考虑碳排放的地下洞室群施工资源动态均衡优化

在中国“双碳”目标的背景下,持续推进地下洞室群等大型工程施工快速向低碳、绿色方向转型是当前面临的焦点问题。为了保证地下洞室群施工资源合理配置,实现绿色低碳施工,提出了一种衡量施工期碳排放均匀程度的指标“碳熵”,结合“资源熵”作为资源均衡的度量,建立了考虑碳排放和资源配套施工的资源均衡优化模型,并设计了一种内点算法进行求解;在此基础上构建了考虑施工进度延误条件下的资源动态优化流程,以确保发生风险事件后施工资源配置能得到及时优化与调整。乌东德水电站工程实例应用表明:该模型准确有效,可以提高资源总体均衡程度,降低施工期的资源投入峰值和碳排放峰值,从而提高资源配置效率。

基于CEEMDAN-GMDH-ARIMA的大坝变形预测模型研究

为提高大坝变形预测精度,针对大坝变形数据的复杂性和非线性等特征,基于自适应噪声完备集成经验模态分解(CEEMDAN)、数据处理群集法(GMDH)和差分自回归移动平均模型算法(ARIMA)进行大坝变形预测研究。采用CEEMDAN将大坝变形原始数据分解为高频随机分量、中频周期分量和低频趋势分量,再分别采用GMDH模型、ARIMA模型对高中频分量、低频分量进行预测,建立基于CEEMDAN-GMDH-ARIMA的大坝变形预测模型。以江西上犹江水电站为例,将该模型预测结果与反向传播(BP)、径向基函数(RBF)、GMDH和CEEMDAN-GMDH模型的预测结果进行对比分析。结果表明:CEEMDAN-GMDH-ARIMA模型的均方根误差(E_(RMS))、平均绝对误差(E_(MA))、相关系数(r)分别为0.048 mm、0.035 mm、0.994,均优于BP、RBF、GMDH、CEEMDAN-GMDH模型,模型预测效果最好,能够很好地体现监测点水平位移变化趋势。

基于NB-IoT的水电站大规模洞室群体智能照明研究

本研究以大型水电站的地下洞室群体照明为对象,针对其在特殊运行环境中的管理需求,研发了一套综合性照明管理系统。该系统充分考虑了洞室群在电力传输、交通、应急逃生、通风换气及生产生活用水等方面关键功能,同时应对由于隧洞布局的复杂性带来的挑战。采用分层分区的控制策略,并整合智能预测与强化学习技术,优化照明布局并实现亮度的动态调节。通过多平台的互联互通以及云平台的数据管控,系统不仅确保了洞室内部工作的有效进行,还注重资源的合理配置和能源的节约,有效地解决了大规模洞室群照明系统在管理控制和能源消耗方面的问题。该系统的实施,为水电站洞室群体管理的高效智能化提供了新的视角,对提高电站的稳定性和安全性有着重要的贡献。

现货市场环境下低水头梯级水电群精细化建模出清方法

梯级水电站间存在水力时空耦合关系,低水头电站调节性能较弱,在日尺度范围内水头变化较大,耗水率也随之变化,因此,在日前现货出清模型中不宜通过全天固定耗水率对低水头电站进行梯级水电约束简化处理。结合广西电网电力市场需求,以全社会购电成本最小及优先消纳清洁能源为优化目标,充分考虑低水头电站的水力特性曲线等复杂约束并对其进行线性化处理,构建基于梯级水电群精细化建模的日前出清模型,并调用商业优化求解器对模型进行求解。将广西电网34座水电站、101座新能源电站和47台火电机组的真实日发电计划边界数据作为参考,仿真结果表明所建模型能适应低水头电站的水头波动特性,反映梯级水电站之间出力和库容的联动关系,提升低水头梯级水电群的可发电能力。

卡拉水电站主厂房与主变洞间距优化研究

以卡拉水电站为工程依托,采用3DEC离散元方法,建立了40、50、60 m和70 m等4种不同间距洞室群的3DEC计算模型,分析主厂房与主变洞在不同间距下的围岩变形、应力及塑性区分布特征。结果表明,主厂房与主变洞的间距为60 m时,相邻洞室变形不形成干扰,岩柱间存在弹性区,岩柱应力松弛相对较小。建议卡拉水电站主厂房与主变洞的间距设置为60 m。

小型水电站地下洞室群精测爆破控制技术研究

针对特小型水电站导线网,边长、前后视距无法按照相关施工测量规范要求布网,根据本工程地下洞室群开挖特点,提出了导线网在特小半径直角转向中采用灵活的多支点法。打破了导线网技术规范,保证了超短距离洞室开挖贯通精度,解决了超短距离的导线控制问题,达到预期的精度要求,为同类工程提供参考。

水电站枢纽工程区交通隧道群通风设计研究

对高原地区水电站枢纽工程区内交通隧道通风设计进行了研究,指出了目前水电站枢纽工程区内交通隧道群通风设计中存在的问题,并提出了具体建议和改进措施。研究结果表明,水电站枢纽工程区交通隧道设计需风量应在按照公路隧道相关规范计算得到的需风量基础上,对稀释烟尘需风量进行修正,并考虑行车扬尘及水电站地下厂房施工对主洞通风排烟的影响;水电站枢纽工程区交通隧道通风设计中,汽车污染物排放量的计算应根据隧道纵坡坡率进行修正;水电站枢纽工程区交通隧道的风机宜选择适合高原施工条件下使用的强力射流风机,在风流组织时应按照网络通风的模型进行考虑,形成整体的网络通风方案。

亿千瓦级时代中国水电调度问题及其进展

三峡工程和西电东送工程开启了中国和世界水电史上从未有过的最大规模水电工程建设,中国水电取得了1亿千瓦、2亿千瓦和3亿千瓦里程碑成就。截至2017底,中国水电装机容量达到了3.41亿kW,是排名第2美国3倍多,等同于紧随其后世界5个水电大国总和。中国水电区域电网水电装机规模超过1亿kW,有两个省级电网水电装机规模分别超过了7000万kW、6000万kW,超过排名第5的日本,紧随排名第4的加拿大;十四大水电基地中,有7个干流梯级水电装机容量超过了1000万kW,最大金沙江流域超过了3000万kW;西电东送"南通道"和"中通道"20条特高压直流和8条特高压交流跨省跨区域水电输送能力1.05亿kW。中国水电史无前例的系统规模和发展速度,极大改变了国内外现有的调度管理方式,对传统的水电系统调度方法提出了重大挑战,需要全新的调度方法。本文概述了中国水电发展历程,总结了水电系统新变化和面临的三大水电问题,梳理了最近10多年中国水电突出的理论和方法进展,最后指出未来需要开展能源结构转型中的中国水电问题研究。

拉西瓦水电站地下厂房三维高地应力反演分析

拉西瓦水电站厂房地处峡谷山高坡陡,河谷狭窄,区域地应力场较高,局部存在构造破碎带,同时开挖尺寸规模巨大,围岩主要为脆硬的花岗岩,对洞室稳定极为不利。为了评判开挖后围岩的稳定及支护设计的长期安全,需要对围岩的岩体力学参数和初始应力场进行反演确定。首先,利用现场初始地应力的实测值反演大范围内的岩体构造地应力场分布,然后,利用洞室分层开挖扰动下,厂房上部关键点实测位移检验并修正反分析地应力结果,得到了较为准确的三维地应力分布,为后续地下厂房开挖围岩的稳定性及支护设计和长期安全的评价与预测,提供了基础数据,有效地指导了厂房开挖施工。厂房开挖完成后的围岩位移的实际监测结果与采用反演地应力场与岩体参数得到的厂房围岩位移值的一致性表明,地应力场反演结果与实际地应力值一致。

两阶段粒子群算法在水电站群优化调度中的应用

以水电站群最小出力约束下的发电量最大为目标建立了水电站群优化调度数学模型,采用两阶段粒子群算法求解。在按目标函数进行进化计算之前,先进行以最小平均出力最大为目标的第一阶段优化,并在粒子群中引入初始可行解,以提高粒子群的质量和求解效率。以云南电网统调的7库14站主力水电站群系统为例进行了计算,结果表明,该算法能有效克服“维数灾”问题,能得到高性能的优化调度结果。

混合式抽水蓄能电站优化调度策略

针对当前国内风电大规模快速并网的现状,提出扩建混合式抽水蓄能电站的建议方案,并分析总结其对电网调度的意义。同时,根据混合式抽水蓄能电站的功能和特点,构建了包含混合式抽水蓄能电站的库群联合优化调度通用模型,全面归化了应对不同电网需求的水电站群调度效益,并采用二维离散微分动态规划结合逐次逼近算法对其求解。最后以东北白山—丰满梯级水电站为例进行了仿真验证,计算结果表明,该模型结构合理,求解算法行之有效。

锦屏Ⅰ级水电站地下厂房施工期围岩变形开裂特征及地质力学机制研究

锦屏Ⅰ级水电站是雅砻江流域最为重要的控制性梯级电站。地下电站的规模巨大并且赋存的地质环境条件十分复杂,特别是岩石的相对低强度和高地应力特征,地下电站在施工过程中遇到前所未有的有关围岩稳定及支护设计方面的难题。结合地质、监测、物探、施工及试验资料,分析地下厂房洞室群围岩及支护结构的变形开裂及破坏失效的特征。探讨地下电站区的地应力状态、岩体结构、岩石的加卸载力学特性等对围岩变形开裂的影响规律,解释围岩变形破坏的地质力学机制。高地应力及其方向使得主厂房和主变室下游侧围岩(特别是拱腰)的切向应力加载效应明显,易于压致劈裂,而上游侧边墙等法向应力卸荷强度较大,易于卸荷拉裂松弛。高应力条件下破裂围岩具有一定的流变特性,表现出由表及深的渐进性特征,反映随围岩松弛而发生的破裂岩体的时效变形。主厂房和主变室上游侧为缓倾角顺向坡而下游侧为反向坡,在二次应力场作用下下游侧易弯曲折断而上游侧很难剪切滑移。厂房区大理岩具有相对低强度高脆性力学特性且具有较低的应变强度特征,卸荷条件下易于压致拉裂。

梯级电站补偿效益分摊的群体一致协调规划法

针对流域梯级水电站联合调节产生的发电补偿效益的合理分摊对流域开发和梯级电站联合运行具有重要影响,在分析现有各种分摊方法的基础上,提出了补偿效益分摊的群体一致协调规划法。首先从个体出发构建以单个电站分摊比例最大为目标的线性规划模型,得到个体偏好权重向量;再以个体偏好权重向量的夹角余弦和最大为原则给出求解各分摊原则群体权重的方法;最后通过协调规划分摊模型确定各电站的分摊比例。以我国某流域梯级电站为例进行补偿效益分摊计算,结果表明群体一致协调规划法用于流域梯级补偿效益分摊公平、公正,且易于被各方接受。

基于动态仿真和数值模拟的向家坝地下洞室群施工通风方案优化

通风散烟贯穿于地下洞室群开挖施工全过程。金沙江向家坝右岸地下厂房系统结构复杂、规模庞大、通风散烟难度大,为避免采用传统的通风设计方法造成资源浪费、通风效果差等问题,提出了融入系统仿真和数值模拟的通风方案优化模式。该模式不仅能在考虑风量需求的时变性和动态性的基础上合理布置通风系统,还能模拟不同通风方式下的通风流场形态,便于掌控实际通风效果。研究表明该方法能定量分析自然通风效果、风机不同位置的影响等关键问题,为通风方案的优化设计提供理论依据和技术支持。

小水电群区域电网电压优化控制的应用探讨

针对小水电群区域电网夏丰方式下的电压超标问题,分别以网损最小、电压偏移最小和两者结合为目标,采用基于Matlab的遗传算法及PSAT(Power System Analysis Toolbox)工具箱的优化方法,通过对主变抽头调节、制定水电功率因数考核指标、并联无功补偿装置等控制手段实现对电网电压及网损的优化控制,提出了相应的优化控制方法与策略。该结果成功应用于信宜小水电群区域电网,极大地改善了该区域的电压质量、降低了网损,表明该优化方法的实用性与可行性。

大型洞室群智能动态设计方法及其实践

针对复杂地质条件下高边墙、多洞交叉的大型洞室群多步开挖过程中的强卸荷特点,采用经验类比、数值分析、智能分析等方法的综合集成,提出复杂条件下大型洞室群稳定性分析、开挖过程与支护设计的智能动态设计方法。该方法以解决大型地下洞室群不同设计阶段稳定性需要解决的关键问题为目标,从地质条件的认识、地应力分布特征的把握、高边墙多洞室交叉的围岩变形破坏机制的理解到围岩稳定性评价、破坏模式识别、调控措施(开挖过程和支护方案)全局优化以及施工过程中的反馈分析与动态调整的系统全过程进行研究,论述地下洞室群修建前的初步设计方法和洞群修建过程中的动态最终设计方法。在锦屏二级水电站地下厂房设计与施工全过程的应用实践表明,该方法可以实现大型洞室群设计与施工的信息化、智能化和科学化。

改进粒子群优化算法在水电站群优化调度中的应用研究

为克服常规粒子群优化算法易早熟、后期收敛慢且易陷入局部最优解的缺点,本文提出一种新的惯性权重系数更新策略——自适应指数惯性权重系数(SEIWC)代替线性递减惯性权重系数(LDIWC),同时,将遗传算法中的染色体交叉、变异思想引入粒子的更新策略,提高粒子的多样性,增强算法的全局搜索能力。使用Rosenbrock函数和Schaffer函数验证了改进粒子群优化算法的有效性。以福建电网闽江流域水电站群优化调度为例,建立基于改进粒子群优化算法的库群长期优化调度模型。计算结果表明,该模型的调度结果显著优于常规粒子群优化算法,与逐步优化算法结果水平相当。

基于混沌优化算法的混联水电站群长期优化调度

在建立混联水电站群长期优化调度模型的基础上,应用混沌优化算法对模型进行求解。以水电站群总电能最大为目标函数,根据混沌运动的随机性,由Logistic模型产生的混沌变量来进行优化搜索。此方法可避免陷入局部最优点,并取得全局最优。实例计算结果表明,混沌优化算法与逐步优化算法相比,优化结果良好。表明本文算法可以用于求解具有复杂约束条件的非线性混联水电站群水库优化调度问题。

溪洛渡水电站超大型地下厂房洞室群岩体工程控制与监测

金沙江溪洛渡水电站地下厂房洞室群规模巨大,结构复杂,玄武岩组内层间与层内错动带致使岩体非连续性是主要地质问题。采用损伤弹塑性数值方法对围岩稳定性进行分析,确定洞室开挖顺序和支护参数。精细化施工组织,严格控制开挖对岩体的损伤范围,并保证洞室轮廓的良好成型。及时对监测数据进行分析和反演分析,对支护工作量进行动态设计。开挖过程中,位移和应力变化规律较好;开挖完成后,位移和应力总量值较小,洞室围岩稳定性良好。溪洛渡地下厂房洞室群规模为我国已建和在建工程之首,总结其设计、开挖与支护,监测与反演等岩体工程控制措施,对类似工程具有指导和借鉴作用。

大型地下洞室群施工期围岩力学参数实时动态反演

综合考虑大型地下洞室群施工现场的开挖进度信息、支护进度信息及新出露的地质信息,建立能够实时更新且反映工程实际进度的三维全尺度数值仿真模型,结合均匀设计和人工神经网络技术,基于C#.NET+Python混合编程技术对通用数值软件ABAQUS进行二次开发,提出大型地下洞室群施工期围岩力学参数实时动态反演分析方法。以黄登水电站为例,对其地下洞室群施工期围岩力学参数进行实时反演。结果表明:各施工分期测点计算位移与实测位移随施工期的曲线变化规律一致,实测值与计算值吻合度较高,第五期的平均误差仅为5.5%,得到较好的反演结果,验证了此法的合理性和可操作性。