流的侧向入流或出流；α表示动量分布系数；g表示重力加速度；C表示谢才系数；R表示断面的阻力半径山表示断面水位。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在河道的入口断面、出口断面、有实测数据的河道断面以及汊点断面各设置一个水位节点，在两个所述水位节点的中点处布置流量节点。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，应用所述圣维南方程组对所述水位节点和所述流量节点进行离散化，得到线性方程组，对于每个节点的线性方程如下所示: akZ:\+PkZf+YkZ[^ Sk 其中，k表示节点序号，k = I, 2,…，2n-l ；t表示计算时段序号；对于所述水位节点，Zk ；和2丨++1分别表示第k个水位节点前后2个流量节点的流量值Zk 1表示第k个水位节点的水位值；对于所述流量节点，Zl\和Z=分别表示第k个流量节点前后2个水位节点的水位值，表示第k个流量节点的流量值；CIp β j, Y j, δ J分别表示所述圣维南方程组离散化所求得的线性方程系数。5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，当梯级水电站两坝间河道地形复杂、流量较大时，根据所述稳定性Ei数值在所述待选断面~aN中选择多个断面作为备选断面集；当梯级水电站两坝间河道较长、支流较多时,根据所述敏感性Hi数值在所述待选断面~aN中选择多个断面作为所述备选断面集，然后，在所述备选断面集中，根据所述相关性H数值选择一个断面作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梯级水电站联合运行水位控制断面优选方法，其特征在于，包括：步骤1在梯级水电站间河道上选择多个待选断面a1～aN,N表示所述待选断面个数；步骤2根据所述待选断面a1～aN以及上游入口断面水位和下游出口断面水位，选择m个不同的组合工况，其中每个组合工况包括一个上游水电站下泄流量和一个下游水电站坝前水位，针对每个组合工况进行沿程水位过程线计算，得到所述待选断面a1～aN的水位集合h1～hN、所述上游入口断面的水位集合hup和所述下游出口断面的水位集合hdown：hi＝[hi,1,hi,2,…,hi,m],i＝1,…,Nhup＝[hup_1,hup_2,…,hup_m]hdown＝[hdown_1,hdown_2,…,hdown_m]其中，hi,j、hup_j和hdown_j分别表示待选断面ai、所述上游入口断面和所述下游出口断面在第j种组合工况下的水位，j＝1,2,…,m；m表示所述组合工况的数量；步骤3在获得所述水位集合h1～hN后，进行所述待选断面a1～aN水位的特征值计算，其中，所述特征值包括以下三种：(1)断面水位稳定性：Ei=Σj=1m(hi,j-h-i)2m,(i=1,...,N)]]>其中，Εi表示所述待选断面ai水位的方差，指示所述待选断面ai水位的稳定性；表示所述待选断面ai根据所述步骤2得到的水位集合hi中各水位的平均值；(2)断面水位对于上下游水位的敏感性：ηi=1Ei,(i=1,...,N)]]>其中，ηi为所述待选断面ai水位的敏感性；(3)断面水位与上下游水位的相关性：ri＝rup_i+rdown_i,(i＝1,…,N)其中：rup_i=Σj=1m(hup_j-h‾up)(hi,j-h‾i)Σj=1m(hup_j-h‾up)2·Σj=1m(hi,j-h‾i)2]]>rdown_i=Σj=1m(hdown_j-h‾down)(hi,j-h‾i)Σj=1m(hdown_j-h‾down)2·Σj=1m(hi,j-h‾i)2]]>h‾up=Σj=1mhup_jm,h‾down=Σj=1mhdown_jm,h‾i=Σj=1mhi,jm]]>其中，ri表示所述待选断面ai与所述上下游水位的相关性；rup_i表示所述待选断面ai与所述上游入口断面水位的相关系数；rdown_i表示所述待选断面ai与所述下游出口断面水位的相关系数；和分别表示根据所述步骤2计算得到的所述上游入口断面水位集合hup和所述下游出口断面水位集合hdown中各水位的平均值；步骤4：根据各个待选断面的特征值(Ei,ηi,ri)，选出合适的控制断面，其中，Ei表示所述待选断面ai的稳定性；ηi表示所述待选断面ai对于所述上下游水位的敏感性；ri表示所述待选断面ai与所述上下游水位的相关性。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周建中，严冬，莫莉，刘懿，闫宝伟，王学敏，李纯龙，王超，冯宇，卢鹏，张德发，王华为，谢蒙飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42