本發(fā)明涉及梯級水電站調(diào)度，具體為水庫聯(lián)合調(diào)度下的梯級水電站有功功率協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)梯級水電站系統(tǒng)在水庫聯(lián)合調(diào)度過程中存在一些明顯的不足，這些不足在一定程度上影響了水資源的優(yōu)化配置和電力生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)梯級水電站的調(diào)度管理主要依賴于靜態(tài)模型和經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，缺乏實(shí)時動態(tài)調(diào)整的能力。具體有以下不足之處：

2、傳統(tǒng)水電站調(diào)度往往側(cè)重于電力生產(chǎn)和水資源利用，對生態(tài)環(huán)境和水生態(tài)系統(tǒng)的影響考慮不足。水庫的調(diào)度操作可能對下游生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響，如影響魚類洄游通道、水質(zhì)變化等，但傳統(tǒng)系統(tǒng)往往沒有有效的機(jī)制來監(jiān)測和評估這些生態(tài)影響。傳統(tǒng)水電站調(diào)度系統(tǒng)通常缺乏綜合評估機(jī)制，未能充分考慮資源利用效率、環(huán)境影響以及運(yùn)行效率等多方面因素。缺乏全面的評估和優(yōu)化機(jī)制使得調(diào)度決策可能忽視了系統(tǒng)整體的性能和可持續(xù)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了水庫聯(lián)合調(diào)度下的梯級水電站有功功率協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，以解決背景技術(shù)中提到的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：水庫聯(lián)合調(diào)度下的梯級水電站有功功率協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括，

3、三維可視化模型生成模塊，用于根據(jù)各個梯級水電站的地理位置和海拔高度對水電站進(jìn)行梯度高低排序，生成梯度排序數(shù)據(jù)，并采集生成各個梯級水電站及其所在流域的三維可視化模型，展示水電站的地形、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境因素，依次展示從上游至下游梯級水電站的三維模型，并采集獲取地理位置數(shù)據(jù)集、海拔高度數(shù)據(jù)集、水流路徑數(shù)據(jù)集、水庫容量和水位數(shù)據(jù)集、環(huán)境數(shù)據(jù)集、設(shè)備配置數(shù)據(jù)集、水電站運(yùn)行數(shù)據(jù)集、生態(tài)敏感區(qū)域數(shù)據(jù)集和梯度排序數(shù)據(jù),匯總獲取實(shí)時數(shù)據(jù)集合；

4、水文數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時監(jiān)測和記錄各個梯級水電站的水文數(shù)據(jù)，包括水位h、水流速度q、來水量i以及泥沙濃度s，并生成第一數(shù)據(jù)組；

5、調(diào)度優(yōu)化模塊，用于基于第一數(shù)據(jù)組，計(jì)算獲取各梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij，以實(shí)現(xiàn)水資源調(diào)度優(yōu)化；

6、電力需求預(yù)測模塊，用于預(yù)測各梯級水電站電網(wǎng)的負(fù)荷變化以及有功功率輸出，生成第二數(shù)據(jù)組；

7、分析模塊，用于對第一數(shù)據(jù)組、第二數(shù)據(jù)組和實(shí)時數(shù)據(jù)集合進(jìn)行特征提取，包括水頭高度stgd、流量變化δll、電力輸出波動δpout、水資源總耗損量wlose、能效比η以及資源利用效率re，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法生成運(yùn)行效率指數(shù)ie1、調(diào)度策略適應(yīng)性指數(shù)ie2以及環(huán)境影響指數(shù)ie3；并將運(yùn)行效率指數(shù)ie1、調(diào)度策略適應(yīng)性指數(shù)ie2以及環(huán)境影響指數(shù)ie3相關(guān)聯(lián)獲取綜合評估指數(shù)iezh；

8、控制模塊，用于預(yù)設(shè)評估閾值x，將評估閾值x與綜合評估指數(shù)iezh進(jìn)行比對評估，以獲取評估結(jié)果和梯級水電站有功功率的動態(tài)協(xié)調(diào)控制。

9、優(yōu)選的，三維可視化模型生成模塊包括地理位置采集單元、海報(bào)高度處理單元、水流路徑采集單元、水庫容量與水位采集單元、環(huán)境條件監(jiān)測單元、設(shè)備配置采集單元和水電站運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元；

10、地理位置采集單元用于采集并處理各梯級水電站的地理位置數(shù)據(jù)；地理位置數(shù)據(jù)包括水電站的經(jīng)緯度坐標(biāo)、流域地理邊界以及相關(guān)地形數(shù)據(jù)的獲取和處理，并生成地理位置數(shù)據(jù)集，作為三維模型生成的基礎(chǔ)輸入，用于確定每個水電站在流域內(nèi)的相對位置；

11、海拔高度處理單元用于采集和處理各水電站的海拔高度信息，包括大壩頂高、進(jìn)水口和出水口的海拔高度信息，并生成海拔高度數(shù)據(jù)集，并結(jié)合地理位置數(shù)據(jù)集用于梯度排序和三維模型展示；

12、水流路徑采集單元負(fù)責(zé)采集流域內(nèi)從上游至下游的水流路徑信息，包括水流方向和流速變化數(shù)據(jù)，生成水流路徑數(shù)據(jù)集，以優(yōu)化梯級排序和三維模型中的水流動態(tài)顯示；

13、水庫容量與水位采集單元用于采集各水庫的庫容和水位信息，包括總庫容、當(dāng)前水位以及歷史水位變化信息，生成水庫容量和水位數(shù)據(jù)集；

14、環(huán)境條件監(jiān)測單元用于采集流域及各水電站周邊的環(huán)境數(shù)據(jù)，環(huán)境數(shù)據(jù)包括氣候條件和生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)，并生成環(huán)境數(shù)據(jù)集；

15、氣候條件包括溫度、風(fēng)速和蒸發(fā)速率；

16、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)包括植被覆蓋率和水生物種分布；

17、設(shè)備配置采集單元用于采集各水電站的設(shè)備配置信息，設(shè)備配置信息包括機(jī)組數(shù)量、類型、額定功率和安裝方式；并生成設(shè)備配置數(shù)據(jù)集，在三維模型中展示水電站的設(shè)備布局及其運(yùn)行狀態(tài)；

18、水電站運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元用于實(shí)時采集各水電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)行數(shù)據(jù)包括發(fā)電量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、維護(hù)記錄和效率參數(shù)；并生成水電站運(yùn)行數(shù)據(jù)集，在三維模型中動態(tài)展示水電站的運(yùn)行情況和發(fā)電效率。

19、優(yōu)選的，三維可視化模型生成模塊還包括生態(tài)敏感區(qū)域標(biāo)識單元和梯度排序生成單元；

20、生態(tài)敏感區(qū)域標(biāo)識單元用于采集流域內(nèi)的生態(tài)敏感區(qū)域信息，包括魚類洄游通道、濕地保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)；并生成生態(tài)敏感區(qū)域數(shù)據(jù)集，并在三維模型中標(biāo)識這些區(qū)域，以確保調(diào)度和運(yùn)行決策中考慮生態(tài)保護(hù)因素；

21、梯度排序生成單元用于基于從海拔高度處理單元和地理位置處理單元獲取的數(shù)據(jù)，對各梯級水電站進(jìn)行梯度高低排序，生成梯度排序數(shù)據(jù)，用于優(yōu)化調(diào)度順序，并在三維模型中依次展示水電站。

22、優(yōu)選的，水文數(shù)據(jù)采集模塊包括第一采集單元和預(yù)處理單元；

23、第一采集單元用于通過在水電站內(nèi)安裝水位計(jì)實(shí)時采集第i個梯級水電站和其下游第j個梯級水電站的水位數(shù)據(jù)，并通過以下公式計(jì)算獲取水位差δhij：

24、δhij＝hi-hj；

25、式中，hi是第i個梯級水電站的水位值，hj是第i個梯級水電站下游第j個梯級水電站的水位值；

26、并通過流速傳感器實(shí)時采集第i個梯級水電站和其下游第j個梯級水電站的泥沙濃度數(shù)據(jù)，并通過以下公式計(jì)算獲取水流速度差值δqij：

27、δqij＝qi-qj；

28、式中，qi是第i個梯級水電站的水流速度值，qj是第i個梯級水電站下游第j個梯級水電站的水流速度；

29、并通過流量傳感器實(shí)時采集第i個梯級水電站和其下游第j個梯級水電站的來水量數(shù)據(jù)，并通過以下公式計(jì)算獲取來水量差值δiij：

30、δiij＝ii-ij；

31、式中，ii是第i個梯級水電站的來水量，ij是第i個梯級水電站下游第j個梯級水電站的來水量；

32、并通過泥沙濃度傳感器實(shí)時采集第i個梯級水電站和其下游第j個梯級水電站的泥沙濃度數(shù)據(jù)，并通過以下公式計(jì)算獲取泥沙濃度差值δsij：

33、δsij＝si-sj；

34、式中，si是第i個梯級水電站的泥沙濃度，sj是第i個梯級水電站下游第j個梯級水電站的泥沙濃度；

35、預(yù)處理單元用于對水位差δhij、水流速度差值δqij、來水量差值δiij以及泥沙濃度差值δsij進(jìn)行數(shù)據(jù)清理以及無量綱處理，并生成第一數(shù)據(jù)組。

36、優(yōu)選的，調(diào)度優(yōu)化模塊用于基于第一數(shù)據(jù)組，通過以下公式計(jì)算第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij：

37、

38、式中，a1、a2、a3及a4均為權(quán)重值，v1表示第一修這個常數(shù)；

39、若第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij為負(fù)值，則表示水資源在當(dāng)前有功功率輸出情況下呈現(xiàn)異常狀態(tài)，設(shè)置調(diào)整第i個階梯水電站水電機(jī)組有功功率降低至原來的80％，以及調(diào)整水輪機(jī)開度角度降低10％角度值；

40、若第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij為0，則表示水資源在當(dāng)前有功功率輸出情況下呈現(xiàn)平衡狀態(tài)，維持當(dāng)前調(diào)度有功功率參數(shù)不變；

41、若第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij為正值，且調(diào)度指數(shù)ddzsij＞調(diào)度閾值x，則表示水資源在當(dāng)前有功功率輸出情況下呈現(xiàn)合格狀態(tài)，設(shè)置調(diào)整第i個階梯水電站水電機(jī)組有功功率增大至當(dāng)前的120％，以及調(diào)整水輪機(jī)開度角度增大10％角度值。

42、優(yōu)選的，運(yùn)行效率指數(shù)ie1通過以下步驟計(jì)算獲?。?/p>

43、s1、首先通過以下公式計(jì)算獲取發(fā)電機(jī)組能效比η：

44、

45、pin＝ρ*g*stgd*ll；

46、式中，η表示發(fā)電機(jī)組的能效比，衡量水輪發(fā)電機(jī)組將水能轉(zhuǎn)化為電能的效率，表示為一個小于1的值，反映了在能量轉(zhuǎn)換過程中存在的損失；pout為發(fā)電機(jī)組的輸出電功率，單位為瓦特w或者千瓦kw，pin為水流入發(fā)電機(jī)組的水能功率，單位為瓦特w或者千瓦kw；ρ表示水的密度，g表示重力加速度，設(shè)置為9.81m/s2，stgd表示水頭高度，指水流在進(jìn)入和離開水輪機(jī)之間的高度差；ll表示單位時間內(nèi)流經(jīng)水輪機(jī)的水量；

47、s2、提取獲取水庫水面面積a以及水資源蒸發(fā)損耗特征、滲透損耗特征以及溢流損耗特征，深度分析后，通過以下公式計(jì)算獲取蒸發(fā)損耗wevap，滲透損耗wseep以及溢流損耗woverflow：

48、

49、wseep＝k*as*h*t2；

50、woverflow＝llxs*ylkd*g*ylgd*t3；

51、式中，a表示水庫水面面積，t1表示蒸發(fā)時間，δ表示飽和蒸汽壓曲線的斜率，rn表示凈輻射，g表示土壤熱通量，γ表示干濕球溫度的心理常數(shù)，t表示氣溫值，u表示風(fēng)速值，es表示飽和蒸汽壓，ea表示實(shí)際蒸汽壓；表示蒸發(fā)率；k表示滲透系數(shù)，表示水通過土壤或巖石滲透的速率，通過實(shí)驗(yàn)獲得；as表示滲透面積，表示水庫底部或側(cè)面的總面積；h表示水深對滲透面的壓力，t2表示滲透時間；llxs表示水庫與溢流結(jié)構(gòu)的實(shí)時流量系數(shù)，ylkd表示水從溢流口流出的寬度，g表示重力加速度，設(shè)置為9.81m/s2，ylgd表示水面高出溢流口的高度，t3表示溢流時間；

52、s3、依據(jù)蒸發(fā)損耗wevap，滲透損耗wseep以及溢流損耗woverflow的基礎(chǔ)上，通過以下公式計(jì)算獲取第i個梯級水電站的資源利用效率rei和運(yùn)行效率指數(shù)ie1；

53、

54、式中，rei表示第i個梯級水電站的資源利用效率，wlose表示水資源總損耗量，包括蒸發(fā)損耗wevap，滲透損耗wseep以及溢流損耗woverflow的總和；表示各類水資源損耗占流入水資源的比例，反映了水資源的損失對效率的影響；

55、ηi表示第i個梯級水電站的發(fā)電機(jī)組的能效比，表示第i個梯級水電站發(fā)電機(jī)組的輸出電功率，stgdi表示第i個梯級水電站的水頭高度，α表示權(quán)重因子。

56、優(yōu)選的，調(diào)度策略適應(yīng)性指數(shù)ie2通過以下公式計(jì)算獲取：

57、

58、式中，表示第i個梯級水電站的電力輸出波動，表示電力輸出隨時間的變化量，計(jì)算為：式中，表示第i個梯級水電站調(diào)度后時間點(diǎn)的有功功率輸出，表示第i個梯級水電站調(diào)度前時間點(diǎn)的有功功率輸出；δlli表示第i個第i個梯級水電站的流量波動變化量，計(jì)算為：式中，表示第i個梯級水電站調(diào)度后時間點(diǎn)的流量輸出值，表示第i個梯級水電站調(diào)度前時間點(diǎn)的流量輸出值；stgdi表示第i個梯級水電站的水頭高度，表示水頭高度與電力輸出波動的比值，用于評估水頭變化對電力輸出波動的影響，β表示調(diào)度權(quán)重系數(shù)，用于調(diào)整流量變化在調(diào)度策略適應(yīng)性指數(shù)中的重要性。

59、優(yōu)選的，環(huán)境影響指數(shù)ie3通過以下公式計(jì)算獲?。?/p>

60、f1,i＝wfc,i*lfc,i；

61、

62、式中，mgzsi表示第i個梯級水電站所在區(qū)域生態(tài)敏感指數(shù)，wfc,i表示第i個梯級水電站所在區(qū)域魚類洄游通道的寬度，lfc,i表示第i個梯級水電站所在區(qū)域魚類洄游通道的長度，f1,i表示第i個梯級水電站所在區(qū)域魚類洄游通道保護(hù)面積，f2,i表示第i個梯級水電站所在區(qū)域的森林覆蓋比例，f3,i表示第i個梯級水電站所在區(qū)域的濕地保護(hù)區(qū)總面積，f4,i表示第i個梯級水電站所在區(qū)域的農(nóng)業(yè)用地面積，a5、a6、a7及a8均為權(quán)重值，v2表示第二修這個常數(shù)；rei表示第i個梯級水電站的資源利用效率，stgdi示第i個梯級水電站的水頭高度，δ表示環(huán)境生態(tài)影響權(quán)重因子；

63、并將運(yùn)行效率指數(shù)ie1、調(diào)度策略適應(yīng)性指數(shù)ie2以及環(huán)境影響指數(shù)ie3無量綱處理后，通過以下相關(guān)聯(lián)公式計(jì)算獲取綜合評估指數(shù)iezh：

64、

65、式中，r1、r2和r3表示運(yùn)行效率指數(shù)ie1、調(diào)度策略適應(yīng)性指數(shù)ie2以及環(huán)境影響指數(shù)ie3的權(quán)重值，且0<r1<1，0<r2<1，0<r3<1，其具體值由用戶調(diào)整設(shè)置，r1+r2+r3＝1。

66、優(yōu)選的，控制模塊包括評估單元和修正單元，

67、評估單元用于預(yù)設(shè)評估閾值x，將評估閾值x與綜合評估指數(shù)iezh進(jìn)行比對評估，以獲取評估結(jié)果，包括：

68、綜合評估指數(shù)iezh＞評估閾值x，表示當(dāng)前有功功率調(diào)度合格，超過綜合標(biāo)準(zhǔn)，通過修正單元生成第一小幅協(xié)調(diào)策略；

69、綜合評估指數(shù)iezh＝評估閾值x，表示當(dāng)前有功功率調(diào)度合格，符合穩(wěn)定運(yùn)行綜合標(biāo)準(zhǔn)，通過修正單元生成第二協(xié)調(diào)策略；

70、綜合評估指數(shù)iezh＜評估閾值x，表示當(dāng)前有功功率調(diào)度不合格，不符合穩(wěn)定運(yùn)行綜合標(biāo)準(zhǔn)，通過修正單元生成第三協(xié)調(diào)策略。

71、優(yōu)選的，第一小幅協(xié)調(diào)策略包括：若第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij為負(fù)值，且綜合評估指數(shù)iezh＞評估閾值x時，設(shè)置調(diào)整第i個階梯水電站水電機(jī)組有功功率降低至原來的85％，以及調(diào)整水輪機(jī)開度角度降低5％角度值；

72、若第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij為0，且綜合評估指數(shù)iezh＞評估閾值x時，維持當(dāng)前調(diào)度有功功率參數(shù)不變；

73、若第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij為正值，且綜合評估指數(shù)iezh＞評估閾值x時，設(shè)置調(diào)整第i個階梯水電站水電機(jī)組有功功率增大至當(dāng)前的110％，以及調(diào)整水輪機(jī)開度角度增大5％角度值；

74、第二協(xié)調(diào)策略包括：維持之前調(diào)度策略保持不變；

75、第三協(xié)調(diào)策略包括：若第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij為負(fù)值，且綜合評估指數(shù)iezh＜評估閾值x時，設(shè)置調(diào)整第i個階梯水電站水電機(jī)組有功功率降低至原來的70％，以及調(diào)整水輪機(jī)開度角度降低15％角度值；

76、若第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij為0，且綜合評估指數(shù)iezh＜評估閾值x時，設(shè)置調(diào)整第i個階梯水電站水電機(jī)組有功功率降低至原來的80％，以及調(diào)整水輪機(jī)開度角度降低10％角度值；

77、若第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij為正值，且綜合評估指數(shù)iezh＜評估閾值x時，設(shè)置調(diào)整第i個階梯水電站水電機(jī)組有功功率增大至當(dāng)前的100％，以及調(diào)整水輪機(jī)開度角度增大1-3％角度值。

78、本發(fā)明提供了水庫聯(lián)合調(diào)度下的梯級水電站有功功率協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。具備以下有益效果：

79、(1)通過三維可視化模型展示水電站的地形、結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素，有助于優(yōu)化調(diào)度順序，提升資源利用效率；基于水文數(shù)據(jù)和第i個梯級水電站與其下游第j個梯級水電站的調(diào)度指數(shù)ddzsij進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，優(yōu)化水資源的分配。

80、(2)通過運(yùn)行效率指數(shù)ie1、調(diào)度策略適應(yīng)性指數(shù)ie2以及環(huán)境影響指數(shù)ie3，提升水電站的整體運(yùn)行效率，考慮生態(tài)敏感區(qū)域和環(huán)境影響，確保調(diào)度和運(yùn)行決策中納入生態(tài)保護(hù)因素。

81、(3)引入綜合評估指數(shù)iezh和動態(tài)調(diào)度策略修正機(jī)制，能夠在實(shí)時評估當(dāng)前有功功率調(diào)度狀態(tài)的基礎(chǔ)上，動態(tài)生成和調(diào)整協(xié)調(diào)策略。具體來說，通過對評估結(jié)果的比對，系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前調(diào)度狀態(tài)的好壞，生成對應(yīng)的小幅協(xié)調(diào)策略、維持策略或大幅調(diào)整策略，從而在不同運(yùn)行條件下實(shí)現(xiàn)對發(fā)電效率和資源利用的精準(zhǔn)優(yōu)化。這種動態(tài)優(yōu)化能力有效應(yīng)對了背景技術(shù)中存在的調(diào)度效率不足和資源配置不合理的問題。