《水电站水库运行与调度》课程案例集设计
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摘要：《水电站水库运行与调度》是水文水资源专业的专业必修课程，也是水资源和水能资源高效利用的重要理论基础课程。该课程讲解了水电站运行和水库调度的主要内容，文章以年调节水库为实例背景，提炼了12个相关的应用案例组成案例集，并提供了各案例的解题思路。通过对这些案例的学习，同学们可以深入地理解水电站水库运行与调度的理论和方法。
关键词：水电站运行；水库调度；案例集
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）31-0124-02
一、前言
《水电站水库运行与调度》是水文水资源专业的专业必修课程，也是水资源和水能资源高效利用的重要理论基础课程，主要讲述水电站运行与水库调度的基本理论、方法技术和应用，使学生了解水电站水库运行与调度的基本概念、基本方法、基本原理。主要教学内容包括水电站运行与水库调度概论、水电站实时经济运行、水电站短期经济运行、水电站水库中长期发电调度、水库防洪调度和水库综合利用调度等[1]。旨在通过学习使学生掌握水电站水库运行与调度的基础知识、优化计算基本原理和方法、综合利用水库各目标的分析和处理。
二、案例集设计
本课程主要围绕单一水库所进行的水电站运行与水库调度，本案例集设计选用了T水库为实例水库，T水库是典型的年调节水库，有4台相同型号的水轮发电机组，并给出该水库的所有可能需要的相关资料。根据主要章节核心内容设计了12个教学案例集，并给出了相应的求解思路。
（一）水电站实时经济运行
水电站实时经济运行是解决在给定水电站时段出力或流量的情况下，如何安排各机组出力，实现耗水量最小或发电量最大的水电站运行方式。
案例1 水电站机组负荷优化分配（以电定水）
水电站节水是水库优化调度的目的之一，在给定时段水电站发电出力的情况下，如何安排水电站各机组的出力，使得总用水量最小。
求解思路：对给定的机组流量特性曲线，在某一给定净水头下（假定各机组净水头不变），应用动态规划求解方法，计算发给定出力时的机组最优负荷分配结果，即给定水电站出力条件下，水电站发电用水量最小时各机组的出力和发电流量结果。
案例2 水电站机组负荷优化分配（以水定电）
提高水电站发电效益是水库优化调度的目的之一，在给定时段水电站发电流量的情况下，如何安排水电站各机组的发电流量，使得总出力最大。
计算在给定上游水位和出库流量时的水电站最优运行方式，即以发电出力最大为目标，确定在给定水电站出库流量情况下水电站各机组的最优出力和发电流量结果。
求解思路：按下泄流量求解水电站毛水头，应用动态规划求解方法，计算各机组的流量分配结果。注意每台机组发不同发电流量时对应的水头损失不同，因此净水头也不同。
（二）水电站短期经济运行
水电站短期经济运行通常以一周或10天为计算期，以日、时或刻（15分钟）为计算时段。
案例3 水电站短期经济运行（以电定水—给定出力过程）
在某一给定水电站出力过程时，计算水电站完成该出力过程时的水电站最优运行方式，即水电站各时段机组最优分配结果。
求解思路：给定水库初始水位，以各时段耗水量最小为目标，利用实时经济运行结果（水电站流量特性曲线）或利用实时经济运行中以电定水计算方法逐时段进行计算，获得计算期内各时段水电站各机组的出力和流量。
案例4 水电站短期经济运行（以水定电—给定流量过程）
在某一给定水电站流量过程时，计算水电站下泄此流量过程时的水电站最优运行方式，即水电站各时段机组最优出力和下泄流量过程。
求解思路：给定水库初始水位，以各时段发电量最大为目标，利用实时经济运行结果（水电站流量特性曲线）或利用实时经济运行中以水定电计算方法逐时段进行计算，获得计算期内各时段水电站各机组的出力和流量。
案例5 水电站短期经济运行（以水定电—给定计算期总出库水量）
在给定计算期水电站总出库水量的情况下，如何安排水电站各时段的出库流量，使得计算期水电站发电量最大时的水电站最优运行方式，即以发电量最大为目标，确定水电站的发电流量、发电出力过程及各机组的最优出力和发电流量过程。
求解思路：给定水电站在计算期的总出库水量，可以转化为给定水电站计算期末水位，在给定初始水位和末水位情况下，用动态规划方法可以计算得出水电站的最优运行方式。
（四）水库洪水调度
水库洪水调度是在给定某洪水过程线情况下对水库洪水过程进行模拟或优化调度，得到水库的水位过程和下泄流量过程。
案例7 水库洪水调度（常规调度）
在给定水库洪水调度规则时，模拟计算水库的调洪过程，得到水库的水位过程和下泄流量过程。
求解思路：给定水库初始水位，以水库洪水调度规则为依据，逐时段进行水库洪水调节计算。当需要敞泄时，利用水量平衡方程和水库泄流能力曲线通过试算法计算泄流量。
案例8 水库洪水调度（优化调度）
水库洪水优化调度是在给定防洪目标情况下，寻找水库的最优调洪过程，使得计算结果满足洪水调度目标的要求。
求解思路：给定水库初始水位，以水库洪水调度目标为依据，以优化调度方法（如动态规划）进行水库洪水调节计算。
（五）水库综合利用调度
案例9 水电站水库综合利用调度（给定末水位）
在某一给定水电站水库最小下泄流量（如最小生态环境需水流量）时，计算水电站如何安排各时段的出库流量，使得计算期水电站发电量最大时的最优运行方式，即以发电量最大为目标，确定水电站水库各时段的发电流量、发电出力过程。
求解思路：在给定初始水位和末水位的情况下，以各时段水库水位或库容为状态变量，以最小下泄流量为约束，采用动态规划方法可以计算出水电站的最优运行方式。
三、小结
通过以上经典案例分析和学习，同学们可以清晰地了解本课程所要解决的实际问题及其求解方法。同实例水电站水库运行与调度相结合的“案例集”法，对学生养成理论联系实际的思维方式，培养其学习兴趣，提高学生的能力有较好的促进作用。可从以下几个方面提高学生学习能力：①通過引入课程的“案例集”，学生对本课程内容有全面的了解，增加对理论知识及实际问题的关注度，提高学习兴趣。②引导学生主动思考如何应用所学理论解决实际问题，使学生明确水电站运行与水库调度的各任务，针对不同任务提出解决方案。③锻炼学生“提出问题、分析问题、解决问题”的思维能力。④明确本课程的重点及学习本课程的目的，使同学们能够举一反三，将所学知识应用到今后可能研究的水电站水库中。
参考文献：
[1]陈森林.水电站水库运行与调度[M].北京：中国电力出版社，2008.
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