一种梯级水库蓄库能量的测算方法、系统、介质及处理器与流程

本发明涉及发电能量测算，特别涉及一种梯级水库蓄库能量的测算方法、系统、介质及处理器。

背景技术：

1、梯级水电站水库群是流域能量资源开发的主要形式，其利用方式决定了流域能量资源是否能够得到充分的利用。截至2023年12月底，全国水电累计装机容量达4.2亿千瓦，其中以流域大规模梯级水电站群为重要结构特征的水电能源系统，已成为能量资源的重要组成力量。梯级水电站的联合优化运行是提高能量资源利用效率和水电设备潜力的重要非工程措施。梯级水电站短期经济运行和实时经济运行中主要用到“以电定水”模式，即已知各时段梯级水电站的总出力，在给定梯级各水库时段初状态及天然入流过程等条件下，寻求使梯级水电站能量资源消耗最小的蓄放水策略，在该模式下，调度期期末梯级水库蓄库能量最大通常作为优化目标。然而，目前梯级水库蓄库能量的计算通常是在现有水位下，采用能量转化系数乘以上游水库的蓄水量，再乘以包括其本身及其下游所有电站的平均水头之和，然后从上到下遍历所有水库再求和得到的。但是这种方式具有以下缺点：

2、1.忽略了水库水位变化的动态影响：原测算方法假设上游水库的蓄水量转化为下游电站的能量时，没有考虑到下游水库需水量(对应于蓄水水位)的变化对上游水库剩余水量所具有的能量的影响。

3、2.平均水头计算的简化：目前的蓄库能量计算时“乘以包括其本身及其下游所有电站的平均水头之和”，但平均水头计算的简化只能得到一个储能平均值，并不能计算出某个时段的实际蓄库能量实际值。

4、综上所述，目前现有的计算方式并没有得到梯级水库真实的蓄库能量。

技术实现思路

1、针对现有技术中的计算方式并没有得到梯级水库真正的蓄库能量问题，本发明提供了一种梯级水库蓄库能量的测算方法、系统、介质及处理器，综合考虑了下游水库水位变化对上游水库能量的动态影响和水头最大化，使计算结果更能反映出梯级水电站水库的真正蓄库能量。具体技术方案如下：

2、一种梯级水库蓄库能量的测算方法，应用于包括第一水库、第二水库和每三水库的梯级水库群，其中，第一水库、第二水库和每三水库的梯级依次由高到低，具体包括以下步骤：

3、s1：根据每个水库的水位库容曲线获得各个水库的水位库容转换函数或者库容水位转换函数；

4、s2：获取各个水库的上限水位、下游水位和死水位数据；

5、s3：测量各水库的初始水位，并结合上述各水位数据和水位库容曲线，计算出各水库在放水时的初始可放水量和要充满水时的初始需水量；

6、s4：根据上述各个水库的初始可放水量和初始需水量数据，先计算由第一水库向第二水库充水时得到的第一发电能，再计算由第一水库剩余可放水量或充水后的第二水库向第三水库充水时得到的第二发电能；最后计算将第一水库、第二水库和第三水库依次放空时得到的第三发电能；

7、s5：对第一发电能、第二发电能和第三发电能进行求和合计，得到梯级水库的蓄库能量；

8、采用模拟逐级充水和放水模式，并计算每一次充水和放水的发电能，不但可以将下游水电站先蓄水到高水位，在保持高水位下使上游水库多余蓄水的发电水头大于下游水库的平均水头，而且综合考虑了每一次充水和放水时下游水库蓄水量的变化对上游水库剩余水量所具有的能量的影响，使测算得到真正的最大蓄库能量。

9、进一步的，在步骤s4中，所述先计算由第一水库向第二水库充水时得到的第一发电能，具体包括以下步骤：

10、s41：若第一水库的初始可放水量小于或等于第二水库的初始需水量时，则充水后第一水库无剩余可放水量，第一发电能为：

11、w1＝0.00272*(v1(z1)-vs1)*[(z1+zs1)/2-zx1]；

12、式中，w1为第一发电能；v1(·)为第一水库的水位库容转换函数；z1为第一水库的初始水位；vs1为第一水库的死库容；zs1为第一水库的死水位；zx1为第一水库的下游水位；

13、s42：若第一水库的初始可放水量大于第二水库的初始需水量时，则充水后第一水库具有剩余可放水量，第一发电能为：

14、w1＝0.00272*△v2*{[z1+y1(v1(z1)-△v2)]/2-zx1}；

15、式中，w12为第一发电能；△v2为第二水库蓄满所需要的初始需水量；v1(·)为第一水库的水位库容转换函数；y1(·)为第一水库库容水位转换函数；z1为第一水库的初始水位；zx1为第一水库的下游水位。

16、进一步的，在步骤s4中，所述再计算由第一水库剩余可放水量或充水后的第二水库向第三水库充水时得到的第二发电能，具体包括以下步骤：

17、s43：若第一水库无剩余可放水量，则计算由充水后的第二水库向第三水库充水得到第二发电能；

18、s44：若第一水库剩余可放水量小于或等于第三水库的蓄满需水量，则先计算第一水库剩余可放水量充到第三水库的发电能，再计算充水后的第二水库向第三水库放水的发电能，两者求和得到第二发电能；

19、s45：若第一水库剩余可放水量大于第三水库的初始需水量，则计算由第一水库剩余可放水量向第三水库充水得到第二发电能。

20、进一步的，在步骤s43中，所述计算由充水后的第二水库向第三水库充水得到第二发电能，包括以下步骤：

21、s431：若充水后的第二水库可放水量大于或等于第三水库初始需水量，则第二发电能为：

22、w2＝0.00272*△v3*{[y2(v2(z2)+v1(z1)-vs1)+y2(v2(z2)+v1(z1)-vs1-△v3)]/2-zx2}；

23、△v3＝v3(zu3)-v3(z3)；

24、式中，△v3为使第三水库蓄满所需要的初始需水量；zu3为第三水库的上限水位；z3为第三水库的初始水位；w2为第二发电能；z1、z2、z3分别为第一、二和第三水库的初始水位；v1(·)、v2(·)和v3(·)分别为第一、二和第三水库的水位库容转换函数；vs1为第一水库的死库容；y2(·)为第二水库库容水位转换函数；zx2第二水库的下游水位；

25、s432：若充水后的第二水库可放水量小于第三水库初始需水量，则第二水库放空，第二发电能为：

26、w2＝0.00272*△v32*[(y2(v2(z2)+v1(z1)-vs1)+zs2)/2-zx2]；

27、△v32＝v2(z2)+v1(z1)-vs1-vs2；

28、式中，△v32为充水后的第二水库可放水量；w2为第二发电能；z1、z2分别为第一、二初始水位；v1(·)、v2(·)为第一、二水库的水位库容转换函数；vs1、vs2为第一、二水库的死库容；y2(·)为第二水库库容水位转换函数；zs2为第二水库的死水位；zx2第二水库的下游水位。

29、进一步的，在步骤s44中，所述先计算第一水库剩余可放水量充到第三水库的发电能，再计算充水后的第二水库向第三水库放水的发电能，两者求和得到第二发电能，包括以下具体步骤：

30、s441：若充水后的第二水库可放水量能充满第三水库，则第二发电能为：

31、w2＝w13+w231+w232；

32、w13＝0.00272*△v31*{[y1(v1(z1)-△v2)+zs1]/2-zx1}；

33、△v31＝v1(z1)-△v2-vs1；

34、w231＝0.00272*△v31*(zu2-zx2)；

35、w232＝0.00272*△v32*{[zu2+y2(v2(zu2)-△v32)]/2-zx2}；

36、△v32＝△v3-△v31；

37、式中，w2为第二发电能；z1为第一水库的初始水位；zu2为第二库的上限水位；zx1、zx2为第一、二水库的下游水位；zs1为第一水库的死水位；vs1为第一水库的死库容；△v2为使第二水库蓄满所需要的水量；△v3为使第三水库蓄满所需要的水量；△v31为第一水库泄放给第三水库的水量；△v32为第二水库泄放给第三水库的水量；v1(·)、v2(·)分别为第一、二水库的水位库容转换函数；y1(·)、y2(·)分别为第一、二水库库容水位转换函数；w13为第一水库放水给第三水库时第一个水库所放出的能量；w231为第一水库泄放的水量流经第二水库时发出的能量；w232为第二个水库泄放的水量发出的能量；

38、s442：若充水后的第二水库可放水量不能充满第三水库，则第二发电能为：

39、w2＝w13+w231+w232；

40、w13＝0.00272*△v31*{[y1(v1(z1)-△v2)+zs1]/2-z1x}；

41、△v31＝v1(z1)-△v2-vs1；

42、w231＝0.00272*△v31*(zu2-zx2)；

43、w232＝0.00272*△v32*[(zu2+zs2)/2-zx2]；

44、△v32＝v2(zu2)-vs2；

45、式中，w2为第二发电能；z1为第一水库的初始水位；zu2为第二库的上限水位；zx1、zx2为第一、二水库的下游水位；zs1、zs2为第一、二水库的死水位；vs1、vs2为第一、二水库的死库容；△v2为使第二水库蓄满所需要的水量；△v31为第一水库泄放给第三水库的水量；△v32为第二水库泄放给第三水库的水量；v1(·)、v2(·)分别为第一、二水库的水位库容转换函数；y1(·)为第一水库库容水位转换函数；w13为第一水库放水给第三水库时第一个水库所放出的能量；w231为第一水库泄放的水量流经第二水库时发出的能量；w232为第二个水库泄放的水量发出的能量。

46、进一步的，在步骤s45中，所述计算由第一水库剩余可放水量向第三水库充水得到第二发电能为：

47、w13＝0.00272*△v3*{[y1(v1(z1)-△v2)+y1(v1(z1)-△v2-△v3)]/2-zx1}；

48、△v3＝v3(zu3)-v3(z3)；

49、w231＝△v3*(zu2-zx2)；

50、w2＝w13+w231；

51、式中，w2为第二发电能；△v3为使第三水库蓄满所需要的初始需水量；z1、z3为第一、三水库的初始水位；zu2、zu3为第二、三库的上限水位；zx1、zx2为第一、二水库的下游水位；△v2为使第二水库蓄满所需要的水量；v1(·)、v3(·)分别为第一、三水库的水位库容转换函数；y1(·)为第一水库库容水位转换函数；w13为第一水库放水给第三水库时第一个水库所放出的能量；w231为第一水库泄放的水量流经第二水库时发出的能量。

52、进一步的，在步骤s4中，所述计算将第一水库、第二水库和第三水库依次放空时得到的第三发电能，包括以下步骤：

53、s46：判断第一水库是否有剩余可放水量，若有则第一水库放空时的发电能为：

54、w10＝0.00272*(v1(z1)-△v2-△v3)*{[(y1(v1(z1)-△v2-△v3)+zs1)/2-zx1]+(zu2-zx2)+(zu3-zx3)}；

55、式中，w10为第一水库放空时的发电能；v1(·)为第一水库的水位库容转换函数；z1为第一水库的初始水位；△v2为使第2个水库蓄满所需要的水量；△v3为使第3个水库蓄满所需要的水量；y1(·)为第一水库库容水位转换函数；zs1为第一水库的死水位；zx1、zx2、zx3分别为第一、二和第三水库的下游水位；zu2、zu3分别为第二、三水库的上限水位；

56、s47：判断第二水库是否有剩余可放水量，若有则第二水库放空时的发电能为：

57、若出现前述s45情形：w20＝0.00272*v2(zu2)*{[(zu2+zs2)/2-zx2]+(zu3-zx3)}；

58、或若出现前述s442情形：w20＝0.00272*[v2(zu2)-△v32]*{[(y2(v2(zu2)-△v32)+zs2)/2-zx2]+(zu3-zx3)}；

59、或若出现前述s431情形：w20＝0.00272*(v2(z2)+v1(z1)-vs1-△v3)*{[(y2(v2(z2)+v1(z1)-vs1-△v3)+zs2)/2-zx2]+(zu3-zx3)}；

60、式中，w20为第二水库放空时的发电能；z1、z2分别为第一、二水库的初始水位；zu2、zu3分别为第二、三水库的上限水位；zx2、zx3分别为第二、三水库的下游水位；zs2为第二水库的死水位；vs1为第一水库的死库容；△v3为使第三水库蓄满所需要的初始需水量；△v32为第二水库泄放给第三水库的水量；v1(·)、v2(·)分别为第一、二水库的水位库容转换函数；y2(·)为第二水库库容水位转换函数；

61、s48：判断第三水库是否有剩余可放水量，若有则第三水库放空时的发电能为：

62、若出现前述s431或s441或s45情形：w30＝0.00272*v3(zu3)*[(zu3+zs3)/2-zx3]；

63、或若出现前述s442情形：w30＝0.00272*[v3(z3)+△v31+△v32]*[y3(v3(z3)+△v31+△v32)+zs3)/2-zx3]；

64、或若出现前述s432情形：w30＝0.00272*[v3(z3)+v2(z2)+v1(z1)-vs1-vs2]*{[y3(v3(z3)+v2(z2)+v1(z1)-vs1-vs2)+zs3]/2-zx3}；

65、式中，w30为第三水库放空时的发电能；z1、z2、z3分别为第1、2和第3个水库的初始水位；zu3为第三水库的上限水位；zx3为第三水库的下游水位；zs3为第三水库的死水位；vs1、vs2为第一、二水库的死库容；△v31为第1个水库泄放给第3个水库的水量；△v32为第2个水库泄放给第3个水库的水量；v1(·)、v2(·)、v2(·)分别为第一、二和第三水库的水位库容转换函数；y3(·)为第三水库库容水位转换函数；

66、s48：求和计算得到第三发电能为：

67、w3＝w10+w20+w30；

68、式中，w3为第三发电能；w10为第一水库放空时的发电能；w20为第二水库放空时的发电能；w30为第三水库放空时的发电能。

69、一种梯级水库蓄库能量的测算系统，应用于以上所述的测算方法，包括：

70、第一测算模块，其用于根据每个水库的水位库容曲线获得各个水库的水位库容转换函数或者库容水位转换函数；

71、第二测算模块，其用于获取各个水库的上限水位、下游水位和死水位数据；

72、第三测算模块，其用于测量各水库的初始水位，并结合上述各水位数据和水位库容曲线，计算出各水库在放水时的初始可放水量和要充满水时的初始需水量；

73、第一计算模块，其用于根据上述各个水库的初始可放水量和初始需水量数据，先计算由第一水库向第二水库充水时得到的第一发电能，再计算由第一水库剩余可放水量或充水后的第二水库向第三水库充水时得到的第二发电能；最后计算将第一水库、第二水库和第三水库依次放空时得到的第三发电能；

74、第二计算模块，其用于对第一发电能、第二发电能和第三发电能进行求和合计，得到梯级水库的蓄库能量；

75、采用模拟逐级充水和放水模式，并计算每一次充水和放水的发电能，不但可以将下游水电站先蓄水到较高水位，在保持较高水位下使上游水库多余蓄水的发电水头远大于下游水库的平均水头，而且综合考虑了每一次充水和放水时下游水库蓄水量的变化对上游水库剩余水量所具有的能量的影响，使测算得到真正的最大蓄库能量。

76、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行以上所述的梯级水库蓄库能量的测算方法。

77、一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行以上所述的梯级水库蓄库能量的测算方法。

78、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

79、1.考虑了水库之间的影响：本技术在梯级水库蓄库能量的计算上采取了更为细致和全面的方法，本技术通过对梯级水库群蓄能的分析，以充分发挥梯级蓄库能量为出发点，从上到下对梯级水库的蓄能进行挖掘，将最上游的第一个水库放水发电后的水量先蓄存到第二个水库，直到蓄满或第一个水库泄空，这样抬高了第二个水库的水位，增加了第二个水库的发电水头，再泄放第一个水库剩余的水量时，这部分剩余水量可以在第二个水库以最大水头发电。从第二个水库泄放的水量时其整体的水位较高，水头较大，发电耗水率较小，发电更多，其泄水先存放到第三个水库，直到第三个水库蓄满或第二个水库已泄空，第二个水库剩余的流出水量可以在第三个水库最高水位时发电；以此类推，直到最后一个水库泄空，得到梯级水库群蓄库能量的值。在充水和放水时都是一级一级水库递进，此方案不仅充分利用了单个水库的蓄能量力，还综合考虑了水库之间水量的动态变化对蓄能的影响。同时，还考虑各水库间的水位、库容量变化，对相互间的储备能量的影响。

80、2.细化了水头计算：本技术在考虑水库之间互相影响的前提下，给出了计算水库蓄能时各下游水库水头变化后的能量计算结果，分析了每一级水库的蓄水和放水过程对梯级水库蓄库能量的影响，在此计算过程中充分发挥了流域水资源的水头效益，使得梯级蓄库水量的发电能量能够得到真实测算出来。