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Influence of Inflow Nonstationarity on the Multipurpose Optimal Operation of Hydropower Plants Using Nonlinear Programming
Water Resources Management ( IF 3.9 ) Pub Date : 2021-05-11 , DOI: 10.1007/s11269-021-02812-8
Alan de Gois Barbosa , Alcigeimes B. Celeste , Ludmilson Abritta Mendes

One of the greatest challenges in the electricity generation sector is to operate hydrothermal plants in view of the randomness of hydrological events and climate change, that may impact the inflows into the systems. In several Brazilian watersheds, conflicts among water users are already registered, in addition to inflow changes that affect the electricity generation system. The São Francisco River Basin (SFRB) is an important source of water for the development of northeastern Brazil. In this context, this work aimed at carrying out a study on the statistical behavior of time series related to the management of the SFRB hydrosystem network, as well as to measure the performance of hydropower plants in supplying multiple users, in different critical periods. Historical records of natural streamflow, natural inflow energy and stored energy were used. Some statisctical tests were applied to detect trends and change-points. The Natural Energy method was applied to different subsamples to define critical periods. Next, a deterministic nonlinear operation optimization model was used to assess the supply to the multiple users for the different critical periods. The main contribution of this study is the impact of nonstationarity in planning and operation of hydrosystems. The results indicated that the natural inflow energy and the stored energy time series are predominantly non-stationary, with a trend change in the 1990s, which modifies the critical period of the basin to 2013–2019, significantly increasing the vulnerability of the system in about 35% when compared to the currently used critical period (1949–1956).



中文翻译:

非线性规划对流入非平稳性对水电厂综合优化运行的影响

鉴于水文事件和气候变化的随机性,发电行业面临的最大挑战之一是经营热电厂,这可能会影响流入系统的资金。在巴西的几个流域,除了影响发电系统的流量变化外,用水户之间的冲突也已得到记录。圣弗朗西斯科河流域(SFRB)是巴西东北部发展的重要水源。在这种情况下,这项工作旨在研究与SFRB水电网络管理有关的时间序列的统计行为,并测量水力发电厂在不同关键时期为多个用户供电的性能。天然水流的历史记录,使用了自然流入能量和存储能量。一些统计测试被用来检测趋势和变化点。将自然能方法应用于不同的子样本以定义临界期。接下来,使用确定性的非线性操作优化模型来评估在不同关键时期内多个用户的供应。这项研究的主要贡献是非平稳性对水利系统规划和运行的影响。结果表明,自然流入能量和储能时间序列主要是不稳定的,在1990年代出现了趋势变化,这改变了该盆地至2013-2019年的关键时期,从而显着增加了该系统的脆弱性。与当前使用的关键时期(1949-1956年)相比,为35%。一些统计测试被用来检测趋势和变化点。将自然能方法应用于不同的子样本以定义临界期。接下来,使用确定性的非线性操作优化模型来评估在不同关键时期内多个用户的供应。这项研究的主要贡献是非平稳性对水利系统规划和运行的影响。结果表明,自然流入能量和储能时间序列主要是不稳定的,在1990年代有趋势变化,这改变了该盆地至2013-2019年的关键时期,显着增加了该系统的脆弱性。与当前使用的关键时期(1949-1956年)相比,为35%。一些统计测试被用来检测趋势和变化点。将自然能方法应用于不同的子样本以定义临界期。接下来,使用确定性的非线性操作优化模型来评估在不同关键时期内多个用户的供应。这项研究的主要贡献是非平稳性对水利系统规划和运行的影响。结果表明,自然流入能量和储能时间序列主要是不稳定的,在1990年代出现了趋势变化,这改变了该盆地至2013-2019年的关键时期,从而显着增加了该系统的脆弱性。与当前使用的关键时期(1949-1956年)相比,为35%。将自然能方法应用于不同的子样本以定义临界期。接下来,使用确定性的非线性操作优化模型来评估在不同关键时期内多个用户的供应。这项研究的主要贡献是非平稳性对水利系统规划和运行的影响。结果表明,自然流入能量和储能时间序列主要是不稳定的,在1990年代出现了趋势变化,这改变了该盆地至2013-2019年的关键时期,从而显着增加了该系统的脆弱性。与当前使用的关键时期(1949-1956年)相比,为35%。将自然能方法应用于不同的子样本以定义临界期。接下来,使用确定性的非线性操作优化模型来评估在不同关键时期内多个用户的供应。这项研究的主要贡献是非平稳性对水利系统规划和运行的影响。结果表明,自然流入能量和储能时间序列主要是不稳定的,在1990年代有趋势变化,这改变了该盆地至2013-2019年的关键时期,显着增加了该系统的脆弱性。与当前使用的关键时期(1949-1956年)相比,为35%。确定性的非线性操作优化模型用于评估在不同关键时期内多个用户的供应。这项研究的主要贡献是非平稳性对水利系统规划和运行的影响。结果表明,自然流入能量和储能时间序列主要是不稳定的,在1990年代有趋势变化,这改变了该盆地至2013-2019年的关键时期,显着增加了该系统的脆弱性。与当前使用的关键时期(1949-1956年)相比,为35%。确定性的非线性操作优化模型用于评估在不同关键时期内多个用户的供应。这项研究的主要贡献是非平稳性对水利系统规划和运行的影响。结果表明,自然流入能量和储能时间序列主要是不稳定的,在1990年代有趋势变化,这改变了该盆地至2013-2019年的关键时期,显着增加了该系统的脆弱性。与当前使用的关键时期(1949-1956年)相比,为35%。

更新日期:2021-05-11
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