水电站水库群中长期径流预报及短期优化调度研究

摘要

水电是相对清洁同时又可再生的优质能源，能将一次能源直接转化为二次能源——电力，同时较之其他能源还具有发电成本低、机组启停迅速、调峰调频能力强、减排作用大等优势，因此国内外均高度重视水电的发展。随着国家“节能减排”、“西电东送”等政策的推出及实施，我国水电事业的发展继续稳步增进，呈现各大流域梯级水电站水库群大规模开发建设并逐渐投入运行的局面，这对我国水资源优化配置，水电流域梯级系统的管理提出了更高的要求。针对目前我国水电能源利用效率低、供需矛盾等现状，本文以水电站水库（群）为研究对象，鉴于水库中长期径流预报及水电站水库（群）短期优化调度在理论与实际应用中所具有的重要位置，对两个方面进行了深入细致研究，这对于完善水库调度运行管理理论体系，提高水资源的整理利用效益，促进社会、经济、生态环境的可持续发展具有重要意义。全文取得的主要研究成果如下: (1)BP网络激活函数选择及在径流预报模型中的应用。针对传统BP算法训练时间长、收敛速度慢、局部收敛等固有缺陷，通过深入分析BP网络结构中各基本要素，找出模型中起决定性作用的激活函数影响因子。设计混合水平全排列组合试验方案，建立相应的评价指标体系，采用极差分析法对激活函数进行灵敏度分析。实例结果表明，BP网络不同层激活函数的组合工况对预报模型的收敛速度、收敛精度及泛化推广能力具有重要影响。合理巧妙地选择隐含层与输出层激活函数的组合工况，既能保存标准BP模型结构简单计算效率高的特点，又能提高计算精度，对传统模型的固有缺陷具有一定的改善作用。 (2)基于BP激活函数灵敏度分析的中长期径流组合预报模型。以中长期径流组合预报模型为研究对象，引入预报精度和预报稳定性两个评价指标，采用“分项总和法”确定各单一模型权重，建立组合预报模型。设立混合水平全排列组合试验方案，应用极差分析法进行实例模拟仿真。该组合模型在保证标准BP模型简单，逻辑清晰等特点的同时，又提了高组合模型预报精度及稳定性。为组合模型权重的确定提供新的方法，具有一定指导意义。 (3)考虑负荷曲线的水电站群短期运行自优化模拟模型。水电站群短期优化调度处于连接中长期优化调度与厂内经济运行的枢纽位置，其调度规则具有较大的生产实用价值及实施调度意义。本文首次将自优化模拟技术引入到水电站短期优化调度问题求解中，提出了一种基于负荷曲线的自优化模拟模型。将优化与模拟技术结合，在模拟模型中嵌入自动辨识反馈环节，利用自优化模拟技术物理意义明确、仿真性好、不受维数限制、并可借助累计经验进行人为调整的特点，构建了四层辨识反馈结构及目标优化结构来对模型进行模拟求解，确定短期优化调度方案。通过在金沙江中游梯级水库群短期调度研究中的应用，证明该模型技术路线和求解思路先进，计算结果可靠，在短期优化调度实用化方面具有一定的创新性及拓展性。 (4)基于二维非恒定流模型的水电站群短期调度方案研究。以澜沧江景洪-橄榄坝两水库系统为研究对象，考虑景洪-橄榄坝两坝间Ⅴ级河道通航要求，及橄榄坝水库作为澜沧江最后一级调节水库，其出境径流将受到国际流量限制的情况，从兼顾高航运要求与水电站发电效益两目标角度出发，建立了考虑河道流场变化的二维水动力非恒定流数学模型。在考虑上游有小湾、糯扎渡水电站联合运行的工况下，以混合非结构网格离散计算模型，采用Roe格式的近似Riemann解来计算通过界面处的法向通量，计算出各运行方案下景洪-橄榄坝间的水力指标值。模型在兼顾梯级发电调度和下游通航要求的前提下，为景洪-橄榄坝联合运行提供具有实际应用价值的调度方案，解决了中短期发电调度中考虑二维非恒定流约束的难点。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 中长期径流预报研究现状

1．2．1 物理成因法

1．2．2 数理统计法

1．2．3 基于数值天气预报的综合预报方法

1．2．4 智能方法

1．3 神经网络研究现状

1．3．1 自适应调整学习率η法

1．3．2 改变权值修正量法

1．3．3 改变激活函数法

1．3．4 改变误差函数法

1．4 梯级水电站短期优化调度研究

1．4．1 梯级水电站优化准则概述

1．4．2 梯级水电站优化算法概述

1．5 本文的主要工作及创新点

1．5．1 本文的主要工作

1．5．2 本文的创新点

第2章 BP网络激活函数选择及在径流预报模型中的应用

2．1 引言

2．2 BP神经网络基本理论概述

2．2．1 BP神经网络的理论基础

2．2．2 BP神经网络的算法思想

2．2．3 BP神经网络的学习机制

2．2．5 BP网络影响因子分析

2．3 考虑激活函数灵敏度的BP径流预报模型

2．3．1 激活函数影响因子的选择

2．3．2 实验方案的设计

2．3．3 评价指标体系的建立

2．2．4 BP神经网络的算法步骤及流程图

2．4 实例分析计算

2．4．1 实例模型的建立

2．4．2 激活函数影响因子的极差分析

2．4．3 径流预报模型的综合分析

2．2．4 预报精度与预报效率分析

2．5 本章小结

第3章 基于BP激活函数灵敏度分析的径流组合预报模型

3．1 引言

3．2 基于BP激活函数灵敏度组合预报模型基本原理

3．2．1 BP网络模型激活函数的分析及选择

3．3．2 评价指标的选取

3．3．3 实验方案的确定

3．3 组合模型各单一模型权重的确定

3．3．1 熵值法确定各评价指标的客观权重

3．3．2 G1法确定各评价指标的主观权重

3．3．3 方差-协方差法确定各单一模型的指标权重

3．3．4 各单合一模型最终权重计算

3．4 实例分析计算

3．5 本章小结

第4章 考虑负荷曲线的水电站群短期运行自优化模拟模型

4．1 引言

4．2 基于负荷曲线的水库群短期运行自优化模拟模型

4．2．1 自由化模拟技术原理

4．2．2 自由化模拟模型

4．3 自优化模拟模型求解技术

4．3．1 求解思路及框图

4．3．2 求解步骤

4．4 实例分析计算

4．4．1 实例介绍

4．4．2 结果计算及分析

4．5 本章小结

第5章 基于二维非恒定流模型的水电站群短期调度方案研究

5．1 引言

5．2 二维水动力模型的建立及验证

5．2．1 模型控制方程

5．2．2 模型求解

5．2．3 模型验证

5．3 实例分析计算

5．3．1 实例介绍

5．3．2 方案制定—上边界流量过程

5．3．3 下边界水位流量过程曲线

5．3．4 结果分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介