一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统及方法与流程

1.本发明涉及水库调度技术，特别是涉及到一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统及方法。


背景技术：

2.梯级水库调度的主要业务包括水情预报、计划编制、方式安排等，当前这些业务均是基于上一代水调自动化系统和人工经验的传统生产模式，存在效率低、精度差、方案不优化、数据挖掘不足等问题，特别是在当前大规模新能源并网、流域统调水库数量、类型和规模增加、运行条件复杂，协调关系变化，现有理论方法和管理模式难以适应新时期更精细、更智能的发展方向和管理要求，这是掣肘未来水电调度运行的技术瓶颈和管理短板。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的一个目的是根据实际业务和不同的场景需求，提供一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统。
4.本发明的另一个目的是提供一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法，该方法可根据来水预报、负荷计划等信息，推演未来不同调度策略下梯级水库调度运行状态和过程，为调度决策、形势研判、方案对比等提供参考。
5.技术方案：本发明的一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统，包括模式选择模块、调度模拟模块和方案生成模块，其中：
6.所述模式选择模块，用于根据梯级水库调度运行的不同场景需求，选择调度模式，调度模式包括默认模式和人工干预模式；当需无人值守时选择默认模式；当需人工干预时选择人工干预模式，并根据具体需求选取欲达到的调度目标；
7.所述调度模拟模块，用于根据选取的调度模式建立水库单元模拟、区间河道单元模拟、流域梯级水库模拟的多层级模拟调度模型，以模拟不同场景下梯级水库的调度运行；
8.所述方案生成模块，用于根据需求选择模拟对象、模拟时间尺度和模拟调度方式，并根据模拟对象选择模拟调度模型，模拟调度方式包括单阶段调度和多阶段调度，不同的模拟调度方式中根据需求选择不同的调度模式，并通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成。
9.优选的，人工干预模式包括：
10.最大出力控制模式，最大出力控制是通过控制连续时段的出力，使该连续时段内水库以当前水头下最大出力能力运行，并计算生成连续时段内水库模拟调度涉及的其它参数指标；
11.最小出力控制模式，最小出力控制是通过控制连续时段的出力，使该连续时段内水库以当前水头下最小出力能力运行，并计算生成连续时段内水库模拟调度涉及的其它参数指标；
12.水位控制模式，水位控制是通过控制时段末水位，用于保证库水位在水库安全运
行范围内，并计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标；
13.流量控制模式，流量控制是通过控制时段内平均出库流量，用于满足下游用水要求或保护下游水库、防洪对象的安全，并计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标；
14.电量控制模式，电量控制是通过控制时段内总发电量，用于满足电网等出力或发电量要求等，并计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标；
15.出力控制模式，出力控制是通过控制时段内逐时段出力，以满足出力计划要求，并计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标。
16.优选的，水库单元模拟是基于水量平衡原理，模拟计算出水库模拟调度中涉及的所有参数指标；
17.区间河道单元模拟，根据水库将流域河道进行分段，则对于某一段河道，其下游水库入库流量等于上游水库出库流量与区间径流之和；同时根据水库单元模拟计算时段与相邻两库间水流传播时间大小考虑水流滞时对区间河道单元模拟的影响；
18.流域梯级水库模拟，根据上下游水力联系和空间拓扑关系，把不同水库单元和区间河道单元的模拟调度模型进行耦合串联，形成全流域梯级水库模拟模型。
19.优选的，方案生成模块，包括：调度操作人员根据需要任意选择梯级流域中的单个或多个水库参与模拟，并根据选择的调度对象，选择相应的模拟调度模型；
20.单阶段调度是指对于梯级流域内不同的水库，在同一个阶段能够选择不同的调度模式，在考虑上下游梯级的水力联系、水库及机组特性后，实现梯级水库间的整体调度模拟；多阶段调度用于实现单一水库或不同水库间多个模拟阶段多种调度模式下的连续模拟；
[0021]“正向”推演模式根据选用的调度模式和不同时间尺度下的模拟调度模型，按水库顺序，从上游到下游的逐级模拟，正向推演出下游各级水库的出库要求；“反向”推演模式根据选用的调度模式和不同时间尺度下的模拟调度模型，按水库顺序，从下游到上游的逐级模拟，反向推演出上游各级水库的出库要求。
[0022]
本发明的一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法，包括以下步骤：
[0023]
s1、根据梯级水库调度运行的不同场景需求，选择调度模式，包括默认模式和人工干预模式两种主调度模式，人工干预模式包括最大出力控制模式、最小出力控制模式、水位控制模式、流量控制模式、电量控制模式和出力控制模式，各控制模式的调度目标分别为：最大出力控制、最小出力控制、水位控制、流量控制、电量控制和出力控制；
[0024]
s2、根据决策者需求选取调度模式，确定相应的调度目标，进而建立水库单元模拟、区间河道单元模拟、流域梯级水库模拟的多层级模拟调度模型；其中，水库单元模拟是基于水量平衡原理，模拟计算出水库模拟调度中涉及的所有参数指标；区间河道单元模拟是根据水库将流域河道进行分段，对于某一段河道，其下游水库入库流量等于上流水库出库流量与区间径流之和；流域梯级水库模拟是根据上下游水力联系和空间拓扑关系，从流域第一级水库逐级模拟至流域最后一级水库，形成全流域梯级水库模拟调度模型；
[0025]
s3、根据决策者需求选择模拟对象、模拟时间尺度和模拟调度方式，并根据模拟对象选择步骤s2中的模拟调度模型，模拟调度方式包括单阶段调度和多阶段调度，在不同的模拟调度方式中根据需求从步骤s1中选择相应的调度模式，并通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成。
[0026]
进一步的，步骤s2中水库单元模拟调度模型的建立方法为：
[0027]
(201)初始化模拟调度时段t＝1，设置调度期t；
[0028]
(202)基于调度模式选择结果进行水库单元模拟调度，当以最大出力控制、最小出力控制或电量控制为目标时转入步骤(203)执行，否则转入步骤(207)执行；
[0029]
(203)确定第i级水电站第t时段出力目标及水库初始水位z0，并设定发电流量区间出力偏差最小阈值ε；其中，分别为第i级水电站第t时段最小、最大发电流量约束；
[0030]
(204)初始化发电流量寻值区间，令其中，q
left
为发电流量寻值区间下限值，q
right
为发电流量寻值区间上限值；
[0031]
(205)令发电流量值为qi，
t
＝(q
left
+q
right
)/2，并计算出力值
[0032]
(206)判断出力计算值是否满足要求，即是否满足若满足，则执行步骤(207)；若不满足，折半缩减发电流量寻值区间，并转入步骤(205)重新计算；折半缩减发电流量寻值区间的具体方法为：若水电出力计算值小于出力目标，改变发电流量寻值区间下限值，令q
left
＝qi，
t
；若水电出力计算值大于出力目标，改变发电流量寻值区间上限值，令q
right
＝qi，
t
；
[0033]
(207)通过水量平衡条件及水库特征曲线计算第i级水电站第t时段发电水头hi，
t
、发电流量qi，
t
；进一步计算水电站的出力值n
i,t
＝aq
i,thi,t
，其中，a为水电站综合出力系数；并输出水库的出力值、水位、发电流量参数；
[0034]
(208)判断t《t是否成立，若是，令t＝t+1，转入步骤(202)执行；否则结束模拟，输出结果。
[0035]
进一步的，步骤s2中区间河道单元模拟调度模型的建立方法为：
[0036]
(211)考虑水流滞时模拟：
[0037]
当水库单元模拟计算时段小于相邻两库间水流传播时间时，区间河道单元模拟需考虑水流滞时，即：
[0038]ii+1,t
＝q
i,t-τ
+b
i+1,t
[0039]
其中，i
i+1,t
为第i+1级水电站第t时段入库流量；q
i,t-τ
为第i级水电站在第t-τ时段下泄流量；τ为水流滞时；b
i+1,t
为第i+1级水电站第t时段区间入流；
[0040]
(212)不考虑水流滞时模拟：
[0041]
当水库单元模拟计算时段大于相邻两库间水流传播时间时，区间河道单元模拟不需考虑水流滞时，即：
[0042]ii+1,t
＝q
i,t
+b
i+1,t
其中，q
i,t
为上游水库第t时段的出库流量；
[0043]
流域梯级水库模拟调度模型的建立方法为：
[0044]
根据上下游水力联系和空间拓扑关系，从流域第一级水库逐级模拟至流域最后一级水库，形成全流域梯级水库模拟调度模型；
[0045]
区间河道单元模拟调度和流域梯级水库模拟调度中均采用水库单元模拟调度模型对各水库进行调度，其中，除第一级水库外，其余水库入库流量为上一级水库下泄流量与其区间径流之和。
[0046]
进一步的，步骤s3中单阶段调度为：对于梯级流域内不同的水库，在同一个阶段选择不同的模拟模式，在考虑上下游梯级的水力联系、水库及机组特性后，实现梯级水库间的整体调度模拟；
[0047]
多阶段调度为：对于单一水库，通过人机交互对不同模拟阶段设置不同调度模式进行模拟；对于多个水库，每个水库在每个阶段都能够人机交互独立选择相应的调度模式，对全流域的调度进行智能模拟；
[0048]
通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成的方法为：“正向”推演模式根据选用的调度模式和不同时间尺度下的模拟调度模型，按水库顺序，从上游到下游的逐级模拟，正向推演出下游各级水库的出库要求；“反向”推演模式根据选用的调度模式和不同时间尺度下的模拟调度模型，按水库顺序，从下游到上游的逐级模拟，反向推演出上游各级水库的出库要求。
[0049]
本发明的一种装置设备，包括存储器和处理器，其中：
[0050]
存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；
[0051]
处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行上述一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法的步骤。
[0052]
本发明的一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现上述一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法的步骤。
[0053]
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著技术效果为：
[0054]
(1)本发明根据实际业务和不同的场景需求，提出默认模式和人工干预模式两种主模式。其中，默认模式为利用常规调度规则进行调度；人工干预模式包括最大出力控制模式、最小出力控制模式、水位控制模式、流量控制模式、电量控制模式和出力控制模式6种控制模式。上述各控制模式可根据实际调度需要应用于任意水库的任意单时段或连续时段中进行调度模拟。
[0055]
(2)本发明为满足各层级决策者的不同需求，提出水库单元-区间河道单元-流域梯级水库的多层级调度模拟模型，该模型可从模拟对象、模拟时间尺度选择、模拟调度模式三个方面进行设置，并通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成，并可根据实际需求对生成的调度方案进行人工修正。
附图说明
[0056]
图1为本发明系统框架图；
[0057]
图2为本发明方法流程图；
[0058]
图3为水库单元模拟调度模型的建立方法流程图。
具体实施方式
[0059]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0060]
在当前大规模新能源并网、流域统调水库数量、类型和规模增加、运行条件复杂，协调关系变化的背景下，传统梯级水库调度方法已不能满足现在不同运行场景下梯级水库
调度需求。本发明针对流域梯级水库群调度运行的重大需求和技术瓶颈，首先以梯级水电运行各参数为切入点，提出适用于不同场景的调度模式；其次提出多层级的模拟调度模型以满足不同层级决策者的不同调度需求；最后从模拟对象选择、模拟时间尺度选择、模拟调度方式三个方面进行设置，并通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成，进而为梯级水库的安全调度提供科学参考。
[0061]
如图1所示，本发明的一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统包括模式选择模块、调度模拟模块和方案生成模块。其中模式调度模块用于根据梯级水库调度运行的不同场景需求，选择调度模式，确定调度目标；调度模拟模块根据调度目标通过以水定电(步骤(207))或以电定水(步骤(205)-(206))的方式模拟水库调度过程，方案生成模块则是在上述两个模块基础上生成不同时间尺度的调度方案。
[0062]
本发明实施例中，模式选择模块提出默认模式和人工干预模式两种主调度模式，以满足梯级水库调度运行的不同场景需求；当需无人值守时选择默认模式；当需人工干预时选择人工干预模式；各模式具体描述如下：
[0063]
(1)默认模式(按计划/规则模拟)；
[0064]
默认模式是利用常规调度规则和计划进行调度，即在无人工干预的情况下，系统遵循各水库调度运行要求，依据发电计划进行发电调度模拟。当水库水位或来水等达到泄洪条件时，按照防洪规则进行调度。
[0065]
(2)人工干预模式；
[0066]
①
最大出力控制模式：最大出力控制是通过控制连续时段的出力，使该连续时段内水库以当前水头下最大出力能力运行，自动计算生成连续时段内水库模拟调度涉及的其它参数指标。
[0067]
②
最小出力控制模式：最小出力控制是通过控制连续时段的出力，使该连续时段内水库以当前水头下最小出力能力运行，自动计算生成连续时段内水库模拟调度涉及的其它参数指标。
[0068]
③
水位控制模式：水位控制是通过控制时段末水位，用于保证库水位在水库安全运行范围内等，并自动计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标。
[0069]
④
流量控制模式：流量控制是通过控制时段内平均出库流量，用于满足下游用水要求或保护下游水库等防洪对象的安全，并自动计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标。
[0070]
⑤
电量控制模式：电量控制是通过控制时段内总发电量，用于满足电网等出力或发电量要求等，并自动计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标。
[0071]
⑥
出力控制模式：出力控制是通过控制时段内逐时段出力，以满足出力计划要求，并自动计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标。
[0072]
本发明实施例中，调度模拟模块根据选取的调度模式，确定调度目标，建立水库单元模拟、区间河道单元模拟、流域梯级水库模拟的多层级调度模拟模型，具体如下：
[0073]
流域梯级水库间由河道连接而构成一个整体，上下游之间具有紧密的水力联系，因此流域梯级水库模拟调度包括水库单元模拟和区间河道单元模拟两项。
[0074]
(1)水库单元模拟；
[0075]
1)调度目标：
[0076]
调度模式所选取的调度目标，具体可分为出力调度目标或水量目标，其中出力调度目标包括：最大出力控制、最小出力控制、电量控制和出力控制，水量调度目标包括：水位控制、流量控制。
[0077]
2)约束条件：
[0078]
水电站水库系统的约束条件主要包括水量平衡约束、梯级水库间水力联系、水位约束、下泄流量约束、发电流量约束、水位下泄流量变幅约束等；
[0079]
①
水量平衡约束：
[0080]vi,t+1
＝v
i,t
+(i
i,t-q
i,t
)*
△
t
[0081]
其中，v
i,t+1
、v
i,t
分别为水电站i在第t+1、t时段末库容；q
i,t
为水电站i在第t时段下泄流量；i
i,t
为水电站i第t时段入库流量；
△
t为时段间隔。
[0082]
②
水力联系约束：
[0083]ii+1,t
＝q
i,t-τ
+b
i+1,t
[0084]
其中，i
i+1,t
水电站i+1第t时段入库流量；q
i,t-τ
为水电站i在第t-τ时段下泄流量；τ为水流滞时；b
i+1,t
水电站i+1第t时段区间入流。
[0085]
③
水库水位约束：
[0086][0087]
其中，z
i,t
为水电站i第t时段水库水位；分别为水电站i第t时段水库水位上下限。
[0088]
④
下泄流量约束：
[0089][0090]
其中，分别为水电站i第t时段下泄流量上下限。
[0091]
⑤
发电流量约束：
[0092][0093]
其中，为水电站i第t时段发电流量；分别为水电站i发电流量上下限。
[0094]
⑥
调度期末库水位约束：
[0095][0096]
其中，为给定的水电站i调度期末水库水位；单位：m。
[0097]
3)求解步骤
[0098]
水库单元模拟是基于水量平衡原理，模拟计算出水库模拟调度中涉及的所有参数指标。具体方法见后面水库单元模拟调度模型的建立方法。
[0099]
上述为不同调度模式下的水库单元模拟过程，如需进行区间河道单元模拟和流域梯级水库模拟只需对各水库重复上诉模拟过程即可，唯一需要注意的是，除第一级水库外，其余水库入库流量为上一级水库下泄流量与其区间径流之和。
[0100]
(2)区间河道单元模拟：
[0101]
根据水库将流域河道进行分段，则对于某一段河道，其下游水库入库流量等于上游水库出库流量与区间径流之和，基于该水力联系即可逐级模拟区间河道各水库的调度过程；同时根据水库单元模拟计算时段与相邻两库间水流传播时间大小考虑水流滞时对区间河道单元模拟的影响；本发明中考虑水流滞时的区间河道单元模拟主要在日内调度过程中使用，不考虑水流滞时的区间河道单元模拟主要在中长期和短期调度过程中使用。
[0102]
(3)流域梯级水库模拟；
[0103]
根据上下游水力联系和空间拓扑关系，从流域第一级水库逐级模拟至流域最后一级水库，形成全流域梯级水库模拟调度模型。
[0104]
本发明实施例中，方案生成模块为满足实际业务和不同的场景需求，调度模拟模型可从模拟对象选择、模拟时间尺度选择、模拟调度方式三个方面进行设置，并通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成。
[0105]
(1)模拟对象选择；
[0106]
本发明所提调度模拟方法具备模拟对象的灵活选择功能，即调度操作人员可任意选择梯级流域中的单个或多个水库参与模拟。
[0107]
(2)模拟时间尺度选择；
[0108]
流域梯级水库模拟包括中长期、短期、日内等多尺度。其中中长期以旬尺度数据作为输入，但为了避免直接用旬尺度计算带来的坦化作用，造成计算发电量偏大等问题，推演模型的计算尺度为日，但输出的结果为旬；短期以日尺度数据作为输入，推演模型的计算尺度为日并输出日尺度的结果；日内以小时尺度数据作为输入，并耦合流量滞时模型，输出小时尺度的结果。
[0109]
(3)模拟调度方式选择；
[0110]
在发明所提模拟调度方法的调度方式设置中，可以根据业务需求选择单阶段调度和多阶段调度两种模拟调度方式。当已知水库运行水位边界或调度负荷要求情况下，只需进行单阶段调度模拟即可确定梯级水库具体调度过程；否则需要进行更高一级时间尺度的模拟，以为本阶段的模拟提供水位或负荷条件。
[0111]
单阶段调度模拟：对于梯级流域内不同的水库，在同一个阶段可以选择不同的调度模式，在考虑上下游梯级的水力联系、水库及机组特性后，实现梯级水库间的整体调度模拟。
[0112]
多阶段调度模拟：可以实现单一水库或不同水库间多个模拟阶段多种调度模式下的连续模拟。对于单一水库，可通过人机交互对不同模拟阶段设置不同调度模式进行模拟；对于多个水库，每个水库在每个阶段都能够人机交互独立选择相应的调度模式，对全流域的调度进行智能模拟。
[0113]
(4)模拟调度方案生成；
[0114]
为满足不同场景和调度模式需求，采用“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成。
[0115]
①“
正向”推演模式：
[0116]“正向”推演模式是指可灵活设置和改变水库下泄、水位等各类调度约束和策略，快速推演出下游水库在不同决策方案下的来水、水位等响应情况。
[0117]“正向”模拟根据选用的模拟调度模式和不同时间尺度下的模拟调度模型，按水库
顺序，从上游到下游的逐级模拟。
[0118]
②“
反向”推演模式：
[0119]“反向”推演模式是指灵活设置各类下游调度要求和约束(如某断面流量不超某一量级)，结合区间来水等信息，反向推演出上游各级水库的出库要求。
[0120]
实际运行中，尤其是在汛期阶段，常常出现下游某断面存在最大过流量约束，或在汛期下游水库泄洪能力较差时，需要上游水库承担防洪压力的情况。此时，可由下游防洪控制点的最大泄流量约束或水位要求，反推出上游水库的最大允许下泄流量，从而保护下游设施安全或缓解下游的防洪压力。
[0121]
以某一水库为例，根据其最大出库流量约束以及其当前水位与约束水位的差值，可计算出该水库的最大入库流量，则上游水库的最大出库流量则应为下游水库的最大入库流量减去该时段的区间径流，依次类推，可得到在某一水库出库流量约束下其上游各水库的最大出库流量约束；反推流域各个防洪点对应的各个水库的流量约束，则可得到各个水库的流量约束。
[0122]
一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法，包括以下步骤：
[0123]
s1、根据梯级水库调度运行的不同场景需求，选择调度模式，包括默认模式和人工干预模式两种主调度模式，人工干预模式包括最大出力控制模式、最小出力控制模式、水位控制模式、流量控制模式、电量控制模式和出力控制模式；
[0124]
当需无人值守时选择默认模式，并按照水库常规调度规则和计划进行调度，当水库水位或来水等达到泄洪条件时，按照防洪规则进行调度；常规调度规则和防洪调度规则由梯级水库管理公司制定。
[0125]
当需人工干预时选择人工干预模式，并根据具体需求选取欲达到的调度目标，具体目标可分为最大出力控制、最小出力控制、水位控制、流量控制、电量控制和出力控制。
[0126]
s2、根据步骤s1中的调度模式，确定调度目标，建立水库单元模拟、区间河道单元模拟、流域梯级水库模拟的多层级模拟调度模型；
[0127]
其中，建立水库单元模拟调度模型具体包括以下步骤：
[0128]
(201)初始化模拟调度时段t＝1，设置调度期t；
[0129]
(202)基于调度模式选择结果进行水库单元模拟调度，当以最大出力控制、最小出力控制或电量控制为目标时转入步骤(203)执行，否则转入步骤(207)执行；
[0130]
(203)确定第i级水电站第t时段出力目标及水库初始水位z0，并设定发电流量区间出力偏差最小阈值ε；其中，分别为第i级水电站第t时段最小、最大发电流量约束；
[0131]
(204)初始化发电流量寻值区间，令其中，q
left
为发电流量寻值区间下限值，q
right
为发电流量寻值区间上限值；
[0132]
(205)令发电流量值为qi，
t
＝(q
left
+q
right
)/2，并计算出力值
[0133]
(206)判断出力计算值是否满足要求，即是否满足若满足，则执行步骤(207)；若不满足，折半缩减发电流量寻值区间，并转入步骤(205)重新计算；折半缩减发电流量寻值区间的具体方法为：若水电出力计算值小于出力目标，改变发电流量寻值
区间下限值，令q
left
＝qi，
t
；若水电出力计算值大于出力目标，改变发电流量寻值区间上限值，令q
right
＝qi，
t
；
[0134]
(207)通过水量平衡条件及水库特征曲线计算第i级水电站第t时段发电水头hi，
t
、发电流量qi，
t
；进一步计算水电站的出力值n
i,t
＝aq
i,thi,t
，其中，a为水电站综合出力系数；并输出水库的出力值、水位、发电流量参数；
[0135]
(208)判断t《t是否成立，若是，令t＝t+1，转入步骤(202)执行；否则结束模拟，输出结果。
[0136]
其中：为第i级水电站第t时段出力目标和计算出力值，kw；为第i级水电站第t时段最小、最大发电流量约束；z0水库初始水位，m；a为水电站综合出力系数；qi，
t
为第i级水电站第t时段发电流量，m3/s；hi，
t
为第i级水电站第t时段发电水头，m。
[0137]
上述步骤(201)-(208)为不同调度模式下的水库单元模拟过程，如需进行区间河道单元模拟和流域梯级水库模拟只需对各水库重复上述模拟过程即可，唯一需要注意的是，除第一级水库外，其余水库入库流量为上一级水库下泄流量与其区间径流之和。
[0138]
建立区间河道单元模拟调度模型的方法为：
[0139]
根据水库将流域河道进行分段，则对于某一段河道，其下游水库入库流量等于上游水库出库流量与区间径流之和。基于该水力联系即可逐级模拟区间河道各水库的调度过程，具体水量平衡公式为：
[0140]qdown,in
＝q
up,out
+q
section
[0141]
其中，q
down,in
为河道下游水库的入库流量，q
up,out
为河道上游水库的出库流量，q
section
为河道上游水库至下游水库的区间径流。由此公式，建立流域内区间河道单元的模拟调度模型。
[0142]
①
考虑水流滞时模拟：
[0143]
当水库单元模拟计算时段小于相邻两库间水流传播时间时，区间河道单元模拟需考虑水流滞时，即：
[0144]ii+1,t
＝q
i,t-τ
+b
i+1,t
[0145]
其中，i
i+1,t
为第i+1级水电站第t时段入库流量；q
i,t-τ
为第i级水电站在第t-τ时段下泄流量；τ为水流滞时；b
i+1,t
为第i+1级水电站第t时段区间入流；
[0146]
本发明中考虑水流滞时的区间河道单元模拟主要在日内调度过程中使用。
[0147]
②
不考虑水流滞时模拟：
[0148]
当水库单元模拟计算时段大于相邻两库间水流传播时间时，区间河道单元模拟不需考虑水流滞时，即：
[0149]ii+1,t
＝q
i,t
+b
i+1,t
其中，q
i,t
为上游水库第t时段的出库流量。
[0150]
本发明中不考虑水流滞时的区间河道单元模拟主要在中长期和短期调度过程中使用。
[0151]
流域梯级水库模拟调度模型的建立方法为：
[0152]
根据上下游水力联系和空间拓扑关系，从流域第一级水库逐级模拟至流域最后一级水库，形成全流域梯级水库模拟调度模型；
[0153]
区间河道单元模拟调度和流域梯级水库模拟调度中均采用水库单元模拟调度模型对各水库进行调度，其中，除第一级水库外，其余水库入库流量为上一级水库下泄流量与
其区间径流之和。
[0154]
s3、根据决策者需求选择模拟对象、模拟时间尺度和模拟调度方式，并根据模拟对象选择步骤s2中的模拟调度模型，模拟调度方式包括单阶段调度和多阶段调度，在不同的模拟调度方式中根据需求从步骤s1中选择相应的调度模式，并通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成；具体为：
[0155]
(1)选取拟调度模拟电站序列；
[0156]
(2)选取模拟时间尺度；
[0157]
(3)依据步骤s1所述方法选取调度模式；
[0158]
(4)按照步骤s2所述方法，根据所选调度模式确定调度目标，然后由所选电站序列的第一级电站依次向下模拟梯级各电站调度过程；
[0159]
(5)按照步骤s2所述方法，根据所选调度模式确定调度目标，然后由所选电站序列的最后一级电站依次向上模拟梯级各电站调度过程。
[0160]
实施例：
[0161]
以乌江流域洪家渡、构皮滩两座梯级水库和东风、索风营、乌江渡三座梯级水库为例，分别测试“一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统及方法”在各时间尺度的运行效果。其中模式一采用乌江流域传统方法进行调度模拟，模式二采用本发明调度方法模拟。由表1可知，模式二平均水位误差为0.19m/旬、平均流量误差为130.37m3/s，远低于模式一中的平均水位误差1.05m/旬、平均流量误差为225.55m3/s；由表2可知，模式二平均水位误差为0.068m/天、平均流量误差为8.44m3/s，远低于模式一中的平均水位误差0.141/旬、平均流量误差为11.20m3/s；综上，本发明所提调度模拟方法能使水库运行工况更贴近实际运行工况，进而能为水库的模拟调度提供更有效的参考，保证水库的运行安全。
[0162]
表1
[0163]
发电流量模拟策略平均水位误差平均流量误差模式一1.05m/旬225.55m3/s模式二0.19m/旬130.37m3/s
[0164]
表2
[0165]
发电流量模拟策略平均水位误差平均流量误差模式一0.141m/天11.20m3/s模式二0.068m/天8.44m3/s
[0166]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0167]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0168]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0169]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0170]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统，其特征在于，包括模式选择模块、调度模拟模块和方案生成模块，其中：所述模式选择模块，用于根据梯级水库调度运行的不同场景需求，选择调度模式，调度模式包括默认模式和人工干预模式；当需无人值守时选择默认模式；当需人工干预时选择人工干预模式，并根据具体需求选取欲达到的调度目标；所述调度模拟模块，用于根据选取的调度模式建立水库单元模拟、区间河道单元模拟、流域梯级水库模拟的多层级模拟调度模型，以模拟不同场景下梯级水库的调度运行；所述方案生成模块，用于根据需求选择模拟对象、模拟时间尺度和模拟调度方式，并根据模拟对象选择模拟调度模型，模拟调度方式包括单阶段调度和多阶段调度，不同的模拟调度方式中根据需求选择不同的调度模式，并通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成。2.根据权利要求1所述的一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统，其特征在于，人工干预模式包括：最大出力控制模式，最大出力控制是通过控制连续时段的出力，使该连续时段内水库以当前水头下最大出力能力运行，并计算生成连续时段内水库模拟调度涉及的其它参数指标；最小出力控制模式，最小出力控制是通过控制连续时段的出力，使该连续时段内水库以当前水头下最小出力能力运行，并计算生成连续时段内水库模拟调度涉及的其它参数指标；水位控制模式，水位控制是通过控制时段末水位，用于保证库水位在水库安全运行范围内，并计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标；流量控制模式，流量控制是通过控制时段内平均出库流量，用于满足下游用水要求或保护下游水库、防洪对象的安全，并计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标；电量控制模式，电量控制是通过控制时段内总发电量，用于满足电网等出力或发电量要求等，并计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标；出力控制模式，出力控制是通过控制时段内逐时段出力，以满足出力计划要求，并计算生成水库模拟调度涉及的其它参数指标。3.根据权利要求1所述的一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统，其特征在于，水库单元模拟是基于水量平衡原理，模拟计算出水库模拟调度中涉及的所有参数指标；区间河道单元模拟，根据水库将流域河道进行分段，则对于某一段河道，其下游水库入库流量等于上游水库出库流量与区间径流之和；同时根据水库单元模拟计算时段与相邻两库间水流传播时间大小考虑水流滞时对区间河道单元模拟的影响；流域梯级水库模拟，根据上下游水力联系和空间拓扑关系，把不同水库单元和区间河道单元的模拟调度模型进行耦合串联，形成全流域梯级水库模拟模型。4.根据权利要求1所述的一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统，其特征在于，方案生成模块，包括：调度操作人员根据需要任意选择梯级流域中的单个或多个水库参与模拟，并根据选择的调度对象，选择相应的模拟调度模型；单阶段调度是指对于梯级流域内不同的水库，在同一个阶段能够选择不同的调度模
式，在考虑上下游梯级的水力联系、水库及机组特性后，实现梯级水库间的整体调度模拟；多阶段调度用于实现单一水库或不同水库间多个模拟阶段多种调度模式下的连续模拟；“正向”推演模式根据选用的调度模式和不同时间尺度下的模拟调度模型，按水库顺序，从上游到下游的逐级模拟，正向推演出下游各级水库的出库要求；“反向”推演模式根据选用的调度模式和不同时间尺度下的模拟调度模型，按水库顺序，从下游到上游的逐级模拟，反向推演出上游各级水库的出库要求。5.一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、根据梯级水库调度运行的不同场景需求，选择调度模式，包括默认模式和人工干预模式两种主调度模式，人工干预模式包括最大出力控制模式、最小出力控制模式、水位控制模式、流量控制模式、电量控制模式和出力控制模式，各控制模式的调度目标分别为：最大出力控制、最小出力控制、水位控制、流量控制、电量控制和出力控制；s2、根据决策者需求选取调度模式，确定相应的调度目标，进而建立水库单元模拟、区间河道单元模拟、流域梯级水库模拟的多层级模拟调度模型；其中，水库单元模拟是基于水量平衡原理，模拟计算出水库模拟调度中涉及的所有参数指标；区间河道单元模拟是根据水库将流域河道进行分段，对于某一段河道，其下游水库入库流量等于上流水库出库流量与区间径流之和；流域梯级水库模拟是根据上下游水力联系和空间拓扑关系，从流域第一级水库逐级模拟至流域最后一级水库，形成全流域梯级水库模拟调度模型；s3、根据决策者需求选择模拟对象、模拟时间尺度和模拟调度方式，并根据模拟对象选择步骤s2中的模拟调度模型，模拟调度方式包括单阶段调度和多阶段调度，在不同的模拟调度方式中根据需求从步骤s1中选择相应的调度模式，并通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成。6.根据权利要求5所述的一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法，其特征在于，步骤s2中水库单元模拟调度模型的建立方法为：(201)初始化模拟调度时段t＝1，设置调度期t；(202)基于调度模式选择结果进行水库单元模拟调度，当以最大出力控制、最小出力控制或电量控制为目标时转入步骤(203)执行，否则转入步骤(207)执行；(203)确定第i级水电站第t时段出力目标及水库初始水位z0，并设定发电流量区间出力偏差最小阈值ε；其中，分别为第i级水电站第t时段最小、最大发电流量约束；(204)初始化发电流量寻值区间，令其中，q
left
为发电流量寻值区间下限值，q
right
为发电流量寻值区间上限值；(205)令发电流量值为q
i，t
＝(q
left
+q
right
)/2，并计算出力值(206)判断出力计算值是否满足要求，即是否满足若满足，则执行步骤(207)；若不满足，折半缩减发电流量寻值区间，并转入步骤(205)重新计算；折半缩减发电流量寻值区间的具体方法为：若水电出力计算值小于出力目标，改变发电流量寻值区间下限值，令q
left
＝q
i，t
；若水电出力计算值大于出力目标，改变发电流量寻值区间上限值，令q
right
＝q
i，t
；
(207)通过水量平衡条件及水库特征曲线计算第i级水电站第t时段发电水头h
i，t
、发电流量q
i，t
；进一步计算水电站的出力值n
i,t
＝aq
i,t
h
i,t
，其中，a为水电站综合出力系数；并输出水库的出力值、水位、发电流量参数；(208)判断t<t是否成立，若是，令t＝t+1，转入步骤(202)执行；否则结束模拟，输出结果。7.根据权利要求5所述的一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法，其特征在于，步骤s2中区间河道单元模拟调度模型的建立方法为：(211)考虑水流滞时模拟：当水库单元模拟计算时段小于相邻两库间水流传播时间时，区间河道单元模拟需考虑水流滞时，即：i
i+1,t
＝q
i,t-τ
+b
i+1,t
其中，i
i+1,t
为第i+1级水电站第t时段入库流量；q
i,t-τ
为第i级水电站在第t-τ时段下泄流量；τ为水流滞时；b
i+1,t
为第i+1级水电站第t时段区间入流；(212)不考虑水流滞时模拟：当水库单元模拟计算时段大于相邻两库间水流传播时间时，区间河道单元模拟不需考虑水流滞时，即：i
i+1,t
＝q
i,t
+b
i+1,t
其中，q
i,t
为上游水库第t时段的出库流量；流域梯级水库模拟调度模型的建立方法为：根据上下游水力联系和空间拓扑关系，从流域第一级水库逐级模拟至流域最后一级水库，形成全流域梯级水库模拟调度模型；区间河道单元模拟调度和流域梯级水库模拟调度中均采用水库单元模拟调度模型对各水库进行调度，其中，除第一级水库外，其余水库入库流量为上一级水库下泄流量与其区间径流之和。8.根据权利要求1所述的一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法，其特征在于，步骤s3中单阶段调度为：对于梯级流域内不同的水库，在同一个阶段选择不同的模拟模式，在考虑上下游梯级的水力联系、水库及机组特性后，实现梯级水库间的整体调度模拟；多阶段调度为：对于单一水库，通过人机交互对不同模拟阶段设置不同调度模式进行模拟；对于多个水库，每个水库在每个阶段都能够人机交互独立选择相应的调度模式，对全流域的调度进行智能模拟；通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成的方法为：“正向”推演模式根据选用的调度模式和不同时间尺度下的模拟调度模型，按水库顺序，从上游到下游的逐级模拟，正向推演出下游各级水库的出库要求；“反向”推演模式根据选用的调度模式和不同时间尺度下的模拟调度模型，按水库顺序，从下游到上游的逐级模拟，反向推演出上游各级水库的出库要求。9.一种装置设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中：存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如权利要求5-8任一项所述一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求5-8任一项所述一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种考虑不同需求的多层级梯级水库模拟调度系统及方法：包括提出默认模式和人工干预模式两种主模式，以满足梯级水库调度运行的不同场景需求；建立水库单元模拟、区间河道单元模拟、流域梯级水库模拟的多层级调度模拟模型，以模拟梯级水库的调度运行；从模拟对象、模拟时间尺度选择、模拟调度模式三个方面进行设置，并通过“正向”和“反向”两种推演模式进行模拟调度方案的生成。本发明可根据来水预报、负荷计划等信息，推演未来不同调度策略下梯级水库调度运行状态和过程，为调度决策、形势研判、方案对比等提供参考。方案对比等提供参考。方案对比等提供参考。


技术研发人员：朱喜 高英 贺亚山 左天才 闻昕 徐伟 曾体健 苏华英 代江 徐松 王安东 冯欢 王俊莉 于洁 周金江 杜泽新 张玉吉
受保护的技术使用者：贵州乌江水电开发有限责任公司
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/7/12