16601-数学建模-培训课件-水库调度
水库调洪演算的原理和方法PPT课件
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水库调洪计算的半图解法
由上节知道列表试算法麻烦工作量大，故人们比较喜欢 用半图解法。
Q1
Q2 2
Δt
q1
q2 2
Δt
V2
V1
Q Q1 Q2 2
等式两边同时除以△t,并移项
Q V1 q1 V2 q2 t 2 t 2
V 、q 、 V1 t 2 t
q 、 V2 2 t
Q (m3 / s), V q (m3 / s), V q (m3 / s)
t 2
t 2
调洪计算半图解法的双辅助线
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水库调洪计算的半图解法
三、半图解法的计算步骤
1.根据已知的Q~t过程线、Z~V曲线、Z限、计算 时段△t，确定调洪计算的起始时段，并划分各计
算时段。算出各时段的平均入库流量 Q 以及定出
V
t
q (m3 2
/
s),
V t
q 2
(m3
/
s)
水库调洪计算的半图解法
1.根据已知的Q~t过程线、Z~V曲线、Z限、计算时 段△t，确定调洪计算的起始时段，并划分各计算 时段。算出平均入库流量Q1以及定出第一时段初 始的Z1、q1、V1各值。 2.利用辅助线在图上求解得出Z2。 3.根据Z2值，利用水库Ｚ～Ｖ曲线即可求出V2。 4.将ｅ点代表的Ｚ2值作为下一时段的Ｚ1值
水库防洪调度课件
方案的实施需要与相关部门和人员进行协调和配合，包括洪水预报 机构、水库管理部门、下游保护目标的管理部门等。
03
水库防洪调度的实践应用
水库的洪水调度实践
总结词
水库的洪水调度实践是水库防洪调度的重要环节之一，通过对洪水进行科学合理的调度，可以最大程度地减轻洪 水对水库的威胁，保障水库的安全和稳定运行。
某小型水库的防洪调度案例
总结词
灵活机动、应对突发
详细描述
该小型水库位于某小流域上游，控制性较弱 ，主要承担着防洪任务。在防洪调度方面， 该水库采用了洪水预报、实时监测等手段， 并注重与当地政府和群众的沟通协调，确保 了防洪效果和工程安全。同时，该水库还针 对可能出现的突发事件制定了应急预案，提
高了应对能力。
02
水库防洪调度通常由水库管理机 构根据其防洪责任制和水库调度 规程实施。
水库防洪调度的目的和任务
目的
合理安排水库的蓄泄洪量，减轻下游洪涝灾害，保障人民生 命财产安全，同时兼顾发电、灌溉等综合利用需求。
任务
根据洪水预报和防洪要求，及时掌握洪水信息，分析计算水 库入库流量与出库流量之间的关系，制定合理的调度方案， 并在执行过程中对出现的异常情况进行及时处理。
04
水库防洪调度的挑战与对策
水库防洪调度的挑战
水文气象预报的不准确性
水文气象预报是进行水库防洪调度的关键依据，但预报的准确性往往受到诸多因素的影响 ，如气候变化、地形地貌等，导致预报结果存在较大的不确定性。
水库下游保护区的压力
水库下游往往有重要的保护区域，如城市、农田、工业区等，一旦发生洪水，将会对下游 造成严重的损害。因此，水库防洪调度需要在确保下游安全的同时，兼顾水库的蓄水功能 。
数学建模2水库洪水预报与调度.ppt
防汛部门的当年汛期（到6月30日零时）的防
汛计划能否保证水库的安全（水库的蓄水量
不超过水库的最大蓄水量）？请说明理由。
顺德职业技术学院 岑苑君
1.7 水库洪水预报与调度
1、根据需要设未知数
问题1的符号说明
变量
含义
x
开启2号入水闸门后的时间（单位：天）
y
开启2号入水闸门后的第x天的零时水库的 蓄水量（单位：万m3）
到6月30日零时为止，水库的蓄水量不会超 过200万m3，故该地防汛部门的当年汛期的防 汛计划可以保证水库的安全。
顺德职业技术学院 岑苑君
1.7 水库洪水预报与调度
问题2 问题1是防汛问题，实施过程中严格执行了 该计划，但6月30日零时工作人员去关闭水闸时， 发现水库的水位已超过安全线，说明除了2个水闸进 水外，还有诸如直接落入水库的雨水、水库周围高 地流入水库的雨水等。
为了排除险情，需要打开备用泄水闸。水库建有 10个备用泄水闸，经测算，若打开1个泄水闸，30 小时水位降至安全线；若打开2个泄水闸，10小时 水位降至安全线，每个闸门泄洪的速度相同。现在 抗洪指挥部要求在3个小时使水位降至安全线以下， 问至少要同时打开几个泄水闸？
顺德职业技术学院 岑苑君
1.7 水库洪水预报与调度
某高校一对年轻夫妇为买房要向银行贷款 60000元，月利率1%，贷款期12年，这对夫妇 希望知道每月的还款额。假设这对夫妇每月可节 省1000元，是否可以去买房呢？
顺德职业技术学院 岑苑君
从6月20日零时起，再开启2号入水闸门，每天 经过2号水闸流入水库的水量为3万m3；
到6月30日零时，入水闸和泄水闸全部关闭。根 据测量，6月10日零时，该水客的蓄水量为96万m3。
水电站水库调度基础知识介绍 ppt课件
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水电站－水库调度
二、水情自动测报系统
ppt课件
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水电站－水库调度
交流提纲
一、水文学 二、水情自动测报系统 三、水库调度 四、水库调度基本计算 五、发电计划与洪水预报 六、梯级电站联合调度方案研究
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水电站－水库调度
三、水库调度
1、水库调度的概念 一个水库可以有不同的运用方式，因而会带来不同的效益。特别
应用水文学：运用水文学及有关学科的理论和方法，研 究解决各种实际水文问题的途径和方法，为水利、电力、灌
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水电站－水库调度
一、水文学
溉、供排水、环境保护等工程建设提供水文数据，工程水文 学就是应用水文学的一个分支。
目的：掌握河流的来水规律，根据生产实际需要做出水 文预报，为水库的防洪调度和发电调度提供准确的依据。另 外，就是在不断积累水文数据的基础上进行水文分析计算， 定期（一般是5-8年）对前一阶段的水文计算成果进行复核 和修改，根据情况，必要时对工程进行改造。
调节周期：水库从空到蓄满又放空一次所需的时间。按 照调节周期分，径流调节分为：日调节、周调节、年调节、 多年调节四类。
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水电站－水库调度
一、水文学
日调节：调节周期为1天，它只能对一天内的径流进行 重新分配，解决一天内径流与用水变化的矛盾；
周调节：调节周期为1周，一般是将一周假日内多余的 水量存蓄起来，用水工作日发电；
无雨衰、防雷电、抗干扰、抗暴风等措施，所有遥测站都能够在无人值 守的条件下长期连续正常工作。
㈧、遥测站数据采集处理器采用模块化设计，结构简单，维护方 便，具有良好的多功能扩展配置能力，包括通信方式和接入设备。
第八章-水库调度
• 在供水期初如水电站过分地增大了出力。 则水库很早放空，当后来的天然水量不能 满足要求水电站保证的出力时，则系统的 正常工作将遭受破坏；反之，如供水期初 水电站发出的出力过小，到枯水期末还不 能腾空水库，而后来的天然来水流量又可 能很快蓄满水库并开始弃水，这样就不能 充分利用水能资源，白白浪费了大量能源。 显然，也是很不经济的。
• 为了避免上述因管理不当而造成损失， 或将这种损失减少到最低程度，我们应当 对水库的运行根据比较理想的规则进行合 理的控制，换句话说，要提出合理的水库 调度的方法进行水库调度。为此，应根据 已有水文资料，分析和掌握径流变化的一 般规律，作为水库调度的依据。
• 水库调度常根据水库调度图来实现。调 度图由一些基本调度线组成，这些调度线 是具有控制性意义的水库蓄水量（或水位 ）变化过程线，是根据过去水文资料和枢 纽的综合利用任务绘制出的。有了这利图 后，我们即可根据水利枢纽在某一时刻的 水库蓄水情况及其在调度图中相应的工作 区域，决定该时刻的水库操作方法。水库 基 本 调 度 图 如 图 8-4 （ P.165 ） 、 图 8-5 （ P.167）所示。
• 由于水库调度图是根据过去的水文资料绘制 出来的，因此它只是反映了以往资料中几个 带有控制性的典型情况，而未能包括将来可 能出现的各种径流特性。实际来水量变化情 况与编制调度图时所依据的资料是不尽相同 的，如果机械地按调度图操作水库，就可能 出现不合理的结果，如发生大量弃水或者汛 末水库蓄不满等情况。因此，为了能够使水 库做到有计划的蓄水、泄水和利用水，充分 发挥水库的调蓄作用，获得尽可能大的综合 利用效益，必须把调度图和水文预报结合起 来考虑，根据水文预报成果和各部门的实际 需要进行合理的水库调度。
• 为了防止由于汛 期开始较迟而过 早降低库水位引 起正常工作的破 坏，常常将下调 度 线 的 起 点 h′ 向 后移至洪水开始 最迟的时刻h点， 并 作 gh光滑曲线 ，如图8-3（P.165 ）所示。
《水库调度》课件——概述
在计算机系统运用中加入人工干预----水 库调度自动化。
第二节 我国水库防洪发电调度现状
一、水情自动测报系统 二、气象信息采集 三、通讯现状 四、洪水预报调度现状 五、计算机利用现状 六、水文历史数据库现状
大区电网调度中心
大型火电厂、 水电厂和核电厂 省调度中心
中型火电厂、 水电厂和核电厂 梯形水电站控制中心
地区调度所
地方火电和水电
县级调度所
国家调度中心
大区电网调度中心
省调度中心 地区调度所 县级调度所
大区电网调度中心 主网枢纽变电所 （500kv以上） 省调度中心 省直接调度变电站 枢纽变电站
地区调度所
二、调度系统运行状态及相应的调度控制
增加机 组出力重
新并列
正常状态
满足
满足所有约束条 件，有一定的旋
转备用
恢复状态
警戒状态
依然满足约 束条件，备 用减少很多
系统崩溃
不满足所有约束 条件，系统解 列，切除负荷
紧急状态
只满足等式约束 条件，如发生短 路或者大机组退
出
第七节、水库调度自动化
1.水库调度调度自动化是如何实现的
日程调度实时操作规则等。
4、水库调度的特点 ▲经济效益：对企业而言，经济效益最大化。
▲径流的随机特性：水库天然入库流量是一种随机变量，他的出 现具有偶然性。
▲调度的多阶段性：水库在循环周期内，不同的运行阶段有不同 的调度方式。
▲运用的多目标性：水库一般度有综合利用任务，如防洪、发电、 航运、灌溉、供水等，其相互之间会产生制约、影响。
▲水库结构的复杂性：库容曲线、机组出力曲线、孔洞泄流曲线 的非线性关系等。
《水库调度基础知识》课件
水库调度是确保水资源合理分配和利用的关键环节。本课程将介绍水库调度 的基础知识，包括水库的分类和特点、调度的原则和流程等。
I. 水库调度基础知识
介绍水库、水库调度和其重要性。
II. 水库调度的意义和作用
探讨水库调度对水资源管理和生态保护的影响型水库以及其特点和用途。
IV. 水库调度的基本原则
讨论水库调度的基本原则和规范，以实现有效的水资源调配。
V. 水库调度的目标
说明水库调度的目标，如供水、灌溉、发电、防洪等。
VI. 水库调度的流程和方法
介绍水库调度的典型流程和常用的调度方法，包括水文预报和数据模型。
VII. 水库调度中的主要参数和 指标
解释在水库调度过程中使用的关键参数和指标，如水位、库容和出流量。
水库调度技术及系统(内部培训) ppt课件
约束保存
防 洪 调 度
方案集
方案存取 方案对比分析
条件集
方案条件编辑
方案计算 特征值比较 过程值比较
方案比较集
比较集管理
界面风格与发电调度类似
实时调度——趋势预测
节能考核——计算参数
节能考核——考核计算
节能考核——结果管理
发电调度
发电调度模型—常规调度
（3）典型负荷分配模型：适用于所有类型水库 的短期发电调度。
基本原理：根据水库的入库流量过程、典型负荷 过程和调度期初末控制水位，合理安排水库蓄泄 过程，在满足各类约束条件前提下，使得水库出 力计划过程的形状与典型负荷保持一致，保持相 同的负荷比例。
发电调度
发电调度模型—常规调度
计划制定
长期发电调度
以年、季为调度期， 以月、旬为计算时段。 以周、旬、月为调度 期，以日为计算时段。
根据 调度 期和 时段 分类
计划跟踪
中期发电调度
短期发电调度
实时调度
以日为调度期，以1h、 15min为计算时段。
以1h、15min为时段 对计划进行滚动跟踪。
发电调度
安全一区
电网、机组、闸门信息 水 情 遥 测 来水预 报 历史资 料 数据处理
基本原理：根据时段初水位在调度图上的指示区 域获得该时段的平均出力，然后按不弃水原则进 行调度计算得时段末水位。
发电调度
发电调度模型—常规调度
（2）混合控制模型：适用于所有类型水库，并 可同时应用于长、中、短期发电调度。 基本原理：综合了末水位、出入库平衡、出库流 量、时段出力、水库调度图（无调度图的电站无 此选项）、末水位+平均水位、出库+出力、末水 位+弃水等多种控制模式，各时段可以任意配置 不同计算模式。对于任意的连续多个时段，还可 选择等流量控制和等出力控制两种控制模式。
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发电站的生产规划问题摘要根据河流水量的预测数据对发电站生产进行科学规划对资源的合理利用和电站收益的提高具有重要意义。
本文对某地区河道2007年各月的水流量进行了预测，以电站的年发电总收益最大为目标，分别建立了发电计划、机组检修和设备更换的规划模型，得到了该地区两个发电站2007年的发电计划、机组最佳检修时间和设备更换方案。
首先，本文通过对过去30年水流量的统计数据进行分析发现，干流和各支流的水流量均有较为明显的变化规律。
本文根据这些规律对统计数据进行分类处理，最后以相应月份的30年数据，建立线性回归模型对2007年各月份的水流量进行预测（见表4），并通过相对残差分析验证了预测结果的准确性。
其次，本文综合水库蓄水量、电站发电能力和市场电价等方面的限制，并考虑防洪的要求，以该地区的全年发电总收益最大为目标函数，建立了线性规划模型，得到了两个电站各月的发电计划，包括发电用水量、弃水量和月末蓄水量（见表9）。
同时，本文针对该模型设计了一种简易的调整算法进行求解，并用lingo 求解验证了其结果的正确性。
然后，本文考虑检修对电站最大发电能力和单位水发电量的影响，对生产计划的线性规划模型进性拓展，在决策变量中引入最佳检修年份，建立了机组检修方案的非线性规划模型。
在对问题求解时，本文在lingo中巧妙地运用了矩阵变换生成各电站每月最大发电能力和单位水发电量的系数矩阵减少计算机的运算量，并通过多次迭代的方法跳出计算机的到局部解，最终得到比较满意的检修计划——甲乙两电站的检修月份分别为12月与1月。
接着，本文对电站更换设备的问题作出合理假设，在保证原来效益的情况下，考虑更换设备的投资资金、贷款利率、还款年限、电价变化和新设备带来的效益等因素，建立投入产出方程，最后在假定各个条件确定的情况下得到贷款年数—电力市场变化曲线，说明了更换发电站的有利条件，并从更换设备年份、工期长短讨论了更换的方案。
最后，对本文建立的模型进行了评价和拓展，使文章具有更高的实际指导意义。
问题重述水电站的优化运行与管理在实际中具有重要意义。
现已知某地有两个水库和对应的两个水电站（见图1）和水库的蓄水量、河流的流量等相关数据（见表附录一）。
图1 水电站地理位置分布图并且，发电站甲可以将水库A的1万m3的水转换为20万度电能，发电站乙由于设备陈旧，只能将水库B的1万m3的水转换为10万度电能，甲、乙两个发电站的每月最大发电能力分别为12000万度、8000万度。
每月最多有9000万度电能以2000元/万度的价格出售，超出的部分只能1200元/万度的价格出售。
要解决以下几个问题：1．根据各月份水流量的已知数据在水库蓄水量、发电能力等限制条件下，制定发电站近三个月的发电计划。
2．根据已知河流的干流与三条支流从1977年到2006年的三十年的每个月的流量数据（见附录），预测2007年干流和各支流每月的流量。
3．根据预测数据，在问题1的基础上考虑实际防洪的需要，制定2007年电站各月的生产计划。
4．发电机每年都要选择任一月份检修，检修的当月最大发电量将减少50%，但检修后，该年每月的发电量将增加10%。
以此给出2007年的检修计划。
5．发电站乙的设备比较陈旧，如果更换设备就可以达到和甲一样的发电能力，试讨论更换设备的条件及方案。
基本假设1．河流流量按照预测数据计算，不考虑洪水、干旱等突发灾变的发生。
2．根据实际情况，允许水库中的水不发电而直接放走。
3．社会对电量需求市场保持稳定，电价保持不变。
4．在指定水电站的发电计划时，只考虑发电带来的盈利，不考虑与工作时间、开机次数相关的员工工资、开机费用等等。
基本变量说明x发电站i第j月的发电用水量（万立方米）ijy发电站i第j月的弃水量（万立方米）ijz发电站i第j月末的水库蓄水量（万立方米）iju j月份以高价（2000元/万度）出售的电量（万度）jv j月份以低价（1200元/万度）出售的电量（万度）ja发电站i单位水的发电量（万度/万立方米）ib j月份发电站i的最大发电能力，它的大小在不同的月份可能不同，ijb（万度）也可能相同，相同是即为ic发电站甲第j月从河道（干流和支流1、2）得到的水流量（万立方米）1jc发电站乙第j月从河道（支流3）得到的水流量（万立方米）2jl发电站i水库的最小蓄水量，它在各月份为一定值（万立方米）ik发电站i第j月份水库的最大蓄水量，它的大小在不同的月份可能不ijk（万立方米）同，也可能相同，相同时即为i问题一三个月的发电计划1.问题分析这是一个简单的线性规划问题，以该地区两个电站三个月的发电总收益最大为目标，在水库蓄水量、电站发电能力和市场电价等限制条件下，求得两个电站的发电计划，包括各电站每个月的发电用水量、弃水量和水库月末蓄水量。
2. 模型建立本文根据以上分析建立线性规划模型如下： 1．目标函数以该地区两个电站三个月的发电总收益最大为目标，建立如下目标函数： max3120001200jj j uv =+∑2．约束条件 1）发电量守恒该地区每月的总电量等于该月两个电站发电量的和，即122010j j j j x x u v +=+ j=1，2，32）水量约束守恒第j 月i 电站的发电用水量、弃水量和月末蓄水量的和等于河道本月的供水量加上该水库上个月蓄水量。
其中发电站甲第j 月的供水量等于干流和支流1、2的水流量之和，发电站乙第j 月的供水量等于该月从甲电站流下来的水（包括甲电站该月的发电用水量和弃水量）。
即11111,1j j j j j x y z c z -++=+22222,1j j j j ij j x y z x c z -++=++ j=1，2，3并且，两个水电站第一个月份的上月蓄水量i0z （i=1，2）为各自水库的初始蓄水量，经计算得到电站甲的供水量数组为：1[620 435 345]C =3）发电能力限制由于设备等的限制，两个发电站均有自己的最大发电能力i b ，即i ij i a x b ≤ i=1,2 ；j=1，2，34）水库蓄水量限制实际中，考虑到容积和灌溉等功能的需求，水库存在固定最大蓄水量和最小蓄水量，即l z k i ij i ≤≤5）高价电量的限制由于市场需电量的限制，只有一部分电可以以2000元/万度的单价出售，即9000j u ≤6）非负约束发电站i 第j 月的发电用水量ij x 、弃水量ij y 、水库蓄水量ij z 和j 月份以高价出售的电量j u 、低价出售的电量j v 均为正值，即,,,,0x y z u v ij ij ij ij ij ≥ i=1,2 ；j=1，2，3最后得出使两个电站年总收益最大的发电计划模型如下：1211,111122,12223max 200012001..20100009000,,,,0j j j j j j j j j j ij j j j j i ij i i ij i j ij ij ij ij ij u v j jj s t x x u v c z x y z x c z x y z a x b l z k u x y z u v ---+∑=+--=+---=++--=≤≤≤≤≥i=1，2； j=1，2，3 3. 模型求解考虑到问题规模较小，本文建立了一种简单的调整算法来解决问题。
3.1． 算法建立Step1：水型分类。
由于干流和支流1、2的水可以被甲、乙两个发电站共同利用，而支流3只能被电站乙利用，并且考虑到不同电量段单位电量的价格不同，我们依据水的利用效率（单位量水能带来的最大收益）i p （万/万立方米）将每个月的水均划分为四个水量段，即四种类型：第一类：甲电站每月的可用水量（包括干流、支流1、支流2和水库A 上个月的蓄水量）中大于0小于300万立方米的部分，1p 6=。
这部分水能被两个电站先后利用，并以2000元/万度的价格出售，所以它们的单位收益最高，应优先考虑利用该类水发电。
第二类：甲电站每月的可用水量中大于600小于800万立方米的部分，2p 3.6=。
这部分水也能在两个电站先后利用，不过由于市场需求的限制单价为1200元。
第三类：甲电站每月的可用水量中大于600小于800万立方米的部分（考虑实际情况，甲电站的月可用水量没有超过800万立方米的情况），3p 1.2=。
这部分水已经超过了甲电站的最大发电能力，只能被乙用来发电，且单价为1200元。
第四类：乙电站每月的可用水量（包括支流3的水流量和水库B 上个月的蓄水量），4p 1.2=或2。
这部分水只能被电站乙利用。
Step2：类型调整。
该问题的目标是三个月的发电收益达到最大，可以等效为使水的利用效益到达最大。
在某一月内各部分水的类型是固定的，但是我们可以利用水库将一部分水储存到以后的月份，实现利用效率的增长。
所以，该算法要依次对一、二、三、四类水进行调整，从而达到水利用效率最大的目标。
前面的月份 后面的月份图2 水类型的转化关系图2反映了不同月份的水之间类型转化的关系，根据实际情况，只有实线代表的方案可以增大水的利用效率。
例如，可以把价值相对较低的三、四类水存起来补充到以后的月份成为一、二类水。
由于水的分类本身已经包括了对电站发电能力和市场电价的考虑，所以在水量调整的过程中只需注意水库蓄水量的限制。
具体调整算法的流程图如下：图3 调整算法的流程图3.2．问题求解根据以上算法在Excel中对数据进行调整求解答案，得到该规划问题的最优解。
表1 原始数据月份本月下月第三月一类水300 300 300二类水300 135 45三类水120四类水175 60 50表2 调整结果月份本月下月第三月一类水300 300 300二类水300 255 45三类水四类水175 60 50由以上数据可以得到该地区三个月的发电计划如下：表3 该地区三个月的发电计划3.3．结果分析与拓展通过求解可以发现，简单的以三个月的发电收益最大为目标函数，可以找到无穷多组最优解。
表2中是以使靠前的月份收益尽量最大为原则进行调整的，得到结果把第本月第三类的水调整到第二月，变成第二类。
当然我们也可以选择把本月的三类水调整到第三月中，这样能增加第三月的发电量，且不会影响三个月的发电总量。
所以如果对各个月的发电量有具体要求时，还应该在数据的调整过程中遵循不同的原则，以满足实际要求。
问题二2007年干流和各支流每月流量预测1．问题分析根据河流各河道30年水流量各月的统计数据预测未来1年的水流量，实际是对已知数据进行规律探索的过程。
对未来水流量的预测，需要对已知数据进行规律研究，揭示水流量动态变化的特点，以此作为预测基础。
寻求一种能够尽可能灵活处理已知数据并将其动态规律性发掘出来的探索方法，预测得到与实际有较强的吻合效应的结果。