引调水渠道控制系统硬件在环测试平台设计与实现

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作者 何立新 史博阳 +4 位作者 张峥 郭图南 雷晓辉 龙岩 李宁 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第5期1036-1046,共11页

为实现水资源高效利用与水利工程安全运行,各级水网精细化管理亟待提升,控制系统功能与性能的测试验证尤为重要,而现场试验成本高、周期长,难以全面覆盖复杂多变的实际工况。为此,提出一种控制策略快速测试方法,通过创建接近真实运行条... 为实现水资源高效利用与水利工程安全运行,各级水网精细化管理亟待提升,控制系统功能与性能的测试验证尤为重要,而现场试验成本高、周期长,难以全面覆盖复杂多变的实际工况。为此,提出一种控制策略快速测试方法,通过创建接近真实运行条件的模拟场景,对控制器进行测试和验证。开发软件仿真环境,对控制系统的软件进行测试和验证;设计软件模型,对控制系统软件进行建模和分析,在仿真环境中进行验证和测试;设计测试用例,以覆盖水工程控制系统可能出现的各种情况和场景,确保智能控制系统软件在实际应用中的可靠性和稳定性。结果表明:构建的测试系统能够满足闸站控制设备及控制策略的验证需求,可有效改善测试成本高、周期长、真实场景测试难以及特殊工况不可复现等问题。 展开更多

关键词 硬件在环测试 闸站控制器 半实物仿真 闸前常水位运行 控制策略验证

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闸控湖泊水生植物恢复的敏感生态水位研究——以固城湖为例 被引量：1

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作者 谢得宝 周敏 +3 位作者 冯俊 姚亚芹 郭刘超 陆海明 《水利水运工程学报》 北大核心 2025年第3期14-24,共11页

水位变化对湖泊水生植物生长发育有着重要影响。分析了固城湖2006—2023年水位、2013—2021年水生植物变化特征,探讨了固城湖水生植物对水位变化的响应关系,提出了基于水生植物恢复的闸控湖泊敏感期生态水位。研究结果表明:(1)2006—201... 水位变化对湖泊水生植物生长发育有着重要影响。分析了固城湖2006—2023年水位、2013—2021年水生植物变化特征,探讨了固城湖水生植物对水位变化的响应关系,提出了基于水生植物恢复的闸控湖泊敏感期生态水位。研究结果表明:(1)2006—2011年固城湖平均水位为8.47m;2012年新建出入湖水闸投入使用,为提高水资源利用量,固城湖汛后蓄水位由8.50m提高到9.50m,2012—2015年平均水位达到9.69m;2016年以来,受芜申航道通航影响,湖泊水位年内波动较大,2016—2023年平均水位为8.98m。(2)2013—2021年固城湖水生植物种类呈下降趋势;优势种由菹草、竹叶眼子菜、荇菜转变为菹草,水生植物群落逐渐趋向单一化,存在由草型湖泊向藻型湖泊转变的趋势。(3)固城湖3—4月、12月—次年4月水位超过9.00m的天数与5月份水生植物生物量呈显著负相关(p≤0.05),水生植物萌发的关键时期保持较高的水位状态,是水生植物生物量明显下降的重要原因。(4)2024年水碧桥泵站的建成启用为进一步加强固城湖水资源精细化调度提供客观条件,为恢复水生植物多样性,初步拟定7.50m作为固城湖水生植物萌发的敏感生态水位,湖泊水位在敏感期(3—4月)可根据水生植物萌发情况在7.50~8.50m之间适当调整,使之与湖泊水资源利用及通航需要相协调。建议加强湖区水生态监测,进一步确定水生植物恢复的关键时期和重点区域;加强水利枢纽工程调度管理,制定精细化的调度方案,营造有利于恢复水生植物的水位变化过程,统筹实现防洪、供水、灌溉、生态、航运等多个目标。 展开更多

关键词 闸控湖泊 敏感生态水位 水生植物 固城湖

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基于长距离引调水工程的前馈控制优化

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作者 练继建 霍小龙 +3 位作者 王孝群 雷晓辉 何立新 龙岩 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第5期1025-1035,共11页

为解决长距离引调水工程蓄量二次补偿前馈控制运行方式中因蓄量超调导致的水位波动剧烈等问题,以南水北调中线工程陶岔渠首至十二里河节制闸段为研究对象,构建一种基于蓄量部分补偿的前馈控制优化模型。该模型引入蓄量比例系数,以目标... 为解决长距离引调水工程蓄量二次补偿前馈控制运行方式中因蓄量超调导致的水位波动剧烈等问题,以南水北调中线工程陶岔渠首至十二里河节制闸段为研究对象,构建一种基于蓄量部分补偿的前馈控制优化模型。该模型引入蓄量比例系数,以目标调控渠池下游节制闸的闸前水位变幅最小为优化目标,求解最优闸门协同控制方案。基于一维水动力仿真系统,通过设定多种用水工况及4种典型分水工况,对不同运行条件的前馈控制性能进行研究分析。结果表明:在所有测试工况下,优化模型不仅实现了目标调控渠池与非目标调控渠池水位波动的协同控制(水位变幅均满足0.1 m的规范限值),而且在典型分水工况下显著抑制水位波动幅度(IAE指标降幅88.16%~95.32%,NISE指标降幅91.50%~99.94%),同步降低闸门操作强度(NIAW指标降幅62.37%~83.11%),并将系统稳定时间缩短至约3 h。研究成果可为南水北调中线工程的前馈控制提供一种新的技术方案。 展开更多

关键词 南水北调工程 前馈控制优化 蓄量部分补偿 闸前水位控制 粒子群优化算法

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明渠模型预测控制快速优化计算方法 被引量：3

4

作者 李汉元 张召 +2 位作者 雷晓辉 王浩 司乔瑞 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期484-490,共7页

针对基于圣维南方程使用启发式算法进行渠道预测控制时,现有优化计算方法生成调控方案时间过长、无法满足实时控制需求的问题,提出了一种基于多目标优化算法的快速优化方法.以一处试验渠道的数值模型作为控制对象,应用此方法构建了预测... 针对基于圣维南方程使用启发式算法进行渠道预测控制时,现有优化计算方法生成调控方案时间过长、无法满足实时控制需求的问题,提出了一种基于多目标优化算法的快速优化方法.以一处试验渠道的数值模型作为控制对象,应用此方法构建了预测控制模型以生成调控方案,并构建了一维水动力模型对调控方案进行验证.研究发现在闸门控制系统中,超出水位控制范围的最大值最小、超出水位控制范围的平均值最小、闸门动作次数最少、闸门开度总变化量最小4个目标间能够相互诱导,加速优化计算过程4倍以上.在该试验渠道的流量计划调整工况中,验证了此种方法的有效性,将单次计算时间缩短至1 s内.验证效果表明,该方法在提高了水位控制效果的同时,能够减少由单独设置超出水位控制范围的最大值最小目标导致的非必要闸门调控,总计减少69%的闸门调控次数. 展开更多

关键词 渠道水位控制 预测控制 多目标优化 圣维南方程 闸门自动控制

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汛期降雨对南水北调中线干线京石段工程渠道水位影响 被引量：5

5

作者 王文川 尹航 邱林 《南水北调与水利科技》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期387-390,共4页

为了给南水北调中线工程实现全线通水后的汛期调度提供技术支撑和经验借鉴,基于2008年-2013年底南水北调中线干线京石段工程已经完成的四次向北京输水任务的相关资料,分析了通水过程中降雨对渠道水位的影响,结果表明在试运行期间汛期降... 为了给南水北调中线工程实现全线通水后的汛期调度提供技术支撑和经验借鉴,基于2008年-2013年底南水北调中线干线京石段工程已经完成的四次向北京输水任务的相关资料,分析了通水过程中降雨对渠道水位的影响,结果表明在试运行期间汛期降雨多以小雨为主,渠道内水位普遍上涨20~30mm,当渠道内发生中到大雨时,渠道内的水位一般上涨80~100mm;结果表明4次通水过程由于没有特大暴雨,水位上涨幅度较小,对渠道安全没有影响;并基于河北省中小流域设计暴雨洪水图集,探讨了不同重现期暴雨对渠道水位的影响规律,给出了不同重新重现期条件下的控制水位。 展开更多

关键词 南水北调中线 京石段 汛期 降雨 控制水位 闸前水位 输水调度

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长距离明渠调水工程蓄量动态调节控制算法研究 被引量：5

6

作者 崔巍 陈文学 穆祥鹏 《中国水利水电科学研究院学报》 北大核心 2015年第6期421-427,共7页

本文阐明了明渠渠池蓄量与节制闸闸前水位之间的单值对应关系,在此基础上提出一套通过动态调节渠池蓄量,实现闸前常水位运行的控制算法。该算法基于流量平衡和蓄量平衡关系推导,前馈控制与反馈控制相结合。前馈控制根据分水口计划主动... 本文阐明了明渠渠池蓄量与节制闸闸前水位之间的单值对应关系,在此基础上提出一套通过动态调节渠池蓄量,实现闸前常水位运行的控制算法。该算法基于流量平衡和蓄量平衡关系推导,前馈控制与反馈控制相结合。前馈控制根据分水口计划主动调节各渠池蓄量,起粗调作用;反馈控制针对前馈控制过程出现的水位偏差,通过动态调节各渠池蓄量实时校正,起细调作用。该算法具有原理简单,参数率定简便,控制规则灵活,实用性强等特点。算法在南水北调东线工程胶东段渠道进行了仿真测试,模拟环境包含水位死区和闸门运动死区。结果表明,所提算法能够有效克服长距离明渠水力滞后的影响,及时有效消除各渠池闸前水位偏差,将水位波动限定在安全范围内。 展开更多

关键词 水力学 南水北调 控制算法 闸前常水位运行 闸门死区

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海河二道闸和防潮闸优化调度研究 被引量：1

7

作者 高学平 张晨 +1 位作者 于丽丽 果有娜 《中国农村水利水电》 北大核心 2005年第5期30-32,共3页

汛期为腾空海河河道并保证二道闸下咸水不致上溯,二道闸闸下水位应控制在1.0 m左右。利用一维非恒定流模型对海河自西河闸至入海口河段进行数值模拟,研究了西河闸分流量为80、100、120 m3/s 3 种情况下,海河防潮闸和二道闸优化调度结果。

关键词 控制水位 闸门开度 非恒定流模型 优化调度

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河工模型尾门水位控制系统的设计与研究 被引量：4

8

作者 李俊敏 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2016年第5期135-138,共4页

为了提高河工模型试验自动控制的水平,确保试验过程的精确性,自主开发了尾门水位控制系统。通过研究尾门结构,采用尾门水位的PID调节算法,结合拉格朗日插值方法,实现了尾门水位的自动控制。恒定流和非恒定流试验结果表明:该控制系统保... 为了提高河工模型试验自动控制的水平,确保试验过程的精确性,自主开发了尾门水位控制系统。通过研究尾门结构,采用尾门水位的PID调节算法,结合拉格朗日插值方法,实现了尾门水位的自动控制。恒定流和非恒定流试验结果表明:该控制系统保证了尾门水位控制的快速性和稳定性;提高了试验精度,其尾门水位控制重复精度<1 mm;该系统可使河工模型研究试验的可重复性得到提高,且提高了试验效率,节约了试验成本。 展开更多

关键词 河工模型 尾门水位控制系统 栅板式尾门 PID调节 目标水位 尾门水位

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基于状态机模型的无线式双闸门监控系统设计 被引量：1

9

作者 王卓君 杨群丰 +1 位作者 沙鑫美 范凯 《电网与清洁能源》 北大核心 2015年第10期50-54,共5页

为实现对水库闸门的远程监控,提升闸门监控的准确性与可靠性,以集成射频(RF)功能的片上系统芯片(SOC)CC2430为硬件核心,结合CYH3016水位传感器和WQT 10.4吋串口触摸屏,设计了一套集水位监测、水情分析、闸门控制于一体的无线式闸门监控... 为实现对水库闸门的远程监控,提升闸门监控的准确性与可靠性,以集成射频(RF)功能的片上系统芯片(SOC)CC2430为硬件核心,结合CYH3016水位传感器和WQT 10.4吋串口触摸屏,设计了一套集水位监测、水情分析、闸门控制于一体的无线式闸门监控系统。系统软件基于有限状态机模型设计,提供了良好的参数设置接口,能够依据监测的实时水位进行准确的水情分析,制定闸门控制策略,经无线方式驱动闸门电机实现可靠的闸门控制。结果表明,试验测定系统可支持至少400 m的无线数据传输,且闸门控制响应时间不超过1 s,性能良好。 展开更多

关键词 闸门控制 水位监测 无线传输 状态机模型

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三峡五级船闸运行级数及补水判断程序

10

作者 段波 蒋筱民 董博文 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 2002年第4期338-341,共4页

三峡五级船闸是目前世界上规模最大的通航设施.船闸投入运行的级数需根据不同上、下游水位的组合来确定.本文分析推导了在满足各闸室设计允许的最高、最低通航水位及输水阀门最高工作水头条件下,根据实测的上、下游水位判断运行级数、... 三峡五级船闸是目前世界上规模最大的通航设施.船闸投入运行的级数需根据不同上、下游水位的组合来确定.本文分析推导了在满足各闸室设计允许的最高、最低通航水位及输水阀门最高工作水头条件下,根据实测的上、下游水位判断运行级数、计算补水量的方法和数学模型,解决了监控系统自动生成船闸运行级数、自动判断补水及补水量计算等问题. 展开更多

关键词 三峡五级船闸 上下游水位 运行级数 补水 监控系统程序

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南水北调中线邯邢渠段非恒定流水力数值模拟

11

作者 张晓雷 王鹏涛 孙东坡 《人民长江》 北大核心 2008年第18期69-71,共3页

针对南水北调中线输水渠道在非正常运用工况条件下节制闸前水位计算的要求,以MATLAB为软件平台,编制相应的水力计算程序,进行非正常工况运行时的非恒定流模拟计算。通过对非正常工况条件下各节制闸不同工况的水力模拟,计算得到了各渠段... 针对南水北调中线输水渠道在非正常运用工况条件下节制闸前水位计算的要求,以MATLAB为软件平台,编制相应的水力计算程序,进行非正常工况运行时的非恒定流模拟计算。通过对非正常工况条件下各节制闸不同工况的水力模拟,计算得到了各渠段节制闸前的水位变化过程及其它要素。分析表明,计算成果基本是合理的。 展开更多

关键词 明渠非恒定流 节制闸 水力计算 数值模拟 水位壅高 南水北调中线工程

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河工模型试验水槽尾门控制系统设计研究

12

作者 李俊敏 《人民长江》 北大核心 2015年第18期80-82,共3页

水槽是河工模型试验中不可缺少的设备。为提高试验水槽的自动控制水平,确保试验过程的准确性,通过研究尾门结构,分析尾门水位特性,采用拉格朗日插值运算和PID调节算法对栅板式尾门进行了设计研究,完成了试验水槽尾门控制系统的设计与开... 水槽是河工模型试验中不可缺少的设备。为提高试验水槽的自动控制水平,确保试验过程的准确性,通过研究尾门结构,分析尾门水位特性,采用拉格朗日插值运算和PID调节算法对栅板式尾门进行了设计研究,完成了试验水槽尾门控制系统的设计与开发,实现了尾门水位的自动控制,保证了尾门水位控制的快速性和稳定性(尾门水位控制重复误差小于1 mm)。该河工模型试验水槽尾门控制系统已在恒定流和非恒定流等多个河工模型试验中广泛应用。 展开更多

关键词 河工模型 试验水槽 水位控制系统 栅板式尾门 PID调节

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河工模型试验目标水位突降时尾门水位的控制 被引量：3

13

作者 杜剑锋 马志敏 范北林 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2016年第4期131-134,共4页

针对河工模型试验过程中目标水位下降幅度过大时可能造成尾门开启过度、流速急剧增加,从而导致动床地形冲毁的现象,提出了一种尾门平稳过渡控制的方法。即在试验开始阶段,停止尾门调节器PID(proportion-integration-differentiation)控... 针对河工模型试验过程中目标水位下降幅度过大时可能造成尾门开启过度、流速急剧增加,从而导致动床地形冲毁的现象,提出了一种尾门平稳过渡控制的方法。即在试验开始阶段,停止尾门调节器PID(proportion-integration-differentiation)控制模式,采用逐步开启尾门,直至模型水位接近目标水位后再自动转入PID调节模式。在试验过程中,目标水位降幅超过设定的正常幅度后,调节器自动将目标水位变化分解为按阶梯逐步下降的过程,阶梯的幅度和持续时间可以根据实际模型事先整定。将新方法应用到长江防洪模型供水系统,并嵌入到尾门PID调节系统中。试验表明:采用这些方法后,能有效抑制目标水位降幅过大时造成尾门的超调,保证了尾门水位的平稳过渡,并且有效提高了尾门控制的平稳性和试验系统的可靠性;新方法使得水位调节平衡的时间有所增加,应根据模型的特性,选择适当的控制参数。 展开更多

关键词 尾门水位调节 PID算法 流速 地形 河工模型试验

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梯级泵站输水系统预测控制方法研究 被引量：3

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作者 郑和震 田雨 +2 位作者 王澈 雷晓辉 付晓杰 《人民黄河》 CAS 北大核心 2018年第2期140-143,共4页

南水北调来水调入密云水库调蓄工程前半段是由泵站、渠道、节制闸等构成的复杂梯级泵站输水系统。为了应对该输水系统经常出现流量不平衡可能带来的水位超出极值约束的问题,建立一种新的预测控制方法,基于恒定流模型建立各渠段的站前水... 南水北调来水调入密云水库调蓄工程前半段是由泵站、渠道、节制闸等构成的复杂梯级泵站输水系统。为了应对该输水系统经常出现流量不平衡可能带来的水位超出极值约束的问题,建立一种新的预测控制方法,基于恒定流模型建立各渠段的站前水位—流量—蓄量关系,通过水量平衡和插值计算对蓄量和站前水位的时间变化规律进行预测,进而提出控制策略。该预测方法经实际运行数据检验,精度较高、方法简单实用,可用于密云水库调蓄工程梯级泵站输水系统实际运行控制。 展开更多

关键词 梯级泵站 水位—流量—蓄量关系 水量平衡 预测控制

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气动盾形闸门的自适应模糊PID控制策略研究 被引量：4

15

作者 杨锋 冯磊华 《液压与气动》 北大核心 2014年第9期71-74,共4页

气动盾形闸门是综合了传统钢闸门及橡胶坝优点的一种新型闸门,已成为目前水利工程的发展趋势,但在我国的使用才刚刚起步。针对该闸门在使用过程中存在水位控制不够精确、滞后较大的问题,设计了一种自适应模糊PID控制算法,并从以往运行... 气动盾形闸门是综合了传统钢闸门及橡胶坝优点的一种新型闸门,已成为目前水利工程的发展趋势,但在我国的使用才刚刚起步。针对该闸门在使用过程中存在水位控制不够精确、滞后较大的问题,设计了一种自适应模糊PID控制算法,并从以往运行的经验中总结出一系列模糊规则。通过仿真结果对比分析,自适应模糊PID的超调量、调整时间以及误差均比常规PID控制有较大降低,较好地解决了气动盾形闸门在水位控制中的问题,为该闸门在我国的进一步推广打下了坚实的基础。 展开更多

关键词 气动盾形闸门 自适应模糊PID 水位控制 水利工程

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糯扎渡水电站泄洪洞弧形闸门安装质量控制 被引量：6

16

作者 李垂 傅萌 欧阳锋 《人民长江》 北大核心 2012年第4期70-72,共3页

糯扎渡水电站泄洪洞工作弧门有动水启闭和局部开启运行要求,闸门设常规和冲压水封(全关工况冲压水封止水)。监理工程师对闸门安装前的准备工作进行了逐一检查,分析了影响闸门整体安装质量的关键工序,确定了支铰大梁和支铰安装是弧形闸... 糯扎渡水电站泄洪洞工作弧门有动水启闭和局部开启运行要求,闸门设常规和冲压水封(全关工况冲压水封止水)。监理工程师对闸门安装前的准备工作进行了逐一检查,分析了影响闸门整体安装质量的关键工序,确定了支铰大梁和支铰安装是弧形闸门安装的质量关键点;左右固定支铰轴孔的同心度、钢梁的倾斜度、左右支铰到孔口中心线距离、支铰轴孔中心连线到底水中心线的距离、二期混凝土浇筑导致的变形是安装质量控制重点。闸门安装完成后,经过调试和试运行,安装质量达到了较高水平。对整个安装过程作了详细介绍,可为同类工程参考。 展开更多

关键词 高水头 充压水封 弧形闸门 质量控制 糯扎渡水电站

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用可编程序控制器实现水泵联锁控制

17

作者 肖俊民 王兴成 《西北电力技术》 2002年第1期48-50,共3页

介绍了适用于工业废水池水泵自动控制的简便易行的方法 ,该方法不使用水位转换仪表 ,直接使用可编程序控制器 (ProgrammableController简称PC)即可实现水位高低检测与水泵的联锁控制。实践证明 ,这种方法简单可靠 。

关键词 废水处理厂 水泵 联锁控制 可编程序控制器 工业废水

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低水头引水枢纽若干设计参数的选取问题

18

作者 王静 胡千舟 毛建刚 《西北水资源与水工程》 2001年第1期37-40,共4页

在进行低水头引水枢纽设计时 ,必然会遇到决定如引水枢纽畅泄冲沙水位、各闸的单宽流量或闸室净宽、各闸底板高程、各闸之间的相对高差等参数问题。本文通过分析闸前水流及过闸水流的水力学关系 ,提出了设计参数选取的一般原则及关联关... 在进行低水头引水枢纽设计时 ,必然会遇到决定如引水枢纽畅泄冲沙水位、各闸的单宽流量或闸室净宽、各闸底板高程、各闸之间的相对高差等参数问题。本文通过分析闸前水流及过闸水流的水力学关系 ,提出了设计参数选取的一般原则及关联关系式。应用这些设计参数选取原则及关联关系式 。 展开更多

关键词 低水头引水枢纽 闸前水位 单宽流量 水力学 设计

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耦合水位控制规则的水电站泄洪-发电联合分层优化调度

19

作者 何中政 李邦浩 +3 位作者 黎良辉 曹志明 兰芳 涂强 《水科学进展》 2025年第5期895-904,共10页

针对水电站泄洪-发电联合优化调度中考虑闸门动作使得决策变量维度激增和调度期末水位难控制的问题,本文提出机组-闸门分层优化策略,将所有闸门聚合为一个虚拟闸门,上层模型对多机组和虚拟闸门进行泄洪-发电优化调度,下层将虚拟闸门总... 针对水电站泄洪-发电联合优化调度中考虑闸门动作使得决策变量维度激增和调度期末水位难控制的问题,本文提出机组-闸门分层优化策略,将所有闸门聚合为一个虚拟闸门,上层模型对多机组和虚拟闸门进行泄洪-发电优化调度,下层将虚拟闸门总流量在所有闸门中进行优化分配,实现问题降维;同时,提出流量分级水位控制策略,来水较大时开展泄洪-发电联合优化调度,来水较小时依据水位控制规则退水,确保调度期末水位合理消落。以峡江水库开展实例分析,试验结果表明:相比传统联合优化模型,分层模型洪峰流量从17 490 m^(3)/s降至16 647 m^(3)/s,削峰率从22.3%升至26.0%,发电量从558万kW·h增至567万kW·h;耦合水位控制策略后,削峰率提升至26.6%,期末水位从46.00 m降至45.47 m。该模型可为水电站泄洪-发电联合优化调度提供技术参考。 展开更多

关键词 泄洪-发电调度 水电站 机组-闸门分层优化 水位控制规则

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