漫湾水电站兴利调度研究.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流漫湾水电站兴利调度研究.精品文档.漫湾水电站兴利调度研究学校:昆明理工大学Study on Optimum Operation of Active Capacity of Manwan Hydropower Plant StationSchool::Kunming University of Science and Technology中文摘要 本文以漫湾水电站为背景,进行设计枯水年调节计算和设计中水年常规调度计算,求得设计中水年年发电量。并对该电站设计中水年利用确定性动态规划法进行优化调度计算,求得该年发电量,以比较二者的差异。关键词:漫湾
2、水电站;常规调度;优化调度;格点法;程序;确定性动态规划AbstractThis article take the Manwan hydroelectric power station as a background, carries on the design low flow year adjustment to calculate and to design average year convention dispatch computation, obtains the annual energy production of the design average year. And t
3、he design average year of the water power plant carries on the optimized dispatch computation using the definite dynamic programming law, obtains this year annual output, compares the two the difference.Key words: Manwan Hydropower Station;conventional scheduling;optimal scheduling;lattice method;pr
4、ogram;deterministic dynamic programming。目录第1章前言61.1本设计的目的和意义61.2课题国内外研究状况综述61.3本设计的指导思想81.4本设计应解决的主要问题8第2章 水库兴利调度的方法92.1本文的研究内容92.2水库兴利调度的方法9第3章 漫湾水电站常规调度计算193.1原始资料193.2水文分析计算223.3水力计算293.4水能计算30第4章 设计中水年优化调度计算334.1确立数学模型334.2求解漫湾水电站优化调度模型34第5章 对比分析及结语415.1对比分析415.2结论415.3本文的不足以及今后研究的重点42总结与体会43谢辞4
5、4参考文献45 第1章前言1.1本设计的目的和意义河川径流的剧烈变化,给我们带来很多不利的后果:汛期大洪水容易造成灾害;枯水期水少不能满足兴利需要。如果设法把汛期的洪水存起来到枯水期再利用,这样不仅使枯水期需水量得到满足,而且能起到削峰减灾的作用。所谓水库调度,也称水库控制运行,是管理和控制水库安全可靠运行,合理利用水资源、发挥水库综合效益的重要措施。常常将水库调度分为防洪调度和兴利调度两部分。根据设计水电站及下游地区的防洪要求,利用水库的防洪库容调节洪水,以控制汛期水位和下泄流量的工作称为防洪调度;根据兴利用水的要求,确定水库兴利库容运用时期的供蓄水量的工作称兴利调度。水电站水库调度的目的在
6、于利用水库的调蓄能力,妥善处理在不能准确预知径流情况的条件下发电与防洪等兴利部门之间的矛盾、水电站工作的可靠性和经济性之间的矛盾、水电站电力电量供需之间的矛盾等,使水电站给电力系统提供尽可能多的容量和电量效益。水电站水库调度的基本依据,是根据河川径流特性及电力系统和综合用水部门的要求,按水库调度之目的而编制的水库调度图。它综合反应了各部门的要求和调度原则,是指导水电站水库运行的工具。编制合理的水库调度图并按其指示的方式运行,是使水电站在国名经济中充分发挥效用的关键性工作。水库兴利调度可以在枯水期使水电站的发电量增加,这不仅能够满足用户的需要,还可以调节能源结构,降低火电消耗,并且兴利调度改善了
7、下游流量,维持了一定得生态稳定。1.2课题国内外研究状况综述水库的优化调度是一个多阶段决策过程。最早把优化概念引入到水库调度的是美国人Mases,始于1946年。西方国家的专业文献一般认为1955年美国哈佛大学水资源大纲标志着系统分析及优化模型在水资源规划及管理中应用研究的开端。从水库调度讲,Little于1955年提出随机的输入径流用Markov过程描述。并依据大古力水电站39年资料推求入流的概率转移矩阵,建立一个水电系统离散随机动态规划调度模型,指导水库优化调度,从而标志着用系统科学方法研究水库优化调度的开始。20世纪50年代末期到80年代中期,随着系统工程学、计算机、遥感、通信技术的迅猛
8、发展,以线性规划、非线性规划和动态规划为代表的优化技术在水库调度中得到了广泛研究。水库优化调度的发展,经历从单库到多库、从简单到复杂的过程。早期的水库调度主要以线性规划和非线性规划方法来求解,以单库为主;后来,动态规划应用于水库优化调度中,可求解一些更复杂的问题,并能得到更好的解。但是,当问题的状态变量增多时,动态规划存在“维数灾”问题,导致计算时间增加以至问题无法求解。1999年,Robin Wardlaw和Mohd Shanfi详细介绍了遗传算法在水库优化调度中的应用,并讨论了遗传算法的不同遗传算子对遗传算法性能的影响,应用合适的遗传算子,成功地解决了四水库问题以及十水库问题。遗传算法(G
9、enetic Algorithm,GA)等智能优化算法应用到水库优化调度当中来,推动了水库优化调度的发展。我国水库优化调度的研究始于60年代。初期的水库调度主要是半经验、半理论的方法,即考虑前期水文气象因素(如降雨等)对预留防洪库容的影响,通过防洪控制图(调度图)来进行操作的。半经验半理论方法具有操作简单等优点,是国内外水库调度常用的方法,但它也有明显的不足,例如,难以充分利用流域与水库的实时信息;没有充分挖掘水库的兴利和防洪效益等。我国现代实用水库优化调度模型研究始于20世纪70年代末,初期以单库调度为主,80年代我国开始水库群优化调度研究。董子敖和张勇传是国内水库优化调度的开拓者,他们为水
10、库优化调度的发展做出了重大贡献。动态规划在应用于水库优化调度上取得了辉煌的成果,但也同样存在致命的缺点,即当状态变量增多后会不可避免地引起“维数灾”问题。1996年,马光文、王黎将浮点编码的遗传算法引入到水库优化调度中,为克服水库群运行优化的“维数灾”问题提供了一种新途径。2001年,王大刚等将十进制编码的遗传算法引入水库优化调度,缩短了计算时间,提高了运行效率。2003年,钟登华、熊开智和成立芹提出了一种用于水库优化调度的改进遗传算法。 2005年,马光文等将蚁群算法应用到水库优化调度中。王德智等提出了应用于水库优化调度中的改进蚁群算法。2006年,杨道辉等将粒子群算法应用到水电站日优化调度
11、中。胡国强等提出了一种协调粒子群算法,利用多粒子群的信息协调和扰动策略的方法,较好地克服了基本粒子群算法易于早熟和陷入局部最优的缺点,具有良好的收敛速度和计算精度。1.3本设计的指导思想随着全球能源的日益枯竭,水能这种清洁资源的利用已经成为普遍现象。我们在加大力度开发新能源的同时,更应该最大限度的利用现有的水能资源,使其发挥最大功效。由于径流来水量的不可预测性,使得大多数水电站在调度过程中过于保守,大多数汛期流量白白流走。只有改进调度方法,提高兴利库容的利用率,才能最大限度的利用河川径流。随着计算机技术、算法技术的日益发展,而水库优化调度为解决这个问题提供了可能,它可以增加水电站发电量,提高发
12、电站的经济效益以及国民经济收入。1.4本设计应解决的主要问题1)对设计中水年进行常规发电量计算。对多年来水量频率分析,确定统计参数。并通过适线法找出最佳的典型频率曲线,确定设计代表年,进行年内分配。求出设计代表年的供蓄水期。根据设计枯水年的供水期计算保证出力。通过供蓄水期法计算设计中水年的发电量。2)根据设计中水年的年内分配及保证出力,运用格点法对水电站出力进行设计中水年优化调度计算。通过VC+6.0来编写程序,实现优化调度计算自动化。通过调整格点数就可以计算出不同精度的优化结果。通过调整中水年资料,可以计算不同设计年的发电量。实现程序的重复利用。3)对常规计算和优化计算的所用的资料、计算过程
13、以及计算结果进行对比分析,得出其中的差异,比较它们各自得优缺点。还可以为他人正确的选择计算方法提供必要的参考。第2章水库兴利调度的方法2.1本文的研究内容本次毕业设计以漫湾水电站为背景,根据该电站的实测径流资料进行频率分析求得设计中水年,并对设计中水年进行常规发电量计算和优化调度发电量计算,比较发电量的差异。2.2水库兴利调度的方法水电站调度的方法主要包括常规调度和优化调度。水库常规调度的基本依据是水库调度图。调度图根据河川径流特性及电力系统和综合用水部门的要求,按水库调度的目的进行编制,它综合反映了各部门的要求和调度原则,是指导水电站水库云哭的有效工具。所谓调度图,就是由一定时期(通常为一年
14、)的一组水库调度线(也称调配线)和若干特征水位线及由这些线所划分的若干调度区组成的平面图。它综合反映了各种来水条件下的水库调度规则。在实际运行过程中,即使缺乏水库来水的径流预报,也可以根据各时刻的水库实际蓄水,按照调度图及其所体现的调度规则,决定水电站及其水库应当怎样工作,即决定在各个时刻水电站的合理出力,以及水库的合理泄流量。这样的调度,可使各种矛盾得到比较合理的解决,较好的满足各个方面的要求,获得较大的运行效益。2.2.1漫湾水电站水文分析与水利水能计算1.水文分析统计参数水文计算中常用的样本统计参数有:1)均值某水文变量的观测系列(样本)为、,则其均值为:=(2-1)均值表示系列的平均情
15、况可以说明这一系列总水平的高低。模比参数,常用表示。2)均方差研究离散程度是以均值为中心来考查的。因此,离散特征参数可用相对于分布中心的离差来计算。设以平均数代表分布中心,随机变量与分布中心的离差为x-。因为随机变量的取值有些是大于的,由些时小于的,故离差有正有负,其平均值为零。为了使离差的正值和负值不致相互抵消,一般取的平均值的开方作为离散程度的计量标准,并称为均方差,即=(2-2)3)变差系数为了克服以均方差衡量系列离散程度的这种缺点,数理统计中用均方差与均值之比作为衡量系列相对离差程度的一个参数,称为变差系数(),又称离差系数或离势系数。变差系数为一无因次的数,用小数表示,其计算式为:=
16、(2-3)4)偏态系数变差系数只能反映系列的离散程度,它不能反映系列在均值两边的对称程度。在水文统计中,主要采用偏态系数作为衡量系列不对称(偏态)程度的参数,其计算式为:=(2-4)一般认为没有百年以上的资料,值是不能用公式计算的。因此在后面用到的适线法中取的倍数。经验频率经验频率的估计在于对样本序列中的每一项估算其对应的频率。由于水文资料只是一个样本,期望它处于平均情况,即期望样本中第m项的频率是许多样本中同序号概率的均值:P=(+)当k较大时,可以证明:P=(2-5)上式在水文计算中通常称为期望公式,以此估算经验频率。按下列表格计算水文年径流频率表2-1年份年径流量序号年径流量按大小排序模
17、比系数KK-1P=目估适线法水文频率计算适线法。根据估计的频率分布权限和样本经验点距分步配合最佳来优选参数的方法叫做适线法。1) 将实测资料由大到小排列,计算各项的经验频率,在频率格纸上点绘经验点据(纵坐标为变量的取值,横坐标为对应的经验频率)。2) 选定水文频率分布线型(一般选用皮尔逊型)。3) 初估一组参数、。为了使初估值大致接近实际,可用距法或其他方法求出3个参数值,作为第一次的、和的初估值。当用距法估计时,因的抽样误差太大,一般不计算,而且根据经验假定为的某一倍数。4) 根据初估的、和,查“皮尔逊型频率曲线的离均系数值表”,用公式=(+1=(2-6)计算,为纵坐标,P为横坐标,即可得到
18、频率曲线。将此线画在绘有经验点据的图上,看与经验点据配合的情况,若不理想,则修改参数(主要调整以及)再次进行计算。5)最后根据频率曲线与经验点据的配合情况,从中选择一条与经验点据配合较好的曲线作为采用曲线,相应于该曲线的参数便看作是总体参数的值。画出皮尔逊型曲线。表2-2频率曲线选配计算表频率P(%)第一次配线=?=?=?第二次配线=?=?=?设计代表年典型年的年水量可利用年径流频率曲线按相应的保证率要求来确定。一般枯水年按水电站的设计保证率来选择,故又称设计枯水年。该年的年水量由P=决定;中水年由P=50%决定;丰水年由决定(即丰水年与枯水年频率对称)。至于典型年水量的年内分配,可从水量接近
19、的实际年中选取。一般枯水年取枯水期长、枯水量较小,致使工程偏于安全的年份为典型年;中水年选取接近多年平均水量的年份为典型年;丰水年选取汛期水量集中、洪水峰高量大的年份为典型年。然后按典型年与实际年年水量的比值进行修正,得出各典型年的流量过程线。径流调节某一水库属何种调节类型,可用水库库容系数来判断。水库库容系数为水库调节库容与多年平均年水量的比值,即。具体可参照下列经验系数:30%50%多属多年调节;3%5%20%25%多属年调节;2%3%属日调节。1)已知库容求调节流量已知库容,计算库容系数,判断其为何种调节类型。用公式试算求调节流量。由水库水量平衡原理可知,当不计损失时,供水期水库能提供的
20、调节水量系由两部分组成:一部分是天然来水量,另一部分是全部调节库容补充水量。用公式表示则为即供水期调节流量为()(2-7)式中供水期的天然来水量,;或供水期各月流量之和,月;调节库容,;供水期时间,s;若按月数计时,则为2.63s。于是,式(2-7)的实用方便公式为(2-8)式中,为供水期月数。蓄水期应将水库蓄满,以补供水期天然来水之不足。所以,蓄水期的可用(调节)水量应是蓄水期的天然来水量减去调节库容后的水量。与式(2-8)相应的公式为(2-9)用式(2-8)或式(2-9)试算或时,应从假定供水期或蓄水期入手。任意假设供蓄水期直到对于供水期而言,供水期各月流量(调节流量),其余各月流量 ,则
21、试算成功;对于蓄水期而言,蓄水期各月流量(调节流量),其余各月,则试算成功;对于流量的月份,则属不供不蓄期。2.水力计算保证出力计算年调节水电站保证出力计算一般有设计枯水年法和长系列法两种方法。方案比较阶段一般采用设计枯水年法;对选定方案要求详细的水能计算可采用长系列法。本文采用枯水年法。设计枯水年法求年调节水电站保证出力 的方法要点是:首先以实测径流系列为依据选出设计枯水年;其次求设计枯水年供水期平均出力,即为保证出力。月月份天然流量水电站引用流量水库蓄水(+)或供水(-)弃水流量时段初、末水库存水量时段平均水库存水量上游平均水位下游水位平均水头水电站出力N平均出力(保证出力)流量水量表2-
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- 水电站 调度 研究
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