水库运行与调度复习资料

一、概述1、水库对洪水的调节作用有两种不同方式，一种起滞洪作用，另一种起蓄洪作用。

2、水库群的类型：串联水库群、并联水库群和混联水库群。

3、水库调度的总任务是合理利用其工程和技术设施，在对入库径流进行经济合理调度，尽可能大地减免水害、增加发电和综合利用效益，以实现水资源的充分利用。

基本原则就是确保工程安全的前提下，分清发电与防洪及其他综合利用任务之间的主次关系，统一调度，使水库综合效益尽可能最优；当工程安全与满足供电、上下游防洪及其他用水要求发生矛盾时，应当首先考虑工程安全；当供电可靠性与经济性发生矛盾时，应当首先满足可靠性要求。

主要工作内容包括：编制最优、合理的运行调度方案；按所编制的方案根据面临的实际情况和信息进行实时调度和操作控制，尽可能实现最优；进行调度资料的记录、整理和分析总结；开展其他有关各项工作；开展水文气象预报，建立健全各项运行调度规程和规章制度，开展有关科学试验研究和技术革新等。

4、水库调度的基本原则是当供电可靠性和经济性发生矛盾时，首先满足可靠性要求。

6、水文现象具有成因规律和统计规律。

二、水电站水库中长期发电调度1、水库中长期运行调度是研究在较长的时期（季、年、多年）内的最优运行调度方式制定和实施的相关问题。

2、水电站水库中长期运行调度特点：（1）受天然来水剧烈变化和水库调节能力的影响显著：当水库规模一定时，水库长期调度方式取决于天然径流的大小：•在设计枯水条件，按保证运行方式工作；•在一般丰水条件，按最优运行方式工作；•在特枯水条件，按最优破坏运行方式工作。

当天然入库径流一定时，水电站水库运行方式主要取决于水库调节能力：（2）调度信息的随机性和不确定性使调度更加复杂（3）计算期和计算时段的考虑更加复杂（4）分时上网电价政策对中长期优化运行提出了新的要求3、水电站水库入库径流描述方法：（1）径流描述基本方法：时历法与统计法；历时法：以过去实测（包括插补延长）的或预报的径流时历特性资料来描述和预测径流未来变化规律。

连续性和周期性较好，不完全符合随机性理论统计法：以过去实测径流系列的某些周期特性量（如年径流、枯水期径流和洪峰流量等）的统计特性资料描述和预测径流变化规律。

可以在一定程度上综合概括径流变化的各种可能情况，但不易反映径流变化的连续性。

（2）既能反映径流变化的“连续性”，又能刻画其“随机性”：概率分析法（显随机法）和统计模拟法（隐随机法）（3）径流过程描述方法：确定性径流过程：历史径流过程、人工生成径流序列、预报径流过程随机性径流过程：独立随机序列、马尔可夫过程，也称无后效性随机过程、混合随机过程4、水电站水库中长期运行调度基本方法（1）中长期调度方法及分类⏹按是否采用优化技术可分为常规调度和优化调度。

常规调度是根据已有的实测水文资料，计算各种兴利调度线，并与各种特征水位线相结合，计算和编制水库调度图，以此作为水电站水库控制运行的工具。

优化调度是指根据水库入流过程和综合利用要求，考虑水电站水库的运行特征和实时状态，制定并实现水库中长期运行调度方式，获得最大的经济效益。

⏹调度图（调度函数）调度和优化计算结果调度。

⏹预报调度和非预报调度（2）中长期优化运行的最优准则水电站水库的运行质量：从供电角度，主要体现为可靠性和稳定性两个方面；从使经济效益最大的角度：国民经济效益最大或费用最小、电力系统的总耗煤量最小、水电站发电量（发电效益）最大（3）中长期运行调度计划制定与修正◆水库常规调度的基本依据是水库调度图（调度规则函数）：水库调度规则函数是体现特定调度规则、用以指导水库运行的一种函数。

◆水库调度图以时间为横坐标，以水库蓄水量或水位为纵坐标，由一些控制水库蓄水和供水的指示线所组成，它综合反映了各种来水条件下的水库调度规则。

◆制定水库调度图的原则■在设计枯水年份，水电站能按照保证出力工作，不能使正常供电遭受破坏；■在平水年或丰水年份，合理利用多余水量，多发电，少弃水，节约系统中的火电燃料费用；■特枯年份，尽可能减轻水电站正常工作的破坏程度，减轻对国民经济所造成的损失；■尽可能满足综合利用部门的要求，包括水利部门对水库所承担的灌溉、航运、供水等以及电力部门对水电站所承担的负荷与电量的要求。

◆常规调度图：:相对于设计保证率的供水期的平均出力。

保证率：水电站正常工作不遭受破坏的相对历时。

（4）水库发电常规调度图的绘制方法◆绘制常规调度图的基本方法从历史实测径流资料中选出若干与水电站设计保证率相应的水文过程，以水电站设计参数为约束、水库特征水位为边界条件进行径流调节计算，得出与各水文过程相应的水库蓄水过程线，而后分别取其上、下包络线得上、下基本调度线；再以上、下基本调度线为边界条件，往上绘制加大出力线、往下绘制降低出力线。

出力值等于电站在相应水头下所能发出最大出力的那根加大出力线为预想出力◆加大出力的方式：立即加大出力、后期集中加大出力、均匀加大出力◆减小出力方式：立即减小出力、继续按保证出力图工作，直到死水位、均匀减小出力至供水期末◆多年调节发电水库调度图相应于年调节水库常规调度图考虑了年库容和多年库容，分别用于调节年内和年际径流分布不均◆对于多年调节发电水库，供水年组的第一年，称为第一计算典型年、供水年组的最后一年，称为第二计算典型年。

（5）单一水电站水库确定性来水中长期优化调度◆发电流量Q的最优利用主要反映在尽量防止和减少弃水上◆对于调节性能好的水库，则弃水机会少，水库水头一般也大，故水头利用的效益就可能更重要；对于调节程度不高的水库，流量的最优利用一般远较水头利用的效益为大，更重要。

◆优化方法：1.传统优化方法：线性规划、动态规划、逐步优化法等 2.现代智能方法：遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等◆水库优化调度的动态规划法：以t代表阶段变量、选用每个阶段水库水位Z为状态变量、选各时段的出力P t或发电流量Q t作为决策变量，状态转移方程把多阶段决策过程中的三种变量联系在一起。

◆动态规划的原理：一个最优策略的子策略也是最优的。

变量的性质:能描述多阶段决策过程的演变特征；无后效性；直接或间接可观测。

◆动态规划的基本思想：从过程的最后一段开始，用逆序递推方法求解，逐步求出各段各点到终点E最短路线，最后求出A点到E点的最短路线。

◆PSO（粒子群优化算法）：一个粒子就是水电站水库的一种运行策略或调度线，粒子个体的位置向量x的元素为水库各时段末水位，速度向量V的元素为各时段末水位的涨落速度，水库各时段的水位、流量和出力必须满足模型中的各种约束条件，因而可采用罚函数方法将约束问题转化为无约束问题处理。

参数有：群体规模m，惯性因子，学习因子c1和c2，最大速度Vmax，迭代次数Gk。

PSO优点：只有少数的参数需要调整、快速速收敛至最佳解、可以被应用来解决大多数的最佳化问题三、水库防洪调度1、防洪措施包括工程措施和非工程措施2、水库调洪计算方法：①根据水位库容曲线Z-V和拟定的泄洪建筑物类型、尺寸，计算和绘制水库的蓄泄曲线q-V。

②分析调洪开始时的起始条件，即起调水位和与之相应的库容、下泄流量。

③从调洪开始，试算各时段末的q2、V2。

对于第一时段，Q1、Q2、q1、V1及△t均为已知，假设q2，可由水量平衡方程求得V2，由V2在q-V关系曲线上又可查得q’2，若两者相等，假设的q2即为所求。

否则，应重设，重复上述计算过程，直到两者相等为止。

这样，求得的q2、V2，又是下一时段的q1、V1。

以此类推，直到调度期末，即得所需的下泄流量过程q~t。

④将入库洪水过程Q~t和下泄流量过程q~t点汇在一张图上，若计算的最大下泄流量q m正好是两条线的交点，则计算的q m是正确的；否则，说明计算的q m有误差，此时应改变计算时段△t进行试算，直到计算的q m是入库洪水过程Q~t和下泄流量过程q~t的交点。

⑤将入库洪水过程Q~t和下泄流量过程q~t点汇在一张图上，若计算的最大下泄流量qm正好是两条线的交点，则计算的qm是正确的；否则，说明计算的qm有误差，此时应改变计算时段△t进行试算，直到计算的qm是入库洪水过程Q~t和下泄流量过程q~t的交点。

3、对峡谷型水库，当通过大洪水时，水库表面呈现出明显的水面坡降，若仍按静库容计算，不考虑楔形库容，会使计算的坝前水位偏高，结果发生较大误差。

4、水库防洪调度图由水库在汛期各个时刻的蓄水指示线组成。

包括：防洪限制水位、防洪调度线、各种标准的防洪高水位及由这些线所划分的调洪区。

5、防洪与兴利关系：防洪库容与兴利库容完全分开、防洪库容与兴利库容部分重叠、防洪库容与兴利库容完全重叠6、入库洪水量级的判别：以入库流量作为判别条件，一般适用于调洪库容小，洪峰流量对库水位的变化起主要作用的水库；以库水位作为判别条件、水库需要有较大的防洪库容；以峰前量作为判别条件；综合判别法7、水电站水库的预泄可分为防洪预泄和发电预泄8、分期汛限水位的确定方法：①分析是否能够分期：一般认为，当汛期洪水的变化有明显规律时，才可将汛期按不同类型的洪水划分成若干阶段;②分析洪水起讫日期的划分:分析形成大洪水天气系统的运行规律，确定分析起讫时间,统计洪水（暴雨）出现规律③确定分期设计洪水过程线:分期洪水设计过程线的确定，是根据分期洪水的时间界限，在各分期内洪水按年内最大值选样，然后分别对各分期洪水进行频率分析，求出各分期不同设计标准的洪峰流量与洪水总量，并按各分期洪水的特点，选出典型洪水过程线，再按洪峰、洪量同频率控制的原则，求出不同设计标准的分期洪水过程线。

④确定分期防洪限制水位：在校核洪水位、设计洪水位已定的情况下，假定若干个起调水位，分别对分期设计洪水进行调洪演算，求出相应的最高库水位过程，根据此关系与设计洪水，即可求出防洪限制水位四、水电站水库群联合长期发电调度1、水电站水库群的补偿调节（1）梯级电站的补偿调节方式分为水文补偿和库容补偿；水文补偿指利用水文条件的差别来进行的补偿，库容补偿指利用水库库容差异所进行的径流补偿。

（3）水电能源系统补偿调节的计算方法:常规方法(时历法)和优化方法。

（3）补偿调节的主要目的: 提高水电站群总的保证出力，并使其年内甚至多年的出力过程尽量均匀，以增加其替代火电容量的效益。

（4）补偿电站与被补偿电站：第一类补偿电站: 调节性能好，库容系数、多年平均径流Q0和电站装机容量大的，综合利用要求比较简单的电站。

第二类补偿电站: 库容、水量和水头较大（次大）的电站。

被补偿电站: 库容小、无调节或日调节的水电站，及一些小电站。

补偿能力较弱的电站先进行补偿，补偿能力最大的放在最后进行补偿。

2、水库群的蓄放水次序：并联水电站水库群蓄放水次序、串联水电站水库群蓄放水次序例如，推导并联水库的蓄水次序过程如下：设有甲、乙两个并联的年调节水电站联合运行总不蓄出力:∑N不蓄i = N不蓄、甲i + N不蓄、乙i当超过系统负荷N系i时,水库需蓄水：N库i =∑N不蓄i – N系i设甲先蓄水dV甲i/dt = F甲i dH甲i/dt = N库i/AH甲i(1)dV甲i---某时段dt内水库甲上涨的库容；F甲i---某时段内水库甲的库面积；dH甲i---某时段内水库甲上涨的深度；A---出力系数(设两电站采用相同数值)设乙先蓄水：dV乙i/dt = F乙i dH乙i/dt = N库i/AH乙i(2)由(1)、(2)得：dH乙i = (F甲i H甲i/F乙i H乙i )dH甲i(3)(3)表示了两水库在i时段内的水库面积、水头和水库消落水层三者间的关系。