基于结构方程模型的水库多目标互馈关系研究

梯级水库多目标问题涉及的因子集维度较高，目标间关系错综复杂，传统统计学方法难以同时考虑各目标所涉及的不同指标，对于互馈关系仅可给出定性分析。针对此问题，本文建立梯级水库发电-供水-生态多目标优化调度模型，采用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）求解，并提出三者间互馈关系的初步假设，进而引入结构方程模型（SEM），以非劣解集内各指标值作为输入数据，进行高维验证性因子分析，针对目标间互馈关系给出可视化、定量化的计算结果。溪洛渡-向家坝梯级水库的研究结果表明，在丰、平、枯不同典型年中发电-供水的冲突最剧烈，其次为发电-生态，而供水-生态的互馈关系并不显著；另外，随着天然来流由丰变枯，发电-供水矛盾急剧锐化。     

三种水库优化调度方案实施模式的对比研究

为研究水库优化调度方案在水位、流量及出力控制模式下的实施效果,以发电量最大为目标建立优化调度模型并求解,选取发电效益、水位越限风险率及弃水量构建评价指标体系,对不同水库运行工况下的调度方案实施过程进行仿真计算,并评价其实施效果。小漩水电站的实例应用结果表明,水位控制模式对应的水位越限风险率最低,但弃水量最大导致其发电效益最差;流量控制模式与出力控制模式对应的水位越限风险率相差不大,但出力控制模式弃水量更少,发电效益更高。因此,出力控制模式可作为调度方案实施过程中的首选模式。     

“以电定水”模式下蓄能最大与耗能最小一致性研究

梯级蓄能最大与耗能最小是"以电定水"模式下常用的2个优化准则,它们追求目标的角度不同,但本质上是一致的。传统梯级蓄能最大、耗能最小准则未考虑水电站发电效率的影响,无法真实反映梯级水库的调度目标;并且两者采用时段平均值近似计算能量,导致蓄能最大与耗能最小出现了差异。鉴于此,首先引入能效系数来表征水电站对水能资源的利用能力,对传统准则进行了改进;其次在验证了改进梯级蓄能最大、耗能最小准则一致性的基础上,建立了梯级负荷分配蓄、耗能一致性模型;最后对堵河流域潘口、小漩梯级水库进行了实例计算。结果表明:改进的梯级蓄能最大、耗能最小准则完全一致,并且较传统准则能够更加真实地反映梯级水库的调度目标。所建模型较传统模型更优,能够为"以电定水"模式下的梯级水库优化调度提供更加有效的指导。     

基于逐步逼近思想的改进蓄能增量最大模型

传统蓄能增量最大准则未考虑水电站发电效率的影响,并以时段平均值近似计算蓄能增量,无法真实反映水电站调度目标。针对上述不足,首先引入能效系数来反映水电站对水能资源的利用能力,对传统蓄能增量最大准则进行了改进;其次采用逐步逼近算法对改进蓄能增量最大准则中各水电站的能效系数进行了优化计算,并建立了基于逐步逼近思想的改进蓄能增量最大模型;最后以堵河流域潘口、小漩梯级水库为研究对象进行了实例计算。结果表明,所建模型科学合理,通过模型计算能够有效提升梯级水库蓄能,增加梯级水电站的发电效益;相比于现有模型,该模型对应的优化效果更加明显,能够为“以电定水”模式下的生产实践提供更加有效的指导。     

考虑动态洪水预见期的水库运行水位动态控制

为了在合理评估防洪风险的条件下提高洪水资源利用率,以潘口水库为算例,首先考虑为下游水库预留的防洪库容具有重叠使用的空间,对其汛期运行水位值进行了优化;其次利用预报预泄法建立模型,推求汛期运行水位动态控制域的上限值;最后重点考虑洪水预见期的动态变化,求解基于风险分析的动态控制域。计算得出,水库汛期运行水位可由原来的347.60 m提高至350.50 m,考虑洪水预见期的变动区间为[3, 6] h,以0.5 h为间隔,最终求得的汛期运行水位动态控制域为[350.50, 351.40] m,相应的发电效益可以分别提高0.19亿kW?h至0.25亿kW?h。结果表明,在综合考虑防洪安全与兴利蓄水的条件下,依据所提出的方案对潘口水库进行汛期运行水位动态控制是合理可行的。     

宽厚板四点弯曲压力矫平理论建模与有限元分析

宽厚板厂采用压头可移动式压平机进行厚规格板材矫平,压下参数的设定多基于人工经验,制约了生产效率和产品质量的提升。为了进一步提高压平机的矫直精度和工作效率,尤其是针对弯曲半径较大的板材,提出四点弯曲压力矫平方案。运用弹塑性力学理论并结合压力矫平过程的特点,建立宽厚板四点弯曲压力矫平模型;在材料力学性能参数和初始挠度已知的情况下,自动计算出压平力和反弯量等压下参数;通过对不同板宽、板厚、跨距和屈服强度等工艺参数的设定,根据模型计算出的数据采用有限元模拟压力矫平过程,计算出压平后板材的平直度。结果表明,各种工况均满足工业上宽厚板平直度要求,如在板厚大于25 mm、屈服强度小于460 MPa的情况下,板材的不平度均小于7 mm/m,验证了模型的可靠性。     

考虑后效性影响的梯级水库短期优化调度耦合模型研究

针对同一梯级中"以电定水"与"以水定电"运行模式并存的状况,本文从梯级总能量的角度出发,结合蓄能最大与发电量最大准则,构建了梯级水库短期优化调度耦合模型;为提高模型计算精度,考虑了水流滞时、尾水位变化后效性等影响因素,采用BP神经网络对下库入库流量、上库尾水位进行了精确计算,并提出了伴随POA算法对有后效性的梯级水库短期优化调度耦合模型进行求解。潘口、小漩梯级水库实例计算表明:所建的耦合模型能够很好地契合实际生产需求,有效提高梯级水电站的发电效益;与现有算法相比,伴随POA算法在计算时间、计算精度等方面具有一定的优势,能够满足生产实践的要求。     

考虑峰型及其频率的洪水随机模拟方法研究

现有洪水模拟方法仅考虑了洪峰、洪量及洪水历时三者间的相关性,并未考虑洪水特征量对于洪水过程线形状的影响。鉴于此,本文提出一种考虑峰型及其出现频率的洪水随机模拟方法,在洪峰、洪量、洪水历时的基础上,引入峰型系数及峰现时间,通过Copula函数构建上述特征量的联合分布函数并进行特征量随机模拟,通过贴近度计算得到与随机模拟的特征量最接近的代表性无量纲洪水过程线类型,进而将两者融合得到完整洪水过程线,并应用于防洪调度仿真计算。大隆水库的实例计算结果表明,本文洪水模拟方法全面考虑了影响洪水过程的诸多因子,模拟结果中各峰型出现频率接近天然洪水,防洪风险率与实际相差不大,对于水库调度方案制订及风险分析具有重要意义。     

梯级水库短期优化调度模型的精细化与GPU并行实现

目前制约梯级水库短期优化调度在实际工程中应用的主要瓶颈有:所构建的优化模型存在不合理的简化策略,所选择的求解算法无法保证解的质量以及模型的计算时间远超规定时长。为解决上述问题,本文首先构建精细至水电站各机组工作特性的优化调度模型,接着通过二重嵌套动态规划(DP)计算给定模拟精度下的高质量解,并针对算法固有的"维数灾"问题,一方面通过数据压缩与数据库技术降低程序的内存占用量,另一方面将GPU并行加速技术首次引入水库调度领域,通过OpenACC实现算法的GPU并行以减少计算时间。最后通过潘口、小漩梯级水库日优化调度的实例研究与对比分析得出:精细模型较传统模型能更好地贴合电站的实际工况,提高梯级系统的发电效益;内存占用缩减策略的引入能有效降低算法的空间复杂度;GPU并行较传统的CPU并行能大幅提升算法的求解速度。由此为短期优化调度的理论发展与算法"维数灾"的处理提供借鉴。     

偏心轮式步进梁升降过程力学数学模型

偏心轮式步进梁在升降过程中受力分析繁琐,为了研究油缸的受力在活动梁升降过程中变化规律,用解析法分别求解拉缸式步进梁和推缸式步进梁升降油缸的受力,推导出升降油缸受力的数学模型。计算结果表明,拉缸式步进梁升到最高位置,油缸受力最大;推缸式步进梁在活动梁刚接触钢卷时,油缸受力最大。本数学模型为升降油缸的选型提供了理论支撑,工程实践证明两种步进梁使用效果均良好。