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申请/专利权人：中国电力科学研究院有限公司;国家电网有限公司;国网上海市电力公司经济技术研究院;国家电网公司西南分部

摘要：本发明提供了一种水力发电系统建模方法和系统，包括：基于获取水电站水库的数据的完整性和差异性，建立水电模型。该方法和系统根据水电站水库数据，建立了带水库的水电模型，提高了水电模型的准确性，能够准确进行水电优先消纳计算，并取得准确的计算效果。

主权项：1.一种水力发电系统建模方法，其特征在于：获取水电站水库的数据和差异性，建立水电模型；所述获取水电站水库的数据和差异性，建立水电模型，包括：分析水电站水库数据的完整性和差异性后构建所述水电模型；当已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时，建立已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时的所述水库的基于出库流量的水电模型；当已知水库的入库流量、耗水率函数、水位蓄能函数和库容水位函数时，用所述水库的已知入库流量、耗水率函数、水位蓄能函数和库容水位函数，构建基于耗水率的水电模型；建立当已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时的，基于所述水库出库流量的水电模型，包括：如下式计算水电机组n在t时刻的功率Pht,n：Pht,n＝fNHQRgt,n,hg1如下式计算弃水电量Eh,c：Eh,c＝fNHQRoutt,n-Rg,max,hg·ΔT2其中，fNHQRg,hg为水电机组NHQ函数，Rgt,n为水电机组n在t时刻的发电流量，hg为发电水头，Routt,n为水电机组n在t时刻的出库流量，Rg,max为发电流量最大值，ΔT为t时刻和上一时刻t-1间的间隔；其中，Rgt,n按下式计算：Rgt,n＝minRoutt,n,Rg,max30＜Routt,n＜Rout,max4其中，Rout,max为出库流量最大值；水电机组n在t时刻的库容Ct,n如下式所示：Ct,n＝Ct-1,n+Rint,n·ΔT-Routt,n·ΔT5Cmin＜Ct,n＜Cmax6其中，Ct-1,n为水电机组n在上一时刻t-1时的库容，Rint,n为水电机组n在t时刻的入库流量，Cmin为最小库容限制，Cmax为最大库容限制；发电水头hg按下式计算：hg＝fgh7其中，fgh为水位水头函数；水位h按下式计算：h＝fhCt,n8其中，fhC为水位库容函数。

全文数据：一种水力发电系统建模方法和系统技术领域[0001]本发明属于电力技术领域，具体涉及一种水力发电系统建模方法和系统。背景技术[0002]近年来，随着风电、光伏以及水电的迅猛发展，研制应用于清洁能源消纳能力计算的清洁能源生产模拟系统变得日益迫切。现有的清洁能源生产模拟系统主要用于风电和光伏优先消纳能力计算，计算计划水平年的弃风和弃光量，提出降低弃风和弃光水平的控制措施，但水电模型较为粗糙，无法模拟水电运行过程，影响了清洁能源计算的精度。为更好的计算清洁能源消纳情况，亟需建立适应清洁能源生产模拟技术的水电建模方法和系统。[0003]现有的应用于生产模拟的水电建模方法主要是考虑水电机组建模，建立水电机组电力和电量平衡关系，考虑水库模型的研究较少，使得现有清洁能源生产模拟系统无法进行水电优先消纳计算，或者计算结果不准确。发明内容[0004]为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种水力发电系统建模方法和系统。该方法和系统考虑了水电站水库数据的完整性和差异性，建立不同的水电模型，并结合电力和电量约束，构建完整的水电模型，提升水电模型的可用性。[0005]实现上述目的所采用的解决方案为：[0006]—种水力发电系统建模方法，其改进之处在于：[0007]获取水电站水库的数据和差异性，建立水电模型。[0008]本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述获取水电站水库的数据和差异性，建立水电模型，包括：[0009]建立已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时的所述水库的基于出库流量的水电模型；[0010]用所述水库的已知入库流量、耗水率函数、水位蓄能函数和库容水位函数，构建基于耗水率的水电模型。[0011]本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，建立所述当已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时的，基于所述水库出库流量的水电模型，包括：[0012]如下式计算水电机组η在t时刻的功率Pht，n:[0014]如下式计算弃水电量Eh,[0010]其中，fNHQRg，hg为水电机组NHQ函数，Rgt，η为水电机组η在t时刻的发电流量，hg为发电水头，Rciutt，n为水电机组η在t时刻的出库流量，Rg,max为发电流量最大值，ATSt时刻和上一时刻t-Ι间的间隔；[0017]其中，Rgt，n按下式计算：[0020]其中，R™t,max为出库流量最大值；[0021]水电机组η在t时刻的库容Ct，n如下式所示：[0024]其中，Ct-1，n为水电机组η在上一时亥Ijt-I时的库容，Rint，n为水电机组η在t时刻的入库流量，Cmin为最小库容限制，Cmax为最大库容限制；[0025]发电水头心按下式计算：[0026]hg=fgh7[0027]其中，fg⑹为水位水头函数;水位h按下式计算：[0028]h=fhCt，n⑻[0029]其中，fh⑹为水位库容函数。[0030]本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，用所述水库的已知入库流量、耗水率函数、水位蓄能函数和库容水位函数，建立基于耗水率的水电模型，包括：[0031]如下式计算弃水水量Eh,。：[0032]Eh1C=Pct,η·ΔT9[0033]其中，Pct，n为水电机组η在t时刻的弃水功率，ΔT为t时刻和上一时刻t-1间的间隔；[0034]水电机组η在t时刻的水电电量Eht，n如下式所示：[0035]Eht，n=Eht_l，n+Eint，n-Pht，n·ΔT-Pct，n·ΔT10[0036]Eht，n的取值范围如下式所示：[0038]水电机组η在t时刻的发电功率Pht，n的取值范围如下式所示：[0040]其中，Eht-1，η为水电机组η在上一时刻t-1时的水电电量，Pht，η为水电机组η在t时刻的发电功率，EminS水电电量的最小值，EmaxS水电电量的最大值，Ph,min为发电功率的最小值，Ph,max为发电功率的最大值；[0041]水电机组η在t时刻的入库水电量Eint，n按下式计算：[0042]Eint,n=Rint,nfch13[0043]其中，Rint，n为水电机组η在t时刻的入库流量，h为水位，fc⑹为与水位有关的耗水率函数；[0044]水位h如下式计算：[0045]h=feEht,n14[0046]其中，Eh为水位蓄能函数，所述Eh通过水电站水位蓄能曲线拟合得到；[0047]当水电站无水位蓄能曲线时，按下式计算hBh的反函数fV1h:[0049]其中，ho为水位初值，Lap⑹为库容水位函数。[0050]本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，分析水电站水库数据的完整性和差异性后构建所述水电模型。[0051]本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述分析水电站水库数据的完整性和差异性之前，对水电站水库数据的辨识和修复包括：[0052]根据统计分析水电站水库数据时序的自相关特性，辨识所述水电站水库数据中的坏数据和漏数据；[0053]基于自回归移动平均模型对所述水电站水库数据的处理，剔除坏数据，恢复漏数据。[0054]本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述对水电站水库数据进行辨识和修复前，[0055]以15分钟、1小时、1天或者一个月为时间单位收集水电站水库数据。[0056]—种水力发电系统建模系统，其改进之处在于，包括:建模模块；[0057]所述建模模块用于获取水电站水库的数据和差异性，建立水电模型。[0058]本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述建模模块包括第一建模子单元和第二建模子单元；[0059]所述第一建模子单元用于构建已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时的基于出库流量的水电模型；[0060]所述第二建模子单元用于构建已知入库流量、耗水率函数、水位蓄能函数和库容水位函数时的基于耗水率的水电模型。[0061]本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，用分析模块分析水电站水库数据的完整性和差异性，和用水电建模方法校验数据需求。[0062]本发明提供的第九优选技术方案，其改进之处在于，用辨识和修复模块辨识和修复水电站水库数据，包括：[0063]用辨识子单元根据统计分析水电站水库数据时序的自相关特性，辨识所述水电站水库数据中的坏数据和漏数据；[0064]用修复子单元基于自回归移动平均模型处理所述水电站水库数据，剔除坏数据，恢复漏数据。[0065]本发明提供的第十优选技术方案，其改进之处在于，还包括:数据收集模块；[0066]所述数据收集模块按15分钟、1小时、1天或者一个月的时段收集水电站水库数据。[0067]与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：[0068]本发明基于水电站水库数据，建立了带水库的水电模型，提高了水电模型的准确性，能够准确进行水电优先消纳计算，并取得准确的计算效果。附图说明[0069]图1为本发明提供的一种水力发电系统建模方法示意图；[0070]图2为本发明提供的一种水力发电系统建模方法详细流程示意图；[0071]图3为本发明提供的一种水力发电系统建模系统结构示意图。具体实施方式[0072]下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。[0073]实施例1:[0074]本发明提供的一种水力发电系统建模方法流程示意图如图1所示，包括：[0075]获取水电站水库的数据和差异性，建立水电模型。[0076]具体的，水力发电系统建模方法流程如图2所示，包括：[0077]步骤1:以15分钟、1小时、1天或者一个月为时间单位收集水电站水库数据。[0078]电网调度人员通过水情系统获取几年水电站水库历史数据，该数据的时间分辨率可以是15分钟、1小时、1天或者一个月。[0079]步骤2:对水电站水库数据进行辨识和修复，包括：[0080]步骤2-1:根据统计分析水电站水库数据时序的自相关特性，辨识水电站水库数据中的坏数据和漏数据；[0081]步骤2-2:基于自回归移动平均模型对水电站水库数据的处理，剔除坏数据，恢复漏数据。[0082]步骤3:进行水电站水库数据的完整性和差异性进行分析，即基于水电建模方法，校验数据需求。[0083]因为不同水电模型，每种水电模型需要的数据是不一样的，因此需要根据收集的数据选择其中一个水库模型。如果水电站水库数据是全的，水电模型可任选一个，这个可以认为是完整性检验;但是如果水电站水库数据不全，就根据数据选择匹配的模型，可以认为是根据数据的差异性选择模型。[0084]步骤4:基于获取的水电站水库的数据和差异性，建立水电模型，包括：[0085]步骤4-1:当已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时，建立基于出库流量的水电模型，包括：[0086]4-1-1计算水电机组η在t时刻的功率Pht，n:[0087]Pht，n=f_Rgt，n，hg1[0088]其中，fNHQRg，hg为水电机组NHQ函数，Rgt，n为水电机组n在t时刻的发电流量，hg为发电水头。[0089]Rgt，n按下式计算：[0092]其中，Rcmtt，η为水电机组η在t时刻的出库流量，Rg,max为发电流量最大值，Rcmfx为出库流量最大值；[0093]4-1-2水电机组η在t时刻的库容Ct，n如下式所示：[0096]其中，Ct-1，n为水电机组η在上一时亥Ijt-I时的库容，Rint，n为水电机组η在t时刻的入库流量，AT为t时刻和上一时刻t-Ι间的间隔，Cmin为最小库容限制，Cmax为最大库容限制；[0097]4-1-3发电水头心按下式计算：[0100]其中，h为水位，fg⑹为水位水头函数，fh⑹为水位库容函数；[0101]4-1-4如下式计算弃水电量Eh,c:[0103]步骤4-2:当已知水库的入库流量、耗水率函数、水位蓄能函数和库容水位函数，建立基于耗水率的水电模型，包括：[0104]4-2-1如下式计算水电机组η在t时刻的来水电量Eint，n:[0105]Eint,n=Rint,nfch9[0106]其中，Rint，n为水电机组η在t时刻的入库流量，h为水位，f。h为与水位有关的耗水率函数；[0107]4-2-2电量约束：[0108]水电机组η在t时刻的水电电量Eht，n如下式所示：[0110]Eht，n的取值范围如下式所示：[0112]水电机组η在t时刻的发电功率Pht，n的取值范围如下式所示：[0114]其中，Eht-1，η为水电机组η在上一时刻t-1时的水电电量，Emin为水电电量的最小值，Emax为水电电量的最大值，Ph,min为发电功率的最小值，Ph,为发电功率的最大值，Pct，η为水电机组η在t时刻的弃水功率；[0115]4-2-3水位h按下式计算：[0116]h=feEht,n13[0117]其中，Eh为水位蓄能函数，该函数一般通过水电站水位蓄能曲线拟合得到，对于部分无水位蓄能曲线的水电站，可通过下式给出：[0119]其中，ff1⑹为Eh的反函数，Lap⑹为库容水位函数，ho为水位初值；[0120]4-2-4按下式计算弃水电量Eh,c:[0122]实施例2:[0123]基于同一发明构思，本发明还提供了一种水力发电系统建模系统，由于这些设备解决技术问题的原理与水力发电系统建模方法相似，重复之处不再赘述。[0124]该建模系统如图3所示，包括:建模模块；[0125]建模模块用于获取水电站水库的数据和差异性，建立水电模型。[0126]其中，建模模块包括第一建模子单元和第二建模子单元；[0127]第一建模子单元用于构建已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时的基于出库流量的水电模型；[0128]第二建模子单元用于构建已知入库流量、耗水率函数、水位蓄能函数和库容水位函数时的基于耗水率的水电模型。[0129]其中，该建模系统还包括:用分析模块分析水电站水库数据的完整性和差异性。[0130]其中，该建模系统还包括:用辨识和修复模块辨识和修复水电站水库数据，包括：[0131]用辨识子单元根据统计分析水电站水库数据时序的自相关特性，辨识水电站水库数据中的坏数据和漏数据；[0132]用修复子单元基于自回归移动平均模型处理水电站水库数据，剔除坏数据，恢复漏数据。[0133]其中，该建模系统还包括:数据收集模块；[0134]数据收集模块按15分钟、1小时、1天或者一个月的时段收集水电站水库数据。[0135]本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。[0136]本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和或方框图中的每一流程和或方框、以及流程图和或方框图中的流程和或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。[0137]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。[0138]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。[0139]最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

权利要求：1.一种水力发电系统建模方法，其特征在于：获取水电站水库的数据和差异性，建立水电模型。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取水电站水库的数据和差异性，建立水电模型，包括：建立已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时的所述水库的基于出库流量的水电模型；用所述水库的已知入库流量、耗水率函数、水位蓄能函数和库容水位函数，构建基于耗水率的水电模型。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，建立当已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时的，基于所述水库出库流量的水电模型，包括：如下式计算水电机组η在t时刻的功率Pht，n:Pht,n=fnhqRgt,n,hgI如下式计算弃水电量Eh,。：Eh,c=fNHQRoutt,n-Rg,max,hg·ΔΤ2其中，fNHQRg，hg为水电机组NHQ函数，Rgt，n为水电机组n在t时刻的发电流量，hg为发电水头，Rcmtt，n为水电机组η在t时刻的出库流量，Rg,max为发电流量最大值，△T为t时刻和上一时刻t-Ι间的间隔；其中，Rgt,η按下式计算：Rgt,π—rninR〇utt，η,Rg,max3O-^-Routt,π"^Rout,max4其中，Rciutimax为出库流量最大值；水电机组η在t时刻的库容Ct，n如下式所示：Ct，n=Ct-l，n+Rint，n·AT-R™tt，n·ΔΤ5CminCt,nCmax6其中，Ct-1，n为水电机组n在上一时亥Ijt-I时的库容，Rint，n为水电机组n在t时刻的入库流量，Cmin为最小库容限制，Cmax为最大库容限制；发电水头心按下式计算：hg=fgh7其中，fgh为水位水头函数;水位h按下式计算：h=fhCt,n8其中，fhC为水位库容函数。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用所述水库的已知入库流量、耗水率函数、水位蓄能函数和库容水位函数，构建基于耗水率的水电模型，包括：如下式计算弃水水量Eh,。：Eh,c=Pct,η·ΔT9其中，P。t，n为水电机组η在t时刻的弃水功率，△T为t时刻和上一时刻t-1间的间隔；水电机组η在t时刻的水电电量Eht，η如下式所示：10Eht，n的取值范围如下式所示：EminEht,nEmax11水电机组n在t时刻的发电功率Pht，n的取值范围如下式所示：Ph,minPht,nPh,max12其中，Eht-1，n为水电机组n在上一时刻t-1时的水电电量，Pht,n为水电机组n在t时刻的发电功率，Emin为水电电量的最小值，Emax为水电电量的最大值，Ph,min为发电功率的最小值，Ph,max为发电功率的最大值；水电机组η在t时刻的入库水电量Eint，η按下式计算：Eint,n=Rint,nfch13其中，Rint，n为水电机组n在t时刻的入库流量，h为水位，f。h为与水位有关的耗水率函数；水位h如下式计算：h=feEht,n14其中，hEh为水位蓄能函数，所述hEh通过水电站水位蓄能曲线拟合得到；当水电站无水位蓄能曲线时，按下式计算Eh的反函数ff1h:15其中，ho为所述水库的水位初值，fc^ph为库容水位函数。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分析水电站水库数据的完整性和差异性后构建所述水电模型。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述分析水电站水库数据的完整性和差异性之前，对水电站水库数据的辨识和修复包括：根据统计分析水电站水库数据时序的自相关特性，辨识所述水电站水库数据中的坏数据和漏数据；基于自回归移动平均模型对所述水电站水库数据的处理，剔除坏数据，恢复漏数据。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对水电站水库数据进行辨识和修复前，以15分钟、1小时、1天或者一个月为时间单位收集水电站水库数据。8.—种水力发电系统建模系统，其特征在于，包括:建模模块；所述建模模块用于获取水电站水库的数据和差异性，建立水电模型。9.如权利要求8所述的建模系统，其特征在于，所述建模模块包括第一建模子单元和第二建模子单元；所述第一建模子单元用于构建已知水电机组NHQ函数、水位库容函数、水位水头函数、最大和最小库容限制时的基于出库流量的水电模型；所述第二建模子单元用于构建已知入库流量、耗水率函数、水位蓄能函数和库容水位函数时的基于耗水率的水电模型。10.如权利要求8所述的建模系统，其特征在于，用分析模块分析水电站水库数据的完整性和差异性，和用水电建模方法校验数据需求。11.如权利要求10所述的建模系统，其特征在于，还包括：用辨识和修复模块辨识和修复水电站水库数据，包括：用辨识子单元根据统计分析水电站水库数据时序的自相关特性，辨识所述水电站水库数据中的坏数据和漏数据；用修复子单元基于自回归移动平均模型处理所述水电站水库数据，剔除坏数据，恢复漏数据。12.如权利要求11所述的建模系统，其特征在于，还包括:数据收集模块；所述数据收集模块按15分钟、1小时、1天或者一个月的时段收集水电站水库数据。

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