水庫調(diào)度復習整理

在山谷的狹口處，筑一道攔水壩，堵住山溪或河流的水流，把上游集水面積內(nèi)的來水攔蓄起來，為農(nóng)田灌溉、生活用水、防洪保障、水力發(fā)電等服務，這樣的工程，就叫做水庫。大型水庫一總庫容在1億m3以上。大（1）型：大于10億m3；大（2）型：1—10億m3。中型水庫一總庫容在1000萬m3?1億m3小型水庫一總庫容在10萬m3?1000萬m3：?。?）型水庫，總庫容在100萬m3以上，1000萬m3以下；?。?）型水庫，總庫容在10萬m3以上，100萬m3以下。塘壩一總庫容在10萬m3以下。水電站運行與水庫調(diào)度的特點運行經(jīng)濟性、調(diào)度靈活性、效益綜合性、信息隨機性、決策風險性、系統(tǒng)復雜性水庫對洪水的調(diào)節(jié)作用有兩種不同方式，一種起滯洪作用，另一種起蓄洪作用。保證出力:是指水電站在多年運行期間所能提供的具有一定保證率的電力，或者說，是相對于設計保證率的供水期的平均出力。保證率：水電站正常工作不遭受破壞的相對歷時。這樣一群共同工作的水庫整體即稱為水庫群按照各水庫的相互位置和水力聯(lián)系的有無，可分為：串聯(lián)水庫群、并聯(lián)水庫群和混聯(lián)水庫群三種。串聯(lián)水庫群是指布置于同一條河流、形如階梯的水庫群，也稱為梯級水庫群。按照各庫間回水的銜接與否，又可分為銜接梯級、重疊梯級和間斷梯級三種。并聯(lián)水庫群是指位于相鄰的幾條干支流或不同河流上的一排水庫。并聯(lián)水庫有各自的集水面積，之間并無水力上的聯(lián)系?；炻?lián)水庫群是串聯(lián)和并聯(lián)混合的庫群形式水庫群的工作特點主要體現(xiàn)在以下四個方面：。,庫容大小和調(diào)節(jié)程度上的不同。⑵.水文情況的差別。?徑流和水力上的聯(lián)系。4）水利和經(jīng)濟上的聯(lián)系。水庫調(diào)度的分類1,從內(nèi)容上分：防洪、發(fā)電、灌溉、航運、給水（工業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)生活用水）2,從方法上分：常規(guī)調(diào)度（按常規(guī)調(diào)度圖）、經(jīng)驗調(diào)度（控制水位、發(fā)電量、用水量等）、優(yōu)化調(diào)度（確定型、隨機型）目標函數(shù)是指反映優(yōu)化準則的指標與系統(tǒng)狀態(tài)變量、決策變量、其他變量及參數(shù)之間的數(shù)學關(guān)系。約束條件是指調(diào)度方案必須滿足的各種限制（約束）條件。水庫中長期運行特點：。受天然來水劇烈變化和水庫調(diào)節(jié)能力的影響顯著?2調(diào)度信息的隨機性和不確定性使調(diào)度更加復雜G,計算期和計算時段的考慮更加復雜。分時上網(wǎng)電價政策對中長期優(yōu)化運行提出了新的要求廣為采用兩類傳統(tǒng)的徑流描述方法，即時歷法與統(tǒng)計法。歷時法：以過去實測（包括插補延長）的或預報的徑流時歷特性資料來描述和預測徑流未來變化規(guī)律。統(tǒng)計法：以過去實測徑流系列的某些周期特性量（如年徑流、枯水期徑流和洪峰流量等）的統(tǒng)計特性資料描述和預測徑流變化規(guī)律，自20世紀50、60年代以來，產(chǎn)生了基于隨機過程理論的概率分析法和統(tǒng)計模擬法兩類徑流描述新方法。1。確定性徑流過程：①歷史徑流過程（2人工生成徑流序列。③預報徑流過程。2,隨機性徑流過程：①獨立隨機序列。2馬爾可夫過程③混合隨機過程。水庫中長期運行調(diào)度按是否采用優(yōu)化技術(shù)可分為常規(guī)調(diào)度和優(yōu)化調(diào)度。水庫常規(guī)調(diào)度的基本依據(jù)是水庫調(diào)度圖。水庫調(diào)度圖以時間為橫坐標，以水庫蓄水量或水位為縱坐標，由一些控制水庫蓄水和供水的指示線所組成，它綜合反映了各種來水條件下的水庫調(diào)度規(guī)則。水庫發(fā)電常規(guī)調(diào)度圖是各種調(diào)度規(guī)則的綜合體現(xiàn)。它是利用徑流的歷時特性和統(tǒng)計特性，按照上述要求所指定出的調(diào)度線圖。包括下列調(diào)度線和調(diào)度區(qū)：（1）基本調(diào)度線和保證出力區(qū)基本調(diào)度線分為上基本調(diào)度線（防破壞線）和下基本調(diào)度線（限制出力線）。它們之間的區(qū)域稱為保證出力區(qū)，實際蓄水位落到此區(qū)，水電站按保證出力工作。它們體現(xiàn)了設計來水條件下水電站保證運行方式及相應的調(diào)度規(guī)則。（2） 加大出力線和加大出力區(qū)在上基本調(diào)度線以上按照各時刻同樣的加大出力比例繪制的調(diào)度線稱為加大出力線，如取基本調(diào)度線所對應的保證出力的1.1、1.2倍……，可給出一組加大出力線，最大的一條稱為防棄水線。上基本調(diào)度線以上到防棄水線之間的區(qū)域稱為加大出力區(qū)。實際蓄水位落在此區(qū)，水電站按加大出力調(diào)度線的流量工作。加大出力線是體現(xiàn)多水條件下對水庫多余水量的合理利用方式及相應的調(diào)度規(guī)則。（3） 防棄水線和預想出力區(qū)最大的一條加大出力線稱為防棄水線。防棄水線以上的區(qū)域稱為預想出力區(qū)。實際蓄水位落在此區(qū)，為減少棄水，水電站應按預想出力全流量工作。（4） 降低出力線和降低出力區(qū)在下基本調(diào)度線以下，按照各時刻同樣的降低出力比例可繪制一組降低出力線，例如取下基本調(diào)度線所對應的保證出力的0.9、0.8倍……。下基本調(diào)度線以下為降低出力區(qū)。實際蓄水位落到此區(qū)，可按降低出力線的流量工作。降低出力線是體現(xiàn)水電站在特枯水條件下水庫蓄水又不足時，水電站正常工作合理破壞的方式及相應的調(diào)度規(guī)則。（5） 防洪調(diào)度線及防洪限制區(qū)該區(qū)是為攔蓄設計洪水，消減最大洪峰流量，在滿足水庫及下游安全的前提下合理利用防洪庫容所擬定的調(diào)度線與調(diào)度區(qū)（即各時期防洪限制水位，汛限水位約束了發(fā)電蓄水高程）。年調(diào)節(jié)發(fā)電水庫基本調(diào)度線的繪制：①設計典型年和保證出力的選?、颇鏁r序水能計算?繪制蓄水過程線④作上、下包絡即得基本調(diào)度線。立即加大出力，使多余水量盡快放掉。該方式出力不均勻，由于短時間內(nèi)出力突增，對系統(tǒng)中火電站的運行不利。后期集中加大出力，該方式出力也不均勻，但可使水電站在較長時期保持較高水頭運行，較第一種方式多發(fā)電量。但如果汛期提前到來，則有可能產(chǎn)生不應有的棄水。均勻加大出力，該方式增加出力均勻，對系統(tǒng)中的發(fā)電站運行有利，也能充分利用多余水量，是經(jīng)常采用的一種增加出力方式。立即減小出力，使水庫水位經(jīng)過At后很快回蓄到下基本調(diào)度線上，這樣破壞時間較短。繼續(xù)按保證出力圖工作，直到死水位，以后按天然來水流量工作，該方式如后期來水很少，將引起集中的嚴重破壞。均勻減小出力至供水期末，該方式使正常工作均勻破壞，破壞程度小，降低調(diào)度線一般按此種方式繪制。

立即加大出力。使水庫水位在時段末ti+］就落在上調(diào)度線①上。后期集中加大出力(線②)。這種方式可使水電站較長時間處于較高水頭下運行，對發(fā)電有利，但出力不均勻。均勻加大出力(線③)。使出力均勻，充分利用水能資源。1 下基本調(diào)度線；2——上基本調(diào)度線立即降低出力(線④)使水庫蓄水在tw時就回到下調(diào)度線上。后期集中降低出力(線⑤)。調(diào)度方式簡單，且系統(tǒng)正常工作破壞的持續(xù)時間較短，但破壞強度大。均勻降低出力(線⑥)。該方式使破壞時間長，但破壞強度最小。單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度目標函數(shù)T T劣水=max￡Bi=maxgACiQiH^ti約束條件:水電站水庫運行調(diào)度的約束條件，包括水量平衡約束、水庫特性約束、水庫蓄水位約束、水庫下泄流量約束、電站出力約束、非負約束等。=V+(R=V+(R-Q-S)AtiiiiiQmin,i-Qi-Qmax,imin,ii max,iNmin,iJNJNmax^.切-VIJAV-1Q-Q」jaq所以變量＞0(非負約束)i+1水庫特性約束水位庫容曲線下游水位流量關(guān)系曲線不等式約束初始或終止庫水位約束動態(tài)規(guī)劃原理動態(tài)規(guī)劃的基本思想是貝爾曼的最優(yōu)化原理，即“作為整個過程的最優(yōu)策略應具有這樣的性質(zhì)：無論過去的狀態(tài)和決策如何，對面臨的決策所形成的狀態(tài)而言，余留的決策必須構(gòu)成其最優(yōu)策略”。也就是說，一個最優(yōu)策略的子策略也是最優(yōu)的。決策變量:決策是從某一個狀態(tài)演變到下一個階段某種狀態(tài)的一種選擇，描述這種選擇的變量稱為決策變量。粒子群最佳化算法（簡稱為PSO），是一種以群體為基礎（Population-based）的最佳化搜尋技術(shù).用PSO求解時，一個粒子就是水電站水庫的一種運行策略或調(diào)度線，粒子個體的位置向量x的元素為水庫各時段末水位，速度向量V的元素為各時段末水位的漲落速度.梯級水電站水庫間不僅存在著電力聯(lián)系，而且還存在著水力聯(lián)系（流量、水頭）。梯級電站的補償調(diào)節(jié)方式分為水文補償和庫容補償。常規(guī)方法（時歷法）和優(yōu)化方法。補償調(diào)節(jié)的主要目的：提高水電站群總的保證出力，并使其年內(nèi)甚至多年的出力過程盡量均勻，以增加其替代火電容量的效益。劃分補償電站與被補償電站基本原則：庫容大小、徑流量多少及水頭高低，是劃分補償與被補償電站的主要標準。各水庫綜合利用要求限制條件的繁簡程度、梯級水電站所處的上下位置，也有影響。第一類補償電站：調(diào)節(jié)性能好，庫容系數(shù)（水庫興利庫容與其壩址斷面處的多年平均年徑流量的比值，是表明水庫調(diào)節(jié)徑流能力大小的一個指標）、多年平均徑流Q0和電站裝機容量大的，綜合利用要求比較簡單的電站。第二類補償電站：庫容、水量和水頭較大（次大）的電站。被補償電站：庫容小、無調(diào)節(jié)或日調(diào)節(jié)的水電站，及一些小電站。補償能力較弱的電站先進行補償，補償能力最大的放在最后進行補償?？诙?、梯級水電站群中長期運行模型>1.目標函數(shù)（1）梯級電站年內(nèi)出力最小的時段的出力盡可能大，即最大化最小出力，該目標的效果是為電網(wǎng)提供盡可能大的均勻的可靠出力，同時，達到增大枯期發(fā)電量的目的。NNP=MaxMin^（4-0廣Hit）VteT Z=1 NP為整個梯級最大化的最小出力；4為第i個電站出力系數(shù)：0,為第，個電站在第t時段發(fā)電流量；為第，?個電站在第t時段平均發(fā)電凈水頭；r為年內(nèi)計算總時段數(shù)（計算時段為月，=12）:N為梯級電站總數(shù)。（2）梯級電站年發(fā)電收益最大或年發(fā)電量最大NTMaxEi ,t 't）z=lt=\E為整個梯級電站年發(fā)電量；G為第，時段電價（當=1時，目標函數(shù)為發(fā)電量最大，V>1時，目標函敏為發(fā)電效益最大化）；力￡第f時段小時數(shù)。>2.約束條件水量平衡約束 Vs=V,,+(/"Q"S,MVteT水庫蓄水量約束V,^<V.f<V,；maxVtET水庫下泄流量約束Q,.mm<Q;J<Q;/maxVteT電站出力約束 N頃° VteT非負條件約束研究水庫群蓄放水次序的主要目的：水庫群聯(lián)合運行時，讓水電站的不蓄水量在盡可能大的水頭下發(fā)電，使系統(tǒng)總發(fā)電量最大。年調(diào)節(jié)水電站發(fā)電水量：1.水庫調(diào)蓄水量：蓄水電能(電能值由興利庫容決定)、2.水庫不蓄水量：不蓄電能(電能值由不蓄水量、水頭決定)401-試推導并聯(lián)水庫在蓄水期蓄水次序的K值半U別式設有甲、乙兩個并聯(lián)的年調(diào)節(jié)水電立占聯(lián)合運行總不蓄出力：TOC\o"1-5"\h\zIWZ不蓄i=Z不蓄、甲i+Z不蓄、乙i L當超過系統(tǒng)負荷N系i時，水庫需蓄水減小出力： \))N齡=ZLN不蓄j—Z系j設由水電站甲承擔減小出力的任務，則減少流量：Q甲j=dV甲/dt=F甲qH甲/dt=卜T庫、/AH甲 (1)dV甲i—-某時段dt內(nèi)水庫甲增加的庫容；F甲i一某日寸段內(nèi)水庫甲的庫面積；dH甲i—某時段內(nèi)水庫甲抬高的水位；A--出力系數(shù)(設兩電站采用相同數(shù)值)設由水電站乙承擔減小出力的任務，減小流量：IQLi=dVL/dt=FLidHLi/dt=N^/AHj(2)由⑴、(2)得：dH乙i=(F甲*甲仰乙M乙i)dH甲j (3)(3)表示了兩水庫在i時段內(nèi)的水庫面積、水頭和水庫抬高水位三者間的關(guān)系。-兩水庫的不蓄電能增加值由于本時段水庫的抬高水位，將會影響到以后各時段的發(fā)電水頭，因此將增加以后蓄水期的不蓄電能。dE不蓄、甲=W不蓄、甲dH甲jAdE不蓄、乙=W不蓄、乙dH乙jAW不蓄、甲、W不蓄、乙…--分別為甲、乙水庫在i時段以后來的蓄水期不蓄水量；A——為水電站甲、乙的出力系數(shù)。-聯(lián)合運行電站群，總發(fā)電量最大，則應使總的不蓄電能增加值最大，以此確定水庫的蓄水次序。若W不蓄、甲dH甲i>W不蓄、乙dH乙i則水電站甲先蓄水減小出力。反之，則應由乙電站先蓄水-將(3)代入上式得水電站先蓄水為有利的條件：W不蓄、甲/F甲歸甲i>W不蓄、乙/F乙3乙i-令W不蓄/FH=K,據(jù)K值判別水電站水庫的放水次序，K值大的先蓄水。以電定水:根據(jù)電力系統(tǒng)給定的計劃期內(nèi)水電站負荷圖或總電量及他相關(guān)信息，按所編制的全廠最優(yōu)動力特性，制定水電站的經(jīng)濟運行方式。(1)基本課題：對于調(diào)度期T,在已知水電站總負荷過程或總電量和預測入庫流量過程等條件下，尋求使采用的優(yōu)化準則達到極值的水電站各時段相應的水庫蓄泄狀態(tài)變化過程和泄流設施控制過程。(2)優(yōu)化準則：常用的準則包括計劃期T內(nèi)的水電站輸入能Ein(T)最小、水電站用水量W(T)最小等。1)目標函數(shù)以計劃期內(nèi)水電站總的發(fā)電用水量W(T)最小準則，相應的目標函數(shù)為：QAti,tt=1i=1maxW=minEqAQAti,tt=1i=1t=1(2)約束條件 v v電量平衡約束'PtAt=E,歸Pi疽Pt水量平衡約束、1水庫特性約束、質(zhì)等式約束制定水電站的經(jīng)濟運行方式。以水定電:根據(jù)給定的計劃期內(nèi)的水電站總用水量制定水電站的經(jīng)濟運行方式?；菊n題：對于調(diào)度期T，在已知預報入庫流量過程和總用水量等條件下，尋求使采用的優(yōu)化準則達到極值的水電站水庫蓄泄狀態(tài)變化過程和泄流設施控制過程。優(yōu)化準則：常用的準則包括計劃期T內(nèi)的水電站總發(fā)電量E(T)最大或總發(fā)電效益B(T)最大。(1)目標函數(shù)具有調(diào)節(jié)能力的水電站，在已知電網(wǎng)次日96點上網(wǎng)電價的基礎上，考慮水庫蓄水位、水電站出力、水電站下泄流量等約束，以日發(fā)電收益最大為目標，優(yōu)化水電站運行。

maxB=max力B=max力ACQHAtt=1 t=1式中：B為水電站日最大發(fā)電收益；A為水電站出力系數(shù)；Qt為第t時段發(fā)電引用流量；Ht為第t時段平均水頭；Ct為第t時段電價；^tt為第t時段長（這里以一刻鐘為單位）。2,約束條件等式約束（水量平衡約束）Vt+1=Vt+（I-Q-Sf）Att"min,tQt"max,t不等式約束min,ttmax,t不等式約束Ln,,JAQHJNmax,t|v-VIJAVtt—1Qt-Q^——JJAQ所以變量＞0（非負約束）防洪措施是指防止或減少洪水災害損失的各種手段和對策。它包括工程措施和非工程措施兩個方面。①死水位Z死和死庫容V死:在正常運用的情況下，允許水庫消落的最低水位稱死水位。死水位以下的庫容稱死庫容。O,正常蓄水位Z蓄和興利庫容V興：水庫在正常運用情況下，為滿足設計興利要求而在開始供水時應蓄到的高水位，稱正常蓄水位。Z蓄與Z死間的庫容，稱V興。,防洪限制水位Z限；水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位，稱防洪限制水位。4.防洪高水位Z防和防洪庫容V防：當遇下游防護對象的設計標準洪水時，水庫為控制下泄流量而攔蓄洪水，這時在壩前達到的最高水位稱防洪高水位。Z防與Z限間的庫容稱V防。^設計洪水位Z設洪和攔洪庫容V攔：水庫遇大壩設計洪水時，在壩前達到的最高水位稱Z設洪。Z限與Z設洪之間的庫容稱V攔。⑥,校核洪水位Z校洪和調(diào)洪庫容V調(diào)洪：水庫遇大壩校核洪水時，在壩前達到的最高水位稱校核洪水位。Z校洪與Z限之間的庫容稱V調(diào)洪。?總庫容V總和有效庫容V效：V總=V死+V興+V調(diào)洪-V重 V效=V總-V死=V興+V調(diào)洪-V重水庫調(diào)洪是在水量平衡和動力平衡（即水力學中的圣維蘭方程組）的支配下進行的。水量平衡可表示為水庫的水量平衡方程，動力平衡可由水庫蓄泄方程（或蓄泄曲線）來反映。從起調(diào)開始，逐時段連續(xù)求解這兩個方程，即可由入庫流量過程Q?t求出出庫流量過程q?t，這就是水庫調(diào)洪計算所遵循的基本原理。試算法是一種最基礎的、用途較廣的水庫調(diào)洪計算方法，不管溢洪道是否設閘和計算時間是否固定均可使用，其計算步驟為：根據(jù)水位庫容曲線Z-V和擬定的泄洪建筑物類型、尺寸，計算和繪制水庫的蓄泄曲線q-V。分析調(diào)洪開始時的起始條件，即起調(diào)水位和與之相應的庫容、下泄流量。?從調(diào)洪開始，試算各時段末的q2、V2。對于第一時段，Q1、Q2、q1、V1及△「均為已知，假設q2，可由水量平衡方程（7-3）求得V2，由V2在q-V關(guān)系曲線上又可查得q’2,若兩者相等，假設的q2即為所求。否則，應重設，重復上述計算過程，直到兩者相等為止。這樣，求得的q2、V2，又是下一時段的q1、V1。以此類推，直到調(diào)度期末，即得所需的下泄流量過程q?t。將入庫洪水過程Q?t和下泄流量過程q?t點匯在一張圖上，若計算的最大下泄流量qm正好是兩條線的交點，則計算的qm是正確的；否則，說明計算的qm有誤差，此時應改變計算時段At進行試算，直到計算的qm是入庫洪水過程Q?t和下泄流量過程q?t的交點。由Vm查Z?V曲線，可得最高洪水位Zm。顯然，當入庫洪水為設計標準洪水時，求得的qmVmZm即為設計標準下的最大下泄流量qm設、設計調(diào)洪庫容V設、設計洪水位Z設；當入庫洪水位校核標準洪水時，即得到相應校核數(shù)據(jù)。但對峽谷型水庫，當通過大洪水時，水庫表面呈現(xiàn)出明顯的水面坡降，若仍按靜庫容計算，不考慮楔形庫容，會使計算的壩前水位偏高，結(jié)果發(fā)生較大誤差?？紤]動庫容影響進行調(diào)洪計算，其基本原理和方法與靜庫容計算基本相同，可采用試算法逐時段連續(xù)求解水庫水量平衡方程和蓄泄方程。不同在于需要把靜庫容q-V曲線改繪成以入庫流量Q為參數(shù)的Q-q-V曲線。水庫調(diào)洪方式概況起來可分為水庫對下游無防洪任務的自由敞泄方式和對下游有防洪任務的控制泄流方式。防洪調(diào)度線是指為滿足安全地攔蓄設計洪水的要求，汛期各時刻水庫必須預留攔洪庫容的蓄水指示線。它是根據(jù)設計洪水過程和下游安全泄量，從防洪限制水位開始，進行調(diào)洪計算而得出的水庫蓄水指示線。防洪調(diào)度線至設計洪水位的縱距表示水庫在汛期各時刻所應預留的防洪庫容。由于設計洪水可能有不同的分配過程，為確保防洪安全，應選擇幾個不同分配的典型設計洪水過程，分別繪出其蓄水過程線，最后取其下包線作為防洪調(diào)度線。分期防洪限制水位的確定防洪限制水位Z限是假定不同時段的起調(diào)水位，分別對校核洪水、設計洪水過程線，進行調(diào)洪計算，求出相應的校核、設計洪水位，且考慮興利的要求后，進行比較確定的。分期洪水設計過程線的確定，是根據(jù)分期洪水的時間界限，在各分期內(nèi)洪水按年內(nèi)最大值選樣，然后分別對各分期洪水進行頻率分析，求出各分期不同設計標準的洪峰流量與洪水總量，并按各分期洪水的特點，選出典型洪水過程線，再按洪峰、洪量同頻率控制的原則，求出不同設計標準的分期洪水過程線防洪與興利關(guān)系的分析攔洪庫容與興利庫容完全分開。這時，汛限水位和正常蓄水位重合，全年都預留相同的攔洪庫容。這種情況多發(fā)生在控制流域面積較小、汛期洪水無明顯規(guī)律的河流上。攔洪庫容與興利庫容部分重疊。這時，汛限水位在正常蓄水位和死水位之間，設計洪水位高于正常蓄水位，僅在汛期預留足夠的防洪庫容。這種情況大多