一种基于宏观调控和微观修正的耦合调度方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于宏观调控和微观修正的耦合调度方法及装置，其方法包括：根据研究区的泵站供水需求和历史调度记录，确定所述研究区的调度方案；根据所述研究区的泵站供水需求，确定所述研究区中每个片区的泵站供水需求，并利用所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案；根据所述研究区的初步宏观调度方案，统计所述研究区每个片区中各干线河道的缺水数据，并利用所述每个片区中各干线河道的缺水数据对所述初步宏观调度方案进行微观调控，得到所述研究区的微观调度方案。

说明书

技术领域

本发明涉及水资源应用技术领域，特别涉及一种基于宏观调控和微观修正的耦合调度方法及装置。

背景技术

江苏省地处江、淮、沂沭泗流域下游和南北气候过渡带，滨江临海，河湖众多，特殊的地理位置和水系特点给江苏带来丰富的水资源优势。然而，现有水资源宏观配置与用水户的实际微观需求尚存在脱节，具体表现在两方面：一是空间分布上，水资源南丰北枯，东多西少，特别是苏北地区，如徐淮地区和滨海垦区，抗旱减灾问题十分严重；二是时间分配上，上游来水年际、年内变化很大，遇到降雨偏少及汛期来水偏迟、偏少的年份，易出现大面积旱灾，甚至连年干旱，经济损失严重。因此，本研究以“节水优先，空间均衡”为主要指导思想，以建成现代化水资源管理平台为目标，从“供给侧”与“需求侧”双管齐下，开展水源优化、多元调度、水量考核体系、水资源优化配置等研究，以期为南水北调江苏受水区水资源优化配置与管理提供信息系统，并推进江苏省现代化水安全保障体系的建设。

发明内容

根据本发明实施例提供的方案解决的技术问题是无法制定更符合实际情况的调度方案。

本发明是以经验性调度为基础，在此基础上以用户缺水量为导向，制定以水资源高效利用为目标的耦合调度方法，以满足各梯级供水要求为目标的宏观调控和控制部分闸站以增加局部河道供水的微观修正两部分。

根据本发明实施例提供的一种基于宏观调控和微观修正的耦合调度方法，包括：

根据研究区的泵站供水需求和历史调度记录，确定所述研究区的调度方案；

根据所述研究区的泵站供水需求，确定所述研究区中每个片区的泵站供水需求，并利用所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案；

根据所述研究区的初步宏观调度方案，统计所述研究区每个片区中各干线河道的缺水数据，并利用所述每个片区中各干线河道的缺水数据对所述初步宏观调度方案进行微观调控，得到所述研究区的微观调度方案。

优选地，所述根据所述研究区的泵站供水需求，确定所述研究区中每个片区的泵站供水需求包括：

根据所述研究区中各泵站的泵站翻水量和泵站供水范围，将所述研究区划分为多个片区；

根据所述研究区的泵站供水需求，分别为所述每个片区分配泵站供水需求。

优选地，所述利用所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案包括：

根据所述片区中调度所需的闸站，将所述片区划分为多个梯级；

通过对所述片区内每个梯级的进水量和出水量进行统计，得到所述每个梯级的阶段缺水量；

根据所述每个梯级的阶段缺水量和所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案。

优选地，所述进水量包括第i梯级t时段的区间来水量；所述出水量包括第i梯级t时段的需水量和第i+1梯级所需第i梯级t时段的泵站抽水量；其中，

若第i梯级的阶段缺水量大于0，则第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量为第i梯级t时段的泵站补湖水量与第i梯级t时段的缺水量；

若第i梯级的阶段缺水量不大于0，则第i梯级所需第i-1梯级t 时段的泵站抽水量为第i梯级t时段的泵站补湖水量。

优选地，所述根据所述每个梯级的阶段缺水量和所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案包括：

判断所述第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量是否满足第i梯级的泵站最大翻水量；

若判断所述第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量满足第i 梯级的泵站最大翻水量，则按泵站当前翻水量进行抽水调度；

若判断所述第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量不满足第i梯级的泵站最大翻水量，则按泵站最大翻水量进行抽水调度。

优选地，所述利用所述每个片区中各干线河道的缺水数据对所述初步宏观调度方案进行微观调控，得到所述研究区的微观调度方案包括：

通过对每个片区内各干线河道的阶段缺水量进行统计，得到所述每个干线河道的阶段缺水量；

若所述干线河道的阶段缺水量大于0，则查找用于直接向所述干线河道供水的梯级泵站，并增加所述梯级泵站的抽水量；

其中，所述增加后的梯级泵站的抽水量为第i河道t时段的用户缺水量与第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量之和。

根据本发明实施例提供的一种基于宏观调控和微观修正的耦合调度装置，包括：

确定模块，用于根据研究区的泵站供水需求和历史调度记录，确定所述研究区的调度方案；

宏观调控模块，用于根据所述研究区的泵站供水需求，确定所述研究区中每个片区的泵站供水需求，并利用所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案；

微观调控模块，用于根据所述研究区的初步宏观调度方案，统计所述研究区每个片区中各干线河道的缺水数据，并利用所述每个片区中各干线河道的缺水数据对所述初步宏观调度方案进行微观调控，得到所述研究区的微观调度方案。

优选地，所述宏观调控模块具体用于根据所述研究区中各泵站的泵站翻水量和泵站供水范围，将所述研究区划分为多个片区，并根据所述研究区的泵站供水需求，分别为所述每个片区分配泵站供水需求。

优选地，所述宏观调控模块具体用于根据所述片区中调度所需的闸站，将所述片区划分为多个梯级，并通过对所述片区内每个梯级的进水量和出水量进行统计，得到所述每个梯级的阶段缺水量，以及根据所述每个梯级的阶段缺水量和所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案。

优选地，所述微观调控模块具体用于通过对每个片区内各干线河道的阶段缺水量进行统计，得到所述每个干线河道的阶段缺水量；若所述干线河道的阶段缺水量大于0，则查找用于直接向所述干线河道供水的梯级泵站，并增加所述梯级泵站的抽水量；其中，所述增加后的梯级泵站的抽水量为第i河道t时段的用户缺水量与第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量之和。

根据本发明实施例提供的方案，本发明基于多目标、多层次的水资源调度与精准化配置方法针对研究区从供水、防洪、发电等角度综合考虑水资源调配目标，且从多维时间、空间角度选择不同的计算模式，与传统水资源调配相比更能反映实际情况；本发明在理清水工程集群响应关系的基础上，综合雨情、水情、工情等多元要素，并耦合节水调控机制的反馈，制定具有“实效”与“时效”的水工程集群多元联合实时反馈式调度，对于科学化管理水工程集群联合运作，具有较为有效的指导作用；综合考虑了防洪、发电、供水、航运等目标，有助于制定更加符合实际情况的调度方案。本发明可应用于复杂水资源系统模拟、调度与配置等诸多领域，具有广泛的应用前景。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种基于宏观调控和微观修正的耦合调度方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种基于宏观调控和微观修正的耦合调度装置的示意图；

图3是本发明实施例提供的基于宏观调控和微观修正的耦合调度流程图；

图4是本发明实施例提供的梯级内各变量的示意图；

图5是本发明实施例提供的泵站-河道用户供水的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的一种基于宏观调控和微观修正的耦合调度方法的流程图，如图1所示，包括：

步骤S101：根据研究区的泵站供水需求和历史调度记录，确定所述研究区的调度方案；

步骤S102：根据所述研究区的泵站供水需求，确定所述研究区中每个片区的泵站供水需求，并利用所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案；

步骤S103：根据所述研究区的初步宏观调度方案，统计所述研究区每个片区中各干线河道的缺水数据，并利用所述每个片区中各干线河道的缺水数据对所述初步宏观调度方案进行微观调控，得到所述研究区的微观调度方案。

其中，所述根据所述研究区的泵站供水需求，确定所述研究区中每个片区的泵站供水需求包括：根据所述研究区中各泵站的泵站翻水量和泵站供水范围，将所述研究区划分为多个片区；根据所述研究区的泵站供水需求，分别为所述每个片区分配泵站供水需求。

其中，所述利用所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案包括：根据所述片区中调度所需的闸站，将所述片区划分为多个梯级；通过对所述片区内每个梯级的进水量和出水量进行统计，得到所述每个梯级的阶段缺水量；根据所述每个梯级的阶段缺水量和所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案。

其中，所述进水量包括第i梯级t时段的区间来水量；所述出水量包括第i梯级t时段的需水量和第i+1梯级所需第i梯级t时段的泵站抽水量；其中，若第i梯级的阶段缺水量大于0，则第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量为第i梯级t时段的泵站补湖水量与第i梯级t时段的缺水量；若第i梯级的阶段缺水量不大于0，则第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量为第i梯级t时段的泵站补湖水量。

其中，所述根据所述每个梯级的阶段缺水量和所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案包括：判断所述第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量是否满足第i梯级的泵站最大翻水量；若判断所述第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量满足第i梯级的泵站最大翻水量，则按泵站当前翻水量进行抽水调度；若判断所述第i梯级所需第i-1 梯级t时段的泵站抽水量不满足第i梯级的泵站最大翻水量，则按泵站最大翻水量进行抽水调度。

其中，所述利用所述每个片区中各干线河道的缺水数据对所述初步宏观调度方案进行微观调控，得到所述研究区的微观调度方案包括：通过对每个片区内各干线河道的阶段缺水量进行统计，得到所述每个干线河道的阶段缺水量；若所述干线河道的阶段缺水量大于0，则查找用于直接向所述干线河道供水的梯级泵站，并增加所述梯级泵站的抽水量；其中，所述增加后的梯级泵站的抽水量为第i河道t时段的用户缺水量与第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量之和。

图2是本发明实施例提供的一种基于宏观调控和微观修正的耦合调度装置的示意图，如图2所示，包括：确定模块201，用于根据研究区的泵站供水需求和历史调度记录，确定所述研究区的调度方案；宏观调控模块202，用于根据所述研究区的泵站供水需求，确定所述研究区中每个片区的泵站供水需求，并利用所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案；微观调控模块203，用于根据所述研究区的初步宏观调度方案，统计所述研究区每个片区中各干线河道的缺水数据，并利用所述每个片区中各干线河道的缺水数据对所述初步宏观调度方案进行微观调控，得到所述研究区的微观调度方案。

其中，所述宏观调控模块202具体用于根据所述研究区中各泵站的泵站翻水量和泵站供水范围，将所述研究区划分为多个片区，并根据所述研究区的泵站供水需求，分别为所述每个片区分配泵站供水需求。

其中，所述宏观调控模块202具体用于根据所述片区中调度所需的闸站，将所述片区划分为多个梯级，并通过对所述片区内每个梯级的进水量和出水量进行统计，得到所述每个梯级的阶段缺水量，以及根据所述每个梯级的阶段缺水量和所述每个片区的泵站供水需求对所述调度方案进行初步宏观调控，得到所述研究区的初步宏观调度方案。具体地说，所述进水量包括第i梯级t时段的区间来水量；所述出水量包括第i梯级t时段的需水量和第i+1梯级所需第i梯级t时段的泵站抽水量；其中，若第i梯级的阶段缺水量大于0，则第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量为第i梯级t时段的泵站补湖水量与第i梯级t时段的缺水量；若第i梯级的阶段缺水量不大于0，则第 i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量为第i梯级t时段的泵站补湖水量。

其中，所述微观调控模块203具体用于通过对每个片区内各干线河道的阶段缺水量进行统计，得到所述每个干线河道的阶段缺水量；若所述干线河道的阶段缺水量大于0，则查找用于直接向所述干线河道供水的梯级泵站，并增加所述梯级泵站的抽水量；其中，所述增加后的梯级泵站的抽水量为第i河道t时段的用户缺水量与第i梯级所需第i-1梯级t时段的泵站抽水量之和。

本发明通过调度预案-实时调度-调度评估-优化调度的反馈、循环过程，提高优化调度水平，从而建立以水资源配置为抓手的调度“导航”系统，为提出真正契合研究区实际需求且秉持节水优先精髓的调度方案，实现调水工程集群高效用水优化调度方式提供技术支撑。本发明制定以水资源高效利用为目标的耦合调度方法，该方法主要分为两块，分别为以满足各梯级供水要求为目标的宏观调控和控制部分闸站以增加局部河道供水的微观修正两部分。

图3是本发明实施例提供的基于宏观调控和微观修正的耦合调度流程图，如图3所示，包括：

步骤1、进行经验式调度，根据历史调度经验，结合防洪、发电以及供水等目标，整理并归纳调度原则，以指导实际闸站运行调度方案；

根据研究区的实际运行情况和运行目标，在制定水工程调度方案时，主要从不同的时间段、控制节点或控制区域、控制条件等几个方面考虑。在时间段划分上主要分为汛期、非汛期、排涝期、非排涝期、灌溉期等；控制节点主要为闸站节点、湖泊节点等，控制区域主要为水资源分区，控制条件主要为水位，有以下几种调度方案制定：

水闸调度方案制定

(1)根据当前所处时间段，上下游区间闸站、调蓄湖泊水位确定水闸的开关条件。

Q

其中，Q

(2)漫水闸调度方案制定

根据漫水闸溢流公式计算过流量，当所在河道水位高于坝顶高程时，自然过流。

其中，Q

(3)泵站调度方案制定

建在一处的泵站和闸是配套建设的，开闸时，对应的泵站关机，并且两者的水流方向相反。根据河道、湖泊的水位等进行调度。泵站一旦开机，按照泵站设计流量运行，可以通过控制开启泵站机组个数来控制翻水量。

Q

其中，Q

(4)水电站类调度方案制定

模型中对水电站调度单独处理，满足一定的水位条件才开机发电，并且一个机组的开机情况只有两种——全开或者全关。

Q

其中，Q

(5)船闸调度方案制定

船闸在制定调度方案时，按平均每天开闸次数、船闸等级、最低通航水位、每次开闸耗水量等信息制定。根据开闸用水量和通航水位来进行调度。河道水位满足船闸的最低通航水位前提下确定过闸水量。

Q

其中，Q

步骤2、进行宏观调控，按梯级为单位划分相应的供水目标，并针对该目标给各梯级泵站分配供水任务，从供需平衡角度进行梯级泵站运行调度；

步骤201、选择干线泵站，提高供水能力，选择干线上对供水起决定作用的泵站，确定泵站供水能力P

步骤202、确定预调节时间，输入预调节时间内的计算参数，将研究区按调度的闸站分成不同的梯级，分别统计各梯级所在区域的用户需水D

步骤203、计算阶段缺水量，为本梯级预调水量提供依据：

如图4所示，本梯级的阶段缺水量计算公式为E

当E

当E

其中，E

步骤204、确认本梯级所需上一梯级提供的泵站抽水量之后，需要确定抽水量是否满足泵站抽水能力要求，当P

当P

步骤205、梯级i从9循环至1，结束计算；然后转入下一阶段t+1 重新进行梯级的循环计算。

步骤3、进行微观修正，对于宏观调控后部分河道缺水，进行梯级泵站调度，当干线河道发生缺水时，此时与其有水利联系的泵站增加抽水以减少该河道的局部缺水损失，缓解部分干线河道的供水压力，为了更加清楚的阐述该理论，本研究截取部分南水北调闸站河道连接图以说明情况，如下图5所示，以R7(属于高水河为例)，当该河道直接供水的用户发生缺水时，此时增加江都站的抽水量来缓解部分干线河道的供水压力；

步骤301、步骤2计算结束后统计各干线河道的缺水情况，并标示缺水量大于0的，标记为河道i；

步骤302、查找直接向该河道供水的梯级泵站，相应的泵站抽水量增加为

其中，

步骤303、确认本河道所需上一梯级提供的调水量之后，需要确定调水量是否满足泵站抽水能力要求：

当P

当P

其中，P

步骤304、干线河道逐个进行判断，利用干线上泵站增加供水能力，然后转入下一阶段重新进行循环计算。

步骤4、核定闸站调度方案是否满足防洪、发电以及供水等多目标要求，在此基础上根据不同时间尺度和空间尺度分别进行水资源供需平衡分析，对于不合理的情况重新调整直至输出合理的闸站调度方案。

水工程集群的调度方案是水资源的供给与利用效率的主要影响因素之一。本项目拟从现行和规划调度方案及水资源的需求出发，提出年度调度预案；基于供水水源结构优化、水利工程集群响应机理研究，制定结合雨情、水情、工情等多元联合调度方案，进行实时调度计算，尤其是洪、骆、微山湖和运河、运西线河道的当时蓄水情况等；评估调度和供水需求，实时反馈调整调度方案；年度调度结束后，评估年度调度成效，提出下一年度的调度预案；通过调度预案-实时调度-调度评估-优化调度的反馈、循环过程，提高优化调度水平，从而建立以水资源配置为抓手的调度“导航”系统，为提出真正契合研究区实际需求且秉持节水优先精髓的调度方案，实现调水工程集群高效用水优化调度方式提供技术支撑。

根据本发明实施例提供的方案，结合雨情、水情、工情等多元要素，以经验性调度为基础，在此基础上以用户缺水量为导向，制定以水资源高效利用为目标的宏观与微观结合的调度方法。该方法主要分为两块，分别为以满足各梯级供水要求为目标的宏观调控和控制部分闸站以增加局部河道供水的微观修正，为提出真正契合研究区实际需求且秉持节水优先精髓的调度方案，实现调水工程集群联合优化调度方式提供技术支撑。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。