一种动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法技术

本发明专利技术公开了一种动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法。获得抽水蓄能电站下水库的典型天然洪水过程，计算不同设计频率洪水过程，并根据水量平衡原则和洪水过程的连续性，对洪水过程线进行人工修订，以保持线形的连续；获得上、下水库的水位库容关系函数和水位流量关系函数；采用水位分层计算方法获得发电变化过程qs以及对应的起调水位Hs；构建洪水组合方案集QS；对洪水组合方案集QS采用试算法进行下水库调洪计算，获取各方案下的最大下泄流量q

【技术实现步骤摘要】
一种动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法


[0001]本专利技术属于水库防洪设计
，具体涉及一种动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法。

技术介绍

[0002]在水
‑
风
‑
光
‑
储一体化清洁能源基地建设过程中，由于风光等可再生能源的强间歇性、随机性与波动性等，储能电站能有效缓解可再生能源强间歇性、随机性与波动性等，保障电力系统的稳定性与安全性。而抽水蓄能电站是在众多储能方式中促进新能源大规模使用、实现多能互补、打造安全可靠且经济灵活的新型电力系统最可靠的方法。
[0003]抽水蓄能电站具有技术成熟、容量大、能源效率高、使用寿命长等优点，与常规水电站的不同之处在于，抽水蓄能电站为了完成自身能量转换的工程任务，需要建设上、下两个水库，通过输水系统和蓄能机组建立水力和电力联系。因此，其水库的运行调度方式与常规水电站存在差异，尤其在水库防洪设计方面，抽水蓄能电站需考虑上水库的发电流量对下水库调洪的影响，因此，如何确定抽水蓄能电站水库调洪过程是目前亟需解决的水库调度难题之一。
[0004]抽水蓄能电站调洪计算的原理是在考虑上水库的发电流量情况下，以天然或不同设计频率洪水过程线与发电流量过程的不同叠加组合过程作为水库洪水调节的入库流量过程线，根据拟定的起调水位开始调节，逐时段连续求解水库水量平衡方程，由入库流量过程经水库调蓄后推求出库流量的过程，从而达到调节洪水的目的。其实质是通过水闸的开合调节水库水位来实现对水库下泄流量的控制过程，保证下水库本身的防洪安全，同时保证大坝下游防护对象在发生防洪标准洪水时的安全。
[0005]针对抽水蓄能电站，其水库的具体运行调度方式仍在探索过程中，尚未形成成熟的技术体系。就计算方法而言，抽水蓄能电站的洪水调节计算与常规水电站的洪水调节计算方法上并无本质区别，但计算中要考虑的问题却不同。当下水库下游有防护对象时，除了需要按照下游河道安全泄量控制下泄流量外，还要避免泄流过程中加重下游的防洪负担。因此，下水库需要设置一定的防洪库容。抽水蓄能电站下水库的洪水调节计算应考虑洪水过程、发电抽水过程和起调水位等因素的不同组合，采用最不利的组合进行计算，计算是比较复杂的。目前，在水库调洪计算研究方面，关于抽水蓄能电站调洪计算研究较少，主要集中于常规水电站的调洪计算。部分学者在抽水蓄能电站调洪计算研究中取得了一定的进展，如文献《抽水蓄能电站洪水调节探索》中主要考虑新增泄洪建筑物以加大安全泄量，采用机组连续满发流量过程与下水库洪水过程进行滑动叠加组合，滑动叠加采用的步长缩短到0.1h，从而找出最不利的组合情况，以此计算校核洪水标准下水库最高水位及相应最大下泄流量。文献《有综合利用要求的抽水蓄能电站下水库防洪设计》中采用静态库容和坝址天然洪水，根据不同工况下的下水库起调水位开始调节，计算20年一遇、设计和校核标准下最高库水位。文献《缙云抽水蓄能电站下水库洪水调节分析》中将上下水库作为整体，下水库调洪按照上下水库的水位(上下水库的调节水量，含备用库容)进行调度，从工程设计安
全考虑，在拟定的电站运行方式基础上进行不同时间遭遇的组合计算，以寻求最不利的组合工况。
[0006]综上所述，对于抽水蓄能电站的调洪技术研究仍在探索过程中，针对目前的研究，主要存在以下三个问题或不足：(1)以往研究以满发流量作为发电流量，这与实际发电过程并不符，调度结果会偏大，可能会严重降低水库建设的经济性；(2)调洪过程中，不同时刻的预留库容均采取发电流量与发电小时数的乘积，可能导致部分洪水侵占发电库容，当下水库预留发电库容被部分洪水与已发电库容占满时，上库未发电库容只能下泄，形成人为造洪的现象；(3)洪水组合方案不足，只考虑不同工况下与洪水发生时刻的滑动叠加，并未考虑未发电时与不同洪水时刻滑动叠加的情景，可能导致调洪计算结果偏小，水库工程处于偏不安全状态。因此，抽水蓄能电站调洪理论与技术仍需要进一步完善。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是：提供了一种动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法。本专利技术能够提高抽水蓄能电站调洪结果的准确性，并降低水库建设成本和保证其安全性。
[0008]本专利技术的技术方案是：一种动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法，包括下述步骤：
[0009]步骤A，获得抽水蓄能电站下水库的典型天然洪水过程，计算不同设计频率洪水过程，并根据水量平衡原则和洪水过程的连续性，对洪水过程线进行人工修订，以保持线形的连续；
[0010]步骤B，获得上、下水库的水位库容关系函数分别为f
uzv
、f
dzv
，水位流量关系函数分别为f
uzq
、f
dzq
；
[0011]步骤C，采用水位分层计算方法获得发电变化过程qs以及对应的起调水位Hs；
[0012]步骤D，构建洪水组合方案集QS＝{Q
″1，Q
″2，Q
″3，
…
，Q
″
n
}，其中n为方案总数；
[0013]步骤E，对洪水组合方案集QS采用试算法进行下水库调洪计算，获取各方案下的最大下泄流量q
′
m
和最高水位h
′
m
；
[0014]步骤F，构建各方案集的最大下泄流量qms＝{q
′
m1
，q
′
m2
，q
′
m3
，
…
，q
′
mi
}和最高水位hms＝{h
′
m1
，h
′
m2
，h
′
m3
，
…
，h
′
mi
}，筛选最不利洪水组合方案的最大下泄流量q
″
m
＝max(qms)和最高水位h
″
m
＝max(hms)。
[0015]前述的动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法的步骤A中，不同设计频率洪水过程按照同倍比放大法计算，计算过程如下：
[0016]将不同设计频率洪水过程值记为i＝0，1，2，
…
，N，N为洪水第N时刻；计算公式为：
[0017][0018]式中，为设计频率为p洪水过程的洪峰，Q
m
为典型洪水过程的洪峰，Q
i
为洪水过程第i时段的流量。
[0019]前述的动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法的步骤A中，不同设计频率洪水过程还可按照同频率放大法计算，计算过程如下：
[0020][0021][0022][0023][0024]…
[0025][0026]式中：分别为将洪水过程划分为1d，3d，7d，
…
，n对应设计频率p洪水过程第i时刻的流量；W
1，p
、W
3，p
、W
7，p<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤A，获得抽水蓄能电站下水库的典型天然洪水过程，计算不同设计频率洪水过程，并根据水量平衡原则和洪水过程的连续性，对洪水过程线进行人工修订，以保持线形的连续；步骤B，获得上、下水库的水位库容关系函数分别为f
uzv
、f
dzv
，水位流量关系函数分别为f
uzq
、f
dzq
；步骤C，采用水位分层计算方法获得发电变化过程qs以及对应的起调水位Hs；步骤D，构建洪水组合方案集QS＝{Q
″1，Q
″2，Q
″3，...，Q
″
n
}，其中n为方案总数；步骤E，对洪水组合方案集QS采用试算法进行下水库调洪计算，获取各方案下的最大下泄流量q
′
m
和最高水位h
′
m
；步骤F，构建各方案集的最大下泄流量qms＝{q
′
m1
，q
′
m2
，q
′
m3
，...，q
′
mi
}和最高水位hms＝{h
′
m1
，h
′
m2
，h
′
m3
，...，h
′
mi
}，筛选最不利洪水组合方案的最大下泄流量q
″
m
＝max(qms)和最高水位h
″
m
＝max(hms)。2.根据权利要求1所述的动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法，其特征在于，步骤A中，不同设计频率洪水过程按照同倍比放大法计算，计算过程如下：将不同设计频率洪水过程值记为N为洪水第N时刻；计算公式为：式中，为设计频率为p洪水过程的洪峰，Q
m
为典型洪水过程的洪峰，Q
i
为洪水过程第i时段的流量。3.根据权利要求1所述的动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法，其特征在于，步骤A中，不同设计频率洪水过程按照同频率放大法计算，计算过程如下：骤A中，不同设计频率洪水过程按照同频率放大法计算，计算过程如下：骤A中，不同设计频率洪水过程按照同频率放大法计算，计算过程如下：骤A中，不同设计频率洪水过程按照同频率放大法计算，计算过程如下：
…
式中：分别为将洪水过程划分为1d,3d,7d,
…
,n对应设计频率p洪水过程第i时刻的流量；W
1，p
、W
3，p
、W
7，p
…
W
n
′
，p
、W
n，p
分别为划分时段为1d,3d,7d,
…
,n
′
,n对应设计频率p洪水过程的洪量；W
1，T
、W
3，T
、W
7，T
…
W
n
′
，T
、W
n，T
分别为划分时段为1d,3d,7d,
…
,n
′
,n对应典型洪水过程的洪量，F
1，i
、F
3，i
、F
7，i
…
F
n，i
分别为划分时段为1d,3d,7d,
…
,n对应典型洪水过程第i时刻的流量。4.根据权利要求1所述的动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法，其特征在于，步
骤C具体如下：将上水库的工作深度划分为m层等间隔的水位区间，逐层将水量从上水库放至下水库，根据上库水位变化和f
uzv
、f
dzv
、f
uzq
、f
dzq
计算获得每层的发电流量集为qs＝{q1，q2，q3，...q
j
，...，q
m
}和对应的下水库起调水位直至上水库达到死水位为止。5.根据权利要求1所述的动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法，其特征在于，步骤C中，水位分层计算公式为：ΔV
j
＝f
uzv
(H
un
‑
j
×
ΔH
u
)
‑
f
uzv
(H
un
‑
(j+1)
×
AH
u
))式中，q
j
为第j层的发电流量，N为抽水蓄能电站的装机容量，K为出力系数，ΔH
j
为第j层上、下库的净水头差，q
m
为机组发电第m层的发电流量；ΔV
j
为第j层上库的库容变化量，H
un
为上水库正常蓄水位，ΔH
u
为每层上库水位区间，取为(H
un
‑
H
ud
)/m，H
ud
为对应库容为上水库死水位；V
dd
为下水库死水位对应的库容，为第j层的水头损失，为第j层的下水库水位，作为对应此发电时刻的起调水位。6.根据权利要求1所述的动态考虑预留库容的抽水蓄能调洪计算方法，其特征在于，步骤D的构建过程如下：初始的发电过程时段为采用阶梯插值方法按洪水过程的Δt内插，内插的发电时段集记为m'为时段插值的个数，则调整后的整个发电时刻集为发电流量过程为假设初始的洪水时段为g为洪水时段数，对应的洪水量为若每时刻的时间间隔不等，可采用线性插值按间隔Δt进行内插，内插的洪水时段集为k为时段插值的个数，t
″
q
为t
′
q
的子集，与机组遭遇洪水时已发电时间有关，t
″
q
‑
min(t
″
q
)表示初始化机组已发电时间的下一时刻为0，当机组未发电时遭遇洪水，min(t
″
q
)为0，t
fi
表示滑动叠加的对应洪水时刻，则调整后的整个洪水时刻集为t
′
f
＝t
f
∪t
fc
，对应的整个抽水蓄能电站洪水过程为根据洪水时段t
′
f
和发电时段...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱天生，李大成，吴迪，马黎，高朝荣，项华伟，龚兰强，杨建赞，李悦，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：