一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，包括如下步骤：水库闸门群面向对象建模；特定闸门对象实例化；闸门群组合使用规则建模；水库防洪调度规则建模及调洪计算；闸门群开度组合初始结果集计算；闸门群开度组合结果集优化调整。本发明专利技术提高了水库对防洪调度计算过程的准确性，使闸门调度计算更贴近实际，实现了防洪决策的智能化、实用化、便捷化。便捷化。便捷化。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法


[0001]本专利技术涉及一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，属于泄洪排水调度


技术介绍

[0002]防洪调度强调将大坝自身的安全始终放在第一位；其次是调洪结果不人为造峰，即调洪过程的最大出库流量不能大于入库洪峰流量。防洪调度计算是推求下泄流量过程和库水位过程，以及结合闸门的启闭规则将下泄流量分配到各闸门，形成闸门开度的决策支持方案的过程。防洪调度计算控制目标，根据大多数水库经验总结有以下几种重要模式：
[0003](1)控制水位模式：以期末水位作为控制目标，通过闸门启闭和机组发电控制，使水库经调洪演算后期末水位收敛到给定的控制值，并尽量少动闸门。
[0004](2)控制出库流量模式：以出库流量作为控制目标，给定水库的下泄流量过程，优先满足发电调度用水，其余作为弃水通过闸门下泄，约束突破给出安全警告。
[0005](3)闸门命令模式：根据给定的闸门启闭指令进行洪水调度控制，各时段弃水过程直接通过闸门启闭计划计算，其余全按发电调度方式计算，约束突破给出安全警告。
[0006](4)调度规程控制：根据水库的防洪调度规程或调洪规则进行洪水调度控制，通常根据不同水库规程定向开发。
[0007]目前大部分水电站防洪调度主要依靠人工经验制定调度方案，经审核批准后执行，但面对电站日益复杂调度约束以及不断变化的来水情况，人为经验制定闸门策略面临极大的挑战，一是闸门操作频繁、工作量巨大，二是制定方案并审批时间较长，泄洪闸门操作即时响应性差，三是梯级发电企业及电网水电由于不同电站泄洪闸门运用原则差异很大，水库及下游河道防洪调度限制约束也不一致，人为计算容易产生失误或偏差，增加防洪风险。
[0008]随着洪水预报技术的发展和提高，大部分水库增加了洪水预见期，在知道未来数日精度可靠的水库入库流量预报过程下，需要结合水库闸门实际操作规则对未来数日进行水库防洪调度计算，生成可靠的各闸门操作计划。

技术实现思路

[0009]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，解决了现有技术中防洪调度方案制定繁琐、周期长、人为操作误差大的问题。
[0010]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0011]一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，包括如下步骤：
[0012]水库闸门群面向对象建模；
[0013]特定闸门对象实例化；
[0014]闸门群组合使用规则建模；
[0015]水库防洪调度规则建模及调洪计算；
[0016]闸门群开度组合初始结果集计算；
[0017]闸门群开度组合结果集优化调整。
[0018]进一步地，前述水库闸门群面向对象建模，采用系统概化、结构化展示方法来完整表达出闸门基础信息和操作相关属性，具体步骤包括：
[0019]对水库闸门群进行概化处理；
[0020]对闸门面向对象建模处理，记为RG对象类，RG对象类包括闸门编号(id)、类型编号(tId)、闸门名称(name)、检修计划(rpt)、运行状态(ro)、开启顺序(st)、关闭顺序(ot)、闸门开度(X)；
[0021]对闸门类型进行建模处理，记为GT对象类，GT对象类包括闸门类型编号(tId)、类型名称(tName)、泄流曲线/公式(curve,{X1,X1,
…
,X
t
})、闸门开度可行域(X{})；
[0022]将RG对象类与GT对象类通过闸门类型编号进行关联，共同来表述水库全部闸门对象的特征和信息。
[0023]进一步地，前述对水库闸门群进行概化处理方法包括：
[0024]将全部闸门群根据水库闸门特性分为若干闸门组，对相同型号和位置的闸门分为一个闸门组，同小组闸门生产厂家、开度类型、泄流曲线/公式一致；
[0025]给每个闸门按照分组情况进行编号，记为(id1,id2,id3,
…
,id
n
)，同组闸门的编号连续；
[0026]给闸门型号进行编号，记为(tId1,tId2,tId3,
…
,tId
n
)，同一组闸门拥有同一个闸门型号的编号。
[0027]进一步地，前述特定闸门对象实例化的具体步骤包括：
[0028]利用RG对象类，根据闸门编号(id)和闸门名称(name)实例化生成各个水库闸门，给各闸门所属的闸门类型的编号(tId)赋值；
[0029]利用GT对象类，根据类型编号(tId)和类型名称(tName)实例化生成所有闸门类型；
[0030]将实例化后的各闸门对象，赋值各闸门真实检修计划(rpt)、运行状态(ro)、开启顺序(st)、关闭顺序(ot)、闸门开度(X)实时操控数据信息：
[0031]检修计划用时间对象单元组成的个数为复数的对象数组来表示，记为(rpt1,rpt2,rpt3,rpt4,
…
,rpt
2n
‑1,rpt
2n
)；
[0032]运行状态记为(ro)，有开启、关闭、故障、检修四种，每种状态用一个整数表示来组成映射关系，提取各闸门调度计算期初运行状态后用表示不同状态的整数来给闸门对象赋值；
[0033]开启顺序(st)、关闭顺序(ot)根据水库闸门运行规则，从第一个开启(关闭)闸门开始排序，直到最后一个开启(关闭)闸门，排序序号从1开始，并将各闸门的开启(关闭)序号赋值给闸门对象；
[0034]闸门开度记为(X1,X2,X3,
…
,X
T
)，是一组时间序列数据，表示调度计算期内各时段平均闸门开度，将调度计算期初闸门开度赋值给闸门开度第一个值X1，表示开度数据序列初始值已确定；
[0035]将实例化后的各闸门类型对象，赋值各闸门类型的泄流曲线/公式(curve,{X1,
X1,
…
,X
t
})、闸门开度可行域(X{})信息。
[0036]进一步地，前述闸门群组合使用规则建模的具体步骤包括：
[0037]根据水库在一年中不同时期、不同水位和入库流量条件下水库闸门群的组合使用规范，将各闸门开度组成的开度集{{X1}
t
,{X2}
t
,
…
,{X
n
}
t
}作为决策变量，将各时间段t对应的水库水位Z
t
、入库流量Q
int
等作为自变量，将闸门组合决策使用规范表示为映射关系{{X1}
t
,{X2}
t
,
…
,{X
n
}
t
}＝f({Z
t
,Q
int
})，开度集{{X1}
t
,{X2}<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，包括如下步骤：水库闸门群面向对象建模；特定闸门对象实例化；闸门群组合使用规则建模；水库防洪调度规则建模及调洪计算；闸门群开度组合初始结果集计算；闸门群开度组合结果集优化调整。2.根据权利要求1所述的一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，所述水库闸门群面向对象建模，采用系统概化、结构化展示方法来完整表达出闸门基础信息和操作相关属性，具体步骤包括：对水库闸门群进行概化处理；对闸门面向对象建模处理，记为RG对象类，所述RG对象类包括闸门编号(id)、类型编号(tId)、闸门名称(name)、检修计划(rpt)、运行状态(ro)、开启顺序(st)、关闭顺序(ot)、闸门开度(X)；对闸门类型进行建模处理，记为GT对象类，所述GT对象类包括闸门类型编号(tId)、类型名称(tName)、泄流曲线/公式(curve，{X1，X1，...，X
t
})、闸门开度可行域(X{})；将RG对象类与GT对象类通过闸门类型编号进行关联，共同来表述水库全部闸门对象的特征和信息。3.根据权利要求2所述的一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，所述对水库闸门群进行概化处理方法包括：将全部闸门群根据水库闸门特性分为若干闸门组，对相同型号和位置的闸门分为一个闸门组，同小组闸门生产厂家、开度类型、泄流曲线/公式一致；给每个闸门按照分组情况进行编号，记为(id1，id2，id3，...，id
n
)，同组闸门的编号连续；给闸门型号进行编号，记为(tId1，tId2，tId3，...，tId
n
)，同一组闸门拥有同一个闸门型号的编号。4.根据权利要求2所述的一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，所述特定闸门对象实例化的具体步骤包括：利用RG对象类，根据闸门编号(id)和闸门名称(name)实例化生成各个水库闸门，给各闸门所属的闸门类型的编号(tId)赋值；利用GT对象类，根据类型编号(tId)和类型名称(tName)实例化生成所有闸门类型；将实例化后的各闸门对象，赋值各闸门真实检修计划(rpt)、运行状态(ro)、开启顺序(st)、关闭顺序(ot)、闸门开度(X)实时操控数据信息：所述检修计划用时间对象单元组成的个数为复数的对象数组来表示，记为(rpt1，rpt2，rpt3，rpt4，...，rpt
2n
‑1，rpt
2n
)；所述运行状态记为(ro)，有开启、关闭、故障、检修四种，每种状态用一个整数表示来组成映射关系，提取各闸门调度计算期初运行状态后用表示不同状态的整数来给闸门对象赋值；所述开启顺序(st)、关闭顺序(ot)根据水库闸门运行规则，从第一个开启(关闭)闸门
开始排序，直到最后一个开启(关闭)闸门，排序序号从1开始，并将各闸门的开启(关闭)序号赋值给闸门对象；所述闸门开度记为(X1，X2，X3，...，X
T
)，是一组时间序列数据，表示调度计算期内各时段平均闸门开度，将调度计算期初闸门开度赋值给闸门开度第一个值X1，表示开度数据序列初始值已确定；将实例化后的各闸门类型对象，赋值各闸门类型的泄流曲线/公式(curve，{X1，X1，...，X
t
})、闸门开度可行域(X{})信息。5.根据权利要求4所述的一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，所述闸门群组合使用规则建模的具体步骤包括：根据水库在一年中不同时期、不同水位和入库流量条件下水库闸门群的组合使用规范，将各闸门开度组成的开度集{{X1}
t
，{X2}
t
，...，{X
n
}
t
}作为决策变量，将各时间段t对应的水库水位Z
t
、入库流量Q
int
等作为自变量，将闸门组合决策使用规范表示为映射关系{{X1}
t
，{X2}
t
，...，{X
n
}
t
}＝f({Z
t
，Q
int
})，所述开度集{{X1}
t
，{X2}
t
，...，{X
n
}
t
}中1，2，...，n表示闸门编号，t表示一年中的不同时期，{X
n
}
t
表示编号为n的闸门在t时期的开度集合；将闸门组合决策的映射关系，根据实际操作规则转化为闸门决策表，所述决策表能够表达不同时间范围、水位范围、入库流量范围对应的各闸门开度范围。6.根据权利要求1所述的一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，所述水库防洪调度规则建模及调洪计算的具体步骤包括：根据调度决策者的实际使用需求来确定目标函数，选定约束条件集合，建立防洪调度计算模型，所述约束条件集合包括水库水位上下限约束、出库流量上下限约束、出力上下限约束，所述目标函数为调度期末水位、调度期各时期出库流量或根据具体水库的调度规则描述的水位、出库、闸门控制方式；划分调度期的时间阶段；根据水量平衡公式求解计算每个调度阶段防洪调度模型，求解出每个阶段的水库时段出力、水库时段发电流量、水库时段泄洪、水库时段下泄流量、时段末水位及时段内闸门开启情况。7.根据权利要求6所述的一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，所述确定目标函数的方法包括：以给定调度期末水库水位作为目标条件，通过整个调度期各时段的出力分配、水量分配计算，得到整个调度期的洪水演算水位、出库流量，最终满足调度期末计算的水位接近给定水位目标。8.根据权利要求6所述的一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，所述确定目标函数的方法包括：以给定整个调度期所有时段的水库出库流量或者泄洪流量作为目标条件；通过水量平衡计算各个时期的时段末水位、时段出力；最终满足调度期内各个调度阶段的水库出库流量或者泄洪流量要求。9.根据权利要求6所述的一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，所述确定目标函数的方法包括：将水库调度规则转化为水位控制和出库控制的混合控制模式，将调度计算期按照调度
规则要求划分为多个子调度计算期；根据各子调度计算期的调度需求确定子调度期的水位控制或出库控制目标，再进行各调度阶段的水量平衡计算。10.根据权利要求6所述的一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，所述划分调度期的时间阶段的步骤如下：划分开始时间和结束时间，选择洪水开始涨水之前某一时刻为开始时间、洪水回落后的某一时刻为结束时间，或选择当前时刻为开始时间，未来数日后未结束时间。选定调度时段步长，根据水库需要时段步长选择包括：15分钟、0.5小时、1小时；记录调度时段数T。11.根据权利要求10所述的一种考虑水库泄洪过程均匀化的闸门调度优化方法，其特征在于，所述闸门群开度组合初始结果集计算方法步骤如下：根据调度目标，计算各个时段末水位Z
et
和出库流量Q
outt
，其中t＝1，2，3，.....

【专利技术属性】
技术研发人员：张旺，尹述红，李红刚，艾显仁，王峰，管镇，王建平，张攀全，沈笛，李阳毅诚，赵宇，吴善锋，
申请(专利权)人：南京南瑞水利水电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：