水力发电学报
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2023年 42卷 10期
刊出日期：2023-10-25
1
编辑部推荐论文：计及价格型需求响应的水风光互补短期调度
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蒋光梓, 彭杨, 纪昌明, 罗诗琦, 于显亮
DOI: 10.11660/slfdxb.20231001
随着风光并网规模不断增加，仅在电源侧利用水电等调峰资源难以满足大规模风光并网需求。为此，本文在负荷侧引入价格型需求响应技术优化日负荷曲线，以源荷匹配度最高，弃电量最小为目标，建立了考虑价格型需求响应的水风光多能互补短期优化调度模型。同时为降低模型求解难度，将其解耦为两个单目标优化问题分阶段求解，最后将模型应用于金沙江下游乌东德水电站和昆明、玉溪两地风光电站互补联合发电研究中。结果表明：价格型需求响应技术对负荷曲线具有明显的削峰填谷效果，不仅可以提高水风光多能互补系统的源荷匹配程度，还能促进风光消纳，增加水风光联合总发电量。该结果论证了模型的有效性，为提高电网大规模消纳新能源提供了新思路。
2023 Vol. 42 (10): 1-12 [
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13
可再生能源系统技术框架与关联模式——基于国内外专利数据的实证研究
熊谦, 唐文哲, 李银生
DOI: 10.11660/slfdxb.20231002
建立稳定、高效、智能化的可再生能源系统是能源转型的重要路径。本文基于可再生能源系统专利梳理技术框架，运用社会网络分析揭示国内外技术关联现状与动态特征。可再生能源发电、储能、多能互补与智慧电网专利申请数近年上升，相关技术可分为能源获取与运用、能源转化和能源系统3类，对应13个技术领域；中国技术网络密度持续上升，技术关联以“能源获取与运用-能源转化”与“能源转化-能源系统”为主；日本技术网络密度较低，技术关联以“能源转化-能源系统”为主；美国技术网络密度近年维持较高水平，技术关联由“能源获取与运用-能源转化”转向“能源转化-能源系统”。研究成果能够为能源产业技术创新与融合、产业间协作提供实证参考。
2023 Vol. 42 (10): 13-26 [
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27
基于传染病动力模型的供水风险传递规律研究
席嘉怡, 薛小杰, 白涛, 李雄, 徐冬平
DOI: 10.11660/slfdxb.20231003
针对跨流域调水工程供水风险传递规律不明确、风险动态管理效果不足等问题，以引汉济渭工程初期为例，识别风险因子并采用专家打分与突变系数法量化风险，基于传染病动力学创建供水风险传递模型，设置6种风险方案，揭示引汉济渭初期供水风险的传递规律。结果表明：产生供水风险的月份与风险源数量呈正相关；不考虑径流预报误差风险时，越早采取优化调度措施，出现供水风险的月份越少、恢复性越高；考虑径流预测误差时，采取优化调度措施对供水风险的控制效果不显著；风险的传递能力与风险数量不存在正相关，风险的破环性与风险源的数量呈正相关。研究成果对调水工程运行中供水风险防控、制定风险减控方案有重要意义。
2023 Vol. 42 (10): 27-39 [
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40
金沙江下游水风光资源多时间尺度互补性分析
田露, 明波, 张玮, 黄康迪
DOI: 10.11660/slfdxb.20231004
多种能源的互补性分析是科学规划风、光大基地的基础。本文建立基于波动性描述的互补评价指标体系，以金沙江下游水风光一体化清洁能源基地为研究区域，开展水风光资源多时间尺度的互补规律分析。结果表明：从格林威治风场设计平台和光伏地理信息系统获取的风、光出力分布规律与实测序列一致，具有较高的可靠性；风电与光伏互补性较弱，在日内、年内、年际尺度上具有互补性的概率仅为25.5%、0和37.2%；径流、风电与光伏三者互补性较强，在日内、年内和年际尺度上具有互补性的概率分别为46.5%、100%和53.5%。
2023 Vol. 42 (10): 40-49 [
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50
雅砻江梯级水库优化调度规则提取研究
钟斯睿, 何彦锋, 郭生练, 谢雨祚, 余春涛, 马顺刚, 曾强
DOI: 10.11660/slfdxb.20231005
针对确定性水库优化调度模型难以直接应用于实际操作的局限性，建立雅砻江流域“三库七级”梯级水库电站联合优化调度模型，采用Gaussian径向基函数提取各水库的调度规则，并率定和检验拟合效果。结果表明，雅砻江梯级水库电站联合优化调度运行的年均发电量为983.19亿kW?h，比设计多年平均发电量增加78.94亿kW?h（+8.73%）；两河口、锦屏I级和二滩水库的优化调度过程呈现一定规律，Gaussian 径向基函数拟合调度过程的决定系数R2均大于90%，能有效拟合其调度规则，且模拟调度结果相比设计值增发电量51.27亿kW?h（+5.67%）。
2023 Vol. 42 (10): 50-59 [
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60
嫩江流域水文干旱归因分析及未来演变规律
门宝辉, 庞金凤, 张腾, 蒋美彤
DOI: 10.11660/slfdxb.20231006
在气候变化和人类活动的影响下，嫩江流域水旱灾害频繁发生。基于嫩江流域1980—2013年石灰窑、同盟、江桥和大赉水文站实测径流数据，构建流域分布式水文模型和多时间尺度下标准径流干旱指数（SRI），采用Budyko假设耦合水文模拟法对尼尔基水库建成前后流域径流变化和水文干旱特征归因分析，并基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）探究流域未来情景下水文干旱演变规律。结果表明：年尺度下，人类活动为径流演变的主导因素，影响贡献率高达80%，上游至下游水文干旱特征整体呈加剧趋势，且水库上游主要受到气候变化影响，下游主要受到人类活动影响；未来情景下，SRI序列波动性增大且呈现干湿交替特征，干旱历时呈增加趋势，流域未来干旱风险增大。
2023 Vol. 42 (10): 60-74 [
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挑流泄洪雾化的水滴联合信息熵数学模型
彭燕祥, 张华, 何贵成
DOI: 10.11660/slfdxb.20231007
当挑流水舌高速冲击下游水面时，在下游空间会形成大量的运动水滴，如何确定这些水滴粒径的分布已成为一个重要的科学问题。气象上各类降雨滴谱常用Gamma分布来拟合，在泄洪雾化水滴粒径分布的建模中，也多采用Gamma分布来模拟其滴谱分布，但是这种方法缺乏物理意义，而且计算的精度不高。为克服Gamma分布的不足，基于最大熵增方法，提出了一种在非平衡开放体系下的水滴宏观和微观的联合信息熵分布模型，并建立误差函数的方法对模型参数进行求解。计算结果表明，本文构建的联合分布模型的计算结果与实验数据吻合最好，在不同工况下，联合模型计算结果比Gamma、传统最大熵分布计算的结果决定系数分别高3.5%、25.3%，均方根误差分别低72.4%、79%。在不同的工况下，液滴平均直径之间存在等成正比关系，为泄洪雾化粒径分布的预测提供了理论基础。
2023 Vol. 42 (10): 75-85 [
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86
融合IMF能量矩和BiLSTMNN的水电机组振动故障诊断
邓晓琴, 瞿卫华, 陈金保, 王云鹤, 邹屹东, 胡文庆, 肖志怀
DOI: 10.11660/slfdxb.20231008
针对水电机组振动信号存在非平稳和非线性，提出一种结合IMF能量矩和双向长短期记忆神经网络（bi-direction long short term memory neural network，BiLSTMNN）的故障诊断方法。首先采用互补集合经验模态分解（complementary ensemble empirical mode decomposition，CEEMD）方法对正常和故障振动信号样本进行处理，得到频率各异的本征模态函数（intrinsic mode functions，IMF）和剩余分量。然后计算IMF能量矩，并将其作为故障特征。进一步，将故障特征作为输入、故障类别作为输出，训练BiLSTMNN得到水电机组故障识别器。结合故障识别器和实时振动信号IMF能量矩特征，即可识别水电机组运行状态为正常或具体故障类型。最后，结合转子实验台数据和实际电站机组样本数据，设计对比实验，验证了所提方法在挖掘信号特征方面的有效性及较高的故障诊断准确率。
2023 Vol. 42 (10): 86-95 [
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基于传递熵的穿管堤防结构振动传递路径分析
张建伟, 邢帅, 江琦, 叶合欣
DOI: 10.11660/slfdxb.20231009
穿管堤防工程结构复杂，运行过程中“水流-管道-堤防”三位一体的耦合振动，加之多源激励导致的噪声干扰，加大了穿管堤防结构振动传递路径识别难度。针对此问题，以广东省北江大堤穿堤管道工程为研究对象，联合传递熵理论和VMD-SVD降噪方法，实现穿管堤防结构振动路径分析。首先进行振源分析，在借助于仿真信号确定传递熵方法有效性后，采用VMD-SVD联合滤波方法对振动测试信号分离的每一个IMF自适应定阶，滤除振动噪声；最后基于传递熵理论对穿管堤防结构振动传递路径进行识别，同时借助于信息传递率定量验证传递熵识别路径的有效性。结果表明：不规则振动是以泵站机组为起始点，沿管轴线逐步向外传递，对于穿堤管段，管道的振动能量有42.4%传递至上部覆土层，仅有37.6%的振动能量继续沿管轴线向下传递。相关研究成果有助于寻找穿管堤防振动传递关键节点，为穿管堤防工程运行管理提供相应参考。
2023 Vol. 42 (10): 96-104 [
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复杂约束下组合衬砌内衬钢管屈曲特性研究
王汉辉, 苏凯, 张存慧, 王博士
DOI: 10.11660/slfdxb.20231010
为研究局部排水板铺设下组合衬砌的内衬钢管在外水压力作用下的屈曲失稳特性，首先基于Mises理论计算加劲式钢管临界外压弹性解，进而考虑自密实混凝土约束强度的差异性、材料非线性及外包介质的非均匀性，基于有限元软件ABAQUS建立组合衬砌三维数值计算模型，综合研究钢管受外围介质局部约束时的临界失稳特征，并与洞内明管方案及埋管方案进行对比。结果表明：自密实混凝土对钢管的约束可提升钢管抗外压能力，而排水板的存在会降低钢管抗外压能力；规范推荐的Mises理论设计方法适用于充分考虑外围约束下的钢管抗外压稳定设计；组合衬砌局部排水板铺设后，钢管临界屈曲压力与洞内明管方案近似一致，两者均表现为多波失稳，推荐组合衬砌内衬钢管在抗外压设计时不考虑约束作用。
2023 Vol. 42 (10): 105-115 [
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116
土石体边坡失稳模拟与阵列挡板阻滑效果研究
马春辉, 陈蕾, 杨杰, 李念, 徐笑颜
DOI: 10.11660/slfdxb.20231011
在抽蓄电站建设过程中形成了众多大型土石体边坡，其稳定性严重影响着工程的可靠运行。为准确反映土石料特性、边坡失稳的大变形特性及挡板阻滑效果，采用三维离散元仿真方法，研究其失稳过程与影响范围。依据滑移体的堆积形态及速度变化规律，将土石体边坡的失稳过程分为快速滑移、二次滑移、平稳滑移和蠕动滑移4个阶段。通过监测不同位置颗粒的运动速度、能量演化规律，分析了无防护措施下边坡失稳对下游河道、建筑物的影响。通过制定矩形、圆形和三角形截面挡板的离散元模拟方案，构建了包含冲击力、堆积体速度、堆积体位移、挡板截留能力等多个评价指标的阵列挡板阻滑效果评价体系。经综合分析，建议镇安抽蓄电站土石体边坡工程采用三角形截面阵列挡板。本文也可为类似边坡工程的失稳模拟和防护设计提供参考。
2023 Vol. 42 (10): 116-127 [
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大坝渗流安全监测数据异常检测的改进DSAE模型
余红玲, 王晓玲, 程正飞, 喻葭临, 吴国华, 郑鸣蔚
DOI: 10.11660/slfdxb.20231012
针对现有大坝渗流安全监测数据异常检测方法存在检测效率和精度较低的不足，以及在异常阈值拟定过程中大多未能综合考虑监测数据随机性和模糊性的问题，提出大坝渗流安全监测数据异常检测的改进深度稀疏自编码器（deep sparse autoencoder，DSAE）模型。在以奇异谱分析方法提取监测数据残差分量的基础上，采用基于混沌初始化和非线性飞行速率改进的天鹰优化（improved Aquila optimization，IAO）算法对DSAE的超参数进行优化，建立IAO-DSAE模型，实现对监测数据残差分量的高精度重构；然后，在异常阈值的拟定过程中，将逆向云算法中的期望和熵值分别替代传统3σ法中的均值和标准差，以综合考虑监测数据的随机性和模糊性对异常阈值拟定的影响，提高异常检测结果的可靠性。工程案例研究表明，相比于基于统计模型法和3σ法的异常检测方法，根据所提方法处理后的渗流安全监测数据建立的预测模型，预测精度的平均提高幅度分别为5.56%和6.99%，验证了所提方法的有效性。
2023 Vol. 42 (10): 128-138 [
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基于因子融合的混凝土面板堆石坝变形预测模型
林川, 桂星煜, 朱律运, 苏燕, 林梦婧, 唐燕芳, 陈伟
DOI: 10.11660/slfdxb.20231013
混凝土面板堆石坝变形测值具有高度的非线性和复杂性，变形影响因素众多且因素间存在多重共线性。针对此类坝型的变形预测分析问题，本文提出一种基于因子融合的混凝土面板堆石坝变形预测模型。首先，利用变分模态分解对变形时间序列进行分解，有效降低变形时间序列的复杂程度，提升特征提取效果。随后，借助偏最小二乘回归对变形影响因子进行降维融合，降低自变量间多重共线性对构建模型的影响，提高模型可解释性。最后，通过一维卷积网络融合门控循环单元神经网络对子序列进行重构预测。根据实际工程分析结果，本模型可以在效率和精度上有效提升混凝土面板堆石坝变形预测效果，对类似坝型的变形监测分析具有一定的参考意义。
2023 Vol. 42 (10): 139-152 [
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