[發明專利]基于水位變幅控制的水電站調峰泄流幅度預測方法

在審

• 申請號: 202210202127.6
• 申請日: 2022-03-03
• 公開（公告）號: CN114565163A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 錢紅露;程穩;肖慶華;尹維清;付中敏
• 申請（專利權）人: 長江勘測規劃設計研究有限責任公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06F30/28;G06F17/12;G06F17/13;G06F111/10;G06F113/04;G06F113/08
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 李媛;陳家安

本發明公開了一種基于水位變幅控制的水電站調峰泄流幅度預測方法。它包括：采用一維圣維南方程組對河道內的非恒定流過程進行模擬；求解水電站下游河道沿程各站、各時刻的水位，并計算水電站下游河道沿程各站的水位變幅；建立水電站調峰泄流幅度與下游通航河段水位變幅的函數關系；將航運要求的下游通航河段水位變幅代入函數關系，得出滿足下游通航河段水位變幅控制要求的水電站調峰泄流幅度。本發明通過一維非恒定流模擬計算，預先建立水電站調峰泄流幅度與下游通航河段水位變幅的相關關系，再由下游通航河段的水位變幅控制要求直接換算為水電站調峰泄流幅度，給水電站調度提供明確的約束條件，實現水電站實時、靈活調度的目標。

技術領域

本發明屬于水電站調峰調度技術領域，具體涉及一種基于水位變幅控制的水電站調峰泄流幅度預測方法。

背景技術

水電站調峰是指在用電高峰期開啟水輪機組承擔部分電網用電負荷的工作。水電站調峰通常導致水電站日內下泄流量過程發生變化，在下游河道引發非恒定流和水位起伏變化。尤其是在高山峽谷河段，受復雜河道條件以及巨大裝機容量的影響，水電站調峰往往引起下游河道水位陡漲陡落，水位小時變幅最大可達8-9m。然而，從航運安全的角度，通常要求水電站下游河道內水位小時變幅或日變幅不能過大，以免對船舶航行和靠泊造成危險。基于航運對水電站下游河道水位變幅的控制需求(例如要求每小時水位變幅不超過1.0m)，預測并限制水電站調峰泄流幅度，從而合理擬定水電站調峰運行方式，對承擔航運任務的水電站調度運行具有重要的意義。

對于水電站調峰調度方式的確定，通常是在來水、用電負荷、防洪、生態、航運等多目標約束下，尋求水電站調峰調度模型最優解的過程。一般而言約束條件(包括水量約束、出力約束、流量約束、水位約束、水位變幅約束等)易于獲得，因此以往的研究通常聚焦在水電站調峰調度模型上，通過改進模型和算法，減少求解結果的隨機性，提高模型穩定性和求解效率。

然而，如遇特殊情況約束條件難以準確給出，將直接影響到水電站調峰調度模型的求解。例如，若已知下游某一位置或某一區間河段內的航運水位變幅要求，而壩下水位變幅或水電站調峰泄流幅度要求未知，則水電站調峰調度模型無法準確求解。較典型的，在高山峽谷梯級渠化河段，由于通航水流條件所限，壩下一定范圍內無法通航，以區間通航、翻壩轉運為主，甚至通航范圍會隨著下一梯級回水范圍的變化而延長或縮短。此時，因通航范圍的變化處于動態調整中，基于航運目標的水位變幅控制要求難以迅速、準確轉換為水電站調峰調度模型所需的約束條件(即壩下水位變幅或水電站調峰泄流幅度)，對水電站的實時調度而言是一大難題。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述背景技術存在的不足，提供一種基于水位變幅控制的水電站調峰泄流幅度預測方法。可解決特殊情況下(如高山峽谷梯級渠化河段)求解水電站調峰調度模型時，航運約束條件難以準確給定的問題，提高模型求解精度；此外，將水位變幅控制要求直接轉化為水電站調峰泄流幅度，有利于水電站的實時調度，確保水電站下游河段的航運安全。

本發明采用的技術方案是：一種基于水位變幅控制的水電站調峰泄流幅度預測方法，包括以下步驟：

步驟1：采用一維圣維南方程組對河道內的非恒定流過程進行模擬，其控制方程組包括連續性方程和運動方程，方程如下：

式中，Q為河道內的流量，單位：m³/s；A為河道過流面積，單位：m²；q_l為側向單寬入流量，單位m²/s；t為時間，單位：s；x為里程，單位：m；z為水位，單位：m；n為曼寧糙率系數；R為水力半徑，單位：m；g為重力加速度，單位：m/s²；

除水位z外，其余參數均已知或可表示為水位z的函數，根據上述方程可求解得出水電站下游河道沿程各站、各時刻的水位；