技术领域
[0001] 本
发明属于
水电能源生产与管理技术领域，更具体地，涉及种基于典型枯水年和出力系数优选的蓄能调度图绘制方法。
背景技术
[0002] 水
电能源作为一种可再生的清洁能源，是目前全世界正在大力发展的一种优质高效能源。其开发利用方式主要是通过新建水库，集中并抬高
水头，使得水能高效地转化为电能。随着众多水库的建设和投运，逐渐形成了具有上下游水量和水头联系的
梯级水库群。
[0003] 梯级水库形成后，原有的单库调度方法已经不能适应库群联合调度的需求，因此需要发展和研究新的库群联合调度方法，包括优化方法和常规方法，在常规单库调度方法中，最经典的就是调度图。而在众多水库形成梯级水库群以后，对应的常规联合调度方法就是梯级蓄能调度图。目前已有部分文献针对梯级蓄能调度图的绘制、应用及优化问题开展了相关研究，取得了一些成果。但是在已有研究中，没有考虑如下两个问题。
[0004] 一是典型枯水年的选择没有给出具体的方法，尤其对于上下游来流
频率不一致的问题，更没有相关的研究和探讨。在蓄能调度图绘制中，一项重要的输入就是典型枯水年径流系列。因此要绘制合理的梯级蓄能调度图，需要选择一组典型枯水年系列，并尽量使得流域上下游的来流频率一致或者相差不大。但是目前的枯水年选择，多以流域中的某一个
站点进行，例如流域中间
位置的站点或是调节性能较好水库所对应的站点，即选择过程中没有同时考虑流域上下游不同的站点，事实上，当流域面积较大时，上下游不同站点在同一时间的来流频率往往不一致，例如上游电站的来流频率为50％时，同一时间下游某电站的来流频率可能是70％。这就造成上下游来流频率的不一致问题。而绘制蓄能调度图是以整个流域来考虑的，因此如何选择流域典型枯水年系列，并统一考虑上下游不同站点的来流频率非一致性问题，是绘制科学合理的蓄能调度图的关键。
[0005] 二是出力系数优化问题没有详细的考虑。蓄能调度图绘制的难点之一是确定合理的出力系数，出力系数对蓄能调度图每个时段的出力大小有着直接影响。出力系数的确定包括两个方面，一是出力系数点数的确定(决定出力线的条数)，二是每条出力线的出力大小的确定。虽然在部分文献中对于出力系数的优选做了一定的研究，但是没有针对性的提出完整的优化思路或优化流程。目前多以人工经验方法进行确定，即先确定一个范围较大、条数较多的一组出力系数，然后通过模拟计算剔除实际中没有发生的出力值，逐渐精简所设定的初始出力系数，直至不能再剔除为止。所得结果虽然具有一定的合理性和可靠性，但是人工经验对结果影响较大，所得调度图
精度不高，进而使得以此获得的调度过程的水能资源利用率较低。
[0006] 总体而言，现有的梯级蓄能调度图研究在典型年选择时没有考虑流域上下游来流非一致性问题，且针对蓄能调度的出力系数优化问题，尚未给出较为成熟、完善的方法。
发明内容
[0007] 针对
现有技术的以上
缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于典型枯水年和出力系数优选的蓄能调度图绘制方法，其目的在于，解决以往蓄能调度图绘制方法在进行典型枯水年选择时，未考虑上下游来流频率的不一致性，且在确定调度图出力系数时受人为因素的影响较大，从而造成绘制得到的蓄能调度图精度低、效率差的技术问题。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了一种基于典型枯水年和出力系数优选的蓄能调度图绘制方法，包括：
[0009] (1)根据流域整体来流频率的大小，选择典型枯水年系列；所述流域整体来流频率与流域上下游各站点年度经验频率的误差和最小；
[0010] (2)在蓄能调度图出力系数的初始可行空间内，确定出力系数初始解；
[0011] (3)以发电量更大为目标，根据获得的典型枯水年系列对出力系数初始解进行
迭代优化，直至设定次数；
[0012] (4)以发电量最大为目标，对优化后的出力系数对应的蓄能调度图进行筛选，得到最终的蓄能调度图。
[0013] 进一步地，步骤(1)具体包括：
[0014] (1.1)分别
对流域上下游各站点的多年径流总量从大到小进行排序，并根据排序结果计算各站点每一年的经验频率；
[0015] (1.2)将与各站点每一年的经验频率误差和最小为目标，确定流域每一年的整体来流频率；
[0016] (1.3)选择整体来流频率最小的多个年份作为典型枯水年系列。
[0017] 进一步地，各站点经验频率的计算公式为：
[0018] P＝m/(Y+1)
[0019] 其中，m为年径流总量从大到小排序后某一年的顺序号；Y为总的水文年数。
[0020] 进一步地，第y年流域整体来流频率满足以下条件：
[0021]
[0022] 其中，i为水电站编号，i＝1,2,…,n，n表示流域上下游站点总个数； 表示第i个站点第y年的经验频率，y＝1,2,...,Y；ps表示将流域整体来流
频率范围[0％，100％]离散为S份时，第s份的来流频率值，s＝1,2,…,S。
[0023] 进一步地，步骤(2)中所述蓄能调度图出力系数的初始可行空间包括：出力系数上限、出力系数下限、上基本调度线和下基本调度线；
[0024] 所述上基本调度线与下基本调度线分别对应保证出力区的上限和下限，由相邻两个保证出力点构成；
[0025] 所述出力系数上限分两段，第一段从最大出力上限NMax开始，并以步长ΔN递减，直至达到上基本调度线端点；第二段从下基本调度线端点开始，以步长ΔN递减，直至到达0；
[0026] 所述出力系数下限分两段，第一段从0开始，并以步长ΔN递增直至达到下基本调度线端点；第二段从上基本调度线端点开始，并以步长ΔN递增，直至设定次数。
[0027] 进一步地，步骤(2)具体包括：
[0028] (2.1)在第一个出力系数对应的上、下限区间内随机生成一个值，构成第一个出力系数点N(1)；
[0029] (2.2)在区间(N(l-1),Lowerl)内随机生成一个值，构成第l个出力系数点N(l)；l＝2,...,L；
[0030] (2.3)最终得到出力系数的初始解N(1)，N(2)，…N(l)，…N(L)；
[0031] 其中，Lowerl为第l个出力系数对应的下限值；L为出力系数总个数。
[0032] 进一步地，步骤(3)具体包括：
[0033] (3.1)计算初始出力系数N(l)下的梯级发电量E；
[0034] (3.2)在初始出力系数N(l)的上下限[N(l-1),N(l+1)]内，将N(l)离散为K份，得到N(l)1、N(l)2，…，N(l)K；
[0035] (3.3)令N(l)＝N(l)k，其他出力系数不变，根据当前的出力系数和获得的典型枯水年系列绘制梯级蓄能调度图，并以历史多年径流系列为输入进行模拟计算，获得对应的梯级发电量E′；
[0036] (3.4)比较N(l)k对应的梯级发电量E′与N(l)下的梯级发电量E之间大小，将对应发电量更大的离散值作为新的出力系数；
[0037] (3.5)重复步骤(3.1)-(3.4)，对每一个保证出力进行优化，得到N(1)*，N(2)*，…N(l)*，…N(L)*；
[0038] (3.6)去掉重复或相似的出力线条数，重复执行步骤(3.1)-(3.5)的优化过程，直至前后两次优化结果不变。
[0039] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0040] (1)本发明针对以往蓄能调度图研究中未充分考虑流域整体来流频率及出力系数优化的问题，提出了以误差平方和最小为目标的流域整体来流优选方法，可有效考虑流域上下游来流频率的非一致性问题，使所得代表流域整体的典型径流过程更加符合实际，提高了蓄能调度图的科学性和合理性。
[0041] (2)本发明提出一种出力系数初始解构造方法和基于逐步优化
算法的出力系数优化流程，能够快速准确的找出蓄能调度图最优出力系数，有效解决出力系数对蓄能调度图结果的影响，提高了系统发电量，对于指导梯级水库群的实际调度运行具有重要的指导意义。
附图说明
[0042] 图1是本发明提供的一种基于典型枯水年和出力系数优选的蓄能调度图绘制方法
流程图；
[0043] 图2是蓄能调度图出力系数的初始解可行空间构造示意图；
[0044] 图3是逐步
优化算法优化出力系数示意图；
[0045] 图4是梯级蓄能调度图出力系数的优化流程；
[0046] 图5是雅砻江梯级水库地理位置图；
[0047] 图6是各年份下流域整体来流频率(从小到大排序)；
[0048] 图7是优化后得到的最优蓄能调度图。
具体实施方式
[0049] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及
实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0050] 如图1所示，本发明提供了一种基于典型枯水年和出力系数优选的蓄能调度图绘制方法，包括：
[0051] (1)根据流域整体来流频率的大小，选择典型枯水年系列；所述流域整体来流频率与流域上下游各站点年度经验频率的误差和最小；
[0052] 步骤(1)具体包括：
[0053] (1.1)分别对流域上下游各站点的多年径流总量从大到小进行排序，并根据排序结果计算各站点每一年的经验频率；
[0054] (1.2)将与各站点每一年的经验频率误差和最小为目标，确定流域每一年的整体来流频率；
[0055] (1.3)选择整体来流频率最小的多个年份作为典型枯水年系列。
[0056] 各站点经验频率的计算公式为：
[0057] P＝m/(Y+1)
[0058] 其中，m为年径流总量从大到小排序后某一年的顺序号；Y为总的水文年数。
[0059] 第y年流域整体来流频率满足以下条件：
[0060]
[0061] 其中，i为水电站编号，i＝1,2,…,n，n表示流域上下游站点总个数； 表示第i个站点第y年的经验频率，y＝1,2,...,Y；ps表示将流域整体来流频率范围[0％，100％]离散为S份时，第s份的来流频率值，s＝1,2,…,S。
[0062] (2)在蓄能调度图出力系数的初始可行空间内，确定出力系数初始解；
[0063] 如图2所示，蓄能调度图出力系数的初始可行空间包括：出力系数上限、出力系数下限、上基本调度线和下基本调度线；上基本调度线和下基本调度线分别对应保证出力区的上限和下限，由相邻两个保证出力点构成，如图2中N(6)和N(7)；出力系数上限分两段，第一段从最大出力上限NMax开始，并以步长ΔN递减，直至达到上基本调度线端点；第二段从下基本调度线端点开始，以步长ΔN递减，直至到达0；出力系数下限分两段，第一段从0开始，并以步长ΔN递增直至达到下基本调度线端点；第二段从上基本调度线端点开始，并以步长ΔN递增，直至到达第一个出力系数。
[0064] 步骤(2)具体包括：
[0065] (2.1)在第一个出力系数对应的上、下限区间内随机生成一个值，构成第一个出力系数点N(1)；
[0066] (2.2)在区间(N(l-1),Lowerl)内随机生成一个值，构成第l个出力系数点N(l)；l＝2,...,L；
[0067] (2.3)最终得到出力系数的初始解N(1)，N(2)，…N(l)，…N(L)；
[0068] 其中，Lowerl为第l个出力系数对应的下限值；L为出力系数总个数。
[0069] (3)以发电量更大为目标，根据获得的典型枯水年系列对出力系数初始解进行迭代优化，直至设定次数；
[0070] 如图4所示，步骤(3)具体包括：
[0071] (3.1)计算初始出力系数N(l)下的梯级发电量E；
[0072] (3.2)在N(l)的上下限[N(l-1),N(l+1)]内，将N(l)离散为K份，得到N(l)1、N(l)2，…，N(l)K；出力系数离散过程如图3所示；
[0073] (3.3)令N(l)＝N(l)k，其他出力系数不变，根据当前的出力系数和获得的典型枯水年系列绘制梯级蓄能调度图，并以历史多年径流系列为输入进行模拟计算，获得对应的梯级发电量E′；
[0074] (3.4)比较N(l)k对应的梯级发电量E′与N(l)下的梯级发电量E之间大小，将对应发电量更大的离散值作为新的出力系数；
[0075] (3.5)重复步骤(3.1)-(3.4)，对每一个保证出力进行优化，得到N(1)*，N(2)*，…N(l)*，…N(L)*；
[0076] (3.6)去掉重复或相似的出力线条数，再次进行步骤(3.1)-(3.5)的优化过程，当前后两次优化结果的误差在预期范围内，即认为优化结果保持不变，优化过程完成。
[0077] (4)以发电量最大为目标，对优化后的出力系数对应的蓄能调度图进行筛选，得到最终的蓄能调度图。
[0078] 具体地，根据每个初始解优化后所得最优蓄能调度图，进行水库群模拟调度计算，可得多年平均发电量，根据多年平均发电量的大小可以得出最佳的蓄能调度图及其对应的最优出力系数。
[0079] 本发明实施例以雅砻江流域7库梯级系统为例，对上述方法进行详细说明。雅砻江流域7库梯级系统的地理位置如图5所示，其中两河口、锦西、二滩三个是有调节水库，梯级各水库的部分参数如表1所示。
[0080] 表1
[0081] 单位 两河口 杨房沟 锦西 锦东 官地 二滩 桐子林正常水位 m 2865 2088 1880 1646 1330 1200 1015
死水位 m 2785 2094 1800 1640 1321 1155 1010
汛限水位 m 2845.9 无 1859 无 无 1190 无
调节性能 --- 多年调节 日调节 年调节 日调节 日调节 季调节 日调节
装机容量 MW 3000 1500 3600 4800 2400 3300 600
保证出力 MW 1130 253 1086 1443 709.8 1028 227
[0082] 实施例所用数据为该流域从1957年6月到2019年5月的旬径流系列，共62年。根据前述经验频率公式P＝m/(Y+1)，可计算得到各站点各水文年份所对应的来流频率，如表2所示，可以看出，在同一年份下，上下游三个站点的来流频率，除了极少数年份以外(1965～1966)，其他年份都不完全一致。
[0083] 表2
[0084]
[0085]
[0086] 采用本发明提出的流域整体来流频率计算方法，可以得到各年份下流域整体的来流频率。以流域整体来流频率从小到大排序，得到的结果如表3、图6所示。
[0087] 表3
[0088]
[0089]
[0090] 图6中，横坐标表示年份，是以流域整体来流频率从小到大排序后所对应的年份，所以年份不是顺序排列的，从图6可以看出，虽然流域各个站点的来流频率在同一年份有差别，但是都是在流域整体来流频率附近
波动，且总体的变化趋势一致。
[0091] 由于在蓄能调度图绘制中，选择的是典型枯水年系列，因此根据表3的结果，我们以流域整体来流频率为准，选择了来流频率最小的10个枯水年份，分别是2007～2008、2002～2003、2011～2012、1984～1985、1986～1987、1959～1960、1983～1984、2006～2007、1994～1995、1973～1974。同时以5倍保证出力作为出力的最大上限值，以0.1作为离散区间，随机生成了100个初始解，并对这些初始解根据图4所示流程进行寻优，最后通过发电量对比，得到的最佳出力系数结果为(2.2，2，1.8，1，1，0)，此时对应的梯级总发电量为1067.7624亿kWh，保证率为0.98781。得到的蓄能调度图如图7所示，其中5877MW为梯级总保证出力。
[0092] 为了体现本发明方法的有效性和优势，我们以文献中提供的未进行优化的出力系数(1.2,1.1,1,1,0.9,0.8,0)进行蓄能调度图的绘制和模拟计算，得到的梯级总发电量为979.4922×108kWh，保证率为0.999。可以看出，虽然优化后的保证率有一定程度的降低(从
0.999到0.988)，但是发电量增加了很多，绝对增幅为88.27×108kWh，相对增幅为9％左右。
[0093] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
