基于動態調節性能的水庫群補償調度方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明一種展延水庫后續來水的動態數據挖掘方法及系統，所述方法包括如下步驟：對歷史洪水按調度期內總水量大小進行排頻，根據總水量頻率閾值將歷史洪水分為若干個量級；對歷史洪水資料作標準化處理；選擇洪水相似性指標，并將各個指標進行組合，形成不同的洪水相似性指標組合方案；相似洪水動態識別，構建相似洪水集；相似洪水選取；相似洪水展延。本發明通過相似洪水的動態識別與展延預估了水庫的后續來水過程和水量，有效地彌補了當前洪水預報預見期過短的問題。
【專利說明】基于動態調節性能的水庫群補償調度方法及系統
【技術領域】
[0001] 本發明屬于水利工程領域中的水庫調度技術，尤其涉及一種基于動態調節性能的 水庫群補償調度方法及系統。
【背景技術】
[0002] 水庫調度技術是指利用水庫的調蓄作用對入庫流量過程進行調節，改變天然徑流 的時空分配，達到消除洪澇災害、提高水資源和水能資源利用率的目的，是流域水庫群運行 管理的重要手段之一。
[0003] 水庫補償調度屬于防洪調度的范疇，其主要目標是在保證水庫最高水位和調度期 末水位約束的前提下，通過水庫群的聯合調度，使得各個水庫的出庫流量和不可控的區間 來水過程在防洪點相互疊加所形成的流量過程的峰值最小，從而實現整個防洪系統防洪效 益的最大化。
[0004] 目前，現有的水庫群補償調度方法主要存在以下不足：⑴計算效率低。以逐次優 化算法（Ρ0Α)、動態規劃（DP)為代表的數學規劃方法在水庫群補償調度中應該較為廣泛， 這類方法的計算時間較長，次洪計算所需的時間以分鐘為量級，并且最優解不唯一，難以滿 足水庫實時防洪調度的實際應用要求。（2)考慮因素不夠全面。現階段的補償調度通用模 型僅考慮了預泄和攔蓄這兩個因素，該模型雖然容易實現，但是考慮的因素不夠全面，難以 求得水庫群最優的泄洪策略。
【發明內容】
[0005] 發明目的：一個目的是提供一種基于動態調節性能的水庫群補償調度方法，以解 決現有技術計算效率低，無法實現水庫實時防洪調度的要求，以及考慮因素不全面的問題。
[0006] 另一個目的是構建一種基于動態調節性能的水庫群補償調度系統，以實現上述方 法。
[0007] 技術方案：一種基于動態調節性能的水庫群補償調度方法，包括如下步驟：
[0008] 建立防洪點超額水量分配模型；根據各水庫動態調節系數的大小確定水庫群輪庫 補償調度次序；確定水庫群補償調度的目標函數和約束條件；采用分級控制分段試算法計 算得到水庫調度方案。
[0009] 上述方案進一步為：
[0010] 步驟1、建立防洪點超額水量分配模型：
[0011] 步驟11、計算防洪點超過安全泄量的水量Wg*，
[0012]
【權利要求】
1. 一種基于動態調節性能的水庫群補償調度方法，其特征在于，包括如下步驟： 建立防洪點超額水量分配模型；根據各水庫動態調節系數的大小確定水庫群輪庫補償 調度次序；確定水庫群補償調度的目標函數和約束條件；采用分級控制分段試算法計算得 到水庫調度方案。
2. 如權利要求1所述的基于動態調節性能的水庫群補償調度方法，其特征在于，進一 步為： 步驟1、建立防洪點超額水量分配模型： 步驟11、計算防洪點超過安全泄量的水量Wg*，
其中，Q(t)為防洪點天然洪水過程；qA為防洪點的安全泄量；分別為超額水量的 起、止時序；Δ t為時段長；T為次洪總時段數； 步驟12、計算第i個水庫泄流在防洪點的響應過程位于[h，tj時段的水量I，
其中，Q/⑴為第i個水庫泄流在防洪點的響應過程，At為時段長； 步驟13、計算需要預留的庫容Δ Δ = hi · Si-AWi 其中，AWi為第i個水庫在計算期內的下泄水量，\為水庫在當前水位下剩余的調蓄 庫容，h為后續降雨量，Si為水庫控制面積； 步驟14、計算第i個水庫分擔的攔蓄水量I ε?，η個水庫的極限攔蓄水量Wss，第i個 水庫實際攔蓄水量的分擔系數，以及第i個水庫實際攔蓄水量； 第i個水庫分擔的攔蓄水量，Wi，ε?= min {Vr Λ n個水庫的極限攔蓄水量：
第i個水庫實際攔蓄水量的分擔系數
第i個水庫實際攔蓄水量，AW/ = λ i · W攔蓄； 步驟2、根據各水庫動態調節系數的大小確定水庫群輪庫補償調度次序： 計算第i個水庫動態調節系數a i，
其中，\為水庫在當前水位下剩余的調蓄庫容，△ Vi為需要預留的庫容，Wi為第i個水 庫泄流在防洪點的響應過程位于[h，tj時段的水量； 步驟3、確定水庫群補償調度的目標函數和約束條件： 以防洪點的洪峰流量最小為目標，其目標函數為： 第1個水庫的目標函數表達式為：
其中，T為調度期時段數；qi (t)為第1個水庫的出庫流量在防洪點的響應過程；QK (t) 為區間流量過程；qA為防洪點安全泄量； 第i個水庫的目標函數表達式為：
i-l 其中，qi(t)為第i個水庫的出庫流量在防洪點的響應過程；為第1庫至第卜1 Μ 庫的出庫流量在防洪點的響應過程之和；其它變量同前所述； 約束條件包括水量平衡約束、水庫最高水位約束、調度期末水位約束、水庫泄流能力約 束和出庫允許變幅約束： 其中，水量平衡約束：
其中，Qi (t-1) , Qi (t)為第i水庫第t時段始末入庫流量；qi (t-ι)，qi (t)為第i水庫 第t時段始末出庫流量(t-1)，\ (t)為第i水庫第t時段始末水庫的蓄水量；△ t為時 段長； 水庫最高水位約束 Zi (t)彡 Zmax，i，Zmax，i = Z (V (Ζ，+ Λ W/ )， 其中，Zi(t)為第i水庫第t時刻的水位；Zma!U為第i水庫的最高控制水位；Ζ，為第i 水庫的起調水位；AWi'為第i水庫的實際攔蓄水量； 調度期末水位約束，彡Zu 其中，Zi;md為第i水庫調度期末水位；為第i水庫調度期末控制水位；當滿足其他 約束時，可以取"="。 水庫泄流能力約束，可用以下公式表示：qi(t) < qi(Zi(t)) 其中，qjt)為第i水庫第t時刻的出庫流量噸仏⑴）為第i水庫第t時刻在水位 Z"t)時的泄流能力。 出庫允許變幅約束，Ιια)-%α-ι) |彡▽ qi,m 其中，|qi(t)-qi(t-i) |為第i水庫相鄰時段出庫流量的變幅；▽ qi，m為第i水庫的允 許出庫流量變幅； 步驟4、采用分級控制分段試算法計算得到水庫調度方案。
3.如權利要求2所述的基于動態調節性能的水庫群補償調度方法，其特征在于， 所述步驟4進一步包括： 步驟41、給出水庫僅考慮防洪庫容單一約束條件下的初始理想最優解； 步驟42、根據水量平衡方程進行調節計算，并逐時段檢驗泄流能力約束和出庫允許變 幅約束，如果滿足約束條件，直接轉下一步，否則修正出庫流量后重新進行調節計算； 步驟43、檢驗最高水位約束，如果滿足約束條件，直接轉下一步，否則修正出庫流量后 轉步驟42重新進行調節計算； 步驟44、檢驗期末水位約束，如果滿足約束條件，整理計算結果，結束計算，否則修正出 庫流量后轉步驟42重新進行調節計算。
4. 一種基于動態調節性能的水庫群補償調度系統，其特征在于，包括如下模塊： 建模模塊，用于建立防洪點超額水量分配模型； 調度模塊，用于根據各水庫動態調節系數的大小確定水庫群輪庫補償調度次序； 函數確立模塊，用于確定水庫群補償調度的目標函數和約束條件； 分級控制分段試算法模塊，用于計算得到水庫調度方案。
5. 如權利要求4所述的基于動態調節性能的水庫群補償調度系統，其特征在于，進一 步為： 用于建立防洪點超額水量分配模型的建模模塊包括： 第一子模塊、用于計算防洪點超過安全泄量的水量Wg*，
其中，Q(t)為防洪點天然洪水過程；qA為防洪點的安全泄量；h、h分別為超額水量的 起、止時序；Δ t為時段長；T為次洪總時段數； 第二子模塊，用于計算第i個水庫泄流在防洪點的響應過程位于[h，tj時段的水量 I，
其中，Q/⑴為第i個水庫泄流在防洪點的響應過程，At為時段長； 第三子模塊，用于計算需要預留的庫容Λ\， Δ = hi · Si-AWi 其中，AWi為第i個水庫在計算期內的下泄水量，\為水庫在當前水位下剩余的調蓄 庫容，h為后續降雨量，Si為水庫控制面積； 第四子模塊，用于計算第i個水庫分擔的攔蓄水量\ ε?，η個水庫的極限攔蓄水量Ws 胃，第i個水庫實際攔蓄水量的分擔系數，以及第i個水庫實際攔蓄水量； 第i個水庫分擔的攔蓄水量，Wi，ε?= min {Vr Λ n個水庫的極限攔蓄水量，
第i個水庫實際攔蓄水量的分擔系數
第i個水庫實際攔蓄水量，AW/ = λ i · W攔蓄； 所述用于根據各水庫動態調節系數的大小確定水庫群輪庫補償調度次序的調度模塊 包括； 用于計算第i個水庫動態調節系數a i的調節系數計算模塊，
其中，Vi為水庫在當前水位下剩余的調蓄庫容，△ Vi為需要預留的庫容，Wi為第i個水 庫泄流在防洪點的響應過程位于[h，tj時段的水量； 用于確定水庫群補償調度的目標函數和約束條件的函數確立模塊包括若干個個函數 確定子模塊和約束條件建立子模塊： 以防洪點的洪峰流量最小為目標，其目標函數為： 第1個水庫的目標函數表達式為：
其中，T為調度期時段數；qi (t)為第1個水庫的出庫流量在防洪點的響應過程；QK (t) 為區間流量過程；qA為防洪點安全泄量； 第i個水庫的目標函數表達式為：
r-1 其中，qi(t)為第i個水庫的出庫流量在防洪點的響應過程；為第1庫至第i_l Μ 庫的出庫流量在防洪點的響應過程之和；其它變量同前所述； 約束條件建立子模塊包括水量平衡約束建立子模塊、水庫最高水位約束建立子模塊、 調度期末水位約束建立子模塊、水庫泄流能力約束建立子模塊和出庫允許變幅約束建立子 模塊： 其中，水量平衡約束建立子模塊建立如下水量平衡約束：
其中，Qi (t_l) , Qi (t)為第i水庫第t時段始末入庫流量噸(t_l)，qi (t)為第i水庫 第t時段始末出庫流量(t-1)，\ (t)為第i水庫第t時段始末水庫的蓄水量；△ t為時 段長； 水庫最高水位約束建立子模塊建立如下水庫最高水位約束： Zi(t) 其中，Zi(t)為第i水庫第t時刻的水位；Zma!U為第i水庫的最高控制水位；Ζ，為第i 水庫的起調水位；AWi'為第i水庫的實際攔蓄水量； 調度期末水位約束建立子模塊建立如下調度期末水位約束，Zi;end > Zi;e 其中，Zi;md為第i水庫調度期末水位；為第i水庫調度期末控制水位；當滿足其他 約束時，可以取"="。 水庫泄流能力約束建立子模塊建立如下水庫泄流能力約束，可用以下公式表示： qi(t) ^ q^Z^t)) 其中，qjt)為第i水庫第t時刻的出庫流量噸仏⑴）為第i水庫第t時刻在水位 z"t)時的泄流能力。 出庫允許變幅約束建立子模塊建立如下出庫允許變幅約束，Ιια)-%α-ι)ι彡vqi，m 其中，|qi(t)-qi(t-i) |為第i水庫相鄰時段出庫流量的變幅；▽ qi，m為第i水庫的允 許出庫流量變幅； 步驟4、分級控制分段試算法模塊，用于計算得到水庫調度方案。
6.如權利要求5所述的基于動態調節性能的水庫群補償調度系統，其特征在于， 所述分級控制分段試算法模塊用于執行如下計算過程： 步驟41、給出水庫僅考慮防洪庫容單一約束條件下的初始理想最優解； 步驟42、根據水量平衡方程進行調節計算，并逐時段檢驗泄流能力約束和出庫允許變 幅約束，如果滿足約束條件，直接轉下一步，否則修正出庫流量后重新進行調節計算； 步驟43、檢驗最高水位約束，如果滿足約束條件，直接轉下一步，否則修正出庫流量后 轉步驟42重新進行調節計算； 步驟44、檢驗期末水位約束，如果滿足約束條件，整理計算結果，結束計算，否則修正出 庫流量后轉步驟42重新進行調節計算。
【文檔編號】E02B1/02GK104099891SQ201410346468
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】鐘平安, 萬新宇, 朱非林, 賈本有, 陳娟 申請人:河海大學