基本信息
- 項目名稱：
- 基于水庫能的梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化模型
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 隨著社會的發(fā)展，能源的需求量不斷擴大，對梯級水電站的經(jīng)濟運行提出了更高的要求。本文在忽略水庫水體與大壩、堤岸及引水管道之間的摩擦能量損失和水流內(nèi)部摩擦、夾帶泥沙及克服沿程河床等各方面阻力的情況下，結(jié)合水庫水體能量形式，提出了水庫能的概念。并從四個方面進一步建立基于水庫能與水耗量最小化的梯級水電站聯(lián)合發(fā)電的優(yōu)化模型。 首先，針對大型水庫的自然形狀和蓄水特性，將水庫分成五級水體，建立了基于水庫水體分級的水庫能產(chǎn)生模型。 第二，研究水庫水流在壓力引水管的輸移過程，建立水體微元所含動能、勢能、壓能和水庫能的轉(zhuǎn)化模型，研究水電機組輸出功率形成機理與數(shù)學(xué)表式。據(jù)此得出動能、勢能、壓能和水庫能與水電機組在某時段內(nèi)的關(guān)系，為梯級水電站群的聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化提供了依據(jù)。 第三，通過梯級水電站群的聯(lián)合發(fā)電模型的建立與優(yōu)化。研究了水庫能對梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化和水能利用效益的影響，重點研究了在給定負荷下耗水量最小的目標函數(shù)。 第四，以紅水河流域梯級水電站為實例，進行仿真計算，結(jié)果表明，該模型能正確、有效地指導(dǎo)水電站充分利用水資源，提高梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電效益。
- 詳細介紹：
- 水電作為一種清潔的可再生能源，在現(xiàn)代社會中占有舉足輕重的地位。同時，水電又是電力系統(tǒng)中電能的重要組成部分。我國河流眾多，水能資源豐富。隨著社會的發(fā)展，能源的需求量不斷擴大，對梯級水電站的經(jīng)濟運行提出了更高的要求。目前，很多水電站都存在著因棄水或不能很好的運行水庫而造成大量的一次能源損失。在梯級水電站群中，各水庫間的聯(lián)系極為密切。發(fā)電量與水庫蓄水有著直接的聯(lián)系，這就要求各電站在給定的負荷下，使得耗水量最小，才能增加發(fā)電量。 本文提出水庫能的概念，建立梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電模型，意在給梯級水電站群充分利用水資料提供有效指導(dǎo)，提高梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電效益。在忽略水庫水體與大壩、堤岸及引水管道之間的摩擦能量損失和水流內(nèi)部摩擦、夾帶泥沙及克服沿程河床等各方面阻力的情況下，結(jié)合水庫水體能量形式和水庫能的概念，進一步建立基于水庫能與水耗量最小化的梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電的優(yōu)化模型。 首先，針對大型水庫的自然形狀和蓄水特性，將水庫分成五級水體：三個長方形水體、一個梯形水體、一個反函數(shù)水體，分析水庫水體分布及其對壓力引水管入口處的力學(xué)作用形式。設(shè)水輪機的壓力引水管為圓柱形，利用微元分析法，微積分方法計算出壓力引水管入口處水體微元的體積、壓強、重量等，以及在五級水體沿壓力管道軸線方向?qū)ζ湫纬傻牧W(xué)作用下，水體微元沿壓力管道方向所做的功或具有的能量，建立了基于水庫水體分級的水庫能產(chǎn)生模型。 第二，研究水庫水流在壓力引水管的輸移過程，建立水體微元所含動能、勢能、壓能和水庫能的轉(zhuǎn)化模型，研究水電機組輸出功率形成機理與數(shù)學(xué)表式。假設(shè)大壩兩邊離岸的設(shè)定距離為 ,梯級水電站 共有 臺機組，且機組壓力管道等距布置。計算五級水體的動能、勢能、壓能和水庫能轉(zhuǎn)化成的電功率，進一步算出梯級水電站 第 臺機組的水能，梯級水電站 第 臺機組以kW為單位(1kW=102kg?m/s)，在時段 內(nèi)所產(chǎn)生的出力即所產(chǎn)生的電功率。據(jù)此得出動能、勢能、壓能和水庫能與水電機組在某時段內(nèi)的關(guān)系，為梯級水電站群的聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化提供了依據(jù)。 第三，梯級水電站群的聯(lián)合發(fā)電模型建立與優(yōu)化。研究了水庫能對梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化和水能利用效益的影響，重點研究了在給定負荷下耗水量最小的目標函數(shù)。以水庫蓄水水位、壓力管道水體流速、水庫大壩寬度、水庫大壩深度、水輪機出口水體流速、水庫高程、水庫長度等為約束條件，通過線性規(guī)劃法優(yōu)化該模型。 第四，以紅水河流域梯級水電站為實例，進行仿真計算，仿真結(jié)果表明，該模型能正確、有效地指導(dǎo)水電站充分利用水資源，提高梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電效益。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：本文提出水庫能的概念，建立梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化模型，意在給梯級水電站群充分利用水資源提供有效指導(dǎo)，提高發(fā)電效益。思路：首先，針對大型水庫的自然特性，建立五級水體的水庫能產(chǎn)生模型。第二，建立水體微元所含動能、勢能、壓能和水庫能的轉(zhuǎn)化模型，研究水電機組輸出功率形成機理與數(shù)學(xué)表式。第三，建立梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化模型。第四，以紅水河流域梯級水電站為實例，仿真計算，驗證結(jié)果的正確性。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 本文提出了水庫能的概念，建立水庫五級水體模型，算出各級水體重心沿壓力管道軸線及進水口處下頂點所形成的兩個重力分量。建立能量轉(zhuǎn)化模型，研究論述了動能、勢能、壓能和水庫能的轉(zhuǎn)化，水電機組輸出功率形成機理與數(shù)學(xué)表達式。最后以最小耗水量為目標函數(shù)建立梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化模型。以紅水河流域梯級水電站為實例，仿真表明，本文得出的結(jié)論能正確、有效地指導(dǎo)梯級水電站群充分利用水資源，提高聯(lián)合發(fā)電效益。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本文的研究內(nèi)容為水庫實現(xiàn)最佳控制運用，達到增加發(fā)電量，最大限度地利用一次能源提供了依據(jù)?？商岣唠娏ο到y(tǒng)供電可靠性，增加梯級水電站群的保證出力。運用梯級水電站群間水庫能的關(guān)系，使梯級水電站群優(yōu)化運行，提高可靠性和安全穩(wěn)定性，改善水電生產(chǎn)和電網(wǎng)運行的能量指標。同時對水火電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度提供了理論和應(yīng)用的支撐，對今天聯(lián)結(jié)電網(wǎng)中的區(qū)域互補、水文差異互補、水火電互補、互為備用等具有很重要的意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文提出了基于水庫能與水耗量最小化的梯級水電站聯(lián)合發(fā)電的優(yōu)化模型。結(jié)合水庫水體能量形式，提出了水庫能的概念。針對大型水庫的自然形狀和蓄水特性，分析了水庫水體分布及其對壓力引水管入口處的力學(xué)作用形式，建立了基于水庫水體分級的水庫能產(chǎn)生模型。研究了水庫水流在壓力引水管的輸移過程，建立了水體微元所含動能、勢能、壓能和水庫能的轉(zhuǎn)化模型，研究水電機組輸出功率形成機理與數(shù)學(xué)表式。研究了水庫能對梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化和水能利用效益的影響，重點研究了在給定的負荷下耗水量及其優(yōu)化方式。本文以紅水河流域梯級水電站為實例，進行了仿真計算，仿真結(jié)果表明，該模型能正確、有效地指導(dǎo)水電站充分利用水資源，提高梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電效益。
獲獎情況
鑒定結(jié)果
參考文獻
- [1] 黃益芬.水電站水庫優(yōu)化調(diào)度研究.水力發(fā)電,2002,5:64-65 [2] 伍宏中,白以昕.水電站水庫群長期運行優(yōu)化模型和應(yīng)用.水力發(fā)電,2008,34(1):82 [3] 曾勇紅等.三峽梯級水電站蓄能最大長期優(yōu)化調(diào)度模型及分解算法.電網(wǎng)技術(shù),2004,28(10):5 [4] 梁偉等.基于混沌優(yōu)化算法的梯級水電站水庫優(yōu)化調(diào)度.水電能源科學(xué),2008,26(1):63 [5] 周曉陽等.梯級水庫的參數(shù)辨識型優(yōu)化調(diào)度方法.水利學(xué)報,1999,9 [6] 蔣峰.龍頭水庫梯級電站水能計算方法的探討.水力發(fā)電,1994,1 [7] 常小平.寧國月亮湖水電站下游梯級水電站水能計算.安徽水利科技,2004,6 [8] 練繼建等.基于改進螞蟻算法的梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度.天津大學(xué)學(xué)報,2006,39(3): 264-268 [9] 廣西電網(wǎng)公司中心調(diào)度所.廣西電網(wǎng)調(diào)度月報，2008
同類課題研究水平概述
- 目前，國內(nèi)外主要運用現(xiàn)代計算技術(shù)和最優(yōu)化方法、現(xiàn)代控制理論、系統(tǒng)工程方法等對梯級水電站(群)進行優(yōu)化調(diào)度研究。如采用逐次優(yōu)化法、遺傳算法(GA)、動態(tài)規(guī)劃法(DP)以及時歷法等對梯級水電站的水庫優(yōu)化調(diào)度進行研究，進而指導(dǎo)梯級數(shù)電站的運行。但這些算法都有一定的局限性，如逐次優(yōu)化法的貪心收索和容易陷入局部最優(yōu)解，遺傳算法接近全局最優(yōu)時不易收斂和不易處理復(fù)雜約束條件，動態(tài)規(guī)劃的“維數(shù)災(zāi)”和求解時間過長。時歷法的調(diào)度模式缺乏數(shù)學(xué)優(yōu)化理論基礎(chǔ)，且使用規(guī)則不考慮面臨時段的徑流預(yù)報、很呆板、不靈活，帶有一定的盲目性，效果不理想。 在該領(lǐng)域的研究中，這是一種全新的思路。 本文在忽略水庫水體與大壩、堤岸及引水管道之間的摩擦能量損失和水流內(nèi)部摩擦、夾帶泥沙及克服沿程河床等各方面阻力的情況下，結(jié)合水庫水體能量形式，提出了水庫能的概念，并進一步建立基于水庫能與水耗量最小化的梯級水電站聯(lián)合發(fā)電的優(yōu)化模型。文中，針對大型水庫的自然形狀和蓄水特性，分析了水庫水體分布及其對壓力引水管入口處的力學(xué)作用形式，建立了基于水庫水體分級的水庫能產(chǎn)生模型。研究了水庫水流在壓力引水管的輸移過程和水電機組輸出功率形成機理與數(shù)學(xué)表式，以及水庫能對梯級水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化和水能利用效益的影響，給定負荷下耗水量的仿真結(jié)果表明，該方法能指導(dǎo)水庫實現(xiàn)水能的充分利用，有利于優(yōu)化梯級水電站群的聯(lián)合發(fā)電，提高發(fā)電效益，進而對水火電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度提供理論和應(yīng)用的支撐。 同時，該方法也得到了相關(guān)專家學(xué)者的肯定。
