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考虑梯级水库库容补偿和设计洪水不确定性的汛限水位动态控制域研究

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工程科学与技术 2017年第1期49卷 60-69页

作者：谭乔凤雷晓辉王浩王旭四川大学水利水电学院四川成都610065 中国水利水电科学研究院北京100038

汛限水位动态控制本质上是风险调度的范畴,其最主要的风险源来自于入库洪水的不确定性。不仅包括由于预报误差带来的实时调度风险,还包括由于设计阶段对于设计洪水不确定性考虑不周而存在的潜在防洪风险。本文针对梯级水库,提出了一种... 详细信息

汛限水位动态控制本质上是风险调度的范畴,其最主要的风险源来自于入库洪水的不确定性。不仅包括由于预报误差带来的实时调度风险,还包括由于设计阶段对于设计洪水不确定性考虑不周而存在的潜在防洪风险。本文针对梯级水库,提出了一种考虑库容补偿和设计洪水不确性的汛限水位动态控制域求解新方法。通过分析梯级水库库容补偿调度原理,定义了水库极限汛限水位上限值,并给出了考虑设计洪水不确定性的防洪风险定量表达式。以Copula函数为工具建立上游和区间天然来水的联合概率密度函数,求出下游遭遇某一设计洪水时,上游可能出现的洪水范围,从而得到考虑梯级水库调蓄作用的不确定性设计洪水。通过反复迭代计算最终得到兼顾防洪风险与兴利效益的汛限水位动态控制域。将该方法运用在考虑潘口库容补偿作用的黄龙滩汛限水位动态控制域计算中,并与同频率法和典型年法比较,得到以下结论:1)所提方法能通过挖掘历史洪水信息,为模拟梯级水库设计洪水不确定性提供参考信息;2)相对于同频率法和典型年法,所提方法推求的汛限水位动态控制域更加的安全;3)黄龙滩水库汛期运行水位可以从[240,247]m变为[240,248.21]m。可使汛期来水较多的2000年和来水较少的1994年分别增加发电量0.13和0.11×108k W·h。所提方法能充分考虑梯级水库库容补偿和设计洪水的不确定性,能得到不增加防洪风险的水库汛限水位动态控制域。

关键词：汛限水位动态控制域库容补偿不确定性风险

兼顾水调-电调需求的梯级水光互补调度及影响分析研究

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工程科学与技术 2024年

作者：郑明芬谭乔凤闻昕钱骏河海大学水利水电学院河海大学水安全与水科学协同创新中心

随着流域水资源管理体系愈发严格和新能源渗透率快速提升，新形势下流域水电水调、电调矛盾越发凸显。对此，本文提出了一种兼顾水调-电调需求的梯级水光互补调度方式，并系统评估了梯级水光互补调度的风险和效益。首先，以“累积偏差... 详细信息

随着流域水资源管理体系愈发严格和新能源渗透率快速提升，新形势下流域水电水调、电调矛盾越发凸显。对此，本文提出了一种兼顾水调-电调需求的梯级水光互补调度方式，并系统评估了梯级水光互补调度的风险和效益。首先，以“累积偏差耗水量”量化水调需求，并耦合到日前-实时嵌套的梯级水光互补发电调度模型，以实现水调、电调需求的协调兼顾。然后，基于风险传导机制构建了涵盖梯级水电、光伏、水光互补系统多层级的互补调度综合风险评价指标，从系统互补特性出发，构建了涉及发电、效率等多类别的互补调度综合效益评价指标，为多能互补调度的影响分析提供依据。以龙羊峡-拉西瓦-恰龙光伏电站2021年运行数据开展实例验证，结果表明：水调-电调兼顾方式可将综合利用破坏次数和最大综合利用破坏深度从26次和325.25×10～4m3降低至2次和66.26×10～4m3，日均机组启停次数减少0.1次/日，并大幅减少龙羊峡电站的闸门操作，梯级电站弃水量减少29.41%；且龙羊峡高效率运行区占比增加6.50%。

关键词：水光互补调度水力发电调度水调-电调兼顾影响分析

基于DQN算法的水电站站内负荷优化分配研究

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水利学报 2024年第11期55卷 1345-1355页

作者：谭乔凤宋嘉伟闻昕曾宇轩王浩河海大学水利水电学院江苏南京210098 河海大学水安全与水科学协同创新中心江苏南京210098 中国水利水电科学研究院北京100038

水电站负荷分配是自动发电控制体系的基础,既往方法难以适应新时期水电站大容量、多机组、复杂振动区的特性,以及流域复杂多样的多目标调控要求。本文分析电站不同运行时期的综合利用要求,构建了兼顾水利-电力需求的站内负荷分配模型,... 详细信息

水电站负荷分配是自动发电控制体系的基础,既往方法难以适应新时期水电站大容量、多机组、复杂振动区的特性,以及流域复杂多样的多目标调控要求。本文分析电站不同运行时期的综合利用要求,构建了兼顾水利-电力需求的站内负荷分配模型,研发了基于深度Q网络(DQN)的高效求解算法,可在完成电网负荷指令的前提下,灵活满足不同时期和工况下各类流量、水位的调控目标。以大渡河枕头坝水电站为例,枯水期代表月内发电耗水量减少0.14%,实现节水增发,提高了电站运行经济性;汛期代表月内水位变幅的方差减小0.876 m^(2),有效平抑了高强度调峰调频下电站水位大幅波动,保证电站运行的安全性。同时,计算精度从既往静态负荷分配表的3~5 MW提升至1 MW,计算效率提高88.2~106.4倍,可为新时期复杂水电系统调度运行提供技术支撑。

关键词：负荷分配强化学习经济运行水利-电力调控高效决策

1961—2015年淮河流域气象干旱发展过程和演变特征研究

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水利学报 2019年第5期50卷 598-611页

作者：方国华涂玉虹闻昕颜敏谭乔凤河海大学水利水电学院江苏南京210098 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

为刻画连续性干旱事件的时空动态演变过程,本文在时空维度下构建干旱事件发展时空特征变量并进行特征分析,对干旱发展过程和演变特征开展研究。首先确定干旱指标和阈值,然后判别干旱事件的时空连续性,进而建立涵盖干旱逐月集中点、干旱... 详细信息

为刻画连续性干旱事件的时空动态演变过程,本文在时空维度下构建干旱事件发展时空特征变量并进行特征分析,对干旱发展过程和演变特征开展研究。首先确定干旱指标和阈值,然后判别干旱事件的时空连续性,进而建立涵盖干旱逐月集中点、干旱时空集中点、干旱时空迁移速率等12项干旱事件发展时空特征变量,使干旱事件发展时空特征可视化,最后对1961—2015年淮河流域气象干旱事件开展实例研究。结果表明:淮河流域夏旱和春旱发生频率较高,夏秋冬三季连旱年发展过程呈现出起源于沂沭泗河流域,再转向淮河中游,并逐渐向淮河上游迁移的规律,并存在秋旱较为严重的特点;干旱迁移方向对干旱逐月强度大小有一定的影响;受干旱影响最严重的地区主要分布在流域北部;过去干旱强度呈增大趋势,干旱面积呈下降趋势,整体向西北方向迁移,预计未来将向流域东北方向迁移。该研究为全面、精细解析干旱发展过程和时空演变特征提供了新的方法和技术。

关键词：连续性干旱时空特征干旱指标发展过程动态演变

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基于多因素相似性的融雪径流预报方法研究

水力发电学报 2022年第3期41卷 46-59页

作者：闻昕陈然谭乔凤施颖丁紫玉河海大学水利水电学院南京210098

融雪径流是高寒山区水循环的重要组成,其预报对流域水资源综合利用具有重要意义。本文基于流域产汇流机理和冰川积雪融化相关研究,融合物理成因分析和数据挖掘技术的优势,建立基于多因素相似性的融雪径流预报模型,并提出滚动预报方案,... 详细信息

融雪径流是高寒山区水循环的重要组成,其预报对流域水资源综合利用具有重要意义。本文基于流域产汇流机理和冰川积雪融化相关研究,融合物理成因分析和数据挖掘技术的优势,建立基于多因素相似性的融雪径流预报模型,并提出滚动预报方案,实现了7日预见期内逐日径流滚动预报。研究成果在雅砻江干流新龙站的应用表明:对于考虑正积温方案,3 d预见期的平均相对误差小于17%,纳什系数达到0.89;7 d预见期的平均相对误差小于21%,纳什系数达到0.83。相比于无正积温方案,3 d、7 d预见期的平均相对误差分别降低2%、6%,纳什系数分别提高0.03、0.08。该方法可定量挖掘一线业务人员“参考过去预测未来”的经验,提供可解释的径流预报结果,能够有效提高径流预报精度、延长预见期。

关键词：融雪径流滚动预报相似性数据驱动

基于多因子最近邻抽样回归模型的径流相似性预报

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河海大学学报（自然科学版） 2020年第6期48卷 521-527页

作者：谭乔凤陈然朱阳胡立春闻昕河海大学水利水电学院江苏南京210098 国电大渡河流域水电开发有限公司四川成都610041

针对传统径流预报精度不高、预见期不足的问题,提出基于降雨、径流相似性的径流预报方法,采用大数据挖掘在历史降雨产流过程中搜索相似过程,预测后期径流最可能的过程线。为了延长径流预报预见期,实时接入降雨预报信息,提出3种径流滚动... 详细信息

针对传统径流预报精度不高、预见期不足的问题,提出基于降雨、径流相似性的径流预报方法,采用大数据挖掘在历史降雨产流过程中搜索相似过程,预测后期径流最可能的过程线。为了延长径流预报预见期,实时接入降雨预报信息,提出3种径流滚动预报方式,实现了7 d预见期的径流逐日滚动预报;针对流域在涨退水等不同阶段的产汇流特性,建立可根据实时水雨情自适应切换的降雨、径流输入模式,进一步提高径流预报精度。该研究成果在大渡河的应用表明预报效果达到预期:3 d预见期的纳什系数大于0.9,平均相对误差小于10%;7 d预见期的纳什系数大于0.8,平均相对误差小于15%。

关键词：径流预报径流相似性多因子最近邻抽样回归模型预见期滚动预报

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大渡河流域汛期涨水阶段径流相似性预报

水资源保护 2024年第6期40卷 139-147页

作者：谭乔凤施颖闻昕杨杉河海大学水利水电学院江苏南京210098

以大渡河流域干流上游丹巴断面为例,对流域涨水规律进行全面分析,结合产汇流特征和下游电站调度需求,利用遍历组合寻优方法确定了涨水模式分类阈值和涨水判断条件,提出了基于“形值”相似的分类别涨水径流预报方案,实现了预见期为10 d... 详细信息

以大渡河流域干流上游丹巴断面为例,对流域涨水规律进行全面分析,结合产汇流特征和下游电站调度需求,利用遍历组合寻优方法确定了涨水模式分类阈值和涨水判断条件,提出了基于“形值”相似的分类别涨水径流预报方案,实现了预见期为10 d的径流逐日滚动预报。结果表明:2019—2021年,大渡河流域汛期大雨、中雨、小雨的涨水识别准确率分别达到100%、93.18%、84.81%;相比于不考虑涨水条件识别的基础预报方案,分类别涨水预报方案在不同涨水模式下的径流预报平均相对误差降低了0.45%~6.81%;预见期为1、5、10 d的径流预报平均相对误差分别为3.39%、9.64%、12.29%,纳什效率系数分别达到0.99、0.95、0.91,该方法具有较高的预报精度。

关键词：涨水识别相似性预报径流滚动预报大渡河流域

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基于余留期效益函数的水光互补随机优化调度方法

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水资源保护 2023年第6期39卷 23-31,62页

作者：闻昕秦济森谭乔凤张子仪王燕玲河海大学水利水电学院江苏南京210098

针对多能互补模式下水库调度面临径流、新能源出力等多重不确定性叠加影响,以及如何协调近期效益和远期效益的最优余留库容等关键问题,提出了一种基于余留期效益函数的水光互补随机优化调度方法。结合数学期望模型提出了水光互补调度两... 详细信息

针对多能互补模式下水库调度面临径流、新能源出力等多重不确定性叠加影响,以及如何协调近期效益和远期效益的最优余留库容等关键问题,提出了一种基于余留期效益函数的水光互补随机优化调度方法。结合数学期望模型提出了水光互补调度两阶段随机优化决策框架,基于水库调度的周期性马尔科夫特性,采用逐步迭代方法对多能互补系统的余留期效益函数进行近似逼近,以实现有限预报信息条件下水库长期余留库容动态决策。以锦屏一级水光互补系统为实例进行验证,结果表明:余留期效益函数受光伏出力影响较小,而与余留库容、径流呈正相关有关系;随着调度时段从枯期进入汛期,余留期效益函数逐渐从线性曲面变为凸曲面;相较于常规调度方法,提出的调度方法多年平均发电量在率定期、检验期分别增加了2.70亿、2.51亿kW·h,在径流、光伏出力预报信息相对较小的条件下,能有效指导水光互补系统的长期调度运行。

关键词：水光互补余留期效益函数不确定性随机优化两阶段决策

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大规模风光接入下梯级水电站调度方式研究

水力发电学报 2022年第9期41卷 44-55页

作者：谭乔凤聂状闻昕丁紫玉张子仪河海大学水利水电学院南京210098

风光接入流域梯级水电系统联合打捆外送是解决新能源消纳难题的有效途径,但也使得传统面向单一水电系统的调度方式面临极大挑战。为此,本文系统研究大规模风光接入背景下梯级水电站在长期、日前和实时尺度上的调度方式,并以雅砻江流域... 详细信息

风光接入流域梯级水电系统联合打捆外送是解决新能源消纳难题的有效途径,但也使得传统面向单一水电系统的调度方式面临极大挑战。为此,本文系统研究大规模风光接入背景下梯级水电站在长期、日前和实时尺度上的调度方式,并以雅砻江流域锦官梯级多能互补调度为实例,系统评估互补调度效益和风险。结果表明:大规模风光接入背景下,大型水电站水库的中长期水位应提前并加深消落,以增加枯期发电量并减少汛期弃水;互补运行能提升系统调峰能力,且调节水电日出力过程可缓解外送通道竞争;充分发挥梯级水电站的联合调度作用,能分别在日前和实时尺度上对风光功率进行电力补偿调节,弥补风光预测不确定性导致的发电偏差,提高供电可靠性。

关键词：多能互补调度水库调度新能源调度方式多尺度嵌套