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

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：

1、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。

技术实现思路

1、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。

2、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。

3、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：

4、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；

5、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；

6、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。

7、优选的，人工干预模式包括：

8、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；

9、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；

10、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；

11、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；

12、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；

13、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。

14、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；

15、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；

16、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。

17、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；

18、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；

19、“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。

20、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：

21、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；

22、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；

23、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。

24、进一步的，步骤s2中水库单元模拟调度模型的建立方法为：

25、(201)初始化模拟调度时段t＝1，设置调度期t；

26、(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；

27、(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；

28、(204)初始化发电流量寻值区间，令其中，qleft为发电流量寻值区间下限值，qright为发电流量寻值区间上限值；

29、(205)令发电流量值为qi，t＝(qleft+qright)/2，并计算出力值

30、(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qleft＝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qright＝qi，t；

31、(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ni,t＝aqi,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；

32、(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。

33、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：

34、(211)考虑水流滞时模拟：

35、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：

36、ii+1,t＝qi,t-τ+bi+1,t

37、其中，ii+1,t为第i+1级水电站第t时段入库流量；qi,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；bi+1,t为第i+1级水电站第t时段区间入流；

38、(212)不考虑水流滞时模拟：

39、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：

40、ii+1,t＝qi,t+bi+1,t其中，qi,t为上游水库第t时段的出库流量；

41、流域梯级水库模拟调度模型的建立方法为：

42、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；

43、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。

44、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；

45、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；

46、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。

47、本发明的一种装置设备，包括存储器和处理器，其中：

48、存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；

49、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。

50、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。

51、有益效果：与现有技术相比，本发明的显著技术效果为：

52、(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。

53、(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。