基于径流和积雪资料的水文模型多目标率定

以雅鲁藏布江奴下水文站以上流域作为研究区，采用HBV水文模型（Hydrologiska Byr?ns Vattenbalansavdelning model）对研究区域的积雪和径流进行模拟。提出了一种同时考虑径流、雪深和积雪覆盖面积的多目标优化方法对水文模型的参数进行率定，并同仅考虑径流和雪深的率定结果进行了对比。结果表明，率定时仅考虑径流和雪深时，HBV模型能较好地模拟研究区的径流过程，但对雪深变化过程的模拟效果欠佳；率定时增加积雪覆盖面积目标函数后，模型能精确判断流域积雪覆盖情况，径流的模拟效率系数也有所提升，表明同时基于径流、积雪覆盖面积和雪深数据的HBV水文模型可以更好地预测和模拟研究区积雪和径流变化。     

汾河上游流域分布式水文模型的构建

针对研究区的水文、气象特点，本文以坡度、坡向为下垫面主要因素，按照集水区自然分水线划分子流域的流域离散方法，将SCS产、汇流模型与马斯京根法相结合建立了基于流域尺度的次降雨一径流分布式水文模型。模型对研究区典型流域模拟结果表明，该模型的径流量合格率及汇流合格率分别达到70％和80％，且计算流量过程与实测流量过程吻合较好，可适用于该研究区。     

区域流量历时曲线构建及其不确定性分析

根据流量值与流域空间特征的相关关系来构建区域流量历时曲线,对由东江流域中的13个子流域所组成的区域研究发现,各个指定相对历时下的流量值与流域面积和坡度的幂函数相关关系较好。运用Jack-knife检验方法验证所得到的区域流量历时曲线模拟结果,有9个站的确定性系数达0.95以上,尤其在非洪水和非枯水部分拟合精度较高。利用Bootstrap重抽样方法对所得到的区域流量历时曲线进行不确定性分析,发现其不确定性范围较小,且大多数区间对实测值和由系数均值得到的合成流量历时曲线包含得较好。表明采用本文所建议的方法可以得到精度良好的区域流量历时曲线,并可将其推广到广大的无实测流量资料地区。     

线性响应模型与神经网络联合模拟降雨～径流过程

本文将简单线性（黑箱）模型与神经网络联合起来对降雨～径流过程进行了模拟，在早期大多数有关降雨～径流的神经网络研究中,往往将前期径流作为模型输入的一部分,而本文利用线性模型对径流的估算值代替前期径流作为神经网络输入的一部分,从而为资料稀缺流域降雨～径流关系的模拟提供了新的途径，研究结果表明该组合模型是可行的。     

基于Archimedean Copula函数的流域降雨-径流关系变异分析

降雨径流关系是工程水文学领域中一个重要的应用问题,利用Copula函数在捕捉多变量间相依结构的灵活性这一优点,引入Archimedean Copula函数构建流域降雨-径流联合分布,诊断流域降雨-径流关系变异。以泾河流域为例,确定了降雨、径流分别服从Gumbel分布与对数正态分布,Copula函数检验结果表明,泾河流域降雨径流关系变异发生在1996年,并以降雨-径流关系变异点为分割点,将降雨、径流序列分割为1960~1996与1997~2010年两个阶段,分析表明两个时段降雨-径流关系发生较大变化,相同降雨情况下1997~2010年产流量相对1960~1996年减小30%以上,年降水量越小,产流量减小幅度越大,当年降水量为500mm时,减小幅度达到37.59%,并结合人类活动对照等分析,验证了Copula函数诊断流域降雨径流关系变异结果的合理性与准确性。     

基于人机联合优化的SWAT模型参数率定方法研究

参数率定是水文模拟的重要环节,也是分布式模型研究中的难点问题。寻求一种收敛速度快、精度较高的参数率定方法,对提高模拟精度具有重要的意义。LGCPSO算法是一种可以更加有效地搜索全局最优解的优化方法,但使用过程中无法考虑参数的物理意义,参数取值可能不符合流域实际情况。本研究以西营河为例,采用人工试错法与LGCPSO算法联合率定SWAT模型参数,模拟流域的月径流过程和日径流过程。结果表明:人机联合优化方法和SCEUA算法计算得到效率系数Ens、相关系数R2和相对误差Re的结果接近,率定结果较稳定;采用人机联合优化方法率定参数后,月径流模拟过程的Ens和R2可达到0.8以上,日径流模拟过程的Ens和R2达到0.6以上,且模拟结果能较好地反映径流的实际变化趋势。因此,这种人机联合优化的率定方法具有一定的推广价值。     

新一代三峡水利枢纽短期洪水预报系统的构建与检验

本文主要介绍新一代三峡水利枢纽短期洪水预报系统的设计与实现,该系统可利用目前三峡区间多种降雨估测信息源作为系统的输入条件;流域产汇流方面,采用基于地貌特征的流域分布式水文模型GBHM模拟三峡区间降雨径流过程,该模型考虑了汇流区间内不同土地利用类型和土壤类型对山坡产流的影响,能较好地描述研究区域水文过程的时空分布特征;库区洪水演进方面,采用MIKE11中的一维水动力学模型耦合GBHM模型输出区间流量来模拟三峡水库内长江干流河道的洪水演进过程。基于历史资料的模拟结果显示,该预报系统可以较为准确地模拟三峡区间的暴雨洪水、库区洪水演进等一系列水文过程。     

长短时记忆网络与新安江模型耦合的降雨径流模拟性能

深度学习技术在降雨径流模拟方面具有广阔应用前景,但受训练样本限制,需与传统水文模型相耦合,由传统水文模型提供训练数据。耦合数据的选择和超参数方案对耦合模型的模拟性能影响显著,但尚未有专门的研究。本文以东湾流域为例,用双向长短时记忆网络耦合新安江模型不同模块数据,并用灰狼优化算法优化超参数,构建降雨径流模型。结果表明：模型耦合不同数据时,对日径流和场次洪水的模拟性能均有提高,尤以耦合产流量和模拟流量数据时最为明显。不同耦合数据需调整超参数方案,灰狼优化算法可满足需求。本研究为提高耦合模型径流模拟能力提供了新思路和新方法。     

基于数值降雨预报信息的中期径流预报方法研究

随着数值气象预报水平的不断发展,考虑数值降雨预报信息有利于提高流域径流预报的精度,能够为水库未来的兴利调度决策提供可靠的信息支撑。为此,本文以浑江桓仁水库流域为研究实例,分别采用新安江模型和多元线性回归模型建立流域汛期和非汛期的中期旬径流预报模型,其中模型参数分别采用遗传算法和最小二乘法进行优化率定。在以上模型的基础上,采用美国全球预报系统发布的未来10 d数值降雨预报信息作为降雨输入,预报桓仁水库的中期旬径流。研究结果表明中期径流预报受降雨预报信息的不确定性影响,预报精度随预见期延长而降低,但仍高于传统不考虑降雨预报信息的中期径流预报。     

二滩水电站水库径流描述与优化调度模型研究

针对二滩水电站的实际径流特性,提出了有、无时段径流预报相结合的马氏性径流描述模型;以兼顾保证出力要求的发电量最大为目标函数,建立了优化调度模型,并研究求解过程中的递推方程建立、保证出力约束的考虑、预报误差影响分析等相关问题;应用二滩电站的历史径流序列进行模拟优化调度,研究结果表明该模型比传统的有预报或无预报的马氏性随机径流描述方法能更好地描述径流,并且可作为进一步改进径流描述模型的比较基础.     

一种改进的最优潮流算法研究

提出一种改进的信赖域内点算法.新方法无须与潮流计算配合增加算法通用性,并由常规潮流获得初始点改善信赖域子问题可行性;此外,改进信赖域子问题模型提高计算精度,调整收敛判据加快计算速度;由现代内点法求解信赖域子问题,并构造简约修正方程减小计算量.用改进的方法求解电力系统中以发电费用最小为目标的最优潮流问题.通过对IEEE14-300测试系统的数值仿真实验,证明所提出的算法是正确和有效的.     

推求谢尔曼单位线的逐步滤波优化方法

从1932年谢尔曼提出单位线概念至今,谢尔曼单位线一直是水文预报员解决规律复杂的流域汇流的基本方法。笔者对目前常用的单位线推求方法及存在的问题进行了分析,并提出了的逐步滤波优化方法。文章给出了逐步优化方法的目标函数及约束条件,阐述了滑动平均滤波器和滑动多项式滤波器原理,并介绍了运用逐步滤波优化方法推求单位线计算流程。笔者采用该方法对不同流域水系的谢尔曼单位线进行了率定,在实际应用中取得了较好的效果。     

考虑电动汽车充电负荷的配电系统场景概率潮流分析

提出了一种同时考虑分布式光伏出力和电动汽车充电负荷随机特性的配电系统场景概率潮流分析方法。首先,在考虑车主交通行为与充电模式随机特性的基础上,采用蒙特卡洛模法对充电站典型日内的充电负荷进行模拟,给出充电负荷曲线集。接着,采用K-means聚类分别对充电负荷曲线集和光伏历史出力曲线集进行聚类,给出充电负荷和光伏出力的概率场景集,并以此为基础构建潮流分析场景集。最后,采用前推回代法进行所有场景下的配电系统潮流分析。按场景概率对潮流结果进行汇总,给出概率潮流分析结果。基于IEEE 33节点配电系统的仿真计算验证了所提模型及方法的有效性。     

交流模型下电力系统概率潮流计算

针对目前概率潮流计算方法普遍存在计算复杂、计算量大的问题,采用经过解耦简化的线性化交流潮流模型,并用累积量代替传统的卷积技术,只需1次潮流计算就可以通过Gram-Charlier级数得到状态量的概率密度函数。其计算步骤可描述为:给定注入功率的概率描述,计算各阶原点矩;计算注入功率的累积量;计算节点电压和支路潮流的各阶累积量;计算节点电压和支路潮流的各阶原点矩和中心矩;计算Gram-Charlier级数的系数,从而得到节点电压和支路潮流的概率密度函数和概率分布函数。算例结果证明该方法方便、快速且能保证计算精度。     

基于多准则的城市雨洪模型不确定性分析方法

提出了一种基于多准则的城市雨洪模型参数不确定性分析方法。通过采用距离函数方法整合多个目标函数,该方法能够对洪峰、洪量和洪水过程等多个城市洪水过程要素进行综合考虑。将该方法应用于北京市大红门排水片区SWMM模型的不确定性分析,并与传统单准则方法的结果进行了对比及分析。结果表明,单一目标函数无法全面描述城市洪水特征;多准则方法在覆盖率相似的同时,不确定区域显著降低。在率定期,多准则相较于单准则不确定性区间的带宽减少了3.57 m3/s,偏差减少了3.04 m3/s;在验证期不确定性区间的带宽减少了3.38 m3/s,偏差减少了7.25 m3/s。而且其中值预报显著优于单准则方法。     

基于CIM/E全模型的扩展PSS/E潮流计算

基于人机界面的PSS/E单步潮流计算存在模型维护工作量大和扩展性较差的问题。提出了一种基于CIM/E全模型的扩展PSS/E潮流计算方法。以网络层次模型库为中间层,将CIM/E模型解析到中间层数据库并生成实时同步的PSS/E计算库,实现电网全物理模型的自动建模。基于API接口二次开发和封装,建立接口层,通过外部程序对PSS/E进行流程控制,实现潮流计算的自动周期运行。以层次库为输入输出接口,接收处理外部应用的设备操作指令,实现设备操作的自动交互。基于层次库实时拓扑分析,对PSS/E全模型仿真中的拓扑问题进行修正,保证了拓扑分析的正确性。使用华东电网实际电网模型进行实际应用,仿真结果证明了该方法的正确性和实用性。     

含VSC-HVDC并网风电场的电力系统最优潮流计算

由于风电场出力的实际值通常在预测值附近随机波动,所以在潮流计算时还应考虑风电场出力的随机性。针对风电场通过VSC-HVDC并网的情形,为了使电网既能安全运行,又能实现经济调度,提出了一种基于场景分析的最优潮流计算模型。模型以火电机组的总成本最小为目标函数,并考虑火电机组在预测场景和误差场景有功出力的调节范围约束,采用内点法进行求解。算例结果表明,引入误差场景后,虽然火电机组的总成本增加了,但是风电场出力的随机性对火电机组快速调节出力能力的要求得到了满足,从而保障了电网的安全运行。     

基于高斯混合随机性模型的多风电场配电网概率潮流计算

风速的随机性及风电场之间的相关性对电力系统潮流分析具有重要影响。计及风速的随机性及多风电场之间的相关性,提出一种改进的概率潮流计算方法。基于多风电场实际出力样本数据,利用k-means算法确定高斯混合模型的参数数量,并利用数据筛选过程改进高斯混合模型以提高联合分布模型的精确度;引入基于Nataf估算变换的三点估计法对所建概率分布模型进行采样,并将采样数据与电力系统潮流平衡方程结合以实现概率潮流计算。IEEE 18节点系统的算例结果表明,所提方法具有较高的计算精度和计算效率。     

风力发电机组特性及接入系统的潮流计算方法研究

介绍了风力发电机组的工作原理和风电场的功率特性,针对P—Q简化模型法、P—Q迭代模型法、R—X迭代模型法在含风电场的电力系统潮流计算中存在的不足,提出一种考虑异步风力发电机组的无功一电压特性来进行含风电场的电力系统潮流优化计算方法。在MATLAB软件环境下,采用IEEE14节点系统作为测试系统进行潮流算例仿真,仿真结果表明,该方法的潮流计算精度和速度均较高,具有良好的合理性,可满足含风电场的电力系统潮流优化计算要求。