1.本发明涉及水利工程技术领域，尤其是涉及一种水库洪水调度全过程的智能调控方法。
背景技术：2.洪水灾害的时空不确定性导致洪灾的局部性和水利工程措施的非灵活性的矛盾凸显，为有效缓解这两者之间的矛盾，实行工程与非工程措施相结合的防洪防灾显得更为重要，洪水预报调度系统应运而生。但当前绝大多数系统的功能设计与实际业务脱节，难以满足洪水调度的实际需求，在水库调度中的具体表现为缺乏针对调度指令的具体下泄方案推荐及调度过程实时跟踪：大多数的系统只能对选定的洪水预报结果进行调度方案计算，如计算在指令下泄流量下的调度结果，或计算在某一开闸方案下的调度结果，这些结果往往是理想的，是用于辅助洪水预报的。
3.在中国专利文献上公开的“一种汛期常遇洪水下的水库水位控制方法”，其公开号为cn106874657b，公开日期为2018-05-22，包括步骤一：根据水文气象信息确定汛期第一级梯级水库区间来水量；步骤二：确定各级梯级水库库容上限；步骤三：计算各级梯级水库末期容量；步骤四：计算梯级水库总发电量。在梯级水库中，具有一定调节能力的水库，在不同时期不同水位下具有不同的调节库容，调蓄洪水的能力也不同。以梯级中具有一定调节性能的水库典型洪水作为输入，结合水库调度图中不同时期的不同水位作为起调水位，以梯级优化为目标建立模型进行调节演算，计算梯级发电量，且具有一定调节性能的水库期末水位不超防洪限制水位或正常高水位，为梯级水库的调度运行提供了更多的选择，为优化调度提供了策略支撑。但是该技术只是对水库的长期的抽象化的调度策略演算方法，对于实际的水库调度工作来说，当上级下发调度指令之后，系统无法根据调度令给出具体的开闸方案，调度人员需要根据经验自行判断开闸方式，而且在调度方案实施过程中，下泄流量会随着水位的变化而变化，初始的开闸方案可能已经无法满足指令流量，但该技术缺乏对实时下泄流量的跟踪计算，需要调度人员每个固定时间根据水位计算一次真实流量，并与指令流量对比，判断是否需要调整闸门开度，对调度人员来说是一件重复劳动的工作。
技术实现要素：4.本发明是为了克服现有技术中的水库调度缺乏针对调度指令的具体下泄方案推荐及调度过程实时跟踪的问题，提供了一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，在调度实施前根据指令流量提供调度方案推荐、在调度过程中实时跟踪计算水库下泄流量，并根据流量偏差对调度方案及时进行调整，从而实现对水库洪水调度全过程的智能调控，节省了调度人员的重复劳动。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，包括：
7.调度方案推荐，根据指令流量、水库流量参数和闸门开启的约束条件确定开闸方
案；
8.调度过程跟踪，在执行开闸方案后根据实时水位计算水库实际下泄流量，并计算实际下泄流量与指令流量的偏差；
9.调度过程调控，当实际下泄流量与指令流量的偏差超过预设的允许偏差时，进行新的开闸方案调整提醒。
10.本发明中包括调度方案推荐、调度过程跟踪及调度过程调控三个阶段，涵盖整个调度过程，是内置在水库洪水调度系统后台的一套算法；第一阶段，系统根据指令流量、水库当前水位和闸门开启的其他约束条件确定最佳开闸方案；第二阶段，闸门开启后，每隔一定时间根据闸门开度、当前水位计算水库实际下泄流量，并判断实际下泄流量与指令流量的偏差是否在允许范围内；第三阶段，系统读取第二阶段的反馈结果，若偏差超过允许范围，则系统以弹窗及其他方式提醒调度人员是否接受新方案的调整，若接受，则根据当前水位、指令流量计算新的开闸方案，否则不做方案调整计算；通过调度过程的三阶段，最终实现对水库洪水调度全过程的智能调控。
11.作为优选，所述调度方案推荐中根据起调水位l0、泄洪洞限制水位ld和发电限制水位le对开闸方案进行规划：
12.当l0≤ld时，接收到调度指令流量qc后只开启泄洪洞即可满足流量下泄需求，开启泄洪洞孔数nh＝qc/qh，qh为每个泄洪洞的下泄流量；
13.当ld《l0≤le时，启动发电机组进行发电泄洪，开启发电机组的台数ne＝[qc/qe](取整数)，qe为每台发电机组的下泄流量；
[0014]
当l0》le时，只需开启泄洪闸，此时的泄洪闸需下泄流量qz＝qc，根据起调水位l0、泄洪闸需下泄流量qz以及闸门的水位开度流量关系查算表确定对应闸门的开度，当一孔闸门开度最大无法满足泄洪闸需下泄流量qz时，逐渐增加闸门孔数，直到满足为止。
[0015]
本发明中指令流量是指决定水库是否放水的管理部门下发放水指令限定的流量值；下泄流量是指水库通过各种排水设施，如泄洪闸、泄洪洞、发电机组等向下游放水的总流量；闸门开度是指闸门开启时距离底部的高度；泄洪洞是在水库水位较低时开启，解决开启泄洪闸或发电机组泄洪不佳的情况，小于等于泄洪洞限制水位则启动泄洪洞，否则启动发电机组或开启泄洪闸；在本发明中需满足泄洪洞限制水位ld小于发电限制水位le；此外闸门的水位开度流量关系查算表为每个闸门完成安装后固有的属性，在完成闸门的安装后工作人员会专门进行测量形成查算表，本领域技术人员可以直接通过查询得到。
[0016]
作为优选，当启动发电机组进行发电并泄洪时，若需开启的发电机组的台数ne》n0，n0为发电机组总台数，则需要开启泄洪闸辅助泄洪，此时的泄洪闸需下泄流量qz＝q
c-n0·
qe，根据起调水位l0、泄洪闸需下泄流量qz以及闸门的水位开度流量关系查算表确定对应闸门的开度。当一孔闸门的开度最大仍然无法满足泄洪闸需下泄流量qz时，逐渐增加开启的闸门孔数。
[0017]
本发明中水库中设置的发电机组数量是有限的，当计算的开闸方案中需要开启的发电机组数量超过总的发电机组数量时，说明单凭发电机组的下泄流量无法满足指令流量，此时可以开启泄洪闸来辅助泄洪；在通过泄洪闸进行泄洪时首先开启一个闸门即一孔闸门进行泄洪，当一孔闸门的最大开度无法满足需要下泄的指令流量时，再依次增加开启的闸门孔数，已逐渐接近指令流量；最终生成的开闸方案包括有开启的泄洪洞数量、开启的
发电机组数量和开启的泄洪闸数量及每个闸门对应的开度。
[0018]
作为优选，所述调度过程跟踪中每间隔固定时间t计算一次水库的实际下泄流量q
ac
＝q1+q2+q3；其中q1为通过闸门的实际下泄流量，根据实时水位l
p
和各个闸门的开度，查算出每孔闸门的实际下泄流量进行求和得到；q2为通过泄洪洞的实际下泄流量，q2＝nh·
qh；q3为通过发电机组的实际下泄流量，q3＝ne·
qe。水库的实际下泄流量与指令流量的偏差包括绝对出流量偏差d
ab
和相对出流偏差d
re
；其中绝对出流偏差d
ab
＝|q
ac-qc|，相对出流偏差d
re
＝(|q
ac-qc|/qc)
·
100％。
[0019]
本发明中间隔的固定时间t可以根据实际需要进行调整，水库的实际下泄流量是通过所有下泄途径的下泄流量之和；对于计算水库的实际下泄流量和指令流量的偏差即计算了绝对出流量偏差又计算了相对出流量偏差，因此可以根据实际情况的需要选择不同的偏差作为判断的依据，在该过程中每台发电机组的下泄流量qe和每个泄洪洞的下泄流量qh也可以通过设置流量检测装置进行检测更新，使得计算结果更精确。
[0020]
作为优选，所述调度过程调控中，当绝对出流量偏差d
ab
≥d
ab,max
且相对出流偏差d
re
≥d
re,max
时，触发新的开闸方案调整提醒；若接受调整则根据当前条件重复调度方案推荐的计算过程确定新的开闸方案，若不接受调整则继续当前的调度过程跟踪。或者所述调度过程调控中，当绝对出流量偏差d
ab
≥d
ab,max
或相对出流偏差d
re
≥d
re,max
时，触发新的开闸方案调整提醒；若接受调整则根据当前条件重复调度方案推荐的计算过程确定新的开闸方案，若不接受调整则继续当前的调度过程跟踪。
[0021]
本发明中调度人员对于绝对出流偏差和相对出流偏差的关系可以提前设置为“and”或“or”，d
ab,max
表示允许绝对流量偏差，d
re,max
表示允许相对流量偏差；当设置为“and”时，需要绝对出流偏差和相对出流偏差同时超出允许偏差才会触发方案调整提醒，当设置为“or”时，两者只需要有一个超出允许偏差就会触发方案调整提醒；调度人员在收到方案调整提醒后可以根据水库水位和流量的实际情况选择进行调整或者不调整。
[0022]
本发明具有如下有益效果：不仅可以在调度前根据指令下泄流量推荐具体的闸门开启方案，还能调度过程中实时跟踪计算水库实际下泄流量，并判断进行方案调整的必要性，然后根据实际需要给出新的开闸方案，实现对水库洪水调度全过程的智能调控，节省了调度人员的重复劳动。
附图说明
[0023]
图1是本发明智能调控方法的流程图；
[0024]
图2是本发明智能调控的结果示意图。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
[0026]
如图1所示，一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，包括三个阶段：调度方案推荐，根据指令流量、水库流量参数和闸门开启的约束条件确定开闸方案；调度过程跟踪，在执行开闸方案后根据实时水位计算水库实际下泄流量，并计算实际下泄流量与指令流量的偏差；调度过程调控，当实际下泄流量与指令流量的偏差超过预设的允许偏差时，进行新的开闸方案调整提醒。
[0027]
在调度方案推荐阶段：调度系统根据指令流量、水库起调水位(默认为水库当前水位)、闸门的水位开度流量关系查算表、发电机组及泄洪洞等设施的流量参数，找到满足指令流量的开闸方案，开闸方案包括闸门开启孔数及每孔开度、发电机组开启台数和泄洪洞开启个数。开闸方案可以有多种，因此需结合其他约束条件，主要为闸门的开启规则及条件，如闸门对称开启原则、闸门开度要求、发电机组开启条件、泄洪洞开启条件、闸门关停规则等来确定最佳开闸方案，使得推荐的开闸方案能更加符合实际业务需求。
[0028]
调度方案推荐中根据起调水位l0、泄洪洞限制水位ld和发电限制水位le对开闸方案进行规划：
[0029]
当l0≤ld时，接收到调度指令流量qc后只开启泄洪洞即可满足流量下泄需求，开启泄洪洞孔数nh＝qc/qh，qh为每个泄洪洞的下泄流量；
[0030]
当ld《l0≤le时，启动发电机组进行发电泄洪，开启发电机组的台数ne＝[qc/qe](取整数)，qe为每台发电机组的下泄流量；若ne≤n0时，n0为发电机组总台数，则只需开启发电机组，否则还需开启泄洪闸；
[0031]
当l0》le时，只需开启泄洪闸，此时的泄洪闸需下泄流量qz为指令流量qc，根据起调水位l0、泄洪闸需下泄流量qz以及闸门的水位开度流量关系查算表确定对应闸门的开度，即起调水位和最接近的流量所对应的开度。当一孔闸门的开度最大仍然无法满足泄洪闸需下泄流量qz时，逐渐增加开启的闸门孔数。
[0032]
当启动发电机组进行发电并泄洪时，若需开启的发电机组的台数ne》n0，n0为发电机组总台数，则需要开启泄洪闸辅助泄洪，此时的泄洪闸需下泄流量qz＝q
c-n0·
qe，根据起调水位l0、泄洪闸需下泄流量qz以及闸门的水位开度流量关系查算表确定对应闸门的开度，同样的当一孔闸门的开度最大仍然无法满足泄洪闸需下泄流量qz时，逐渐增加开启的闸门孔数。
[0033]
另外若调度人员对闸门的开启有其他要求，如闸门需对称开启，则在闸门开启的数量及开度确定后，需根据对称原则给出具体的推荐方案。若推荐的开闸方案存在多种，调度人员可在推荐方案中进行选择，也可根据实际需要在推荐方案的基础上进行修改，然后生成新的调度方案，并制作成包含闸门开启孔数及每孔开度、发电机组开启台数和泄洪洞开启个数的调度单。
[0034]
在调度过程跟踪阶段：当开闸方案被执行完毕后，调度系统收到调度人员的反馈，获取到已执行完的调度单情况，然后系统开始实时跟踪该调度过程。系统根据当前水位即实时水位、闸门开启状态、闸门水位开度流量关系查算表、发电机组及泄洪洞等设施的流量参数，每隔一定时间，如1小时，计算一次水库实际下泄流量，并将实际下泄流量与指令流量放在同一曲线图中进行对比。
[0035]
调度过程跟踪中每间隔固定时间t计算一次水库的实际下泄流量q
ac
＝q1+q2+q3；其中q1为通过闸门的实际下泄流量，根据实时水位l
p
和各个闸门的开度，查算出每孔闸门的实际下泄流量进行求和得到；q2为通过泄洪洞的实际下泄流量，q2＝nh·
qh；q3为通过发电机组的实际下泄流量，q3＝ne·
qe。水库的实际下泄流量与指令流量的偏差包括绝对出流量偏差d
ab
和相对出流偏差d
re
；其中绝对出流偏差d
ab
＝|q
ac-qc|，相对出流偏差d
re
＝(|q
ac-qc|/qc)
·
100％。
[0036]
在调度过程调控阶段，调度人员可预先设置允许绝对出流偏差d
ab,max
和允许相对
出流偏差d
re,max
的值，并可定义二者是“and”或“or”的关系，然后根据实际下泄流量计算出流偏差，并将其与调度人员设置的允许出流偏差进行比较，判断出流偏差是否在允许范围内，当出流偏差超过设置的允许最大偏差时发出方案调整提醒。
[0037]
调度过程调控中，第一种触发情况：当绝对出流量偏差d
ab
≥d
ab,max
且相对出流偏差d
re
≥d
re,max
时，触发新的开闸方案调整提醒；若接受调整则根据当前条件重复调度方案推荐的计算过程确定新的开闸方案，若不接受调整则继续当前的调度过程跟踪，如此循环往复，直到调度结束。
[0038]
第二种触发情况：当绝对出流量偏差d
ab
≥d
ab,max
或相对出流偏差d
re
≥d
re,max
时，触发新的开闸方案调整提醒；若接受调整则根据当前条件重复调度方案推荐的计算过程确定新的开闸方案，若不接受调整则继续当前的调度过程跟踪，如此循环往复，直到调度结束。
[0039]
如图2所示为水库洪水调度全过程的智能调控结果示意图，最初开始调度时，实际下泄流量与指令流量一致，随着时间的推移，水库水位发生变化，实际下泄流量与指令流量的偏差逐渐增大，当偏差增大到超出调度人员设置的最大允许范围时，触发方案调整提醒，当调度人员接收新的开闸方案进行调整后，实际下泄流量与指令流量重新回到一致的状态。
[0040]
本发明中包括调度方案推荐、调度过程跟踪及调度过程调控三个阶段，涵盖整个调度过程，是内置在水库洪水调度系统后台的一套算法；第一阶段，系统根据指令流量、水库当前水位和闸门开启的其他约束条件确定最佳开闸方案；第二阶段，闸门开启后，每隔一定时间根据闸门开度、当前水位计算水库实际下泄流量，并判断实际下泄流量与指令流量的偏差是否在允许范围内；第三阶段，系统读取第二阶段的反馈结果，若偏差超过允许范围，则系统以弹窗及其他方式提醒调度人员是否接受新方案的调整，若接受，则根据当前水位、指令流量计算新的开闸方案，否则不做方案调整计算；通过调度过程的三阶段，最终实现对水库洪水调度全过程的智能调控。
[0041]
本发明中指令流量是指决定水库是否放水的管理部门下发放水指令限定的流量值；下泄流量是指水库通过各种排水设施，如泄洪闸、泄洪洞、发电机组等向下游放水的总流量；闸门开度是指闸门开启时距离底部的高度；泄洪洞是在水库水位较低时开启，解决开启泄洪闸或发电机组泄洪不佳的情况，小于等于泄洪洞限制水位则启动泄洪洞，否则启动发电机组或开启泄洪闸；在本发明中需满足泄洪洞限制水位ld小于发电限制水位le；此外闸门的水位开度流量关系查算表为每个闸门完成安装后固有的属性，在完成闸门的安装后工作人员会专门进行测量形成查算表，本领域技术人员可以直接通过查询得到。
[0042]
本发明中水库中设置的发电机组数量是有限的，当计算的开闸方案中需要开启的发电机组数量超过总的发电机组数量时，说明单凭发电机组的下泄流量无法满足指令流量，此时可以开启泄洪闸来辅助泄洪；在通过泄洪闸进行泄洪时首先开启一个闸门即一孔闸门进行泄洪，当一孔闸门的最大开度无法满足需要下泄的指令流量时，再依次增加开启的闸门孔数，已逐渐接近指令流量；最终生成的开闸方案包括有开启的泄洪洞数量、开启的发电机组数量和开启的泄洪闸数量及每个闸门对应的开度。
[0043]
本发明中间隔的固定时间t可以根据实际需要进行调整，水库的实际下泄流量是通过所有下泄途径的下泄流量之和；对于计算水库的实际下泄流量和指令流量的偏差即计算了绝对出流量偏差又计算了相对出流量偏差，因此可以根据实际情况的需要选择不同的
偏差作为判断的依据，在该过程中每台发电机组的下泄流量qe和每个泄洪洞的下泄流量qh也可以通过设置流量检测装置进行检测更新，使得计算结果更精确。
[0044]
本发明中调度人员对于绝对出流偏差和相对出流偏差的关系可以提前设置为“and”或“or”，d
ab,max
表示允许绝对流量偏差，d
re,max
表示允许相对流量偏差；当设置为“and”时，需要绝对出流偏差和相对出流偏差同时超出允许偏差才会触发方案调整提醒，当设置为“or”时，两者只需要有一个超出允许偏差就会触发方案调整提醒；调度人员在收到方案调整提醒后可以根据水库水位和流量的实际情况选择进行调整或者不调整。
[0045]
上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，其特征在于，包括：调度方案推荐，根据指令流量、水库流量参数和闸门开启的约束条件确定开闸方案；调度过程跟踪，在执行开闸方案后根据实时水位计算水库实际下泄流量，并计算实际下泄流量与指令流量的偏差；调度过程调控，当实际下泄流量与指令流量的偏差超过预设的允许偏差时，进行新的开闸方案调整提醒。2.根据权利要求1所述的一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，其特征在于，所述调度方案推荐中根据起调水位l0、泄洪洞限制水位l
d
和发电限制水位l
e
对开闸方案进行规划：当l0≤l
d
时，接收到调度指令流量q
c
后只开启泄洪洞，开启泄洪洞孔数n
h
＝q
c
/q
h
，q
h
为每个泄洪洞的下泄流量；当l
d
<l0≤l
e
时，启动发电机组进行发电并泄洪，开启发电机组的台数n
e
＝[q
c
/q
e
]，q
e
为每台发电机组的下泄流量；当l0>l
e
时，开启泄洪闸，此时的泄洪闸需下泄流量q
z
＝q
c
，根据起调水位l0、泄洪闸需下泄流量q
z
以及闸门的水位开度流量关系查算表确定对应闸门的开度。3.根据权利要求2所述的一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，其特征在于，当启动发电机组进行发电并泄洪时，若需开启的发电机组的台数n
e
>n0，n0为发电机组总台数，则需要开启泄洪闸辅助泄洪，此时的泄洪闸需下泄流量q
z
＝q
c-n0·
q
e
，根据起调水位l0、泄洪闸需下泄流量q
z
以及闸门的水位开度流量关系查算表确定对应闸门的开度。4.根据权利要求2或3所述的一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，其特征在于，当一孔闸门的开度最大仍然无法满足泄洪闸需下泄流量q
z
时，逐渐增加开启的闸门孔数。5.根据权利要求1或2或3所述的一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，其特征在于，所述调度过程跟踪中每间隔固定时间t计算一次水库的实际下泄流量q
ac
＝q1+q2+q3；其中q1为通过闸门的实际下泄流量，根据实时水位l
p
和各个闸门的开度，查算出每孔闸门的实际下泄流量进行求和得到；q2为通过泄洪洞的实际下泄流量，q2＝n
h
·
q
h
；q3为通过发电机组的实际下泄流量，q3＝n
e
·
q
e
。6.根据权利要求5所述的一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，其特征在于，水库的实际下泄流量与指令流量的偏差包括绝对出流量偏差d
ab
和相对出流偏差d
re
；其中绝对出流偏差d
ab
＝|q
ac-q
c
|，相对出流偏差d
re
＝(|q
ac-q
c
|/q
c
)
·
100％。7.根据权利要求1或6所述的一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，其特征在于，所述调度过程调控中，当绝对出流量偏差d
ab
≥d
ab,max
且相对出流偏差d
re
≥d
re,max
时，触发新的开闸方案调整提醒；若接受调整则根据当前条件重复调度方案推荐的计算过程确定新的开闸方案，若不接受调整则继续当前的调度过程跟踪；d
ab,max
为允许绝对流量偏差，d
re,max
为允许相对流量偏差。8.根据权利要求1或6所述的一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，其特征在于，所述调度过程调控中，当绝对出流量偏差d
ab
≥d
ab,max
或相对出流偏差d
re
≥d
re,max
时，触发新的开闸方案调整提醒；若接受调整则根据当前条件重复调度方案推荐的计算过程确定新的开闸方案，若不接受调整则继续当前的调度过程跟踪，d
ab,max
为允许绝对流量偏差，d
re,max
为允许相对流量偏差。
技术总结本发明公开了一种水库洪水调度全过程的智能调控方法，包括：调度方案推荐，根据指令流量、水库流量参数和闸门开启的约束条件确定开闸方案；调度过程跟踪，在执行开闸方案后根据实时水位计算水库实际下泄流量，并计算实际下泄流量与指令流量的偏差；调度过程调控，当实际下泄流量与指令流量的偏差超过预设的允许偏差时，进行新的开闸方案调整提醒。本发明在调度实施前根据指令流量提供调度方案推荐、在调度过程中实时跟踪计算水库下泄流量，并根据流量偏差对调度方案及时进行调整，从而实现对水库洪水调度全过程的智能调控，节省了调度人员的重复劳动。员的重复劳动。员的重复劳动。
技术研发人员：沈寅杰 彭越 胡振 付友行
受保护的技术使用者：浙江中控信息产业股份有限公司
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
