水庫運(yùn)行與調(diào)度復(fù)習(xí)資料.doc

一、 概述1、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。2、水庫群的類型：串聯(lián)水庫群、并聯(lián)水庫群和混聯(lián)水庫群。3、水庫調(diào)度的總?cè)蝿?wù)是合理利用其工程和技術(shù)設(shè)施，在對入庫徑流進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理調(diào)度，盡可能大地減免水害、增加發(fā)電和綜合利用效益，以實(shí)現(xiàn)水資源的充分利用?；驹瓌t就是確保工程安全的前提下，分清發(fā)電與防洪及其他綜合利用任務(wù)之間的主次關(guān)系，統(tǒng)一調(diào)度，使水庫綜合效益盡可能最優(yōu)；當(dāng)工程安全與滿足供電、上下游防洪及其他用水要求發(fā)生矛盾時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先考慮工程安全；當(dāng)供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性發(fā)生矛盾時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先滿足可靠性要求。主要工作內(nèi)容包括：編制最優(yōu)、合理的運(yùn)行調(diào)度方案；按所編制的方案根據(jù)面臨的實(shí)際情況和信息進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度和操作控制，盡可能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)；進(jìn)行調(diào)度資料的記錄、整理和分析總結(jié)；開展其他有關(guān)各項(xiàng)工作；開展水文氣象預(yù)報(bào)，建立健全各項(xiàng)運(yùn)行調(diào)度規(guī)程和規(guī)章制度，開展有關(guān)科學(xué)試驗(yàn)研究和技術(shù)革新等。4、水庫調(diào)度的基本原則是當(dāng)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性發(fā)生矛盾時(shí)，首先滿足可靠性要求。6、 水文現(xiàn)象具有成因規(guī)律和統(tǒng)計(jì)規(guī)律。二、水電站水庫中長期發(fā)電調(diào)度1、 水庫中長期運(yùn)行調(diào)度是研究在較長的時(shí)期（季、年、多年）內(nèi)的最優(yōu)運(yùn)行調(diào)度方式制定和實(shí)施的相關(guān)問題。2、 水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度特點(diǎn)：（1） 受天然來水劇烈變化和水庫調(diào)節(jié)能力的影響顯著：當(dāng)水庫規(guī)模一定時(shí)，水庫長期調(diào)度方式取決于天然徑流的大?。?在設(shè)計(jì)枯水條件，按保證運(yùn)行方式工作； 在一般豐水條件，按最優(yōu)運(yùn)行方式工作； 在特枯水條件，按最優(yōu)破壞運(yùn)行方式工作。當(dāng)天然入庫徑流一定時(shí)，水電站水庫運(yùn)行方式主要取決于水庫調(diào)節(jié)能力：（2） 調(diào)度信息的隨機(jī)性和不確定性使調(diào)度更加復(fù)雜（3） 計(jì)算期和計(jì)算時(shí)段的考慮更加復(fù)雜（4）分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)政策對中長期優(yōu)化運(yùn)行提出了新的要求3、水電站水庫入庫徑流描述方法：（1）徑流描述基本方法：時(shí)歷法與統(tǒng)計(jì)法；歷時(shí)法：以過去實(shí)測（包括插補(bǔ)延長）的或預(yù)報(bào)的徑流時(shí)歷特性資料來描述和預(yù)測徑流未來變化規(guī)律。連續(xù)性和周期性較好，不完全符合隨機(jī)性理論統(tǒng)計(jì)法：以過去實(shí)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(jì)特性資料描述和預(yù)測徑流變化規(guī)律?？梢栽谝欢ǔ潭壬暇C合概括徑流變化的各種可能情況，但不易反映徑流變化的連續(xù)性。（2）既能反映徑流變化的“連續(xù)性”，又能刻畫其“隨機(jī)性”：概率分析法（顯隨機(jī)法）和統(tǒng)計(jì)模擬法（隱隨機(jī)法）（3）徑流過程描述方法：確定性徑流過程：歷史徑流過程、人工生成徑流序列、預(yù)報(bào)徑流過程隨機(jī)性徑流過程：獨(dú)立隨機(jī)序列、馬爾可夫過程，也稱無后效性隨機(jī)過程、混合隨機(jī)過程4、 水電站水庫中長期運(yùn)行調(diào)度基本方法（1）中長期調(diào)度方法及分類n 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。常規(guī)調(diào)度是根據(jù)已有的實(shí)測水文資料，計(jì)算各種興利調(diào)度線，并與各種特征水位線相結(jié)合，計(jì)算和編制水庫調(diào)度圖，以此作為水電站水庫控制運(yùn)行的工具。優(yōu)化調(diào)度是指根據(jù)水庫入流過程和綜合利用要求，考慮水電站水庫的運(yùn)行特征和實(shí)時(shí)狀態(tài)，制定并實(shí)現(xiàn)水庫中長期運(yùn)行調(diào)度方式，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。n 調(diào)度圖（調(diào)度函數(shù)）調(diào)度和優(yōu)化計(jì)算結(jié)果調(diào)度。n 預(yù)報(bào)調(diào)度和非預(yù)報(bào)調(diào)度（2）中長期優(yōu)化運(yùn)行的最優(yōu)準(zhǔn)則水電站水庫的運(yùn)行質(zhì)量：從供電角度，主要體現(xiàn)為可靠性和穩(wěn)定性兩個(gè)方面；從使經(jīng)濟(jì)效益最大的角度：國民經(jīng)濟(jì)效益最大或費(fèi)用最小、電力系統(tǒng)的總耗煤量最小、水電站發(fā)電量（發(fā)電效益）最大（3）中長期運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃制定與修正水庫常規(guī)調(diào)度的基本依據(jù)是水庫調(diào)度圖（調(diào)度規(guī)則函數(shù)）：水庫調(diào)度規(guī)則函數(shù)是體現(xiàn)特定調(diào)度規(guī)則、用以指導(dǎo)水庫運(yùn)行的一種函數(shù)。水庫調(diào)度圖以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以水庫蓄水量或水位為縱坐標(biāo)，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。制定水庫調(diào)度圖的原則在設(shè)計(jì)枯水年份，水電站能按照保證出力工作，不能使正常供電遭受破壞；在平水年或豐水年份，合理利用多余水量，多發(fā)電，少棄水，節(jié)約系統(tǒng)中的火電燃料費(fèi)用；特枯年份，盡可能減輕水電站正常工作的破壞程度，減輕對國民經(jīng)濟(jì)所造成的損失；盡可能滿足綜合利用部門的要求，包括水利部門對水庫所承擔(dān)的灌溉、航運(yùn)、供水等以及電力部門對水電站所承擔(dān)的負(fù)荷與電量的要求。常規(guī)調(diào)度圖：防棄水線保證出力:相對于設(shè)計(jì)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(shí)。（4）水庫發(fā)電常規(guī)調(diào)度圖的繪制方法繪制常規(guī)調(diào)度圖的基本方法從歷史實(shí)測徑流資料中選出若干與水電站設(shè)計(jì)保證率相應(yīng)的水文過程，以水電站設(shè)計(jì)參數(shù)為約束、水庫特征水位為邊界條件進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，得出與各水文過程相應(yīng)的水庫蓄水過程線，而后分別取其上、下包絡(luò)線得上、下基本調(diào)度線；再以上、下基本調(diào)度線為邊界條件，往上繪制加大出力線、往下繪制降低出力線。出力值等于電站在相應(yīng)水頭下所能發(fā)出最大出力的那根加大出力線為預(yù)想出力加大出力的方式：立即加大出力、后期集中加大出力、均勻加大出力減小出力方式：立即減小出力、繼續(xù)按保證出力圖工作，直到死水位、均勻減小出力至供水期末多年調(diào)節(jié)發(fā)電水庫調(diào)度圖相應(yīng)于年調(diào)節(jié)水庫常規(guī)調(diào)度圖考慮了年庫容和多年庫容，分別用于調(diào)節(jié)年內(nèi)和年際徑流分布不均對于多年調(diào)節(jié)發(fā)電水庫，供水年組的第一年，稱為第一計(jì)算典型年、供水年組的最后一年，稱為第二計(jì)算典型年。（5）單一水電站水庫確定性來水中長期優(yōu)化調(diào)度發(fā)電流量Q的最優(yōu)利用主要反映在盡量防止和減少棄水上對于調(diào)節(jié)性能好的水庫，則棄水機(jī)會少，水庫水頭一般也大，故水頭利用的效益就可能更重要；對于調(diào)節(jié)程度不高的水庫，流量的最優(yōu)利用一般遠(yuǎn)較水頭利用的效益為大，更重要。優(yōu)化方法：1.傳統(tǒng)優(yōu)化方法：線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、逐步優(yōu)化法等2.現(xiàn)代智能方法：遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法等水庫優(yōu)化調(diào)度的動態(tài)規(guī)劃法：以t代表階段變量、選用每個(gè)階段水庫水位Z為狀態(tài)變量、 選各時(shí)段的出力Pt或發(fā)電流量Qt作為決策變量 ，狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程把多階段決策過程中的三種變量聯(lián)系在一起。動態(tài)規(guī)劃的原理：一個(gè)最優(yōu)策略的子策略也是最優(yōu)的。變量的性質(zhì):能描述多階段決策過程的演變特征；無后效性；直接或間接可觀測。動態(tài)規(guī)劃的基本思想：從過程的最后一段開始，用逆序遞推方法求解，逐步求出各段各點(diǎn)到終點(diǎn)E最短路線，最后求出A點(diǎn)到E點(diǎn)的最短路線。PSO（粒子群優(yōu)化算法）：一個(gè)粒子就是水電站水庫的一種運(yùn)行策略或調(diào)度線，粒子個(gè)體的位置向量x的元素為水庫各時(shí)段末水位，速度向量V的元素為各時(shí)段末水位的漲落速度，水庫各時(shí)段的水位、流量和出力必須滿足模型中的各種約束條件，因而可采用罰函數(shù)方法將約束問題轉(zhuǎn)化為無約束問題處理。參數(shù)有：群體規(guī)模m，慣性因子，學(xué)習(xí)因子c1和c2，最大速度Vmax，迭代次數(shù)Gk。PSO優(yōu)點(diǎn)：只有少數(shù)的參數(shù)需要調(diào)整、快速速收斂至最佳解、可以被應(yīng)用來解決大多數(shù)的最佳化問題 三、水庫防洪調(diào)度1、防洪措施包括工程措施和非工程措施2、水庫調(diào)洪計(jì)算方法： 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(jì)算和繪制水庫的蓄泄曲線q-V。 分析調(diào)洪開始時(shí)的起始條件，即起調(diào)水位和與之相應(yīng)的庫容、下泄流量。 從調(diào)洪開始，試算各時(shí)段末的q2、V2 。對于第一時(shí)段， Q1、Q2、 q1、V1及t均為已知，假設(shè)q2 ，可由水量平衡方程求得V2 ，由V2在q-V關(guān)系曲線上又可查得q2，若兩者相等，假設(shè)的q2即為所求。否則，應(yīng)重設(shè)，重復(fù)上述計(jì)算過程，直到兩者相等為止。這樣，求得的q2、V2 ，又是下一時(shí)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qt。 將入庫洪水過程Qt和下泄流量過程qt點(diǎn)匯在一張圖上，若計(jì)算的最大下泄流量qm正好是兩條線的交點(diǎn)，則計(jì)算的qm是正確的；否則，說明計(jì)算的qm有誤差，此時(shí)應(yīng)改變計(jì)算時(shí)段t進(jìn)行試算，直到計(jì)算的qm是入庫洪水過程Qt和下泄流量過程qt的交點(diǎn)。 將入庫洪水過程Qt和下泄流量過程qt點(diǎn)匯在一張圖上，若計(jì)算的最大下泄流量qm正好是兩條線的交點(diǎn)，則計(jì)算的qm是正確的；否則，說明計(jì)算的qm有誤差，此時(shí)應(yīng)改變計(jì)算時(shí)段t進(jìn)行試算，直到計(jì)算的qm是入庫洪水過程Qt和下泄流量過程qt的交點(diǎn)。3、 對峽谷型水庫，當(dāng)通過大洪水時(shí)，水庫表面呈現(xiàn)出明顯的水面坡降，若仍按靜庫容計(jì)算，不考慮楔形庫容，會使計(jì)算的壩前水位偏高，結(jié)果發(fā)生較大誤差。4、 水庫防洪調(diào)度圖由水庫在汛期各個(gè)時(shí)刻的蓄水指示線組成。包括：防洪限制水位、防洪調(diào)度線、各種標(biāo)準(zhǔn)的防洪高水位及由這些線所劃分的調(diào)洪區(qū)。5、 防洪與興利關(guān)系：防洪庫容與興利庫容完全分開、防洪庫容與興利庫容部分重疊、防洪庫容與興利庫容完全重疊6、 入庫洪水量級的判別：以入庫流量作為判別條件，一般適用于調(diào)洪庫容小，洪峰流量對庫水位的變化起主要作用的水庫；以庫水位作為判別條件、水庫需要有較大的防洪庫容；以峰前量作為判別條件；綜合判別法7、 水電站水庫的預(yù)泄可分為防洪預(yù)泄和發(fā)電預(yù)泄8、 分期汛限水位的確定方法： 分析是否能夠分期：一般認(rèn)為，當(dāng)汛期洪水的變化有明顯規(guī)律時(shí)，才可將汛期按不同類型的洪水劃分成若干階段; 分析洪水起訖日期的劃分: 分析形成大洪水天氣系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，確定分析起訖時(shí)間, 統(tǒng)計(jì)洪水（暴雨）出現(xiàn)規(guī)律 確定分期設(shè)計(jì)洪水過程線: 分期洪水設(shè)計(jì)過程線的確定，是根據(jù)分期洪水的時(shí)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(jìn)行頻率分析，求出各分期不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪峰流量與洪水總量，并按各分期洪水的特點(diǎn)，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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的分期洪水過程線。 確定分期防洪限制水位：在校核洪水位、設(shè)計(jì)洪水位已定的情況下，假定若干個(gè)起調(diào)水位，分別對分期設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行調(diào)洪演算，求出相應(yīng)的最高庫水位過程，根據(jù)此關(guān)系與設(shè)計(jì)洪水，即可求出防洪限制水位四、水電站水庫群聯(lián)合長期發(fā)電調(diào)度1、水電站水庫群的補(bǔ)償調(diào)節(jié)（1）梯級電站的補(bǔ)償調(diào)節(jié)方式分為水文補(bǔ)償和庫容補(bǔ)償；水文補(bǔ)償指利用水文條件的差別來進(jìn)行的補(bǔ)償，庫容補(bǔ)償指利用水庫庫容差異所進(jìn)行的徑流補(bǔ)償。（3） 水電能源系統(tǒng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)的計(jì)算方法: 常規(guī)方法(時(shí)歷法)和優(yōu)化方法。（3）補(bǔ)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。（4）補(bǔ)償電站與被補(bǔ)償電站：第一類補(bǔ)償電站: 調(diào)節(jié)性能好，庫容系數(shù)、多年平均徑流Q0和電站裝機(jī)容量大的，綜合利用要求比較簡單的電站。第二類補(bǔ)償電站: 庫容、水量和水頭較大（次大）的電站。被補(bǔ)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(bǔ)償能力較弱的電站先進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償能力最大的放在最后進(jìn)行補(bǔ)償。2、水庫群的蓄放水次序：并聯(lián)水電站水庫群蓄放水次序、串聯(lián)水電站水庫群蓄放水次序例如，推導(dǎo)并聯(lián)水庫的蓄水次序過程如下：設(shè)有甲、乙兩個(gè)并聯(lián)的年調(diào)節(jié)水電站聯(lián)合運(yùn)行總不蓄出力:N不蓄i = N不蓄、甲i + N不蓄、乙i當(dāng)超過系統(tǒng)負(fù)荷N系i時(shí),水庫需蓄水：N庫i =N不蓄i N系i設(shè)甲先蓄水dV甲i/dt = F甲idH甲i/dt = N庫i/AH甲i (1) dV甲i-某時(shí)段dt內(nèi)水庫甲上漲的庫容；F甲i -某時(shí)段內(nèi)水庫甲的庫面積；dH甲i-某時(shí)段內(nèi)水庫甲上漲的深度；A-出力系數(shù)(設(shè)兩電站采用相同數(shù)值)設(shè)乙先蓄水：dV乙i/dt = F乙idH乙i/dt = N庫i/AH乙i (2)由(1)、(2)得：dH乙i = (F甲iH甲i/F乙iH乙i )dH甲i (3)(3)表示了兩水庫在i時(shí)段內(nèi)的水庫面積、水頭和水庫消落水層三者間的關(guān)系。兩水庫的不蓄電能增加 由于本時(shí)段水庫的水位上漲，不蓄電能會增加。dE不蓄、甲 = W不蓄、甲dH甲iA甲dE不蓄、乙 = W不蓄、乙dH乙iA乙 W不蓄、甲、W不蓄、乙-分別為甲、乙水庫在i時(shí)段以后來的供水期不蓄水量； A甲、A乙-分別為水電站甲、乙的發(fā)電效率。聯(lián)合運(yùn)行電站群，總發(fā)電量最大，則應(yīng)使總的不蓄電能增加最大，以此確定水庫的蓄水次序。當(dāng)A甲 = A乙時(shí)，若W不蓄、甲dH甲i W不蓄、乙dH乙i則水電站乙先蓄水將(3)代入上式得水電站先蓄水為有利的條件:W不蓄、甲/F甲iH甲i W不蓄、乙/F乙iH乙i 令W不蓄/FH = K，據(jù)K值判別水電站水庫的放水次序。在蓄水期，因蓄水抬高了庫水位，因此不蓄電能增加。蓄水期蓄水次序判別式：K = W不蓄/FH W不蓄-自該計(jì)算時(shí)段到汛末的天然來水量減去水庫在汛期尚待存蓄的庫容。 K值大的先蓄有利。五、短期水庫運(yùn)行調(diào)度制定計(jì)劃期的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。根據(jù)已知條件的不同，相應(yīng)有“以電定水”和“以水定電”兩種模式。以電定水:根據(jù)電力系統(tǒng)給定的計(jì)劃期內(nèi)水電站負(fù)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，制定水電站及各機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。（1）基本課題：對于調(diào)度期T，在已知水電站總負(fù)荷過程或總電量和預(yù)測入庫流量過程等條件下，尋求使采用的優(yōu)化準(zhǔn)則達(dá)到極值的水電站各時(shí)段工作機(jī)組的最優(yōu)臺數(shù)、組合及有功負(fù)荷在工作機(jī)組間的分配，以及相應(yīng)的水庫蓄泄?fàn)顟B(tài)變化過程和泄流設(shè)施控制過程。（2）優(yōu)化準(zhǔn)則：常用的準(zhǔn)則包括計(jì)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。以水定電:根據(jù)給定的計(jì)劃期內(nèi)的水電站總用水量，制定水電站及各機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。（1）基本課題：對于調(diào)度期T，在已知預(yù)報(bào)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(zhǔn)則達(dá)到極值的水電站總負(fù)荷過程、各時(shí)段工作機(jī)組的最優(yōu)臺數(shù)、組合及有功負(fù)荷在工作機(jī)組間的分配，以及相應(yīng)的水庫蓄泄?fàn)顟B(tài)變化過程和泄流設(shè)施控制過程。（2）優(yōu)化準(zhǔn)則：常用的準(zhǔn)則包括計(jì)劃期T內(nèi)的水電站總發(fā)電量E(T)最大或總發(fā)補(bǔ)充：水庫實(shí)時(shí)防洪調(diào)度方案的生成：按常規(guī)防洪調(diào)度規(guī)則生成方案；預(yù)報(bào)調(diào)度是一種較理想的方式；按防洪優(yōu)化調(diào)度模型生成方案