[發明專利]一種梯級泵站調水工程甩站優化調度方法

在審

• 申請號: 201710282582.0
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107133731A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 雷曉輝;張召;田雨;鄭和震;吳輝明;盧龍彬;楊遷
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司11001
• 代理人: 李富華,李桂玲

1.一種梯級泵站調水工程甩站優化調度方法，其特征在于，所述方法的步驟如下：

對泵站進行甩站可行性分析的步驟：建立水力學模型，試算渠段穩態水面線，對各級泵站進行甩站可行性分析，過程如下：

逐次構造各級泵站離散計算工況點：

具有m梯級泵站的調水工程，則m級泵站形成m-1個渠池，輸水過程中全線流量匹配，離散梯級泵站可運行流量區間Q_min，Q_max，得到等步長流量離散序列Q₁，Q₂，……Q_s-1，Q_s，離散步長可調；離散各級泵站進水側水位控制區間Z_i,min，Z _i,max，其等步長離散序列為Z _i,1，Z _i,2，……Z _i,t-1，Z _i,t，離散步長可調；由流量序列和水位序列組合得到第i級泵站離散計算工況點集，其中：i=2，……，m；

利用水力學模型試算各種工況下的渠段穩態水面線，并判斷甩站可行性：

耦合構筑物相容方程和恒定流St.Venant方程組，構建水力學模型，采用Preissmann格式離散方程組，并用雙掃描法求解模型；

對第i級泵站進行甩站運行可行性分析，采用水力學仿真模型，模擬第i+1級泵站至第i-1級泵站之間渠段在各種工況下的水面線；

判斷是否可以甩站的步驟：選取第i+1級泵站進水側水位Z _{i +1, i n}為下游邊界，第i-1級泵站輸水流量Q_i-1為上游邊界，在全線流量匹配條件下Q_i+1=Q_i-1，模擬工況點即為第i+1級泵站離散工況點Q_i+1，Z _{i +1, i n}；

以第i-1級泵站出水側水位控制區間Z _i-1,outmin，Z _i-1,outmax為判斷條件，若模擬得到的第i-1級泵站出水側水位Z _i-1,out在其水位控制區間內，即Z _i-1,outmin≤Z _i-1,out≤Z _i-1,outmax，則第i級泵站可以甩站運行，并進入下一步驟；否則，則第i級泵站無法甩站運行，并退出；

形成甩站運行可行域的步驟：擬合可甩站運行臨界工況點，形成甩站運行可行域，過程如下：

當第i級泵站可甩站運行時，對離散的輸水流量序列，統計相應于各流量的第i+1級泵站進水側甩站臨界水位，分別擬合可甩站運行最高、最低臨界工況點，得到第i級泵站甩站運行時，第i+1級泵站進水側臨界水位與流量的函數關系式：

Z _i+1,dmin=f_min（Q），Z _i+1,dmax= f_max（Q），

甩站臨界水位-流量曲線與泵站固有的流量、水位約束共同形成甩站運行可行域；

構建甩站優化調度模型的步驟：采用動態規劃算法，在甩站可行域內求解模型，得到甩站優化調度方案，過程如下：

選擇優化調度模型的目標函數，以總能耗最小為目標函數：

式中：N表示梯級泵站總功率；n_i表示第i級泵站參與運行的機組數；ρ為水的密度；g為重力加速度；Q_i，j表示第i級泵站第j臺機組的提水流量；η_i，j表示第i級泵站第j臺機組的效率；H_i為第i級泵站的提水揚程；

構造甩站優化調度的約束條件：

第i級泵站的揚程約束：H _i，min≤H _i≤H _i，max；

第i級泵站進水側水位約束：Z _i，inmin≤Z _i，in≤Z _i，inmax；

第i級泵站出水側水位約束：Z _i，outmin≤Z _i，out≤Z _i，outmax；

第i級機組抽水功率約束：0≤N _i≤N _i，max；

第級泵站流量約束：Q _i，min≤Q _i≤Q _i，max；

若第i級泵站甩站運行，則該級泵站的揚程約束為：H _i，min≤H _i≤H _i，max或H _i =0；當第i級泵站甩站時，第i+1級泵站進水側水位約束修正為甩站水位約束，即：

max（Z _i+1，dmin，Z _i+1，inmin）≤Z _i+1，in≤min（Z _{i+1，d max}，Z _{i+1，in max}）；

優化調度結果的步驟：動態規劃算法求解甩站優化調度模型：

將梯級泵站的每一級看作一個階段，故階段變量為i；第i階段至最末階段m的累積揚程S_i為狀態變量；第i級泵站的提水揚程H_i為決策變量；

根據動態規劃算法建立狀態轉移方程和動態規劃遞推方程：

狀態轉移方程：S_i+1=S_i－H_i +h_fi，h_fi表示第i渠段的水力損失；

動態規劃遞推方程：

F_i（S_i）=min{ N_i（Q_i，H_i）+ F_i+1（S_i－H_i +h_fi）}；

構建甩站調控模型的步驟：以優化調度方案為調控目標，采用控制蓄量法獲取滿足安全標準的經濟調控方案，過程如下：

轉換調控目標為模型約束：

設第i級泵站需要甩站運行，當前時刻第i級泵站進水側水位為Z_1c，第i+1級泵站進水側水位為Z_2c，兩級泵站輸水流量均為Q_ic；

甩站目標：第i級泵站進水側水位為Z_1d，第i+1級泵站進水側水位為Z_2d，兩級泵站輸水流量為均Q_id；

通過各渠段的水位-流量-蓄量關系計算，得到第i級泵站站前渠池的蓄量變化量為ΔV₁，第i級泵站站后渠池的蓄量變化量為ΔV₂，同時還可計算得到站后渠池15cm最小蓄量變化量ΔV_{2（15cm）min}；由此可得第i+1級泵站的允許最大抽水流量：

Q _i+1，max=ΔV_{2（15cm）min} /3600；

形成甩站調控方案的步驟：計算有約束條件下的最節能調控方案：

考慮甩站運行時，節制閘的開啟條件，要求甩站運行泵站的配套節制閘閘前、閘后在同一時間達到同一水位；

即：

式中，T為甩站調控過程中，由當前工況調整到甩站工況的時間；T₁為站前渠池，由當前工況調整到甩站工況的時間；T₂為站后渠池，由當前工況調整到甩站工況的時間；

第i－1級泵站t時刻的功率為：

式中，H（t）_i－1為i時刻第i－1級泵站的揚程；η（t）_i－1為i時刻第i－1級泵站的效率；

第i+1級泵站t時刻的功率為：

式中，H（t）_i+1為t時刻第i+1級泵站的揚程；η（t）_i+1為t時刻第i+1級泵站的效率；

第i級泵站甩站調控總費用為：

式中，T_d為第i級泵站甩站，第i+1和第i－1級泵站工況調整的總費用；P為單位電價；

將Q_i-1通過時間關系轉換為Q_i+1的函數，并將T_d對Q_i+1求導，得到滿足安全約束的最節能調控方案：

第i+1級泵站最優輸水流量Q_d，i+1，第i－1級泵站最優輸水流量Q_d，i－1，甩站調控時間T。