降水与发电出力预测关系的研究

陈寅

国网庆元县供电公司 323800

摘 要

本文针对丽水庆元地域小水力资源丰富，全境山岭连绵，群峰起伏，水电站串联群多的特点，提出充分利用庆元县小水电站气象服务平台的流域精细化降水预报、流域面及主要库区面雨量分析与预报、气象水文预报模型建立与水库入库量预报、水电站气象服务天气预报预警等功能，深入气象及降水量预报数据研究基于水电站群发电量最大出力预测方法 ,建立水电站出力负荷系统，实现小水电站精细化调度，提高经济效益和社会效益。

关键词:水电站串联群；气象服务；降水预报；雨量分析

1 串联水电站群拓扑关系

水电站按照水力联系可以划分为串联、并联、混联和水库群。水电站群之间的拓扑关系描述主要有建立邻接表（横向为上游电站，竖向为下游电站）和用链表进行描述2种方法。邻接表主要表示节点之间的联系，使用简单；但是当水电站数目较大时，形成巨大的稀疏矩阵，且不易进行扩充。拓扑关系邻接表如图1-1所示。

兰溪桥电站

新后广电站

三汇电站

银河电站

图1-1 水电站群拓扑关系邻接表（串联式）。

目前，庆元县调百山祖流域接入银河电站、三汇电站、新后广电站及兰溪桥电站均具备一定的调节能力和装机容量，由于小水电站电力电量在电网可接受能力范围内，因此可以开展水库群联合优化调度，充分利用水能资源，达到节能增效的目的。

2 气象及降水量预报技术

2.1 精细化降水预报

庆元县为气候变化影响敏感的县城之一，暴雨和大暴雨天气频发，常呈现短时间局地性强降水集中的特征。大部分水电站可以通过精细化的气象及降水量预报技术支撑，利用短时强降水来调节库容，协调调度，增加年发电次数，从而提高水电利用水平并产生更高的经济效益。

2.1.1 0~6h短时临近预报

短时临近预报主要是指依靠定量降水预报（Quantitative Precipitation Forecast,QPF）业务技术的0~6h时效的预报。利用TREC雷达回波追踪及其扩展方法推导的移动风矢量进行雷达回波的1小时平流外推，做0~1小时降水雷达TREC外推预报。利用雷达TREC预报产品、数值模式产品，初步开展雷达TREC和数值模式融合技术研究，对2~3小时的雷达回波移动预报，引入中尺度数值模式输出的12~24小时预报的数个高度层风场资料作为雷达回波2~3小时移动的引导风场，为保证假设中的风场缓变原则，对模式输出的数层风场资料分别与1小时的移动风矢量场进行相关计算，动态获取最相似的一层。雷达与数值预报产品融合预报2~3小时降水。

利用上述方法建立0.01°×0.01°分辨率的基于雷达资料、实况监测和中尺度模式产品释用的短临降水预报。

2.1.2 6~12h短时临近预报

6~12h短时预报产品主要采用两种方法：动态权重融合法和趋势演变叠加法，实现雷达外推降水与快速更新同化预报系统（ZJWRRS）输出的降水融合。融合方法既考虑了雷达外推预报在预报降水系统位置方面的准确性，又考虑了数值模式预报反映降水系统变化的能力，避免了单个方法的局限性。

6h以上雷达数据的权重因子急剧减小，因此以快速循环同化模式预报降水产品为主。建立0.01°×0.01°分辨率、1小时滚动更新的基于雷达资料和快速更新同化预报系统（ZJWRRS）融合输出的短时降水预报。

2.1.3 12~360h短时临近预报

依托省台定量降水客观预报产品体系和短期预报系统，基于ECWMF、JMA、GFS、T639、ZJWARMS等多家数值模式产品的客观集成预报技术，采用OCF等释用方法开展中短期降水的落区、量级预报和强对流潜势预报，实现12~240h内3小时间隔，分辨率为0.05°×0.05°的格点降水预报；中期240~360h的预报产品主要应用多家数值模式集合预报产品，采用集合概率预报方法，制作240~360h内6小时间隔，分辨率为0.05°×0.05°的格点降水预报产品，更新时次为12小时，开发县级产品功能模块。

1）OCF(多模式集成预报系统)

通过分析各家数值模式预报与实况之间的误差特点，选取国内和国际先进的多种数值模式，基于数值模式预报结果与观测值的对比分析进行集成，统计给出最优的中短期定量降水预报结果。OCF多模式集成产品主要选择EC、JMA和GFS三家数值模式进行集成，集成的办法主要包括两个方面，其一是对各家数值模式的初始场做订正,即：通过不同站点，不同起报时次，以及不同预报时效，统计实时资料与前10期的预报误差，并做初始场误差订正。其二是动态权重集合，即：根据起报时次、预报时效，以及站点的不同和各家数值模式预报效果，建立ECWMF、JMA和GFS的动态权重集合。计算动态权重建立统计方程得到OCF产品。

2）集合预报系统

基于国家局下发的集合预报资料，针对精细化气象要素、灾害天气早期预警和1~15天的要素预报，根据集合预报实时评价系统，对集合成员可信度评价。选择集合成员，发布确定性预报。分辨率为0.05°×0.05°，未来240~360h的逐12小时间隔的格点定量降水预报产品。

2.2 流域面、主要库区面雨量分析与预报

流域面雨量能够客观真实地描述流域降雨的平均状况及其重要特征，是水文预报的重要基础。只有准确的流域面雨量作为水文模型的输入，才可能尽量提高水文模拟的精度。

面雨量的计算方法很多，常用的有等值线法、泰森多边形法、算术平均法。由于降雨的地点、强度、持续时间等要素的随机性，以及流域下垫面地貌特征的不均匀分布等，所以在不同的流域应采用不同的面平均雨量的计算方法。要依据区域面积的大小，地形特征，站点分布等实际情况而确定合适的计算方法。根据10分钟滚动的0~3h雨量预报和1h滚动的3~12h雨量预报产品，计算县域中小河流、库区的（面）雨量，并根据订正预报产品，自动更新县域中小河流、库区的（面）雨量。

结语

本文对庆元百山祖流域几个水电站进行拓扑关系描述，给出了发电出力预测系统总体概况，并充分利用了庆元县小水电站气象服务平台进行流域精细化降水预报、流域面及主要库区面雨量分析与预报、水库入库量预报、水电站气象服务天气预报预警等。分析降水与发电出力预测之间的关系，用气象及降水量预报数据研究基于水电站群发电量最大出力预测方法 。

目前，通过数据分析得出，为了水电站取得更高的发电量效益，需进一步研究如何提高径流预报精度。最终实现水电站群精细化调度，在庆元电网其它串联型水电站群发电量最大出力预测中进行推广应用，提高水电站发电预测准确性和电网运行安全稳定性，取得良好经济效益和社会效益。

参考文献

[1]陈伟龙,林丽虹,周苗菲,王建军.丽水电网小水电站群出力预测方法[J].《水电自动化与大坝监测》,2010,34(6):66-68.

[2]唐国磊.考虑径流预报及其不确定性的水电站水库调度研究[D].大连:大连理工大学,2009.

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