梯級水電站群生態調控智能控制系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種梯級水電站群生態調控智能控制系統，包括多源監測模塊、信息管控模塊、智能推理模塊、生態調控模塊和系統維護模塊。本發明專利技術還公開了一種梯級水電站群生態調控智能控制系統。本發明專利技術通過多源數據的準確監測、智能融合與分級管控，同時基于智能推理模塊實現多目標生態調控之間的智能調配，實現以生態綜合達標率最大為目標的梯級水電站群的針對性生態優化調控，能夠充分滿足庫區支流水華、庫尾減淤和汛期沙峰、四大家魚繁殖、下游生態補水、河口咸潮入侵的多種生態調控需求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于水利水電工程運行與控制領域，具體涉及梯級水電站群的智能生態調 控技術。
技術介紹
我國是全球第一大水資源和能源資源消費國，但面臨著資源短缺且時空分布不均 的嚴峻形勢。我國已建成多座世界級大型水利水電工程，在能源保障、防洪抗旱、水資源調 配、交通航運等方面發揮了巨大綜合效益，成為我國經濟社會持續健康發展的重要保障。截 至2014年我國水電裝機容量已突破3億kW，金沙江、雅礱江、大渡河、烏江、長江上游、南盤 江、紅水河、瀾滄江、黃河上游等水電基地發展迅速，已形成初具規模的梯級水電站群。 河流不但維系著人類生存與社會發展（社會服務功能），同時也是不同生態系統 間的紐帶，在生物多樣性、營養物質輸移、氣候調節等方面發揮著不可替代的作用（生態服 務功能）。我國各大流域內往往生態環境敏感區眾多，是許多重要特有生物不可替代的生 境。但大型水利水電工程在發揮巨大綜合效益的同時，也會造成一系列重大或潛在的生態 環境問題，常表現在庫區支流水華、庫區泥沙淤積、水生生物自然繁殖、下游敏感水域生態 需水、河口咸潮入侵等方面。 隨著國內外水庫運行調度技術的不斷發展，工程生態調度理念也逐步被廣泛接 受，即通過改變水庫調度方式以彌補或緩解工程對生態、環境的影響，在保障河流生態健康 的條件下合理開發利用水能資源。隨著我國提出加強"五位一體"建設的總體布局，對生態 文明建設提出了明確要求，相應也對水電工程的多目標綜合調度提出了更高要求。然而，我 國水電工程運行調度長期以來主要面向防洪、發電、航運等經濟效益，對工程生態環境影響 的研究深度和有效應對措施較欠缺。另一方面，我國各大流域形成的梯級水電站群狀分布 現狀，對流域生態環境產生了復合影響，在不同區域往往表現為不同的突出生態環境問題， 大大增加了實施一體化、多目標生態調控的難度。因此，如何將生態因素納入梯級水電站群 工程調度之中，科學實施水電工程生態調控，使之既能保證工程群防洪、發電、航運主體任 務，也要充分發揮水電工程的生態調控和保障作用，成為當前流域水生態安全保障工作中 迫切需要解決的難題。 水電工程生態調控技術研究是當前國際水資源與生態環境領域的熱點，但以定性 分析與結合具體工程的探索性研究為主：如《水庫多目標生態調度》一文闡述了在實現防 洪、發電、供水、灌溉、航運等社會經濟多種目標的前提下，應當兼顧河流生態系統需求的水 庫調度方法；如哥倫比亞河上的大古力水壩在常規調度中也逐步融入了對溯河產卵魚類的 影響。但分析可知，現有國內外相關研究和實踐均未能突破梯級水電站群多目標生態問題 一體化智能調控技術瓶頸，所存在的不足包括： (1)現有技術往往重點考慮單一的生態調度目標，難以兼顧水電工程造成的庫區 支流水華、庫區泥沙淤積、水生生物自然繁殖、下游敏感水域生態需水、河口咸潮入侵等多 方面綜合影響； (2)現有水庫調度工作與現場監測技術結合不緊密，一般僅依靠傳統的水文監測 方法，不但存在信息數據時空分辨率低、屬性不完整等不足，而且采用的實驗分析手段復 雜、時效性差，缺乏一種集合先進傳感測量技術自動獲取流域水情、電站運行和設備狀況的 監測系統； (3)現有生態調度往往直接按照人工經驗構建調度目標模型指揮調度，亟需一種 具有數據分析技術和智能調度決策技術，保證依據當前重要生態期目標優先的原則，實現 生態調控目標的動態優化調整的多目標控制方法。 綜上所述，迫切需要一種能夠克服上述現有技術的局限和缺陷的新技術，能夠集 成智能技術、綜合涵蓋多種生態目標的水電站群生態調控系統及方法，以實現利于改善調 度的綜合生態效益。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術針對已有水庫調度技術缺點，提供一種梯級水電站群生態調控 智能控制系統及方法，通過多源數據的準確監測、智能融合與分級管控，同時基于智能推理 模塊實現多目標生態調控之間的智能調配，實現以生態綜合達標率最大為目標的梯級水電 站群的針對性生態優化調控，能夠充分滿足庫區支流水華、庫尾減淤和汛期沙峰、四大家魚 繁殖、下游生態補水、河口咸潮入侵的多種生態調控需求。 技術方案：為了實現上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案為： 本專利技術所述的梯級水電站群生態調控智能控制系統，包括多源監測模塊、信息管 控模塊、智能推理模塊、生態調控模塊和系統維護模塊，其中： 所述多源監測模塊用于實時采集流域內多類生態敏感水域和水電站群運行的基 礎信息； 所述信息管控模塊接收多源監測模塊的采集數據，用于實現多源數據的智能融合 與分級管控； 所述智能推理模炔基于信息管控模塊的存儲信息，用于實現多目標生態調控的智 能調配； 所述生態調控模塊根據智能推理模塊給出的具體生態調控目標，通過信息管控模 塊下發指令給梯級水電站群，開展針對性的生態優化調控； 所述系統維護模塊用于保障系統的高效持續正常運行。 進一步，所述多源監測模塊包括水華監測單元、水沙監測單元、魚類監測單元、補 水監測單元、咸潮監測單元和水電站運行狀態監測單元；其中，水華監測單元包括若干套 安置在水庫支流回水區的水華多參數監測設備，其范圍自庫灣河口處上至最高蓄水位回水 處，采用固定監測斷面與重點監測斷面相結合的布置方式，用于獲取庫區支流水華涉及到 的氣象、水文、水動力、水環境與水生態要素信息；水沙監測單元包括若干套安置在庫尾至 壩前以及壩下的水沙多參數監測設備，其范圍自庫尾至壩前的庫區以及壩下局部河段，采 用固定監測斷面與重點監測斷面相結合的布置方式，用于獲取水庫淤積涉及到的水沙要素 信息；魚類監測單元包括若干套安置在四大家魚產卵場的魚類多參數監測設備，采用固動 結合的布置方式，用于獲取四大家魚繁殖涉及到的水文、水動力、生物學要素信息；補水監 測單元包括若干套安置在中下游河湖交匯水域的水情多參數監測設備，采用固定監測斷面 與固定監測站點相結合的布置方式，用于獲取下游敏感水域的水情要素信息；咸潮監測單 元包括若干套安置在河口處的水質多參數監測設備，其范圍自枯水期的潮流界至河口口門 處，采用固定監測斷面與重點監測斷面相結合的布置方式，用于獲取咸潮入侵涉及到的水 文水動力和水質要素信息；水電站運行狀態監測單元包括若干套安置在水電站的工況多參 數監測設備，用于獲取機組運行工況、下泄水量、水質的多種水電站運行工況要素信息。 進一步，所述信息管控模塊包括通訊單元、數據庫單元和信息安全單元；其中，通 訊單元包括布置在多源監測模塊中各單元監測現場的通訊站網，通過全方位通訊方式將各 監測設備所采集的多源信息實時傳輸至數據庫單元中；數據庫單元由多個安置在控制中心 的存儲服務器組成，用于接收通訊單元傳入的信息，進行數據預處理后采用固態存儲技術 分類存儲多種信息；信息安全單元設立分級授權子單元以保障系統運行過程中的信息安 全，并且設立端口管控子單元實現對不同類別與數量端口的彈性分配與監控。 進一步，所述智能推理模塊包括知識庫單元和推理單元；其中，知識庫單元包括調 控啟動參數庫子單元、生態優化調控知識庫子單元和案例庫子單元，分別為推理單元提供 不同生態敏感水域涉及的生態因子及適宜范圍、生態調控機理與基本規程、歷史調度案例； 推理單元基于智能推理技術并結合知識庫單元，對信息管控模塊提供的實時監測信息進行 智能推理，以分析現狀下不同生態調本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種梯級水電站群生態調控智能控制系統，其特征在于：包括多源監測模塊、信息管控模塊、智能推理模塊、生態調控模塊和系統維護模塊，其中：所述多源監測模塊用于實時采集流域內多類生態敏感水域和水電站群運行的基礎信息；所述信息管控模塊接收多源監測模塊的采集數據，用于實現多源數據的智能融合與分級管控；所述智能推理模塊基于信息管控模塊的存儲信息，用于實現多目標生態調控的智能調配；所述生態調控模塊根據智能推理模塊給出的具體生態調控目標，通過信息管控模塊下發指令給梯級水電站群，開展針對性的生態優化調控；所述系統維護模塊用于保障系統的高效持續正常運行。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：戴會超，毛勁喬，徐點點，戴凌全，蔣定國，
申請(專利權)人：河海大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32