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水利水能计算课程设计
一．课程设计目的
经过《水利计算》课程设计, 使我们在对水利计算的一般概念, 原理和常见的计算方法进行复习巩固的基础上, 以实际水利水电工程的水利计算(设计)为背景, 重点训练我们基本的水利计算方法或水库水电站调度方案编制技术, 从而掌握水利计算的基本知识和计算方法, 培养综合分析问题, 解决问题的能力以及熟练运用计算机的能力。
二．时间
一周
三．任务和要求
某大型水电站水库基本参数如下: 水库正常蓄水位1200米, 死水位1155米, 水头损失0.1米电站装机容量330万千瓦, 出力系数8.2, 水库水位—库容关系曲线见表3-1, 电站下游水位流量关系曲线见表3-2, 水库入库径流代表年月流量如表3-3。试用动态规划方法编制水库电站年内逐月优化调度方案。
表3-1水库水位—库容关系
水位( 米)
1150
1155
1160
1165
1170
1175
1180
1190
1200
1205
库容( 亿立方米)
21.3
24.2
26.61
29.4
33.5
36.8
40.1
49.0
57.9
62.7

表3-2电站下游水位流量关系曲线
流量( m3/s)
400
1000

3000
4000
5000
水位( m)
1010.85
1012.38
1014.5
1016.4
1018.1
1019.6

表3-3代表年水库入库径流量
月份
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
流量( m3/s)
302
582
847
377
201
153
118
99.1
92.2
97.0
112
158
优化目标:
1.枯水期电站出力尽可能大;
2.在保证枯期出力尽可能大的前提下使年发电量最大化。
设计要求:
1.编制出计算机软件, 具有良好的用户界面;
2.软件应具备如下功能:
( 1) .水库电站基本参数( 包括关系曲线) 可修改;
( 2) .入库径流资料可修改;
( 3) .优化调度输出结果( 时段水库水位, 发电流量, 电站出力, 发电量) 图表化;
3．提供源成程序及计算结果并进行实际操作考核。
四．中长期优化调度数学模型
研究水库优化调度问题, 当前的主要途径是经过建立和求解数学模型来进行的。因此, 模型选择的合适与否, 对运行结果有很大的影响。
1．目标函数
根据设计大纲要求选择以下目标函数:
电站年内枯水时段的出力尽可能大,即最大化最小出力。
目标:
( 4-1)
式中: P为最大化的最小出力( MW) ;
为电站出力系数;
为电站在第t时段发电流量( m/s) ;
为电站在第t时段平均发电净水头( m) ;
为年内计算总时段数( 计算时段为月, =12) ;
2约束条件
( 1) 水量平衡约束
　　　　　( 4-2)
式中: ——电站第时段末水库蓄水量();
——电站第时段初水库蓄水量( ) ;
——电站第时段入库流量( ) ;
——电站第时段弃水流量( ) ;
——计算时段长度( ) 。
( 2) 水库蓄水量约束
( 4-3)
式中: ——电站第时段应保证的水库最小蓄水量( ) ;
——电站第时段的水库蓄水量( ) ;
——电站第时段允许的水库最大蓄水量( , 一般是基于水库安全方面考虑的, 如汛期防洪限制等) 。
( 3) 水库下泄流量约束
( 4-4)
( 4-5)
式中: ——电站第时段应保证的最小下泄流量( ) ; ——电站第时段最大允许下泄流量( ) 。
( 4) 电站出力约束
( 4-6)
式中: ——电站的允许的最小出力( , 取决于水轮机的种类与特性) ;
——电站的装机容量( ) 。
( 5) 非负条件约束
上述所有变量均为非负变量( ≥0) 。
3模型求解
采用动态规划进行求解。
五．软件编制
1．技术背景
本软件的编制主要借助现代计算机技术, 特别是网络编程技术来完成。采用现在最流行的微软开发的C#.net编程语言来完成核心算法的编程及其它技术, 主要包括:
XML: ExtensibleMarkupLanguage, 即可扩展标记语言。
.NETFramework(.NET框架): .NETFramework是指一组形成Microsoft.NET平台开发基础的技术。包括3个主要的组件: CommonLanguageRuntime, .NETFrameworkclasslibrary和ASP.NET。
VS.NET: VisualStudio.NET, Microsoft公司最新的应用程序开发平台, 能够用于快速构建企业级的Web应用程序。
ASP.NET: .NETFramework的一个组成部分。它提供了一种全新的开发Web应用程序的方法。
ADO.NET: 用于数据库访问, 是对ADO的改进, 根据一个全新的数据访问编程模型而设计, 建立在.NETFramework之上, 提供对XML的高级综合支持, 该模型最适合于两层( 面向连接) 和n层( 面向非连接) 的应用程序。
C#: 一种新的.NET开发语言。它从C和C＋＋进化来的, 在语句、 表示式和运算符等方面使用了许多C＋＋特性。同时引入了许多现代编程语言的新特性。
WebService: WebService(Web服务)是一种部署在Web上的对象, 建立在超文本传输协议( HTTP) 的基础上, 以简单对象访问协议/可扩展语言( SOAP/XML) 作为通讯协议, 能够跨越Internet进行远程调用的机制。
2．中长期优化调度软件系统
( 1) 软件首页
软件首页是整个软件系统的主界面, 其主要功能是提供系统各个功能的链接, 因此, 在首页的左边软件功能菜单栏里能够点击不同的链接进入软件的相应功能模块。
软件功能菜单栏包括: 主页、 入库径流资料、 电站参数调整、 优化计算。如图5-1所示。

图5-1软件首页界面

( 2) 软件功能
根据提供的水库基本参数、 逐月入库径流、 出力水位限制等约束条件, 中长期优化调度软件进行优化计算, 形成水库年内最优调度方案, 并表格化、 图形化的将优化结果显示在用户界面上。
1) 进入软件后首先进入软件首页, 点击首页左侧功能菜单的”入库径流资料”链接后, 能够查看电站的天然来水情况, 界面如图5-2所示。
图5-2入库径流资料界面

点击其中的”编辑”, 能够对各月径流量进行修改, 界面如图5-3。
图5-3入库径流资料修改界面

2) 点击左侧功能菜单的”电站参数调整”链接后, 能够查看电站的基本参数, 界面如图5-4、 5-5所示。
图5-4电站参数调整界面

图5-5电站参数调整界面

点击其中的”编辑”也能够对数据进行修改。
3) 点击左侧功能菜单的”优化计算”链接后, 就进入到电站的中长期优化调度界面, 如图5-6。
图5-6优化计算界面

优化计算时能够经过选择始末时间来确定优化的时段, 然后输入时段的始末水位, 点击”优化计算”按钮即可。优化结果界面将以表格和图形的形式显示出来, 从而更加直观。如图5-7、 5-8、 5-9、 5-10。
图5-7优化计算结果界面

图5-8优化计算结果界面

图5-9优化计算结果界面

图5-10优化计算结果界面

六.总结
编制出的软件基本能达到优化目的, 而且优化计算出的结果基本能够满足精度要求。同时软件也能对电站基本参数、 入库径流等数据进行修改, 实现了良好的人机互动功能。计算得出的结果以表格和图表的形式显示出来, 更加直观, 也更方便决策者进行对比分析和决策。可见, 软件很好的满足了设计要求。
另外, 经过本次课程设计, 我学到了很多东西, 不但对课本的理论知识进行了一次完整的复习, 而且很大程度上提高了自己计算机的运用能力, 更为重要的是, 提高了我们的动手和解决实际问题的能力。在设计过程中, 我们遇到了不少问题, 可是经过大家一起讨论, 基本上都解决了。最后, 经过这次课程设计, 一定程度上培养了我严谨的态度, 踏实的作风。总之, 这次课程设计使我受益匪浅。