一种考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，包括根据调水工程各对象的水力联系以及水力响应特性，构建跨流域调水工程模型网络概化图；在模型网络概化图的基础上，构建调水工程旬水量优化调度模型并运用差分进化算法实现模型的高效求解；根据模型求解得到的最优解，制定调水工程旬水量优化调度计划。优点是：充分考虑了调水工程中各对象的水力响应特性，可实现调水工程旬调度过程中水位、流量和泵站能耗的精细化模拟；调水工程旬水量优化调度模型能充分利用调水工程沿线湖泊的调蓄能力，优化旬调水过程，均衡供水缺额、调水能耗、湖泊不平衡水量等多维目标，以编制最优的跨流域调水工程旬水量优化调度计划。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法
本专利技术涉及水资源优化调度
，尤其涉及一种考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法。
技术介绍
跨流域调水工程是解决水资源空间分布不均的有效手段，是合理利用区域水资源、保障经济社会可持续发展的重大举措。其中，水量调度模型是编制跨流域调水工程水量调度计划的基础，按照时间尺度不同，水量调度模型又分为年月水量调度模型和旬水量调度模型，分别支撑调水工程年月水量调度计划和旬水量调度计划的编制。旬水量调度模型是在确定的年月水量调度计划的基础上，充分考虑可供水量、各用水户的用水需求、工程计划检修及各渠段输水能力，优化决策调水工程在旬内的逐日输、供水过程，在最大程度满足供水需求的同时，尽可能降低调水工程的运行成本。旬水量调度模型利用不断更新的来水、需水等预报信息，对运行策略逐步进行调整和修正，提高水资源利用率并降低跨流域调水工程产生的能耗，以达到水量优化调度的目的。现行调水工程旬水量调度计划编制方法都是以水量平衡模型为核心进行求解计算。水量平衡模型主要以水量为决策变量，对输水过程的水力响应特性考虑不充分，泵站的能耗计算只能以能源单耗等方式进行概算，无法反映精细化的输、供水过程。随着调水工程对调度的精细化水平要求逐步提高,现有的以水量平衡计算为核心的旬水量调度模型难以满足生产需求,亟待寻求能够反映调水工程输水水力响应特性、精确计算泵站能耗的旬水量调度计划编制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，包括如下步骤S1、根据调水工程各对象的水力联系以及水力响应特性，构建跨流域调水工程模型网络概化图；S2、在模型网络概化图的基础上，构建调水工程旬水量优化调度模型并运用差分进化算法实现模型的高效求解；S3、根据模型求解得到的最优解，制定调水工程旬水量优化调度计划。优选的，步骤S1具体为，将跨流域调水工程中需要考虑的各类对象进行概化，生成跨流域调水工程模型网络概化图；所述各类对象包括泵站、输水渠道、湖泊、节制闸和分水口。优选的，泵站的概化方式为，将泵站概化为泵站计算节点，按照过泵流量以及泵站上下游水位计算泵站能耗。优选的，节制闸的概化方式为，将节制闸概化为闸门计算节点，按照出入流平衡进行水量平衡计算。优选的，分水口的概化方式为，将分水口概化为分水口计算点，按照需水量和供水量进行水量平衡计算。优选的，湖泊的概化方式为，若调水工程按照设计供水能力供水在预设日期内对湖泊水位影响小，则将湖泊概化为水位边界；若调水工程按照设计供水能力供水在预设日期内对湖泊水位影响大，则将湖泊概化为调蓄水库。优选的，输水渠道的概化方式为，当输水渠道的某一端为湖泊，则按照水头损失模型将其概化；当输水渠道的一端与湖泊相连，由于湖泊的调蓄能力，输水渠道的流量短时不稳定不会产生回水效应类的水位变化，与湖泊相连一端的水位与湖泊水位一致，输水渠道另一端的水位为湖泊水位叠加渠道水力损失，渠道水力损失由一维恒定流模型在输水渠道给定流量及分水口流量情况下的水面线模拟结果推导得出；当输水渠道的两端均为节制闸或泵站，则按照积分时滞模型将其概化，积分时滞模型将将渠道分为均流区时滞段和回水区积分段，当上下游节制闸同步调控流量时，由于时滞的存在，短时间内回水区的出入流不平衡，将引起下游节制闸前和上游节制闸后的水位波动，所述水位波动采用积分时滞模型计算，所述积分时滞模型为，其中，y为下游控制点水位相对于设定值的变化量；t为时间；As为回水区水面面积；qin为渠道入流量；τd为均匀流区的迟滞时间；qout为下游渠道出流量。优选的，步骤S2包括如下内容，S21、选择旬缺水量最少、旬能耗最小、湖泊不平衡水量最小作为调水工程旬水量优化调度模型的目标函数；S22、采用差分进化算法求解调水工程旬水量优化调度模型以得到最优解。优选的，调水工程旬水量优化调度模型的目标函数的计算方式如下，旬缺水量最少的计算公式如下：其中，T1为旬缺水量；Qs,t为t时段系统总供水流量；Qd,t为t时段系统总需水流量；△t为水量计算时间间隔；T为旬内水量计量的总时段数；△t×T＝240小时，旬调度的调度期为10天；供水流量Qs,t和需水流量Qd,t指调水工程末端出口断面的需水和供水流量，沿线其余分水口均按需求流量完全满足；旬能耗最小的计算公式如下，其中，T2为旬能耗；ρ为水的密度；g为重力加速度；n为泵站总数；Qi,t为第i个泵站t时段的提水流量；Hi,t为第i个泵站t时段的提水扬程，为t时段第i座泵站后平均水位，为t时段第i座泵站前平均水位，当Hi,t＞0且达到水泵最低运行扬程时，上述泵站为提水运行状态，ηi,t第i个泵站t时段的运行效率；湖泊不平衡水量最小的计算公式如下，其中，T3为湖泊不平衡水量；m为湖泊个数；Qi,out,t为第i个湖泊t时段的调出流量；Qi,in,t表示第i个湖泊t时段的调入流量。优选的，在采用差分进化算法求解调水工程旬水量优化调度模型的过程中，以调水工程中各泵站的引水流量和湖泊的调出流量的逐日过程作为决策变量，运用基于水位模拟的调水工程旬水量模拟方法实现水量平衡的模拟以计算出目标函数值；所述基于水位模拟的调水工程旬水量模拟方法具体包括如下步骤，生成一组决策变量解集后，按照模型网络概化图的各模型的计算顺序，依次对各模型进行水量平衡计算，得到各对象的流量和水位过程；提取各泵站的提水流量和扬程，按泵站扬程和流量查找对应的机效率特性表，判断是否在不可行工作区间；若是可行工作区间，则按泵站流量-扬程-能耗计算能耗；若是不可行工作区间，则人为设置一个低效率值；按照各目标函数的计算方式，计算各目标函数值。本专利技术的有益效果是：充分考虑了调水工程中各对象的水力响应特性，可实现调水工程旬调度过程中水位、流量和泵站能耗的精细化模拟，能充分利用调水工程沿线湖泊的调蓄能力，优化旬调水过程，均衡供水缺额、调水能耗、湖泊不平衡水量等多维目标，以编制最优的跨流域调水工程旬水量优化调度计划。附图说明图1是本专利技术跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法的流程图；图2是本专利技术中输水渠道积分时滞模型示意图；图3是本专利技术实施例中引江济淮工程概化图；图4是本专利技术实施例中引江济淮工程模型网络概化图；图5是本专利技术实施例中调水工程在旬内对湖泊水位影响分析结果图。图6是本专利技术实施例中编制的旬水量优化调度计划的详细结果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，其特征在于：包括如下步骤/nS1、根据调水工程各对象的水力联系以及水力响应特性，构建跨流域调水工程模型网络概化图；/nS2、在模型网络概化图的基础上，构建调水工程旬水量优化调度模型并运用差分进化算法实现模型的高效求解；/nS3、根据模型求解得到的最优解，制定调水工程旬水量优化调度计划。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，其特征在于：包括如下步骤
S1、根据调水工程各对象的水力联系以及水力响应特性，构建跨流域调水工程模型网络概化图；
S2、在模型网络概化图的基础上，构建调水工程旬水量优化调度模型并运用差分进化算法实现模型的高效求解；
S3、根据模型求解得到的最优解，制定调水工程旬水量优化调度计划。


2.根据权利要求1所述的考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，其特征在于：步骤S1具体为，将跨流域调水工程中需要考虑的各类对象进行概化，生成跨流域调水工程模型网络概化图；所述各类对象包括泵站、输水渠道、湖泊、节制闸和分水口。


3.根据权利要求2所述的考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，其特征在于：泵站的概化方式为，将泵站概化为泵站计算节点，按照过泵流量以及泵站上下游水位计算泵站能耗。


4.根据权利要求2所述的考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，其特征在于：节制闸的概化方式为，将节制闸概化为闸门计算节点，按照出入流平衡进行水量平衡计算。


5.根据权利要求2所述的考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，其特征在于：分水口的概化方式为，将分水口概化为分水口计算点，按照需水量和供水量进行水量平衡计算。


6.根据权利要求2所述的考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，其特征在于：湖泊的概化方式为，若调水工程按照设计供水能力供水在预设日期内对湖泊水位影响小，则将湖泊概化为水位边界；若调水工程按照设计供水能力供水在预设日期内对湖泊水位影响大，则将湖泊概化为调蓄水库。


7.根据权利要求2所述的考虑水力响应特性的跨流域调水工程旬水量优化调度计划编制方法，其特征在于：输水渠道的概化方式为，当输水渠道的某一端为湖泊，则按照水头损失模型将其概化；当输水渠道的一端与湖泊相连，由于湖泊的调蓄能力，输水渠道的流量短时不稳定不会产生回水效应类的水位变化，与湖泊相连一端的水位与湖泊水位一致，输水渠道另一端的水位为湖泊水位叠加渠道水力损失，渠道水力损失由一维恒定流模型在输水渠道给定流量及分水口流量情况下的水面线模拟结果推导得出；当输水渠道的两端均为节制闸或泵站，则按照积分时滞模型将其概化，积分时滞模型将将渠道分为均流区时滞段和回水区积分段，当上下游节制闸同步调控流量时，由于时滞的存在，短时间内回水区的出入流不平衡，将引起下游节制闸前和上游节制闸后的水位波动，所述水位波动采用积分时滞模型计算，所述积分时滞模型为，



其...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷晓辉，王超，陈曦，陈奇，管佳佳，黄军，胡魏耿，冯文文，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，安徽省引江济淮集团有限公司，安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，中水淮河规划设计研究有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11