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

Т а б л и ц а 3-4

Сопоставление параметров ряда среднегодовых расходов

метрии, как следует из работы [Л. 21], приводит к завы­ шению необходимой емкости водохранилищ, а (преумень­ шение коэффициента корреляции — к занижению ее ве­ личины, т. е. действие этих несоответствий параметров взаимно компенсирующее. Тем не менее для осторожно­ сти, видимо, целесообразно следовать рекомендации [Л. 21] и использовать данный метод разложения про­ цесса стока и его моделирования для расчетов сезонного регулирования, а для расчетов многолетнего регулиро­ вания— лишь в случае отсутствия коррелятивной связи между смежными членами ряда годового стока.

Для более общего случая рассмотрим еще один воз­ можный вариант разложения процесса стока на состав­

Случайную часть ДQi, так же как и в предыдущем варианте, будем нормировать с помощью условных стан­ дартных отклонений для данного месяца

звеньев, т, е. длина автокорреляционной функции гидро­ логического ряда; Du и Дщ -д— алгебраические^ допол­ нения элементов ги и гш-п в определителе D\ Qi и о,- —

60

При наличии датчика нормальных чисел с параметра­ ми (0,1) его реализация на ЦВМ не представляет, боль­ ших трудностей. Для учета наблюденной асимметрично­ сти распределений остатков стока В' отдельные месяцы может быть использован прием, аналогичный предло­ женному в [Л. 83] и описанному выше (вывод зависимо­ стей, применимых для многозвенных цепей Маркова, произведен А. Ю. Александровским при консультации В. В. Атурина).

Выражение поправки на асимметричность имеет вид:

Здесь все обозначения аналогичны приведенным вы­ ше. Одним из основных в рассматриваемой схеме выде­ ления базисной части процесса является вопрос о коли­ честве учитываемых предшествующих состояний процес­ са т. Его выбор может осуществляться, например, с по­ мощью методов, описанных в [Л. 60], исходя из критерия минимума дисперсии прогноза. Вполне очевидным яв­ ляется стремление выбирать число т по возможности небольшим, т. е. начинать расчет для т —2 и лишь при недостаточно хорошем совпадении параметров перехо­ дить к большим т.

Этот вопрос для других целей и иными методами исследовался Н. А. Картвелишвили [Л. 37]. Он указыва­ ет, что «. . . увеличение т сверх четырех, а иногда сверх трех приводит не к улучшению, а к ухудшению совпаде­ ния. Это объясняется тем, что функции распределения вероятностей, по которым производится розыгрыш, не удовлетворяют точно так называемому обобщенному уравнению Маркова, т. е., строго говоря, являются функ­ циями перехода марковского процесса лишь с некоторым приближением».

Использование рассматриваемого метода разложения процесса покажем на примере р. Нарына. Полученные

61

8 результате разложения остатки (случайная состав­ ляющая) являлись с вероятностью 99,9%' некоррелиро­ ванной выборкой из одной генеральной совокупности. Они имели распределение, близкое к нормальному, с ну­ левым математическим ожиданием, единичной диспер­ сией и коэффициентом асимметрии, близким единице. Указанные результаты получены для нескольких значе­ ний величины т, т. е. при разном количестве учитывае­ мых в разложении предшествующих состояний процесса.

Рассмотрим результаты сопоставления параметров искусственных рядов и параметров исходных. Этот ана­ лиз проведем на примере трех значений величины т: 2, 3 и 12. Как и в предыдущем варианте, параметры единого ряда среднемесячных расходов совпадают с ис­ ходными. Для сечений одноименных месяцев получен­ ные результаты близки результатам предыдущего вари­ анта выделения составляющих и поэтому для сокраще­ ния места здесь не приводятся. Для ряда среднегодовых величин стока параметры даны в табл. 3-5.

Приведенные данные, полученные при моделирова­ нии рядов без учета поправки (3-16) на асимметрич­ ность, свидетельствуют: 1) о нецелесообразности исполь­ зования в разложении большого числа звеньев в мар­ ковской цепи (см. выше); 2) о возможности с помощью выбора соответствующего количества учитываемых при моделировании предшествующих состояний процесса по­ лучить достаточно хорошее совпадение с заданными сле­ дующих параметров искусственных рядов годового сто­ ка: Q, Cv, г. Несколько хуже совпадают характеристики асимметрии. При использовании поправки (3-16), а для схемы простой цапи — поправки (3-11) результаты моде-

02

лирования 1000-летних рядов для рек Нарына и Енисея представлены в табл. 3-6. Приведенные данные свиде­ тельствуют о полном совпадении всех параметров годо­ вого стока при описании месячного стока рек трехзвен­ ной марковской цепью. Совпадение с исходными пара­ метров месячного стока также полное (для сокращения

ровании, для р. Енисея в рассматриваемом случае чис­ ло отрицательных величин несколько сократилось по сравнению с моделированием по схеме простой марков­ ской цепи (30 вместо 35). Для полной ликвидации воз­ можности появления отрицательных величин стока во всех случаях, видимо, самым простым способом может быть использование при моделировании логарифмиче­ ских или каких-либо иных его трансформаций (см. выше

и[Л. 38]).

Ометодах моделирования речного стока для каска­

дов гидроузлов и о возможности применения к ним опи­ санного приема было кратко отмечено выше. Резюмируя сказанное, можно отметить, что описанный прием позво­ ляет при моделировании месячных величин стока рек получать достаточно хорошее соответствие заданном па­ раметров и месячного, и годового стока. Вероятность по­ явления отрицательных величин стока в отдельные ме­ сяцы исключительно мала, и операции замены отрица­ тельных величин на нулевые, на их модули или на рав-

63

иые некоторой постоянной положительной величине (на­ пример, 7з Qш ш ) для практических расчетов вполне до­

пустимы.

Исследование закономерностей и моделирование слу­ чайно изменяющегося водопотребления и испарения

вэтом случае полностью аналогично изложенному выше

в§ 3-2, и дополнительных пояснений не требует.

3-4. Сопоставление водноэнергетических расчетов на основе разных методов моделирования

Для оценки различных способов моделирования гидрологических рядов проведем сопоставление результатов водноэнергетических и водохозяйственных расчетов, выполненных с использованием разных искусственных рядов, и сопоставим их с расчетами по календарному ряду наблюдений за речным стоном. Результаты таких сопоставле­ ний для Мингечаурского гидроузла приведены в [Л. 21], где был использован для моделирования искусственных рядов описанный в § 3:2 метод фрагментов.

Для определения влияния способа моделирования гидрологиче­ ских рядов на результаты водноэнергетических расчетов произведем сравнительные расчеты по искусственным рядам, смоделированным методом Монте-Карло с применением метода фрагментов и метода разностей.

Результаты расчетов показывают (табл. 3-7), что различия меж­ ду методами имеются, однако они сравнительно малы. В данном случае метод моделирования непосредственно месячных величин дает более надежный результат. Это объясняется тем, что при моделиро­ вании методом фрагментов в качестве исходных было взято сравни­ тельно небольшое количество фрагментов (10 моделей внутригодово­ го распределения из имевшихся 46). Это количество фрагментов, видимо, не является достаточным для полного совпадения результа­ тов расчета.

Такие же близкие результаты были получены при сопоставлении среднемноголетннх выработрк энергии ГЭС (табл. 3-8).

Таким образом, проведенное сопоставление показало, что исполь­ зование метода фрагментов и метода разностей при моделировании гидрологических рядов дает близкие результаты расчетов регулиро­ вания речного стока водохранилищем Мипгечаурской ГЭС. Распро­ странить указанный вывод па любые другие объекты, видимо, было бы преждевременным.

В заключение настоящей главы рассмотрим вопрос о влиянии погрешностей в оценке статистических параметров гидрологических рядов на результаты многолетнего регулирования речного стока. Данный анализ проведем также па примере Мингечаурского водо­ хранилища. Для этой цели выполним расчеты регулирования стока

64

Т а б л и ц а 3-8

Сопоставление среднемноголетних выработок энергии

малыюй отдачи соответственно изменяться от 85,6 до 95,5%, т. е. значительно (расхождения выходят за пределы случайного рассея­ ния оценок обеспеченности отдач).

Для сниженной энергетической отдачи рассматриваемого гидро­ узла вариации числа перебоев и обеспеченностей отдачи в зависи­ мости от ошибок оценок параметров распределения стока значитель­ но меньше, чем вариации этих величин для нормальной энергетиче­ ской гарантированной отдачи. Они лежат в пределах точности оценок обеспеченности отдач.

Таким образом, проведенные в данной главе сопоставления по­ казали, что различные методы моделирования внутригодового рас­ пределения стока гидрологических рядов дают весьма близкие результаты расчетов его регулирования водохранилищами. Расхож­ дения этих результатов расчетов с аналогичными данными, получен­ ными только по ряду наблюдений, более значительны, что является еще одним доказательством целесообразности проведения расчетов многолетнего регулирования речного стока вероятностными ме­ тодами. Выявленное влияние оценок отдельных параметров распреде­ ления речного стока и их ошибок на результаты расчетов его регу­ лирования водохранилищами еще раз подтверждает особое значение указанных оценок в теории регулирования речного стока.

Г л а в а ч е т в е р т а я

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РЕЖИМА РАБОТЫ ГИДРОУЗЛОВ И ИХ ОЦЕНКА

4-1. Гарантированная отдача гидроузлов

Под г а р а н т и р о в а н н о й о т д а ч е й г и д р о у з л а подразумевается такая его отдача, которая с заданной надежностью (обеспеченностью) удовлетворяет требова­ ния водопотребителей и водопользователей в многолет­ нем разрезе [Л. 40].

66

вокупная отдача ее гидроузлов, которая с определенной надежностью (иной, -чем у отдельных гидроузлов) мо­ жет удовлетворять требования водо-потребителей и водо­ пользователей системы в многолетнем разрезе. При со­ хранении неизменной надежности (обеспеченности) абсо­ лютная величина отдачи системы возрастает по сравне­ нию с суммой гарантированных отдач отдельных гидро­ узлов при изолированной работе [Л. 21, 55, 67, 76].

В зависимости от назначения гидроузла его гаранти­ рованная отдача может быть выражена: 1) некоторой величиной и обеспеченностью поступающего в нижний бьеф расхода воды для нужд водного транспорта, рыб­ ного, лесного хозяйства и др.; 2) величиной забираемого из верхнего бьефа объема воды для ирригации, водо­

энергии, используемой в расчетных маловодных условиях для участия в покрытии графика нагрузки энергосисте­ мы во время прохождения ее максимума; 4) совокупно­ стью указанных величин в комплексных гидроузлах; 5) общей величиной гидравлической энергии ГЭС, полу­ чаемой от каскадов гидроэлектростанций, расположенных на разных реках и работающих в одной энергосистеме. При этом роль каждого гидроузла в системе и взаимо-'- связь режимов их работы регламентируется (или опти­ мизируется) с целью достижения максимальной величи­ ны совокупной гарантированной отдачи ГЭС системы. Оптимальность такого решения обосновывается тем, что величина совокупной гарантированной -отдачи ГЭС энер­ госистемы определяет собой необходимую величину за­ меняемых в ней мощностей тепловых (или атомных) электростанций. Сокращение же установленных мощно­ стей последних ведет к общему уменьшению капиталь­ ных вложений в системе. Это происходит, потому что указанное повышение' гарантированных мощностей ГЭС в системе достигается только за счет оптимизации режи­ мов их работы, т. е. без дополнительных вложений

вустановленные мощности гидроэлектростанций.

Вобщем случае гарантированная отдача гидроузлов определяется величиной полезной емкости их водо­

чина гарантированной отдачи определяется притоком воды в реке к данному гидроузлу или к группе гидро­ узлов каскада или системы за расчетную маловодную межень и полезной емкостью 'водохранилищ, срабатыва­ емой в течение указанной межени.

При многолетнем регулировании стока величина га­

полезной емкостью водохранилищ, срабатываемой и за­ тем наполняемой в течение этого периода времени. При известных параметрах речного стока и заданной надеж­ ности (обеспеченности) величина гарантированной отда­ чи может быть определена однозначно для каждого из рассматриваемых значений полезной емкости водохрани­ лища. При многолетнем регулировании стока для этой цели могут быть' использованы известные номограммы для определения полезной емкости водохранилищ мно­ голетнего регулирования стока [Л. 21, 40, 51 и др.]. Ког­ да в составе ‘ гидроузла имеется гидроэлектростанция, размер гарантированной отдачи, помимо указанных вы­ ше факторов, зависит также и от напора ГЭС. Расчет гарантированной энергоотдачи, особенно при многолет­ нем регулировании стока, производится по календарным гидрологическим рядам, наблюденным или искусствен­ ным, смоделированным методом Монте-Карло (Л. 21, 64]. Это дает возможность учесть снижение напора при сра­ ботке водохранилища и связанное с ним нарастание ин­ тенсивности расходования воды, аккумулированной в его полезной емкости, а также сложное взаимодействие гид­ роэлектростанций в энергосистеме.

При проектировании гидроузла его гарантированная отдача оценивается и экономически обосновывается для

боре проектного значения НПУ. Для каждого из сопо­ ставляемых вариантов гарантированной отдачи гидроуз­ ла соответствующая величина полезной емкости водо­ хранилища расходуется в течение критического периода регулирования. Для оценки величины гарантированной отдачи группы гидроузлов системы необходимо срабо­ тать полезную емкость их водохранилищ в оптимальном порядке и с необходимой интенсивностью в течение не­

68

которого общего расчетного маловодного периода

[Л. 57, 76].

Для условий, когда выбраны основные параметры гидроузла (НПУ, полезная емкость водохранилища, установленная мощность ГЭС) и когда задана обеспе­ ченность его гарантированной отдачи, абсолютная вели­ чина ее, рассматриваемая как объем зарегулированного стока или энергии, определяется однозначно. Однако величина гарантированной отдачи, как правило, не рас­ ходуется равномерно в течение года, а изменяется в со­ ответствии с графиком потребления и в развивающейся системе может быть переменной также и из года в год.

Под понятием «развитие водохозяйственной системы»

требований водо- и энергопотребителей к использованию водных ресурсов рек, а та^же изменения, происходящие в самой водохозяйственной системе: строительство но­ вых гидроузлов, начальное заполнение пх водохранилищ, ввод новых агрегатов на существующих или строящихся ГЭС и т. п. Для удовлетворения изменяющихся во вре­ мени требований потребителей гидроузлы работают в ре­ жиме, обеспечивающем необходимое перераспределение во времени'гарантированной отдачи. При проектирова­ нии гарантированная отдача распределяется во времени на основании данных о перспективе развития энерго­ системы в условиях эксплуатации в соответствии с кон­ кретной обстановкой в системе.

Если развитие системы соответствует проектным предположениям и последние достаточно детально раз­ работаны, то в каждый интервал времени планируемого периода введенная мощность гидроэлектростанций и вы­ рабатываемая ими энергия полностью используются в балансах мощности и энергии системы, а водопотребители полностью получают выделенную им воду. Для ис­ пользования с требуемой надежностью установленной мощности гидроэлектростанций и проектной производи­ тельности водопотребителей, найденных в результате решения структурной задачи, необходимо обеспечение в условиях расчетного маловодного периода соответст­ вующей величины выработки энергии и отдачи воды, т-е. гарантированной отдачи.

В развивающейся водохозяйственной и энергетической системе установленная мощность гидроэлектростанций

69