基于防洪调度数据自适应控制的水库防洪调度优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于防洪调度数据自适应控制的水库防洪调度优化方法，涉及水库防洪调度技术领域。所述方法：建立目标水库通用防洪调度图；建立防洪调度模型；确定目标函数；根据通用防洪调度图的调度线数量以及各条调度线拐点数量，得到代表所述通用防洪调度图所需优化变量的总数；根据确定的目标函数和优化变量；采用NSGA‑II算法优化计算，并对目标函数进行Pareto非支配解分析，得到优化后的通用防洪调度图；用优化后的通用防洪调度图进行防洪业务计算。本发明专利技术引入防洪调度图的水库汛期调度能在保障下游防洪安全的同时充分利用水库的来水，提高洪水的利用效率，同时，还能提高优化模型的求解效率。

Optimization method of reservoir flood control operation based on adaptive control of flood control data

The invention discloses an optimization method for reservoir flood control operation based on adaptive control of flood control dispatching data, relating to the technical field of reservoir flood control dispatching. The method to establish a general flood control chart target reservoir; flood control model is established; determining the objective function; according to the number of general flood control scheduling and scheduling of each line line inflection point, representing the total number of required by general flood control chart of optimization variables; according to the objective function and the optimization variables determined by NSGA; the II algorithm, and the objective function is Pareto non dominated solution analysis, obtain the general flood control chart after the optimization calculation of flood control; flood control chart for general business after optimization. The invention introduces flood control flood scheduling scheduling graph in the downstream flood control safety and make full use of the reservoir water, improve the efficiency of utilization of flood at the same time, but also improve the solving efficiency optimization model.

【技术实现步骤摘要】
基于防洪调度数据自适应控制的水库防洪调度优化方法
本专利技术涉及水库防洪调度
，尤其涉及一种基于防洪调度数据自适应控制的水库防洪调度优化方法。
技术介绍
水库防洪调度是指人类运用水库的调蓄能力，根据水库来水及蓄水情况，在保证水库本身和下游防洪安全的前提下，有计划地对入库径流进行蓄泄，达到兴利除害的目的，保障人民生命财产安全和国民经济顺利发展。目前，传统的水库防洪调度常采用在汛期限制水库库容为汛限水位的方法，但，汛期调洪流量一般远大于电站预想出力对应的流量，因此会产生大量弃水，水库作用因此受到了很大的限制，由于滞蓄洪水较少，水库对下游的防洪安全也不能产生更多的贡献。尽管近年来，在保证防洪安全的前提下，为充分利用汛期洪水资源，研究学者提出了多种调度方法，但是仍存在以下问题：一、现有水库汛限水位动态控制方法应用于水库实时调度阶段，调度规则较复杂，实际应用中操作不便。二、现有水库调度图比较直观、应用方便，在水库兴利调度中得到了广泛应用，但，现有水库调度图不能被应用在防洪调度中。三、在防洪调度图中引入水库来水，但，由于防洪调度图一般为研究者自行设计，不如兴利调度图具有统一固定形状，使用者在使用引入水库来水的防洪调度图时，需先研究再整理成使用者所需的形状，因此，存在使用不便捷的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于防洪调度数据自适应控制的水库防洪调度优化方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术所述基于防洪调度数据自适应控制的水库防洪调度优化方法，所述方法包括：S1，建立目标水库通用防洪调度图；所述通用防洪调度图的横轴为面临时段的来水流量增量，纵轴为面临时段的时段末可能水位，所述横轴的上限和下限依据目标水库汛期时的历史流量或模拟流量计算，所述纵轴的上限和下限分别为目标水库的历史最高水位和历史最低水位；所述通用防洪调度图内设置多条互不相交且均呈递减趋势的调度线，每条调度线由任意数量的拐点连成的分段直线连接构成，每条调度线设定一个控制流量，分布于通用防洪调度图；根据调度线在所述通用防洪调度图上的上、下位置关系，从位于通用防洪调度图上方的调度线的控制流量至位于通用防洪调度图下方的调度线的控制流量逐步增大；S2，建立防洪调度模型，当进入汛期且目标水库水位高于汛限水位，目标水库开始使用防洪调度模型进行防洪调度；具体为：首先，判断水库流量增量，计算水库的时段末可能水位，查询通用防洪调度图，经过插值计算得到当前时刻的水库泄流量；接着，在已知水库泄流量的条件下，根据公式(1)至公式(7)得到目标水库在面临时段末的水库的可能水位、坝下泄流水位流量关系和水库发电出力，然后，判断根据公式(1)至公式(7)计算得到的结果是否满足预先设置的约束条件，如果是，则进入S3；如果否，则重新计算目标水库的发电流量，多余水利进行弃水，然后进入S3；所述防洪调度模型包括：水量平衡关系为公式(1)：坝下泄流水位流量关系为公式(2)：Q＝f(HD)(2)；库容曲线为公式(3)：V＝V(H)(3)；t时刻来水流量增量公式为公式(4)：ΔI＝It-It-1(4)；t时刻的库容量为公式(5)：Vt＝Vt-1+It×Δt(5)；t时刻坝前的可能水位公式(6)：Ht＝H(Vt)(6)；水库发电出力计算公式：其中，I为入库流量，单位m3/s；Q为出库流量，单位m3/s；V为水库中的当前蓄水量，m3；t为时刻；V1，V2分别为水库时段始末水量，单位m3；Δt为调度时间段，单位s；f(HD)为坝下泄流水位流量关系；V(H)表示由水库水位反推库容的关系式；H为坝前水位，m；ΔI为t时刻来水库水流量增量，m3/s；It为t时刻的水库来水量，m3/s；It-1为t-1时刻的水库来水量，m3/s；Vt为t时刻水库中的水量，m3；Vt-1为t-1时刻水库中的水量，m3；Ht为t时刻水库坝前的可能水位，m；H(Vt)表示由水库库容反推水位的关系式；N是水库发电保证出力，kW；K为出力系数；H1，H2分别为水库在调度时间段始末坝前水位，m；QE为水库发电流量，m3/s；HD为水库坝下水位，m；ΔV为水库的库容变化量，m3；S3，确定目标函数；S4，根据通用防洪调度图的调度线数量以及各条调度线拐点数量，得到代表所述通用防洪调度图所需优化变量的总数；S5，根据确定的目标函数和优化变量，利用NSGA-II算法对优化问题求解；S6，对目标函数进行Pareto非支配解分析，得到优化后的通用防洪调度图；S7，应用优化后的通用防洪调度图进行防洪业务计算。优选地，所述约束条件包括：水位约束条件，即公式(8)：Hdl≤H1，H2≤Hnl(8)；流量约束条件，即公式(9)：Qmin≤Q≤Qmax(9)；发电流量约束条件，即公式(10)：QEmin≤QE≤QEmax(10)；发电出力约束条件，即公式(11)：Nmin≤N≤Nmax(11)；其中，Hdl为水库死水位，单位m；Hnl为水库正常蓄水位，单位m；Qmin为生态需水量、航运需水量的较大值，单位m3/s；Qmax为水库的设计最大泄洪流量，单位m3/s；QEmax为最大过机流量，单位m3/s，QEmmin为水库保证水库正常运行的最小发电流量，单位m3/s；Nmax表示目标水库的最大发电出力，即水库的装机容量，单位kW；Nmin表示最小发电出力，即水库发电调度图中的降低出力，当目标水库为径流式水库时，无降低出力，单位kW。优选地，步骤S2中，按照公式(12)重新计算目标水库的发电流量：优选地，步骤S3中，所述目标函数包括：ⅰ.计算目标水库多年平均发电量，且所述多年平均发电量越大越好；其中，EPow表示目标水库多年平均发电量，单位亿kWh；Eh为目标水库在时段h的发电量；Y为水库调度模拟所涵盖的年数；m为时段总数；ⅱ.水库汛期滞洪率，所述汛期滞洪率为无量纲且值域范围[0,1]，且所述水库汛期滞洪率越接近1越好；其中，Qr为目标水库的汛期滞洪率，I(t)为t时刻目标水库的入库流量，Q(t)为t时刻目标水库的出库流量，q为目标水库进行滞蓄洪水时的入库流量值；ⅲ.在死水位至正常蓄水位的值域范围内，坝前最高水位值越小越好；ⅳ.汛期平均发电量越大越好，单位亿kWh。优选地，步骤S4中，设置采用自适应修改变量上下限的约束方法对通用防洪调度图抽样，具体按照下述步骤实现：S41，设定通用防洪调度图中各调度线的拐点个数，每个拐点的横坐标、纵坐标均符合取值范围约束；在抽样各条调度线时其抽取顺序为：根据调度线在通用防洪调度图的位置从上到下抽取调度线；对于每条被抽取到的调度线，先从调度线的左顶点、左端点、右顶点和右端点依次抽样；然后从调度线一分为二得到左半部分和右半部分，从左至右分别在左半部分和右半部分的抽取拐点；S42，获取任意一个拐点P的横坐标上限、下限，具体为：根据拐点P的相邻拐点、判断拐点P横坐标的上限、下限，具体为：将拐点P所在调度线上位于拐点P左侧且已确定的抽样拐点的横坐标作为拐点P的横坐标取值下限，拐点P的横坐标取值上限为在横坐标取值范围中拐点P横坐标所取的最大值；S42，计算任意一个拐点P纵坐标的上限、下限，具体为：依据通用防洪调度图内各个调度线不相交和所有调度线的递减趋势，依次进行全局上下限确定、垂向控制线确定和交叉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于防洪调度数据自适应控制的水库防洪调度优化方法，其特征在于，所述方法包括：S1，建立目标水库通用防洪调度图；所述通用防洪调度图的横轴为面临时段的来水流量增量，纵轴为面临时段的时段末可能水位，所述横轴的上限和下限依据目标水库汛期时的历史流量或模拟流量计算，所述纵轴的上限和下限分别为目标水库的历史最高水位和历史最低水位；所述通用防洪调度图内设置多条互不相交且均呈递减趋势的调度线，每条调度线由任意数量的拐点连成的分段直线连接构成，每条调度线设定一个控制流量，分布于通用防洪调度图；根据调度线在所述通用防洪调度图上的上、下位置关系，从位于通用防洪调度图上方的调度线的控制流量至位于通用防洪调度图下方的调度线的控制流量逐步增大；S2，建立防洪调度模型，当进入汛期且目标水库水位高于汛限水位，目标水库开始使用防洪调度模型进行防洪调度；具体为：首先，判断水库流量增量，计算水库的时段末可能水位，查询通用防洪调度图，经过插值计算得到当前时刻的水库泄流量；接着，在已知水库泄流量的条件下，根据公式(1)至公式(7)得到目标水库在面临时段末的水库的可能水位、坝下泄流水位流量关系和水库发电出力，然后，判断根据公式(1)至公式(7)计算得到的结果是否满足预先设置的约束条件，如果是，则进入S3；如果否，则重新计算目标水库的发电流量，多余水利进行弃水，然后进入S3；所述防洪调度模型包括：水量平衡关系为公式(1)：...

【技术特征摘要】
1.一种基于防洪调度数据自适应控制的水库防洪调度优化方法，其特征在于，所述方法包括：S1，建立目标水库通用防洪调度图；所述通用防洪调度图的横轴为面临时段的来水流量增量，纵轴为面临时段的时段末可能水位，所述横轴的上限和下限依据目标水库汛期时的历史流量或模拟流量计算，所述纵轴的上限和下限分别为目标水库的历史最高水位和历史最低水位；所述通用防洪调度图内设置多条互不相交且均呈递减趋势的调度线，每条调度线由任意数量的拐点连成的分段直线连接构成，每条调度线设定一个控制流量，分布于通用防洪调度图；根据调度线在所述通用防洪调度图上的上、下位置关系，从位于通用防洪调度图上方的调度线的控制流量至位于通用防洪调度图下方的调度线的控制流量逐步增大；S2，建立防洪调度模型，当进入汛期且目标水库水位高于汛限水位，目标水库开始使用防洪调度模型进行防洪调度；具体为：首先，判断水库流量增量，计算水库的时段末可能水位，查询通用防洪调度图，经过插值计算得到当前时刻的水库泄流量；接着，在已知水库泄流量的条件下，根据公式(1)至公式(7)得到目标水库在面临时段末的水库的可能水位、坝下泄流水位流量关系和水库发电出力，然后，判断根据公式(1)至公式(7)计算得到的结果是否满足预先设置的约束条件，如果是，则进入S3；如果否，则重新计算目标水库的发电流量，多余水利进行弃水，然后进入S3；所述防洪调度模型包括：水量平衡关系为公式(1)：或坝下泄流水位流量关系为公式(2)：Q＝f(HD)(2)；库容曲线为公式(3)：V＝V(H)(3)；t时刻来水流量增量公式为公式(4)：ΔI＝It-It-1(4)；t时刻的库容量为公式(5)：Vt＝Vt-1+It×Δt(5)；t时刻坝前的可能水位公式(6)：Ht＝H(Vt)(6)；水库发电出力计算公式：其中，I为入库流量，单位m3/s；Q为出库流量，单位m3/s；V为水库中的当前蓄水量，m3；t为时刻；V1，V2分别为水库时段始末水量，单位m3；Δt为调度时间段，单位s；f(HD)为坝下泄流水位流量关系；V(H)表示由水库水位反推库容的关系式；H为坝前水位，m；ΔI为t时刻来水库水流量增量，m3/s；It为t时刻的水库来水量，m3/s；It-1为t-1时刻的水库来水量，m3/s；Vt为t时刻水库中的水量，m3；Vt-1为t-1时刻水库中的水量，m3；Ht为t时刻水库坝前的可能水位，m；H(Vt)表示由水库库容反推水位的关系式；N是水库发电保证出力，kW；K为出力系数；H1，H2分别为水库在调度时间段始末坝前水位，m；QE为水库发电流量，m3/s；HD为水库坝下水位，m；ΔV为水库的库容变化量，m3；S3，确定目标函数；S4，根据通用防洪调度图的调度线数量以及各条调度线拐点数量，得到代表所述通用防洪调度图所需优化变量的总数；S5，根据确定的目标函数和优化变量，利用NSGA-II算法对优化问题求解；S6，对目标函数进行Pareto非支配解分析，得到优化后的通用防洪调度图；S7，应用优化后的通用防洪调度图进行防洪业务计算。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述约束条件包括：水位约束条件，即公式(8)：Hdl≤H1，H2≤Hnl(8)；流量约束条件，即公式(9)：Qmin≤Q≤Qmax(9)；发电流量约束条件，即公式(10)：QEmin≤QE≤QEmax(10)；发电出力约束条件，即公式(11)：Nmin≤N≤Nmax(11)；其中，Hdl为水库死水位，单位m；Hnl为水库正常蓄水位，单位m；Qmin为生态需水量、航运需水量的较大值，单位m3/s；Qmax为水库的设计最大泄洪流量，单位m3/s；QEmax为最大过机流量，单位m3/s，QEmmin为水库保证水库正常运行的最小发电流量，单位m3/s；Nmax表示目标水库的最大发电出力，即水库的装机容量，单位kW；Nmin表示最小发电出力，即水库发电调度图中的降低出力，当目标水库为径流式水库时，无降低出力，单位kW。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤S2中，按照公式(12)重新计算目标水库的发电流量：4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S3中，所述目标函数包括：ⅰ.计算目标水库多年平均发电量，且所述多年平均发电量越大越好；其中，EPow表示目标水库多年平均发电量，单位亿kWh；Eh为目标水库在时段h的发电量；Y为...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖卫红，雷晓辉，张利敏，张云辉，田雨，权锦，殷兆凯，蒋云钟，王明元，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11