基于改进NSGA-Ⅱ算法的梯级水库多目标优化调度

针对在时间步长较小、计算时段数目较多时,传统智能优化算法在求解梯级水库联合优化调度问题上效率低甚至无可行解的问题,提出了一种改进NSGA-Ⅱ算法。该算法基于NSGA-Ⅱ算法框架,引入参考目标值、潜力目标值、偏移度以及变异引导算子来优化种群进化过程,强化迭代中的种群质量,使获得的解集更加接近真实的Pareto前沿。福建省金溪流域梯级水库多目标优化调度实例验证结果表明,改进NSGA-Ⅱ算法相对其他算法运算效率更高,优化结果更好,具有较好的实用性。

三门峡水库控制运用方式的优化探讨

三门峡水库“蓄清排浑”运用为多沙河流的治理提供了宝贵经验,随着来水来沙情况的变化及对水库功能需求和对水库泥沙冲淤规律认识的深化,该运行方式亦在实践中不断调整和完善。为此,针对不同的典型年份设定集中敞泄与分段敞泄的敞泄排沙方案,采用一维非恒定水沙数学模型,对选取的2018~2019年丰水少沙年和2014~2016年枯水少沙年设定12种控制运用方案进行模拟,比较各方案下库区冲淤变化的优劣,据此选取适合三门峡水库的控制运用方式。结果表明,2018~2019年分段敞泄方案的冲刷效果优于集中敞泄方案,即使在后汛期的控制水位抬高至310 m,也能达到较好的冲刷效果;2014~2016年分段敞泄方案虽优于集中敞泄方案,但其冲刷主要集中于2014年汛期,2015、2016年整体呈淤积状态,综合考虑建议枯水少沙年份水库采用“泥沙年际调节”运用模式。

基于改进模糊故障树法的梯级水电站联合运行期风险分析

以我国某大型梯级水电站为例,基于文献分析法识别其联合运行期的风险源,建立风险指标体系,对传统的模糊故障树法进行改进,在其量化风险概率的基础上,利用层次分析法确定基本事件重要性权重,二者相结合对梯级水电站联合运行期进行风险分析,计算出梯级水电站联合运行期的风险发生概率。结果表明,梯级水电站联合运行期的风险发生概率为4.22×10^(-3),根据《水电站大坝运行安全评价导则》综合判定,风险等级较高,应合理制定相应措施加强风险防范,降低风险损失。研究结果为制定梯级水电站风险防控措施以及进行风险管理提供了基础和支持。

考虑入库径流和负荷需求不确定性的水库优化调度研究

为量化水库入库径流和电网负荷需求的不确定性,分析二者对水库优化调度过程的影响,本文以三峡水库为例,引入鲁棒优化理论,建立径流和负荷的多面体不确定集合,结合k-means聚类算法对各不确定情景下随机模拟的入流和负荷情景进行聚类处理。建立以电站实际出力与计划出力偏差最小、总发电量最大和下游适宜生态流量改变度最小为目标的多目标优化调度模型。多目标粒子群算法求解结果表明:在考虑水库入流和负荷需求不确定性的前提下,各情景下的水库水位升降变化规律与实际水位变化规律基本相同,且与实际水位相比,水库能在更多时段维持较高水位运行,提高了三峡电站在蓄水期的整体发电水平。

多重不确定性下水风光多能互补长期优化调度方法

如何应对水风光多重不确定性及其导致的高维优化求解难题是流域水风光多能互补长期调度面临的关键挑战。为此,提出基于马尔科夫链和Copula函数的水风光联合场景生成方法,并通过同步回代缩减法进行场景削减,量化表征水风光多重不确定性;以此为输入,构建流域水风光多能互补长期两阶段随机优化调度模型,并通过Benders分解算法和凸化线性化建模技术实现高维非线性优化问题的高效求解。最后以金沙江下游清洁能源基地为研究对象进行了仿真验证。通过对比分析,证明了所提方法能够有效提升长期调度方案对水风光不确定环境的适应性,提高了多能互补综合效益。在样本外检验中,所提方法比传统方法的发电量增加了0.552亿kWh,弃水量减少了1.694亿m~3,表现得更具可靠性。

溪洛渡水库分层取水对向家坝库区水温的影响分析

为了探究上游溪洛渡水库分层取水对下游向家坝库区水温的影响,基于历史水文数据,分析向家坝建库对河道水温的影响,结合率定好的CE-QUAL-W2模型,设置溪洛渡水库分层取水与不分层取水两种计算工况,分析2019年溪洛渡水库分层取水对下游向家坝库区水温变化过程的影响。结果表明,向家坝水库蓄水后使坝下河道水温达到18℃的时间滞后50 d,向家坝坝下河道水温受支流水温影响较大;2019年上游溪洛渡水库分层取水在4~5月最高可使下游向家坝库区表层水温升高1.0℃,其影响沿程逐渐减弱,至绥江县城完全消失;分层取水使下游向家坝库区4~5月水温结构明显改变,4~5月下泄水温明显提高,最大可提高0.48℃。研究结果可提高对叠梁门分层取水效果的认识,并为后续生态调度提供科学依据。

基于EnKF的水光互补系统适应性调度规则敏感性分析

水光互补是解决电力能源供应问题、构建低碳能源体系、实现“双碳”目标的重要举措。采用集合卡尔曼滤波对线性调度函数的参数进行动态更新,构建了水光互补中长期适应性调度规则,并以龙羊峡水光互补电站为研究对象,在同化过程中引入预测误差、观测误差及集合规模3个不确定性参数,分析了不确定性参数取值对模型时变参数和运行结果的影响,并对参数的敏感性进行了定性分析。结果表明,预测误差、观测误差及集合规模对模型时变参数和运行结果没有显著影响,三者均不是敏感性参数。研究结果可为集合卡尔曼滤波参数不确定性分析及多能互补系统适应性调度研究提供参考。

水电站中长期多尺度调峰能力计算方法研究

调峰能力是衡量水电站调峰性能的重要特性指标。对含风光等新能源的区域电网,开展水电站的中长期调峰能力研究对提高新能源消纳、促进电网长期稳定运行具有重要意义。以多时间尺度对应的历史典型日负荷过程为基础,利用快速搜索与发现的密度峰值聚类算法提取各尺度下的典型日负荷比例,进而确定日调峰电量的计算方法,作为确定各尺度调峰能力的依据。以调峰电量最大为目标建立相应计算期和时间尺度的调度模型,开展年内月尺度、月内旬尺度和旬内日尺度的逐层优化调度研究。以具有年调节能力的龙滩水电站为研究对象开展实例研究表明,本方法可为区域电网开展中长期电力电量平衡,合理安排梯级水电站各时间尺度的调峰电量提供决策参考。

多年调节综合利用水库多级调度图编制研究

承担多项兴利任务的多年调节水库,需综合考虑入库径流和不同任务要求编制多级调度图。提出了改进典型年法编制多年调节综合利用水库的多级调度图,即对不同来水水平年,根据水库各项兴利任务的设计保证率和年保证供水过程,将综合供水进行对应分级,拟定各级供水过程的供水系数,计算得到多级综合供水过程和年需供水量;利用长系列入库径流资料,根据各级供水任务年需供水量选取典型年,按相应需供水过程进行供水;考虑多年调节水库蓄供水特性,采用不同起调水位编制各调度线,上调度线典型年从蓄水期末水库位于正常蓄水位起调,下调度线和连枯年份调度线典型年从供水期末水库位于死水位起调,逆时序绘制各典型年水库蓄水指示线,分别取上、下包线,得到上、下调度线和连枯年份调度线;通过计算分界库容,拟定不同兴利任务的分界调度线,协调不同兴利任务。综合四条调度线,编制得到多年调节综合利用水库的多级调度图。选取某多年调节综合利用水库,按照流程编制其水库多级调度图,利用调度图进行长系列径流调度,经统计,所编制调度图满足各兴利部门设计保证率要求,多级调度图可有效指导水库运行,提高综合利用水库效益。

汛期水风光多能互补动态调度模型研究

为充分利用水电站水库汛期在预报无洪水或小洪水时的调节能力,将汛期运行水位动态控制域对应库容作为调节风光运行的可用库容,在提高水库调节能力的基础上给出了考虑入库洪水实时状态的汛期水电站水库动态消纳风光调度模式,以风光出力期望值加水电出力之和与负荷偏差最小为目标,结合风光出力不确定性建立了汛期水风光多能互补动态调度模型,并以福建省水口水电站为例进行模拟调度计算。结果表明:所提动态消纳风光调度模式能够在保证防洪安全的前提下充分合理利用水位动态控制域内的调节能力来调节风光出力,使失负荷时段数和发电量缺口期望值相较于传统调度模式分别降低约37%和32%,水电站水库平均发电水头提高约4.39%,不仅可提高系统出力可靠性,且能增加系统运行效益。研究成果可为汛期调节风光出力提供参考。

基于GIS的小型土石坝浸润线快速估算模型探讨研究

针对小型土石坝渗流监测中难以确定渗压管埋深及管理系统中数据库缺乏统一性的问题。依托湘西保靖县小型水库监测工程,通过对土石坝概化模型进行有限元渗流计算,并对其结果进行多元回归分析建立回归预测模型;同时汇总水库运行的数据,采用GIS技术开展数据分类、数据结构化、数据表设计,探究建设符合标准的数据库。成果表明,浸润线估算模型可快速确定渗压管埋深,并探究建立了基于GIS的标准化数据库,为县域小型土石坝渗流监测及数据库建设提供参考。

龙云灌区新建水源工程正常蓄水位方案比选

水库正常蓄水位方案比选是确定水库规模的一个重要环节,关系到工程实施的经济性和可行性。本文以广西玉林市龙云灌区工程为例,研究提出了串联水库正常蓄水位方案比选的原则和方法,得出了经济合理的正常蓄水位成果。

北江中游水库调度对水文情势的影响分析

利用水文变异指数(IHA)和变化范围法(RVA)分析了北江中游横石\飞来峡水文站1954~2022年的水文情势变化,并重点分析了飞来峡水库调度对北江低枯水的影响。结果表明:飞来峡水库的库容系数较小,对于较长时间尺度的径流过程无影响,但对于较短时间尺度径流过程有明显影响,流量过程变得“碎片化”,陡涨陡落,切换频繁,枯水期的影响更为显著。

山东省小型水库专业化管护模式实践研究

小型水库专业化管护是破解小型水库安全难题的重要举措,随着小型水库管理体制改革不断深化,各地探索实行的管护模式具有相似性,也表现出区域差异性。以山东省小型水库管护模式建设为例,在梳理山东省基层管护现状、管护模式分类和管护模式组织机构基础上,选取16个典型县区进行管护模式实践成效分析,总结得到不同管护模式的适应条件与建设要点。从管护模式推行、工程基础、管护企业培育、巡库员队伍建设、智慧化管护等方面提出了小型水库专业化管护模式长效运行相关建议。

面向水库型小流域的多源水利三维建模方法研究

针对大型河道三维可视化建模中采用激光雷达、声呐等传感器获取水下地形建模方式操作复杂且成本较高的缺陷,在利用基础测绘成果构建实景地形模型的基础上,采用多源三维模型融合方法对月塘水库小流域进行实景建模。首先采用倾斜摄影三维建模技术对重点水利工程进行实景建模,并利用专业建模软件对重要控制单元进行构件级建模;然后利用已有河道断面数据结合河流面状矢量数据,实现流域内胥浦河河道实景三维建模;最后通过人机交互方式对多源实景模型进行微调与相互印证,实现月塘水库小流域多源三维模型精准融合构建。研究成果可为河道型水库的预报调度与洪水风险分析提供可视化模型基础与决策支撑。

计及短期运行特征的水风光互补中长期调度

传统基于旬/月尺度的中长期调度模型难以描述风、光出力随机波动性所诱发的运行风险,无法有效指导水风光互补系统的中长期运行。为此,提出计及短期运行特征的水风光互补中长期调度规则编制方法。首先,构建短期调度模型评估水风光联合运行中的弃电、弃水及失负荷风险;其次,基于短期调度长系列调度样本,提取水电出力与弃电、弃水及失负荷之间的响应关系;最后,将响应关系嵌套在水风光互补隐随机优化调度模型中提取调度函数。以黄河上游千万千瓦级水风光互补系统为研究对象进行验证,结果表明:相比于简化运行策略,所提出的方法能够增加系统发电量6.5%,同时降低失负荷率3.71%。在水风光互补中长期调度模型中嵌套短期运行风险能够降低系统的弃电与失负荷风险,从而有效指导互补系统中长期调度运行。

水库与水电站大坝安全评价体系对比研究

当前中国水库与水电站大坝采用不同的安全评价体系,为借鉴水电站大坝安全定检有关经验做法,查找水库大坝安全鉴定工作短板,主要从组织体系与技术体系两方面横向对比分析了水库与水电站大坝安全评价体系。水库与水电站大坝安全评价组织体系虽差别较大,但基本符合水利与能源系统大坝实际情况与特点;技术体系均以现场检查与监测资料分析为基础,分别按隐患类型、工程部位展开分项安全评价。建议从修订《水库大坝安全鉴定办法》、规范水库大坝安全监测工作、完善安全评价技术规范等方面进一步改进水库大坝安全鉴定工作。

不同生态流量需求下雅砻江中下游梯级电站联合优化调度

为协同雅砻江干流水力发电与河道生态流量需求,以中下游7座电站为研究对象,进行不同生态流量需求下雅砻江中下游梯级电站联合优化调度。基于改进型可变月径流法,计算了雅砻江主要生态控制断面最小、适宜及最佳生态流量过程;构建了以梯级发电量最大化为目标的雅砻江中下游梯级电站联合优化调度模型,并用遗传算法对其求解。结果表明:(1)随河道生态流量需求的提高,梯级电站发电效益和水资源利用效率均下降,其中锦屏二级电站发电量下降最为显著;(2)梯级电站保障发电效益正常发挥的同时,实施联合优化调度,其下游河道能维持更高层次的生态流量,一定程度缓解了流域水能开发利用与河道生态保护间的关系。

基于逐步回归分析的峡江水库对吉安水位顶托作用量化分析

峡江水库建设对赣江干流水位的顶托作用主要影响着上游吉安河段的水文情势变化,分析回水顶托作用下引起的水位变化以及解析河段水位抬升成因机制对研究水利工程修建改变河道水力特点的防洪减灾工作具有重要意义。基于历史实测水位和流量数据,构建计算水位顶托效果的逐步回归预测模型,利用皮尔逊相关分析定量评估水位顶托效果与各因素之间的相关性和影响程度,随后援用逐步回归方法量化分析了峡江水库运行对吉安水位顶托作用,即建立水位顶托效果与各因素之间的多元回归方程并验证方程的可靠性。结果表明:①基于逐步回归分析的预测模型模拟精度高,水位和流量要素模拟效果均良好,模拟水位过程与实测过程基本保持一致,在模拟流量方面也能够较好地再现实测过程且水位预测模型的各项评价指标优于流量预测模型;②水位顶托效果与峡江水库实测水位存在极强正相关性,与吉安实测水位和吉安水位落水过程存在中等正相关性,与吉安实测流量存在中等负相关性,与吉安水位涨水过程存在微弱负相关性;③多元逐步回归方程的修正后决定系数R2为0.892,表明方程拟合度较高且通过了后续的准确性检验,可表征吉安实测水位、吉安实测流量、峡江水库实测水位、吉安水位涨落过程的多重驱动作用。

清江梯级水库防洪库容分配方案研究

针对清江梯级水库10亿m 3防洪库容分配问题,在探明清江梯级水库防洪调度控制条件和调度方式的基础上,设置了7种防洪库容分配可行方案,分析了不同分配方案下清江梯级水库配合三峡水库对荆江河段的防洪效果和基于长系列径流资料的清江梯级电站发电效益。研究结果表明:相比于原均匀分配方案,在确保上下游防洪安全的前提下,建议多预留一定防洪库容至下游隔河岩水库,推荐水布垭、隔河岩水库库容按照“水4隔6”“水3隔7”方案进行防洪库容分配,以提升防洪、发电两方面的效益。研究成果可为清江梯级水库防洪库容科学运用提供决策参考。