一种协调水电站汛期防洪风险与发电效益的调度方法

摘要

本发明公开了一种协调水电站汛期防洪与发电效益的调度方法，包括：步骤1，将水电站汛期调度概化为防洪与发电双目标两阶段协调控制问题；步骤2，分析预报信息不确定性及其可能产生的附加防洪风险；步骤3，以两阶段的发电效益最大和防洪风险最小为优化目标建立优化调度模型；步骤4，分析目标函数的经济学特性，给出防洪与发电二者的最佳权衡条件，进而求解模型。本发明考虑水文预报信息及其不确定性影响建立水电站汛期双目标两阶段优化调度模型，充分利用了水文预报信息，依据模型求解结果进行汛期调度，可以最大化水电站发电和防洪综合效益。此外本发明依据KKT条件解释与分析模型最优解，大大降低了模型的求解难度。

主权项

一种协调水电站汛期防洪风险与发电效益的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将水电站汛期调度概化为防洪与发电双目标两阶段的协调控制问题；所述的两阶段指阶段1决策阶段和阶段2余留阶段；第二步，分析决策阶段预报信息和余留阶段预报信息的不确定性，阶段1按确定性预报处理，若下游组合流量不超过其安全泄水量，则不考虑防洪风险，阶段2按不确定性预报处理，考虑防洪风险；量化预报信息不确定性产生的防洪风险，得到预报信息不确定性产生的防洪风险率计算式，具体步骤为：2.1)由水量平衡方程建立水电站泄水与来水之间的关系式；r_t+1＝s_t+1+q_t+1‑s_t+2        (1)其中，r_t+1为余留阶段的水库泄流，s_t+1为阶段1末库容，q_t+1为余留阶段的来水，s_t+2为余留阶段的末库容；2.2)基于防洪风险率概念，得到防洪风险率计算式；$Risk\left(r_{t+1}\right)=P(r_{t+1}>r_{max})={\int }_{r_{\max }}^{+\infty }f\left(r_{t+1}\right){\mathrm{dr}}_{t+1}---\left(2\right)$其中，Risk(r_t+1)为利用预报信息后的下游防洪风险率，r_max为下游安全泄量，P(r_t+1＞r_max)为泄流r_t+1超过下游安全泄量r_max的概率，f(r_t+1)为泄流r_t+1的概率密度函数；2.3)当q_t+1≤s_t+2‑s_t+1‑r_max时，r_t+1＞r_max，得到预报信息不确定性产生的防洪风险率计算式；$Risk\left(s_{t+1}\right)=P(q_{t+1}\le s_{t+2}-s_{t+1}-r_{max})={\int }_{-\infty }^{s_{t+2}-s_{t+1}-r_{max}}f\left(q_{t+1}\right){\mathrm{dq}}_{t+1}---\left(3\right)$其中，Risk(s_t+1)为利用预报信息后的下游防洪风险率，f(q_t+1)为来水q_t+1的概率密度函数，P(q_t+1≤s_t+2‑s_t+1‑r_max)为泄流超过下游安全泄量r_max的概率；第三步，以两阶段的发电效益最大和防洪风险最小为优化目标建立优化调度模型；所述的优化调度模型的目标函数为：其中，G₁为发电目标，G₂为风险率目标，ω为发电目标权重，N_装为装机容量，T为预报信息可利用预见期，Δt为一个时段，g_t(s_t,s_t+1)为阶段1的发电量，Eg_t+1(s_t+1,s_t+2)为阶段2的发电量，Risk(s_t+1)为利用预报信息后的下游防洪风险率；第四步，分析目标函数的经济学特性，给出防洪与发电二者的最佳权衡条件，运用Karush–Kuhn–Tucker条件，求解优化调度模型的目标函数的最优解；当所有约束条件均能满足时，蓄水量带来的发电量增加值和风险率增加值相等，则该蓄水量为最优蓄水量，符合边际效益原则；否则针对不满足的约束进行反推，得到最优蓄水量。