CN105205726A - 水电站运行和水库调度数据快速生成方法 - Google Patents

Abstract

一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，包括以下步骤：一、将水轮发电机组运行特性曲线转换成可编辑的矢量文件；二、利用仿射变换建立矢量图的Y坐标与水头、X坐标与出力构成的对应关系图；三、在对应关系图上添加发电流量属性特征，并删除多余的矢量网格；四、将步骤三得到的矢量曲线转换为散点数据，再经过空间插值算法，将散点数据转换为规则网格数据；五、将网格数据转化为文本文件，得到水头、出力和发电流量数值矩阵列表。本发明大幅提高了水电站运行和水库调度数据的生成速度，降低了人工干扰，提高了数据精度，提高了工作效率。

Description

水电站运行和水库调度数据快速生成方法

技术领域

本发明涉及水电站发电领域，特别是一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法。

背景技术

以发电水头H为参变量、单机出力N为自变量、发电引用流量Q为因变量的特性曲线，称之为水电站水轮发电机组的运行特性曲线，该曲线是水电站运行和水库调度的基本依据。机组运行特性曲线为非线性关系，无法采用数学函数关系表达，一般情况下，机组生产厂家仅提供一簇关系曲线，无法直接用于计算，必须将曲线转化成数值矩阵列表。常规使用的方法是将机组运行特性曲线纸质图上分别绘制水头H和出力N的若干等分平行线，人工读取各交点对应的H、N和Q值，并编制成表格。常规方法存在以下不足：一是精度差，相邻两条曲线在不同水头和出力下的间隔是不均匀的，而传统方法在绘制等分平行线读取交点数值时采用简单的线性插值方法，不能准确反映曲线的真实信息，并且读数时存在人为误差；二是效率低，人工绘制等分平行线和读取数值需投入大量时间，如果提高精度，就需要绘制更密的等分平行线，读取更多的数值，大大增加了工作量；三是灵活性差，如果获取不同间距的数据，就需要重复打印、画线、读数等工作流程。低精度、低效率、低灵活性的常规数字化方法不能适应水电站自动化、精细化运行的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，能够快速生成水电站运行和水库调度数据，人工干预对数据生成精度影响较小，且自动化程度更高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，包括以下步骤：

一、将水轮发电机组运行特性曲线转换成可编辑的矢量文件；

二、利用仿射变换建立矢量图的Y坐标与水头、X坐标与出力构成的对应关系图；

三、在对应关系图上添加发电流量属性特征，并删除多余的矢量网格；

四、将步骤三得到的矢量曲线转换为散点数据，再经过空间插值算法，将散点数据转换为规则网格数据；

五、将网格数据转化为文本文件，得到水头、出力和发电流量数值矩阵列表。

可选的方案中，对于PDF格式的文件，经过PDFEDIT工具抽取具有运行特性曲线的页面得到，空间数据格式转换软件PDF2DXF将电子文档中的曲线之间装换位矢量数据dxf格式，再将dxf格式转换为shp格式；

对于图像格式的文件，则利用矢量化软件矢量化后直接存为dxf格式，再将dxf格式转换为shp格式。

优选的方案在步骤二中，图纸坐标统一纵轴为水头，横轴为功率；

在地理信息系统软件ArcGIS的ArcMap中选择Georeferencing工具栏1stOrderPolynomial,在图中设定3个控制点，输入实际坐标值后，完成变换。

优选的方案在步骤三中，删除由步骤一和二产生的网格线,并在地理信息系统软件ArcGIS的ArcMap子模块中选择OpenAttributeTable，打开步骤二生成的shp文件，增加Float类型字段，填写每条曲线相应的发电流量，仍保存为shp文件。

步骤四中，空间插值在地理信息系统软件ArcGIS的ArcToolbox子模块中完成；

a、选择命令DataManagement/Feature/FeatureVerticesToPoints，将曲线转换为关键散点数据，存为point文件；

b、选择命令SpatialAnalystTools/Interpolation/Kriging，打开以上步骤中生成的point文件，设置采样间距(SamplingDistance)为CellSize，并按照精度要求在CellSize后添加水头、出力的采样间距，最后输出规则网格数据GRID文件。

优选的方案中，在地理信息系统软件ArcGIS的ArcToolbox子模块中选择命令ConversionTools/FromRaster/RastertoASCII，打开生成的GRID文件，最终输出ASCII文本文件，并整编为按水头、出力和发电流量排列的数值矩阵列表。

优选的方案中，仿射变换采用以下公式：

$T=\left[\begin{array}{c}{a}_{00}x+a_{01}y+b_{00}\\ a_{10}x+a_{11}y+b_{10}\end{array}\right];$

式中：

T:仿射变换矩阵,

X:出力(N)单位万kW,

Y:水头(H)单位m。

优选的方案中，空间插值算法采用以下公式：

$\hat{Z}\left(s_0\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{i}Z\left(s_i\right);$

Z(si)：第i个位置点的测量值；

λi：第i个位置点的权重值；

s0：插值点所在的位置；

N：在计算范围内已知点的数量。

本发明提供的一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，通过采用以上的步骤，与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明的方法直接利用空间数据格式转换技术，将电子文档转换成可编辑的矢量数据，适用于目前绝大部分机组流量特性曲线的转换。

2、本发明的方法的空间插值，避免了TIN空间插值中部分区域数据直接等值外延缺陷，提高了数据的质量。

3、本发明方法在选择控制点时利用仿射变换的原理，只需要3个控制点点，提高了工作效率。

4、本发明方法无需打印机和扫描仪等外部输入设备。本发明方法的应用，可以进一步提高水电站自动化、精细化和标准化运行的水平。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明中数据准备后机组运行特性曲线。

图3为本发明中经过空间数据格式转换后的矢量图。

图4为本发明中经过仿射变换后，剔出源数据网格后的线划图。

图5为本发明中不规则散点图。

图6为本发明中规则网格数据GRID图。

具体实施方式

一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，包括以下步骤：

一、数据准备，并将水轮发电机组运行特性曲线转换成可编辑的矢量文件；

将多页的PDF电子文档经过PDFEDIT抽取具有运行特性曲线的页面得到如图2中所示的图像，通过空间数据格式转换软件PDF2DXF将电子文档中的曲线之间装换位矢量数据dxf，再将dxf转换为shp。

对于图像格式的文件，则利用矢量化软件例如coreldraw软件矢量化后直接存为dxf格式，再将dxf格式转换为shp格式。

二、利用仿射变换建立矢量图的Y坐标与水头、X坐标与出力构成的对应关系图，如图3中所示；

仿射变换采用以下公式：

$T=\left[\begin{array}{c}{a}_{00}x+a_{01}y+b_{00}\\ a_{10}x+a_{11}y+b_{10}\end{array}\right];$

式中：

T:仿射变换矩阵,

X:出力N，单位万kW,

Y:水头H，单位m。

通过仿射变换，将不同厂家的图纸坐标统一，优选其中纵轴为水头H，横轴为出力或者称为功率N。也可以在地理信息系统软件ArcGIS的ArcMap中选择Georeferencing工具栏1stOrderPolynomialAffine,在图中设定3个控制点，输入实际坐标值后，即可完成变换，保存为shp文件。

三、在对应关系图上添加发电流量属性特征，并删除多余的矢量网格，如图4中所示；

删除由步骤一和二产生的网格线,并在地理信息系统软件ArcGIS的ArcMap子模块中选择OpenAttributeTable，打开步骤二生成的shp文件，增加Float类型字段，填写每条曲线相应的发电流量Q，仍保存为shp文件。

四、将步骤三得到的矢量曲线转换为散点数据，如图5中所示，再经过空间插值算法，将散点数据转换为规则网格数据，如图6中所示；

优选的，空间插值算法采用以下公式：

$\hat{Z}\left(s_0\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{i}Z\left(s_i\right);$

Z(si)：第i个位置点的测量值；

λi：第i个位置点的权重值；

s0：插值点所在的位置；

N：在计算范围内已知点的数量。

散点数据转换和空间插值也可以在地理信息系统软件ArcGIS的ArcToolbox子模块中完成；

a、选择命令DataManagement/Feature/FeatureVerticesToPoints，将曲线转换为关键散点数据，存为point文件；

b、选择命令SpatialAnalystTools/Interpolation/Kriging，打开以上步骤中生成的point文件，设置采样间距SamplingDistance为CellSize，并按照精度要求在CellSize后添加水头H、出力N的采样间距，最后输出规则网格数据GRID文件。

五、将网格数据转化为文本文件，得到水头、出力和发电流量数值矩阵列表。

在地理信息系统软件ArcGIS的ArcToolbox子模块中选择命令ConversionTools/FromRaster/RastertoASCII，打开生成的GRID文件，最终输出ASCII文本文件，并整编为按水头H、出力N和发电流量Q排列的数值矩阵列表。

如下表所示(以下数据为摘要)：

上述实施实例，仅为对本发明方法的目的、技术方案和效益进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。本发明具有通用性，可用于同类曲线的数字化工作，凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，其特征是包括以下步骤：

一、将水轮发电机组运行特性曲线转换成可编辑的矢量文件；

二、利用仿射变换建立矢量图的Y坐标与水头、X坐标与出力构成的对应关系图；

三、在对应关系图上添加发电流量属性特征，并删除多余的矢量网格；

四、将步骤三得到的矢量曲线转换为散点数据，再经过空间插值算法，将散点数据转换为规则网格数据；

五、将网格数据转化为文本文件，得到水头、出力和发电流量数值矩阵列表。

2.根据权利要求1所述的一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，其特征是：对于PDF格式的文件，经过PDFEDIT工具抽取具有运行特性曲线的页面得到，空间数据格式转换软件PDF2DXF将电子文档中的曲线之间装换位矢量数据dxf格式，再将dxf格式转换为shp格式；

对于图像格式的文件，则利用矢量化软件矢量化后直接存为dxf格式，再将dxf格式转换为shp格式。

3.根据权利要求1所述的一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，其特征是：步骤二中，图纸坐标统一纵轴为水头(H)，横轴为功率(N)；

在地理信息系统软件ArcGIS的ArcMap中选择Georeferencing工具栏1stOrderPolynomial(Affine),在图中设定3个控制点，输入实际坐标值后，完成变换。

4.根据权利要求2所述的一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，其特征是：步骤三中，删除由步骤一和二产生的网格线,并在地理信息系统软件ArcGIS的ArcMap子模块中选择OpenAttributeTable，打开步骤二生成的shp文件，增加Float类型字段，填写每条曲线相应的发电流量(Q)，仍保存为shp文件。

5.根据权利要求1所述的一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，其特征是：步骤四中，空间插值在地理信息系统软件ArcGIS的ArcToolbox子模块中完成；

a、选择命令DataManagement/Feature/FeatureVerticesToPoints，将曲线转换为关键散点数据，存为point文件；

b、选择命令SpatialAnalystTools/Interpolation/Kriging，打开以上步骤中生成的point文件，设置采样间距(SamplingDistance)为CellSize，并按照精度要求在CellSize后添加水头(H)、出力(N)的采样间距，最后输出规则网格数据GRID文件。

6.根据权利要求5所述的一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，其特征是：在地理信息系统软件ArcGIS的ArcToolbox子模块中选择命令ConversionTools/FromRaster/RastertoASCII，打开生成的GRID文件，最终输出ASCII文本文件，并整编为按水头(H)、出力(N)和发电流量(Q)排列的数值矩阵列表。

7.根据权利要求1所述的一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，其特征是：仿射变换采用以下公式：

$T=\left[\begin{array}{c}{a}_{00}x+a_{01}y+b_{00}\\ a_{10}x+a_{11}y+b_{10}\end{array}\right];$

式中：

T:仿射变换矩阵,

X:出力(N)单位万kW,

Y:水头(H)单位m。

8.根据权利要求1所述的一种水电站运行和水库调度数据快速生成方法，其特征是：空间插值算法采用以下公式：

$\hat{Z}\left(s_0\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{i}Z\left(s_i\right);$

Z(si)：第i个位置点的测量值；

λi：第i个位置点的权重值；

s0：插值点所在的位置；

N：在计算范围内已知点的数量。