一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法，屬于水利水電 控制技術領域。
【背景技術】
[0002] 當前水電站汛期均采用汛限水位對庫水位進行限制，但實際上由于水電站設計中 取的安全度不一樣，或者由于新電站建設改變了流域水文特性，將使得梯級各水電站庫水 位同樣處于汛限水位時，發生棄水的概率存在非常大的區別，對洪水的抵御能力差別較大。 這種方式無法根據水電站的實時棄水概率有效控制水電站的合理的最優水位范圍內，在導 致梯級水電站群整體棄水概率增加的同時，降低了汛期的水能利用率。
【發明內容】
[0003] 為了解決現有技術的缺陷，本發明提供了一種梯級水電站群水電站汛期最優水位 范圍控制方法，利用已擬定的合理棄水風險控制標準，逐時段反推各水電站的最高允許水 位，進而獲得各水電站的汛期最優水位范圍，為水電站群聯合錯峰優化調度提供依據。
[0004] 為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：
[0005] 一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法，包括以下步驟：
[0006] 1)預先給定各級水電站的入庫流量頻率曲線和預期棄水風險；
[0007] 2)按照從上游到下游的順序依次對水電站進行計算；
[0008] 3)若該水電站具備季調節以上性能，則判斷為首級水電站還是非首級水電站，如 果是首級水電站則轉入步驟4);如果是非首級水電站則轉入步驟5);若該水電站不具備季 調節以上性能，則轉入步驟6);
[0009] 4)計算該首級水電站的最優水位和該首級水電站的總出庫流量期望值，然后轉入 步驟7);
[0010] 5)計算該非首級水電站的總出庫流量期望值和該非首級水電站的最優水位，然后 轉入步驟7);
[0011] 6)利用水量平衡方程推算出該水電站的出庫流量，然后轉入步驟7);
[0012] 7)判斷是否遍歷完所有的水電站，如果是，則結束，如果否，則轉入步驟3)。
[0013] 前述的首級水電站和非首級水電站的調度規則為：當水電站未達到汛限水位時， 優先考慮蓄水，待水電站到達汛限水位后，利用機組跟蹤下泄入庫流量，當入庫流量超過機 組滿發流量時，水電站開閘棄水。
[0014] 前述的步驟4)中首級水電站的最優水位的確定方法為：
[0015] 首先在入庫流量頻率曲線中查找到某一臨界流量U i，使得入庫流量^大于該臨 界流量r i的概率正好為首級水電站預期棄水風險p^p(I1)" !) = p1；
[0016] 根據水量平衡公式，得到該首級水電站預期棄水風險PJt應的最優庫容V / :
[0017] V/ =Nul-H1' -Qligen) At (2)
[0018] 其中，QuJ%首級水電站機組滿發流量，V u為首級水電站汛限水位對應庫容， V/為首級水電站預期棄水風險P1對應的最優庫容；
[0019] 再根據水位-庫容特性曲線，查得該首級水電站最優庫容V/對應的水位t i， 即為該預期棄水風險P1對應的最優庫水位。
[0020] 前述的步驟4)中首級水電站的總出庫流量期望值的計算方法為：
[0021] 首級季調節性能以上水電站總出庫流量Q1表示為：
【主權項】
1. 一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法，其特征在于：包括以下步 驟： 1) 預先給定各級水電站的入庫流量頻率曲線和預期棄水風險； 2) 按照從上游到下游的順序依次對水電站進行計算； 3) 若該水電站具備季調節以上性能，則判斷為首級水電站還是非首級水電站，如果是 首級水電站則轉入步驟4);如果是非首級水電站則轉入步驟5);若該水電站不具備季調節 以上性能，則轉入步驟6); 4) 計算該首級水電站的最優水位和該首級水電站的總出庫流量期望值，然后轉入步驟 7)； 5) 計算該非首級水電站的總出庫流量期望值和該非首級水電站的最優水位，然后轉入 步驟7); 6) 利用水量平衡方程推算出該水電站的出庫流量，然后轉入步驟7); 7) 判斷是否遍歷完所有的水電站，如果是，則結束，如果否，則轉入步驟3)。
2. 根據權利要求1所述的一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法，其特 征在于：所述首級水電站和非首級水電站的調度規則為：當水電站未達到汛限水位時，優 先考慮蓄水，待水電站到達汛限水位后，利用機組跟蹤下泄入庫流量，當入庫流量超過機組 滿發流量時，水電站開閘棄水。
3. 根據權利要求1所述的一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法，其特 征在于：所述步驟4)中首級水電站的最優水位的確定方法為： 首先在入庫流量頻率曲線中查找到某一臨界流量U i，使得入庫流量I1大于該臨界流 量1' 1的概率正好為首級水電站預期棄水風險P ^P(I1)I' J=P1; 根據水量平衡公式，得到該首級水電站預期棄水風險PJt應的最優庫容V' 1： Vr1=V1,1-(I/ (2) 其中，首級水電站機組滿發流量，V u為首級水電站汛限水位對應庫容，V'為 首級水電站預期棄水風險P1對應的最優庫容； 再根據水位-庫容特性曲線，查得該首級水電站最優庫容t 1對應的水位t i，即為 該預期棄水風險P1對應的最優庫水位。
4. 根據權利要求1所述的一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法，其特 征在于：所述步驟4)中首級水電站的總出庫流量期望值的計算方法為： 首級季調節性能以上水電站總出庫流量Q1表示為：
定義 Ο" = '"，DMt， 則式⑶變形為： 則首級季調節性能以上水電站總出庫流量期望值E(Q1)為：
其中，fd)為該水電站入庫流量的概率密度函數，滿足= 式中，r ( α )為α的伽瑪函數，α，β，α ^為P-III型曲線的三個參數。
5. 根據權利要求1所述的一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法，其特 征在于：所述步驟5)中非首級水電站的總出庫流量期望值的計算方法為： 非首級季調節性能以上水電站總出庫流量表示為：
其中，Qi為第i級非首級季調節性能以上水電站的總出庫流量，為已計算得到的第 i級非首級水電站的上游水電站的總出庫流量期望值，V' i為第i級非首級水電站預期棄 水風險Pi對應的最優庫容，I i為第i級非首級水電站的區間入庫流量，V u為第i級非首級 水電站汛限水位對應庫容； 定義/"=(H)/~-α.，,， 則式（5)變開;為：- 1 α ^ ^ 則第i級非首級季調節性能以上水電站總出庫流量期望值E(Qi)為：
兵屮，Uli;刀該弟1級.自級字調TT王BE以丄爪電跖込丨日」八坪孤M的m竿S反圈多女。
6. 根據權利要求1所述的一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法，其特 征在于：所述步驟5)中非首級水電站的棄水風險的確定方法為： 首先在區間入庫流量頻率曲線中查找到某一臨界流量U i，使得區間入庫流量Ii大于 該臨界流量r 4勺概率正好為該非首級水電站預期棄水風險pi:p(ii> r J =Pi 根據水量平衡原理，得到第i級非首級水電站預期棄水風險PJt應的最優庫容V' i： K^Kj-ca^r+i'-Q^w (9) 其中，為第i級非首級水電站上游水電站的總出庫流量的期望值，（^，_第i級非 首級水電站機組滿發流量； 再根據該級水電站的水位-庫容特性曲線，查得第i級非首級水電站最優庫容V/對 應的水位Zi'，即為該水電站預期棄水風險Pi對應的最優庫水位。
7. 根據權利要求1所述的一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法，其特 征在于：所述步驟6)中不具備季調節以上性能的水電站的出庫流量Q為：g = / + ，其 中，I為該級水電站當月的歷年平均區間入庫流量值，為上游水電站的總出庫流量的期 望值。
【專利摘要】本發明公開了一種梯級水電站群水電站汛期最優水位范圍控制方法，首先預先給定各級水電站的入庫流量頻率曲線和預期棄水概率，然后按照從上游到下游的順序依次對水電站進行逐庫計算：若水電站具備季調節以上性能，則對首級和非首級水電站分別計算其最優水位以及計算該水電站總出庫流量期望；若該水電站不具備季調節以上性能，則僅利用水量平衡方程推算出該水電站的出庫流量，依次遍歷完所有水電站，即可得到某一時刻水電站群所有季調節性能以上水電站的最優水位范圍。本發明能夠科學指導梯級水電站群的實時蓄放水策略，確保梯級各水電廠的棄水概率在可控范圍內，降低梯級水電站群發生棄水的概率，減少流域洪澇災害損失。
【IPC分類】G05D9-12
【公開號】CN104635769
【申請號】CN201410812290
【發明人】唐海華, 芮鈞, 趙宇, 黃春雷, 陸濤, 李林峰, 李允軍
【申請人】南京南瑞集團公司, 國網電力科學研究院
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月23日