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1、水库调度自动化水库调度自动化2013.9第一章第一章 概述概述第二章第二章 水库洪洪水预报调度系统规划设计水库洪洪水预报调度系统规划设计第三章第三章 水雨情自动采集系统水雨情自动采集系统第四章第四章 气象信息采集分析系统气象信息采集分析系统第五章第五章 水调自动化计算机网络系统水调自动化计算机网络系统第六章第六章 流域产汇流理论与模拟技术流域产汇流理论与模拟技术第七章第七章 洪水预报模型洪水预报模型第八章第八章 实时洪水预报和校正技术实时洪水预报和校正技术 目目 录录第九章第九章 参数优化技术和模型比较参数优化技术和模型比较第十章第十章 交互式洪水预报系统交互式洪水预报系统第十一章第十一章 水
2、库洪水实时优化调度水库洪水实时优化调度第十二章第十二章 水电系统水库经济运行调度水电系统水库经济运行调度第十三章第十三章 水库调度数据库管理系统水库调度数据库管理系统 第十四章第十四章 水库调度日常业务管理自动化水库调度日常业务管理自动化第十五章第十五章 水库调度自动化专家辅助支持系统水库调度自动化专家辅助支持系统第十六章第十六章 用户界面设计与开发用户界面设计与开发32学学时考核方式：考核方式：平平时成成绩 结课考考试第一章 概述第一节第一节 水库调度基础水库调度基础相关术语相关术语水位：指水面在某一基准面以上的高度库水位：为大坝上游水库水面的高程死水位：水电厂在正常运行情况下，水库允许消落
3、到的最低水位正常蓄水位：水库在正常运行情况下，为满足兴利要求，应在开始供水时蓄到的库水位校核洪水位：相应大坝校核标准的洪水位，也是水电厂设计中所规定允许达到的最高库水位，也称上游最高洪水位防洪限制水位：水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，也是水库在汛期防洪应用时的起调水位相关术语相关术语调节流量：天然流量经过水库调节后下泄的流量保证流量：对发电而言，指保证出力所需的流量耗水率：指每千瓦出力或每千瓦时电量所消耗的流量或水量库容：水库容积的泛称径流系数：在某一时段内，流域内的径流深与相应降水量之比，它表示流域内的降水量有多少成为径流1 1、水库调度的意义、水库调度的意义 运行阶段：因来水的随机性，带
4、来了决策的盲目性：运行阶段：因来水的随机性，带来了决策的盲目性： （Q q ) Q q ) t = Vt = V2 2 V V1 1 如在汛期，如在汛期，q q 大，大，V V兴兴可能蓄不满，兴利不利；可能蓄不满，兴利不利； q q 小，防洪不安全。小，防洪不安全。 因缺乏正确的水情预报，给运行调度带来了困难。因缺乏正确的水情预报，给运行调度带来了困难。解决途径解决途径： （1 1）提高水文气象预报的预见期与精度；）提高水文气象预报的预见期与精度； （2 2）绘制水库调度图，指导水库运行。）绘制水库调度图，指导水库运行。 是是科科学学管管理理水水库库，充充分分发挥工程效益的关键发挥工程效益的关
5、键 水库调度的意义水库调度的意义水库调度的意义水库调度的意义 加强水库运行管理，搞好水库运行调度，是加强水库运行管理，搞好水库运行调度，是加强水库运行管理，搞好水库运行调度，是加强水库运行管理，搞好水库运行调度，是对水资源进行合理配置的重要手段之一。对水资源进行合理配置的重要手段之一。对水资源进行合理配置的重要手段之一。对水资源进行合理配置的重要手段之一。 水库调度水库调度水库调度水库调度就是指，根据水库承担任务的主次及就是指，根据水库承担任务的主次及就是指，根据水库承担任务的主次及就是指，根据水库承担任务的主次及规定的调度规则，运用水库的调蓄能力，在保证大规定的调度规则，运用水库的调蓄能力，
6、在保证大规定的调度规则，运用水库的调蓄能力，在保证大规定的调度规则，运用水库的调蓄能力，在保证大坝安全的前提下，有计划地对入库的天然径流进行坝安全的前提下，有计划地对入库的天然径流进行坝安全的前提下，有计划地对入库的天然径流进行坝安全的前提下，有计划地对入库的天然径流进行蓄泄，达到除害兴利，综合利用水资源，最大限度蓄泄，达到除害兴利，综合利用水资源，最大限度蓄泄，达到除害兴利，综合利用水资源，最大限度蓄泄，达到除害兴利，综合利用水资源，最大限度地满足国民经济各部门需要的目的。地满足国民经济各部门需要的目的。地满足国民经济各部门需要的目的。地满足国民经济各部门需要的目的。 我我国国的的大大中中型
7、型水水库库，一一般般都都具具有有防防洪洪、发发电电、航航运运、灌灌溉溉、工工农农业业生生产产及及人人民民生生活活用用水水等等综综合合利利用用任任务务。自自2020世世纪纪7070年年代代起起，我我国国的的水水资资源源逐逐渐渐受受到到污污染染，生生态态系系统统逐逐渐渐受受到到破破坏坏，因因此此以以保保护护环环境境为为目目的的水水库库生生态态调调度度也也变变得得非非常常重重要要，成成为为多多目目标标水水库库调调度度的的重重要要组组成成部分。部分。 实实施施合合理理科科学学的的水水库库调调度度，对对于于确确保保水水库库安安全全，充充分分发发挥挥防防洪洪和和兴兴利利、生生态态等等综综合合效效益益，实实
8、现现水水资资源源的的合合理理配配置置和和可可持持续续利利用用，促进经济社会可持续发展及人与自然和谐相处，具有十分重要的意义。促进经济社会可持续发展及人与自然和谐相处，具有十分重要的意义。2 2 2 2、水库调度的目的、水库调度的目的、水库调度的目的、水库调度的目的 根据水利枢纽的规划设计标准，结合实际情况，充分利用根据水利枢纽的规划设计标准，结合实际情况，充分利用水库库容，调节水源，在满足工程安全的前提下，妥善水库库容，调节水源，在满足工程安全的前提下，妥善处理蓄泄关系，合理调度洪水，充分利用水利枢纽工程处理蓄泄关系，合理调度洪水，充分利用水利枢纽工程的防洪兴利作用，提高水利资源的综合利用效益
9、。的防洪兴利作用，提高水利资源的综合利用效益。3 3 3 3、水库调度的主要内容、水库调度的主要内容、水库调度的主要内容、水库调度的主要内容编制发电计划；编制发电计划；编制洪水调度方案；编制洪水调度方案；水文气象预报；水文气象预报；拟定各项水利任务的调度方式；拟定各项水利任务的调度方式；编制水库调度规程；编制水库调度规程；编制年调度计划，确定面临时段水库蓄泄计划和编制年调度计划，确定面临时段水库蓄泄计划和日程调度实时操作规则等。日程调度实时操作规则等。4 4 4 4、水库调度的特点、水库调度的特点、水库调度的特点、水库调度的特点经济效益：对企业而言，经济效益最大化。经济效益：对企业而言，经济效
10、益最大化。径流的随机特性：水库天然入库流量是一种随机变量，他的出径流的随机特性：水库天然入库流量是一种随机变量，他的出现具有偶然性。现具有偶然性。调度的多阶段性：水库在循环周期内，不同的运行阶段有不同调度的多阶段性：水库在循环周期内，不同的运行阶段有不同的调度方式。的调度方式。运用的多目标性：水库一般度有综合利用任务，如防洪、发电、运用的多目标性：水库一般度有综合利用任务，如防洪、发电、航运、灌溉、供水等，其相互之间会产生制约、影响。航运、灌溉、供水等，其相互之间会产生制约、影响。水库结构的复杂性：库容曲线、机组出力曲线、孔洞泄流曲线水库结构的复杂性：库容曲线、机组出力曲线、孔洞泄流曲线的非线
11、性关系等。的非线性关系等。5 5、水库调度的分类、水库调度的分类（1 1）按水库调度研究的目标划分：）按水库调度研究的目标划分：防洪调度：利用水库的蓄泄能力对入库洪水进行蓄泄控制、拦蓄洪水、削减洪峰、消除或减少洪水灾害，使洪水造成的损失最小。发电调度： 长期调度：以一年为调度周期，以月、旬或周为计算时段，研究一年内各时段的运行方式。 中短期调度：一般以月、旬或周为调度周期，以天或小时为计算时段，研究一月、旬或一周内每天或每小时水库的发电出力。 发电厂内的经济运行：机组负荷分配 耗水量最小灌溉调度：农田灌溉用水调度。供水调度：居民、城镇、企业生产生活供水调度。（2 2 2 2）按水库调度研究的方
12、法分）按水库调度研究的方法分）按水库调度研究的方法分）按水库调度研究的方法分常规调度：按水库保证出力运行方式绘制水库常规调度图，按常规调度图来指导水库的实际运行。如漫湾电站的水库调度。优化调度：是运用系统工程优化方法，将水库的调度问题处理成系统工程优化问题，用优化技术确定水库的最优决策，使水库获得最大的调度效益。确定性优化调度：假定在整个调度周期内，水库各时段的天然径流流量是预先已知的，在此条件下，确定水库的最优运行方式。隐性随机优化调度：通过对多种不同的水库径流资料（实测或人工生成），按确定性优化方法进行计算，求得在不同的径流条件下，水库的最优运用过程，然后对这些运行结果进行统计分析，按回归
13、分析的方法，确定水库的运行决策与水库的径流量及水库蓄水量的关系函数。隐性随机优化法：是通过大量可能的水文资料进行确定性优化计算的结果的统计分析，来确定调度函数的规律，它不是直接考虑径流的随机特性，而是间接考虑径流的随机特性。显性随机优化调度：将径流过程处理为随机过程，确定水库的最优决策与蓄水量，入库流量的关系。电力系统往往由多个水库联合运行，单从一个水库出发来研究水库优化调度，不一定使整个水库群的调度最优。应该从整个水库群出发，将水库群作为一个整体来考虑，这样求出的水库优化调度方案，才是整个库群的最优调度方案。发电量和保证出力是水库调度的两个对立目标,如何协调发电量和保证出力,是制定水库群联合
14、调度方案的关键。6 6、水库群优化调度、水库群优化调度7 7、智能调度、智能调度在计算机系统运用中加入人工干预-水库调度自动化。 第二节第二节 我国水库防洪发电调度现状我国水库防洪发电调度现状一、水情自动测报系统一、水情自动测报系统二、气象二、气象信信息采集息采集三、通讯现状三、通讯现状四、洪水预报调度现状四、洪水预报调度现状五、计算机利用现状五、计算机利用现状六、水文历史数据库现状六、水文历史数据库现状第三节第三节 建立水库调度自动化系统的重要建立水库调度自动化系统的重要性性 与必要性与必要性由水库运行的特点和运行要求可以知道控制与管理一个大型水库系统，使之安全、优质和经济的运行是十分困难而
15、艰巨的。仅靠值班人员进行人工监视是无法实现的，必须依靠自动装置和设备才能实现。建立水库调度自动化系统的必要性建立水库调度自动化系统的必要性一、电力系统发展的需要一、电力系统发展的需要二、电网生产运行管理的需要二、电网生产运行管理的需要三、搞好经济运行，节能增效的需要三、搞好经济运行，节能增效的需要四、电网调度自动化的需要四、电网调度自动化的需要第四节第四节 水库调度自动化的发展阶段单一功能自动化阶段 单一功能的自动装置有：故障自动切除装置（即继电保护装置，自动切除出现故障的发电机、变压器和输电线路等设备）、自动操作和调节装置（如断路器自动操作、发电机自动调压和自动调速装置等）、远距离信息装置（
16、即远动装置）3、电力系统中各发电厂和变电站之间的自动装置没有什么联系。4、电力系统的统一运行主要靠电力系统调度中心的调度员根据遥信、遥测传来的信息，加上自己的知识和经验通过电话或遥控和遥调来指挥。1、继电保护、远动、自动化三者自成体系，分别完成各自功能2、对单个电力设备和单一过程用分立的自动装置来完成自动化的单一功能单一功能自动化的特点是：综合自动化阶段 特点是用一套自动化系统或装置来完成以往两套或多套分离的自动化系统或装置所完成的工作。电力系统远动和通信装置电力系统信息电力系统自动装置信息处理确定数学模型做出控制决策YX,YCYX,YCYK,YTYK,YT电力系统调度计算机电力系统自动控制系
17、统工作模式图电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）第五节、水库调度自动化的内容它是一个能量系统，也称为电工一次系统。电工一次系统中的电力设备常被称为一次设备在电力系统中还有对电工一次系统进行监视、控制、保护、调度所需的自动监控设备、继电保护装置、远动和通信设备等组成辅助系统。这是一个信息系统，也称为电工二次系统电工二次系统中的设备（或装置）被称为二次设备（装置）水库调度自动化是电工二次系统的一个组成部分，通常指对电力设备及系统的自动监视、控制和调度。第五节、水库调度自动化的内容一、水库调度自动化的分类按运行管理区划分电力系统自动化发电厂自动化变电站自动化发电和输电调度自动化配电
18、网自动化火电厂自动化水电厂自动化第六节、调度系统的运行状态及调度控制二、调度系统运行状态及相应的调度控制满足所有约束条件，有一定的旋转备用依然满足约束条件，备用减少很多满足只满足等式约束条件，如发生短路或者大机组退出不满足所有约束条件，系统解列，切除负荷增加机组出力重新并列第七节、水库调度自动化 1.水库调度调度自动化是如何实现的 2.远动和信息传输设备的配置和功能 3.调度计算机系统及人机联系设备 4. 分层调度控制 5.统状态估计一、电力系统调度自动化是如何实现的电力设备自动装置调制解调器通信设备运行状态和参数控制和调节命令电力设备自动装置调制解调器通信设备运行状态和参数控制和调节命令发电
19、厂变电站通信设备调制和解调器远动终端接口调度计算机人机联系设备调度自动化系统的基本构成二、远动和信息传输设备的配置和功能参考电力系统远动原理，在此不再详述三、调度计算机系统及人机联系设备一、调度计算机系统：完成信息处理和加工任务。由计算机硬件、软件和专用接口组成，由多台计算机组成调度自动化系统时，还有计算机硬件系统的配置问题。二、人机联系设备：交互型的调度员控制台、远方控制台、调度员工作站、模拟屏以及通用的打印机、程序员终端等。四、电力系统的分层调度控制集中调度控制就是把电力系统内所有发电厂和变电站的信息都集中在一个调度控制中心，由一个调度控制中心对整个电力系统进行调度控制。分层调度控制就是把
20、全电力系统的监视控制任务分配给属于不同层次的调度中心，下一层调度完成本层次的调度控制任务外，还接受上一级调度组织的调度命令并向上层调度传递所需信息。分层调度与集中调度相比，它的优点是：便于协调控制；提高系统可靠性；改善系统响应国家调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大型火电厂、水电厂和核电厂主网枢纽变电所（500kv以上）省调度中心省调度中心省调度中心地区调度所县级调度所地区调度所地区调度所县级调度所县级调度所一般变电站地方火电和水电中型火电厂、水电厂和核电厂省直接调度变电站枢纽变电站梯形水电站控制中心四、电力系统的分层调度控制各级调度中心的控制和管理任务：大区电网调度中心
21、（网调）：1.区网负荷预测、安排系统结构和发电计划2.频率有功功率控制、经济运行调度控制3.区主网枢纽点电压监视和无功功率控制4.区网安全监视、预防事故分析和校正控制5.区网正常操作和事故处理6.区网检修计划7.调度记录、统计业务四、电力系统的分层调度控制省调度中心（省调）：1.省网负荷预测并按经济原则作出省网系统结构的调度及所属发电厂发电计划2.省主网和110kv系统枢纽点电压监视和无功控制3.省主网和110kv系统安全监视和控制4.不影响区网的局部性正常操作和事故处理5.管理范围内的网损计算和检修计划6.水库调度、水电厂发电计划7.调度记录报告（对上级）、统计业务四、电力系统的分层调度控制
22、地区调度所（地调）或中间控制所（即某些厂、站承担对其附近子厂、站得控制和信息传递）：1.局部110KV系统枢纽点电压监视和控制2.局部110KV系统安全监视和控制3.局部110KV系统正常操作和事故处理4.管理范围内的网损计算和检修计划5.对所属供电局的业务联系6.统计业务五、电力系统状态估计参考电力系统分析，在此不再详述。第八节第八节 系统规划设计的基本原则系统规划设计的基本原则一、系统的先进性和可靠性一、系统的先进性和可靠性二、经济实用，充分利用现有的软硬件设备二、经济实用，充分利用现有的软硬件设备三、保证系统的规范化、通用化三、保证系统的规范化、通用化四、采用统一管理，分步实施的方针四、
23、采用统一管理，分步实施的方针第八节第八节 水库入库洪水推求和预报误差分水库入库洪水推求和预报误差分析析 一、了解两个概念一、了解两个概念1 1、坝坝址洪水址洪水2 2、入、入库库洪水洪水 坝址洪水是指未建库前，在坝址处形成的洪水。第九节第九节 水库入库洪水推求和预报误差分析水库入库洪水推求和预报误差分析 第四节第四节 水库入库洪水推求和预报误差分水库入库洪水推求和预报误差分析析 二、坝址洪水与入库洪水的区别二、坝址洪水与入库洪水的区别修建水库，在水库蓄水淹没范围内，改变了原来河修建水库，在水库蓄水淹没范围内，改变了原来河道的水力要素和水文特性。如：水深、水面积加大，道的水力要素和水文特性。如：
24、水深、水面积加大，水面比降平缓，流速减慢，糙率变小，陆地变水面，水面比降平缓，流速减慢，糙率变小，陆地变水面，径流系数加大，地下水位抬升等。径流系数加大，地下水位抬升等。A A、产产流条件的流条件的变变化化B B、汇汇流条件的流条件的变变化化 建库后 建库前暴雨中心在上游暴雨中心在上游暴雨中心在上游暴雨中心在上游 中游中游中游中游 下游下游下游下游第四节第四节 水库入库洪水推求和预报误差分水库入库洪水推求和预报误差分析析 三、计算水库坝址断面属于非标准断面，入库实测流量无法直接获得，只能通过间接计算求得。第四节第四节 水库入库洪水推求和预报误差分水库入库洪水推求和预报误差分析析 四、误差分析四、误差分析 存在系统误差存在系统误差( (真真值值) )水文模型所得水文模型所得QjQj
