книги из ГПНТБ / Резниковский, А. Ш. Управление режимами водохранилищ гидроэлектростанций

регулирования стока, управляются независимо по -своим диспетчерским графикам (управляющим функциям) ви­ да

где Njt — мощность /-й ГЭС в t-м временном интервале; Zj't-i — уровень водохранилища /-й ГЭС в конце (t— 1) интервала.

Компенсирующие гидроузлы управляются в зависи­ мости от наполнения их водохранилищ, суммарной отда­ чи компенсируемых гидроузлов, в некоторых случаях и

Рис. 5-17. Пятый вариант диспетчерского графика работы гидроузлакомпенсатора для трехлетнего расчетного периода развития си­ стемы.

V— зона максимального расхода воды через гидроузел-компенсатор: IV — зона

от величины притока к их водохранилищам. Управляю­ щие функции для ГЭС-компенсатора в этом случае име­ ют вид:

141

где Njt — мощность /-й ГЭС-компенсатора в t-м интер­

роко применяются на практике для управления режима­ ми работы отдельных ГЭС. Заметим, что управляющие функции на основе корреляционно-регрессионного ана­ лиза можно строить для любых ГЭС длительного регу­ лирования, при этом они будут отличаться составом функциональных и факторных признаков. Для ГЭС-ком- ленсаторов управляющие функции определяются в виде уравнения множественной регрессии, причем в ходе по­

функциональный признак (параметр); 2) построение матрицы исходной информации на основе серии оптими­ зационных расчетов; 3) определение вида функций, опи­ сывающих корреляционную связь; 4) построение управ­ ляющих функций (определение величины коэффициен­ тов уравнения множественной регрессии); 5) статисти­ ческая оценка построенных управляющих функций.

Рассмотрим более подробно этапы построения управ­ ляющих функций. Число и перечень переменных, вклю­ чаемых в корреляционно-регрессионный анализ на пер­ вой стадии построения управляющих функций, устанав­ ливается на основе иерархического принципа управле­ ния, теоретического и инженерного анализа. Например, для ГЭС-компенсаторов такой перечень факторов ука­ зан выше. Использование иерархического принципа по­ зволяет резко сократить число переменных и значитель­ но уменьшить трудоемкость расчетов при сохранении эффекта от совместной работы водохранилищ группы ГЭС. Анализ и отбор факторов, влияющих на функцио­ нальный параметр, производится в две стадии. Вначале устанавливаются количественные характеристики влия­ ния отобранных факторов, а затем уже на второй стадии отбираются существенно влияющие.

При отборе переменных, включаемых в корреляцион­ ный анализ, возникает ряд трудностей. Как известно, существуют показатели, которые выражают влияние одного и того же фактора в разных аспектах. Так, на­

142

пример, запасы воды в водохранилище характеризуются уровнем верхнего 'бьефа или полезным объемом водо­ хранилища на данный момент времени. Эти показатели дублируют друг друга. Иногда в корреляционно-регрес­ сионный анализ может включаться сводный показатель, например суммарная мощность кохмпенсируемых ГЭС или суммарный объем водохранилищ гидроузлов-ком­ пенсаторов. Но во множественном корреляционном ана­ лизе нельзя рассматривать одновременно факторы, дуб­ лирующие друг друга или находящиеся между собой

вфункциональной связи или близкой к ней. Существо­ вание таких связей между причинными факторами .по­ казывает, что они характеризуют одну и ту же сторону функционального признака, поэтому их включение в мо­ дель нецелесообразно. При этом снижается надежность получаемых результатов. Поэтому на первой стадии про­ водятся корреляционные расчеты, позволяющие проана­ лизировать взаимосвязь всех переменных, взятых попар­ но. На основе парных коэффициентов корреляции и их значимости производится отбор переменных, включаемых

вмногофакторный корреляционный анализ.

Для получения матрицы исходной информации про­ водится серия расчетов оптимизации режима рабо­ ты гидроузлов, для которых строятся управляющие функции.

Характер изучаемых зависимостей и сравнительно узкий диапазон изменения рассматриваемых факторов позволяют предположить для ряда исследованных систем наличие линейных корреляционных зависимостей. Поэто­ му для каждого временного интервала анализ может производиться по линейной функции вида

где bot — свободный член, учитывающий влияние нерассматриваемых факторных признаков; Ьц, b2u b3t... — коэффициенты множественной регрессии; остальные обо­ значения были даны выше. Коэффициенты множествен­ ной регрессии и свободный член уравнения bot опре­ деляются методом наименьших квадратов.

После нахождения коэффициентов уравнения множе­ ственной регрессии для каждого интервала времени не­

143

обходимо оценить адекватность полученного уравне­ ния (5-7). Для оценки адекватности сравнивается оста­ точная дисперсия с дисперсией фактических значений функционального признака, т. е. определяется дисперси­ онное отношение (критерий Фишера F)

F = - £ - .

^ост

Полученное значение критерия F сравнивается с таб­ личным при выбранном уровне значимости и числе сте­ пеней свободы, зависящем от числа рассмотренных гид­ рологических периодов. Если полученное значение кри­ терия F больше соответствующего табличного, то гипоте­ за о том, что выравнивание по построенному уравнению регрессии хуже, чем выравнивание по уравнению Njt = =Njt, отвергается и в качестве управляющей функции принимается уравнение (5-7).

И з л о ж е н н а я сх е м а п о стр о е н и я у п р а в л я ю щ и х ф у н к ц и й п р и м е н е

ч и в а ю т в о з м о ж н о с т ь з н а ч и т е л ь н о г о п е р е р а сп р е д е л е н и я во вр ем ен

по р т , л е с о с п л а в и в о д о сн а б ж е н и е . И х тр е б о в а н и я в ы п о л н я ю т с я бе о гр а н и ч е н и я . О со б е н н о ст и р а з в и т и я о б ъ е д ин е н н о й э н е р го си сте м

№ 13 — ги д р о у з л а -к о м п е н с а т о р а о т д а ч и д р у ги х Г Э С к а с к а д а . У п р а в л я ю щ и е ф у н к ц и и в зо н е р а с п р е д е л е н и я и з б ы тк о в д и сп е тч е р ск о г гр а ф и к а о п р е д е л я л и с ь в ви д е ф у н к ц и и ( 5 -7 ) . В к а ч е с т в е ф у н к ц и н а л ь н о г о п р и з н а к а д л я к а ж д о го и н те р в а л а вр ем ен и б ы л а п р и н я т

и н те р в а л а вр ем ен и с у м м а р н а я о т д а ч а Г Э С -к о м п е н с а т о р о в № 1 2 и 13 Р е ж и м ы р а б о т ы к о м п е н си р уе м о й Г Э С № 16 о п р е д е л я л и с ь а в т о н о м н о п о св о е м у д и сп е тч е р ск о м у гр а ф и к у .

Д л я п о л у ч е н и я м а тр и ц ы и сх о д н о й и н ф о р м а ц и и с д е л а н ы р а с ч т ы о п т и м и з а ц и и о т д а ч Г Э С к а с к а д а д л я р а с ч е тн о го тр е х л е тн е го п

144

н и м ), о то б р а н н ы м из р я д а н а б л ю д е н и й . Г и д р о гр а ф ы о т б и р а л и с ь по к р и во й о б е сп е че н н о сти о т д а ч Г Э С к а с к а д а и г р а ф и к у и с п о л ь з о в а ­

х р а н и л и щ Г Э С в ко н ц е р а с че тн о го п е р и о д а п р е д в а р и те л ь н о б ы л и

в зя т о то л ь к о 18 (см . н и ж е ) . Р а с ч е т ы п р о в о д и л и с ь п о пр о гр ам м е « О п т и м и з а ц и я м н о го л е тн и х р е ж и м о в р а б о т ы к а с к а д а Г Э С в о б ъ е д и ­

м ац и и .

Д л я р а с см а тр и в а е м ы х п р и зн а к о в по к а ж д о м у и н т е р в а л у (в к а ­ че ств е р а с че тн о го и н те р в а л а п р и н я т м е с я ч н ы й ) б ы л а р а с с ч и та н а м а тр и ц а п а р н ы х к о э ф ф и ц и е н т о в к о р р е л я ц и и . А н а л и з ее п о к а з а л , чт о

б ы л и и с п о л ь з о в а н ы сл е д у ю щ и е ф а к т о р н ы е п р и з н а к и : м о щ н о сть Г Э С № 16 и у р о в н и в о д о х р а н и л и щ Г Э С № 1 2 и 13 н а н а ч а л о и н те р в а л а .

го го д а р а с че тн о го п е р и о д а п р и в е д е н ы д л я и л л ю с т р а ц и и в т а б л . 5 -4 . А н а л и з у р а в н е н и й р е гр е сси и и к о э ф ф и ц и е н то в м н о ж е с тв е н н о й к о р р е л я ц и и п о к а з ы в а е т в о зм о ж н о ст ь и с п о л ь з о в а н и я л и н е й н ы х у р а в ­

у м е н ь ш е н и е к о э ф ф и ц и е н т а м н о ж е с тв е н н о й к о р р е л я ц и и . Д л я э т и х м е­ ся ц е в , п о -в и д и м о м у в е л и ч и н а м о щ н о сти Г Э С -к о м п е н с а т о р а д о л ж н а б ы т ь р а в н о й га р а н т и й н о м у м и н и м у м у п р а к т и ч е с к и п р и л ю б ы х н а ­ п о л н е н и я х в о д о х р а н и л и щ и м о щ н о сти к о м п е н си р уе м о й Г Э С , т. е. зд е с ь и м ее т м е сто р а б о т а в со о тв е тстви и с з а д а н н ы м о гр а н и че н и е м .

Т а б л и ц а 5-1

п р а в и л у п р а в л е н и я р аб о то й г р у п п ы в о д о х р а н и л и щ п р и р а сп р е д е л е н и и и зб ы то ч н о й э н е р ги и б а з и р у ю т с я н а р а с ч е т а х о п т и м и з а ц и и р е ж и м ов р а б о т ы си сте м ы п р и лю б о м за д а н н о м к р и те р и и . К а к о ц е н и т к а к о й из р а с см о тр е н н ы х сп о со б о в у п р а в л е н и я я в л я е т с я н а и л у ч ш и м П о п ы т к а и с с л е д о в а т ь э то т во п р о с б у д е т с д е л а н а в сл е д ую щ е м п а р а гр аф е .

5-6. Оценка эффективности диспетчерских правил управления режимами работы водохранилищ ГЭС

Сопоставление различных правил управления. Лю­ бой способ или правило управления при наличии в си­ стеме случайных факторов не может дать при эксплуа­ тации точной реализации оптимального режима работы, найденного при детерминированной информации (эта­ лонный режим работы), а лишь гарантирует то или иное приближение к нему. При использовании расчетов опти­ мизации t последовательной корректировкой режимов отклонение фактического режима работы системы от оп­ тимального тем больше, чем больше отличаются прогно­ зируемые значения случайных характеристик системы (сток рек и др.) от фактических. При неглубоком сезон­ ном регулировании, когда заблаговременность прогноза стока и продолжительность периода регулирования соиз-

146

Меримы, такой 'метод управления является достаточно приемлемым. При многолетнем же регулировании сток прогнозируется лишь на отрезок времени, равный 3— 10% всего многолетнего цикла водохозяйственного ре­ гулирования. Вследствие этого при многолетнем регу­ лировании назначение режима работы системы непосред­ ственно по расчетам оптимизации отдачи, даже с после­ довательной их корректировкой, не имеет смысла: в каждый данный момент решение принимается при не­ известном за период регулирования стоке. Работа же по диспетчерским правилам управления возможна даже при

тем меньше влияет способ управления на показатели ре­ жима работы гидроузлов (или гидроэлектростанций). При полном многолетнем регулировании и когда разви­ тие системы соответствует проектным предположениям, гидроузлы работают с практически постоянной из года в год отдачей. Если же при этом расчетные половодья могут быть пропущены при наполненном до НПУ водо­ хранилище, то правила управления однозначны, т. е. не зависят ни от размеров притока, ни от запасов воды в водохранилищах. В этом крайне редком на практике случае на диспетчерском графике режима работы гидро­ узла (см. § 5-3) будет иметь место одна зона — гаран­ тированной отдачи (сказанное относится как к компен­ сируемому, так и к компенсирующему гидроузлу).

Диаметральной противоположностью указанному является случай, когда ввод потребителя электроэнергии почему-либо задерживается относительно ввода самих генерирующих мощностей (избыточная энергосистема). Тогда, даже при предельно высоких регулирующих воз­ можностях, появляется необходимость в оптимизации распределения избыточной отдачи во времени: в годо­ вом и многолетнем разрезе. При этом влияние способа управления режимом работы ГЭС на эффективность экс­ плуатации их будет наиболее существенным. Именно этот случай и был рассмотрен в предыдущем параграфе при построении разных правил управления в зоне из­ бытков. Какое же из этих правил наилучшее? Для этой цели необходимо сопоставить результаты расчетов регу­ лирования речного стока по различным правилам управ­ ления.

Как было указано <выше, в нашем иллюстративном примере (§ 5-5) разработано пять эвристических диспет­

в их числе есть графики, обеспечивающие максимальное использование стока (см. рис. 5-13), 'максимальную его зарегулированность '(см. рис. 5-16 и 5-17) и максимально возможное приближение к оптимальному режиму в усло­

эффективности использования рассмотренных диспетчер­ ских правил может быть выполнена при проектировании путем сопоставления режимов работы ГЭС, назначаемых по этим диспетчерским правилам, е оптимальными режи­ мами при известном стоке рек.

При управлении режимом работы ГЭС по различным диспетчерским графикам к концу периода развития си­ стемы Гр в водохранилищах остаются различные объе­ мы воды, т. е. различное количество потенциальной энер­ гии. Вследствие этого отклонения выработки энергии от оптимальной обусловлены двумя причинами: собст­ венно режимом работы и степенью использования полез­ ной емкости водохранилища, т. е. различным объемом используемого за Гр стока, запасенного в водохранили­ щах. При сопоставлении диспетчерских правил, получен­ ных разными способами, выработку энергии ГЭС или затраты можно рассматривать без учета и с учетом потен-' циальной энергии, остающейся в водохранилище в кон­ це расчетного периода развития системы. Величина вы­ работки энергии ГЭС за расчетный период развития си­ стемы (без учета потенциальной энергии) характеризу­ ет возможность приближения к оптимальному режиму работы или степень неизбежного отклонения от него в те­ чение Гр в результате применения того или иного сред­ ства управления режимом эксплуатации гидроузлов. Учет потенциальной энергии позволяет свести баланс гидроэнергии в водохранилищах системы за период Гр при различных отметках уровня воды в водохранилищах в конце этого периода, получаемых в результате приме­ нения тех или иных правил управления, и тем самым дает возможность сопоставить собственно показатели режима работы ГЭС (за рассматриваемый Гр при раз­

148

личных средствах управления), которые обусловливают­ ся использованием притока, режимом напоров и сочета­ нием величин расходов через ГЭС и напоров.

В дальнейшем выработка энергии ГЭС за Гр, вычис­ ленная с учетом .потенциальной энергии, остающейся в водохранилище в конце 7'р, будет именоваться яриве - д е н н ой, выработка энергии ГЭС системы, полученная в результате управления режимом их работы по какомулибо диспетчерскому правилу, — д и с п е т ч е р с к о й (с учетом и без учета потенциальной энергии) в отличие от о п т и ма л ь н о й , определяемой в условиях детерминированно заданной гидрологической информации.

Если расчеты регулирования отдачи по диспетчер­ ским правилам производятся по всему периоду регулиро­ вания, т. е. до выхода уровней воды в водохранилищах на НПУ, то необходимость в вычислении приведенной выработки энергии отпадает. Необходимость же вычис­ ления выработки энергии за 7’р и в этом случае остается в целях сопоставления диспетчерских правил за расчет­ ный период развития системы. Последовательность дей­ ствий в процессе сопоставления различных правил управ­ ления режимом работы ГЭС системы следующая:

1. Для каждого расчетного гидрологического периода выполняются расчеты по определению отдачи ГЭС за 7’р по каждому из сопоставляемых правил управления ре­ жимом работы ГЭС. (В результате расчета определяются энергоотдача ГЭС за 7'р и уровни воды в конце его по всему ряду расчетных периодов.

2.Вычисляются параметры распределения ряда вы­ работки энергии ГЭС за 7’р для каждого из сопоставляе­ мых правил управления.

3.Вычисляются разницы между диспетчерской и оп­ тимальной выработкой энергии для каждого варианта диспетчерских правил по каждому гидрологическому пе­ риоду.

4.Вычисляются параметры рядов отклонений диспет­ черской выработки энергии от оптимальной.

Ниже представлены результаты сопоставления шести

вариантов правил управления режимом работы ГЭС в соответствии с предыдущим параграфом. Сопоставле­ ния различных правил управления проводятся по гидро­ логическому .ряду, состоящему из 18 трехлеток. В их числе имеется 4 многоводных, 7 маловодных и 7 средне­ водных периодов, в которых отражены наиболее харак-

149

Р и с . 5 -1 8 . К р и в ы е р а сп р е д е л е н и я су м м а р н о й за Г р в ы р а б о тк и эн е р

с к и й г р а ф и к № 2 ; 3 — д и с п е т ч е р с к и й г р а ф и к N° 3; 4 — д и с п е т ч е р с к и й г р а ф и к № 4; 5 — д и с п е т ч е р с к и й г р а ф и к № 5; 6 — у п р а в л я ю щ и е ф у н к ц и и .

Р и с . 5 -1 9 . К р и в ы е р а сп р е д е л е н и я су м м а р н о й з а Г р в ы р а б о тк и э н е р ги и

с к и й г р а ф и к N° 2; 3 — д и с п е т ч е р с к и й г р а ф и к N° 3; 4 — д и с п е т ч е р с к и й г р а ф и к № 4; 5 — д и с п е т ч е р с к и й г р а ф и к N° 5; 6 — у п р а в л я ю щ и е ф у н к ц и и .

150