CN109190843A - 一种水库水电站汛期优化发电控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水库水电站汛期优化发电控制系统，包括降雨量监测单元、水位监测模块、数据预测单元、数据库、控制器、显示模块、存储模块、数据录入模块、水位控制模块、发电单元和弃水单元；本发明通过设定一指定水位信息，将此时的水位信息标定为蓄水水位Sx；当水位信息为Sx时此时水库蓄水量低于正常水平，此时应该进行蓄水操作；同时将该水库的最大安全蓄水量对应的水位信息标记为Sz；再通过预先设定一水位信息缓冲值A，将Sz‑A标记为Sc；设定一指定水位信息范围，将此水位信息范围标定为Sx‑Sc；当水位信息位于Sx‑Sc这一范围时，水库的储水量达到正常水平；当水位信息超过Sc时此时应开始弃水措施。

Description

一种水库水电站汛期优化发电控制系统
技术领域
本发明属于水力发电领域，涉及一种水库水电站汛期发电技术，具体是一种水库水电站汛期优化发电控制系统。
背景技术
水力发电系利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能。利用水力推动水力机械转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械能，再转变成电能的过程。
水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。科学家们以此水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。
而在当前，水力发电在很多比较大得水库都有利用，但是应用水力发电是将水的未能转换为水轮得机械能这一过程，在这过程中则会需要用到储水这一步骤，但是在汛期到来时，则需要及时进行弃水措施；但是盲目的弃水会造成水力的浪费，而不及时弃水则可能因为水库过载储水而产生一些安全隐患；因此缺乏一种准确监控水位的系统，能够及时且准确的做出弃水和储水决定；为了实现这一设想，现提供一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水库水电站汛期优化发电控制系统。
本发明所要解决的技术问题为：
(1)如何对水库的水位进行合理安排；
(2)如何结合降雨量和水位上涨速度计算一定时间之后的水位信息是否会对水库的水位造成影响；
(3)当开始发电时，如何在降雨量和水力发电双重影响下的水位信息进行准确判定，判定其该进行何种方式防止水位信息失控；
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种水库水电站汛期优化发电控制系统，包括降雨量监测单元、水位监测模块、数据预测单元、数据库、控制器、显示模块、存储模块、数据录入模块、水位控制模块、发电单元和弃水单元；
其中，所述降雨量监测单元用于汛期时每隔预设时间T1获取到实时降雨量情况，具体监测技术可通过雨量传感器来实现降雨量的检测，所述降雨量监测单元用于将降雨量信息传输到数据预测单元；所述水位监测模块用于间隔预设时间T1监测获取到水库的实时水位信息，具体监测技术可以采用水位传感器用于实时监测水库的具体水位信息，所述水位监测模块用于将水位信息传输到数据预测单元；所述水位监测模块获取水位信息间隔时间与降雨量监测单元获取降雨量信息间隔时间保持一致；
所述数据预测单元接收降雨量监测单元传输的降雨量信息，所述数据预测单元接收水位监测模块传输的水位信息；所述数据库用于存储水库最高储水量对应的水位信息，所述数据库内还存储有水位安全规则；所述水位安全规则具体表现如下：
步骤一：设定一指定水位信息，将此时的水位信息标定为蓄水水位Sx；当水位信息为Sx时此时水库蓄水量低于正常水平，此时可进行蓄水操作；
步骤二：获取到水库的最大安全蓄水量对应的水位信息，并将其标记为Sz；
步骤三：预先设定一水位信息缓冲值A，将Sz-A标记为Sc；设定一指定水位信息范围，将此水位信息范围标定为Sx-Sc；当水位信息位于Sx-Sc这一范围时，水库的储水量达到正常水平；
步骤四：当水位信息超过Sc时此时应开始弃水措施；
所述数据预测单元用于对降雨量信息和水位信息结合数据库内存储的水位安全规则做指定处理，具体处理步骤如下：
步骤一：将实时的降雨量信息标记为Ji，i＝1...n；将实时的水位信息标记为Si，i＝1...n；
步骤二：将S1标记为初始水位信息；
步骤三：利用水位监测模块获取到最新一次的水位信息并将其标记为Sn；利用公式计算在水位信息为Sn时的水位上涨与降雨量之间的增长系数Z，具体计算公式为
步骤四：利用公式获取得到在水位信息上涨到Sn之后经历预设时间Ty之后的预测水位Sy，具体计算公式为Sy＝Sn+Z*Ty；
所述数据预测单元用于从数据库内获取水位安全规则，所述数据预测单元用于将预测水位Sy、当前水位信息Sn和水位安全规则传输到控制器，所述控制器接收数据预测单元传输的预测水位Sy和水位安全规则；所述控制器用于根据预测水位Sy和水位安全规则制定水库发电规则；
步骤一：将水位点满功率发电得发电效率标记为H；
步骤二：判断当前水位信息Sn所处范围；当Sn≤Sx，且Sx≤Sy≤Sc时此时采用发电效率为H/2发电，此时水电站打开水闸进行水力发电；
步骤三：当Sx≤Sn≤Sc，且Sx≤Sy≤Sc时，此时采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行水力发电；发电的同时获取此时在进行水力发电排水的同时水位信息变化情况，具体获取步骤如下：
S1：利用降雨量监测单元获取到水力发电排水之后新的降雨量信息Jxi，i＝1...n；利用水位监测模块获取若干次的水位信息，并将新的实时水位信息标记为Sxi，i＝1...n；
S2：将水力发电排水之后的第一次水位信息标记为Sx1，获取到若n次之后监测到的水位信息并将其标记为Sxn；利用公式计算在水位信息为Sxn时的水位上涨与降雨量之间的增长系数Zx，具体计算公式为
S3：利用公式获取得到监测水位信息n次之后再经历预设时间Txy之后的预测水位Sxy，具体计算公式为Sxy＝Sxn+Zx*Txy；
S4：当Sxy<Sx时，则切换发电效率H/2进行发电，此时水电站打开水闸采用一半功率进行发电；
S5：当Sx≤Sxy≤Sc时则继续采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行全力发电；
S6：当Sxy>Sc时则继续采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行全力发电；同时生成弃水信号；
步骤四：当Sx≤Sn≤Sc，且Sy>Sc时，此时采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行水力发电；同时生成弃水信号。
进一步地，所述控制器用于将水库发电规则传输到存储模块，所述存储模块用于接收控制器传输的水库发电规则并进行实时存储；
所述控制器用于根据预测水位Sy和当前水位信息Sn结合存储模块存储的水库发电规则生成发电信息，发电信息具体表现为按照何种发电效率进行发电；所述控制器用于将发电信息传输到水位控制模块，所述水位控制模块用于将发电信息传输到发电单元，所述发电单元接收水位控制模块传输的发电信息并按照发电信息进行发电。
进一步地，所述控制器还用于在生成弃水信号时将弃水信号传输到水位控制模块，所述水位控制模块在接收到控制器传输的弃水信号时将其传输到弃水单元，所述弃水单元在接收到水位控制模块传输的弃水信号时打开水闸进行水库弃水操作，防止水库储水量超出最大承受范围。
进一步地，所述控制器用于将预测水位Sy和当前水位信息Sn传输到显示模块，所述显示模块接收到控制器传输的测水位Sy和当前水位信息Sn并进行实时显示。
进一步地，所述控制器用于将预测水位Sy和当前水位信息Sn传输到存储模块，所述存储模块接收到控制器传输的测水位Sy和当前水位信息Sn并进行实时存储。本发明的有益效果：
(1)本发明通过设定一指定水位信息，将此时的水位信息标定为蓄水水位Sx；当水位信息为Sx时此时水库蓄水量低于正常水平，此时应该进行蓄水操作；同时将该水库的最大安全蓄水量对应的水位信息标记为Sz；再通过预先设定一水位信息缓冲值A，将Sz-A标记为Sc；设定一指定水位信息范围，将此水位信息范围标定为Sx-Sc；当水位信息位于Sx-Sc这一范围时，水库的储水量达到正常水平；当水位信息超过Sc时此时应开始弃水措施；通过上述设置则能对水库水位进行合理安排；
(2)通过降雨量监测单元能够每隔一段时间对降雨量信息进行监控，同时也对水位信息进行监控；结合数据预测单元内的相关算法计算得到若干时间之后的水位信息，之后结合相关的水库水位安全规则，指定处水库的发电规则，能够精准的判定出在何种情况下水库应该进行发电或者弃水措施；
(3)本发明通过在发电的同时获取此时在进行水力发电排水的同时水位信息变化情况，具体获取步骤为利用降雨量监测单元获取到水力发电排水之后新的降雨量信息Jxi，i＝1...n；利用水位监测模块获取若干次的水位信息，并将新的实时水位信息标记为Sxi，i＝1...n；之后结合相关规则和算法，了解到在新的情况下预设时间之后的水位上涨情况，生成新的发电规则；本发明简单有效，且易于实用。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
如图1所示，一种水库水电站汛期优化发电控制系统，包括降雨量监测单元、水位监测模块、数据预测单元、数据库、控制器、显示模块、存储模块、数据录入模块、水位控制模块、发电单元和弃水单元；
其中，所述降雨量监测单元用于汛期时每隔预设时间T1获取到实时降雨量情况，具体监测技术可通过雨量传感器来实现降雨量的检测，所述降雨量监测单元用于将降雨量信息传输到数据预测单元；所述水位监测模块用于间隔预设时间T1监测获取到水库的实时水位信息，具体监测技术可以采用水位传感器用于实时监测水库的具体水位信息，所述水位监测模块用于将水位信息传输到数据预测单元；所述水位监测模块获取水位信息间隔时间与降雨量监测单元获取降雨量信息间隔时间保持一致；
所述数据预测单元接收降雨量监测单元传输的降雨量信息，所述数据预测单元接收水位监测模块传输的水位信息；所述数据库用于存储水库最高储水量对应的水位信息，所述数据库内还存储有水位安全规则；所述水位安全规则具体表现如下：
步骤一：设定一指定水位信息，将此时的水位信息标定为蓄水水位Sx；当水位信息为Sx时此时水库蓄水量低于正常水平，此时可进行蓄水操作；
步骤二：获取到水库的最大安全蓄水量对应的水位信息，并将其标记为Sz；
步骤三：预先设定一水位信息缓冲值A，将Sz-A标记为Sc；设定一指定水位信息范围，将此水位信息范围标定为Sx-Sc；当水位信息位于Sx-Sc这一范围时，水库的储水量达到正常水平；
步骤四：当水位信息超过Sc时此时应开始弃水措施；
所述数据预测单元用于对降雨量信息和水位信息结合数据库内存储的水位安全规则做指定处理，具体处理步骤如下：
步骤一：将实时的降雨量信息标记为Ji，i＝1...n；将实时的水位信息标记为Si，i＝1...n；
步骤二：将S1标记为初始水位信息；
步骤三：利用水位监测模块获取到最新一次的水位信息并将其标记为Sn；利用公式计算在水位信息为Sn时的水位上涨与降雨量之间的增长系数Z，具体计算公式为
步骤四：利用公式获取得到在水位信息上涨到Sn之后经历预设时间Ty之后的预测水位Sy，具体计算公式为Sy＝Sn+Z*Ty；
所述数据预测单元用于从数据库内获取水位安全规则，所述数据预测单元用于将预测水位Sy、当前水位信息Sn和水位安全规则传输到控制器，所述控制器接收数据预测单元传输的预测水位Sy和水位安全规则；所述控制器用于根据预测水位Sy和水位安全规则制定水库发电规则；
步骤一：将水位点满功率发电得发电效率标记为H；
步骤二：判断当前水位信息Sn所处范围；当Sn≤Sx，且Sx≤Sy≤Sc时此时采用发电效率为H/2发电，此时水电站打开水闸进行水力发电；
步骤三：当Sx≤Sn≤Sc，且Sx≤Sy≤Sc时，此时采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行水力发电；发电的同时获取此时在进行水力发电排水的同时水位信息变化情况，具体获取步骤如下：
S1：利用降雨量监测单元获取到水力发电排水之后新的降雨量信息Jxi，i＝1...n；利用水位监测模块获取若干次的水位信息，并将新的实时水位信息标记为Sxi，i＝1...n；
S2：将水力发电排水之后的第一次水位信息标记为Sx1，获取到若n次之后监测到的水位信息并将其标记为Sxn；利用公式计算在水位信息为Sxn时的水位上涨与降雨量之间的增长系数Zx，具体计算公式为
S3：利用公式获取得到监测水位信息n次之后再经历预设时间Txy之后的预测水位Sxy，具体计算公式为Sxy＝Sxn+Zx*Txy；
S4：当Sxy<Sx时，则切换发电效率H/2进行发电，此时水电站打开水闸采用一半功率进行发电；
S5：当Sx≤Sxy≤Sc时则继续采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行全力发电；
S6：当Sxy>Sc时则继续采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行全力发电；同时生成弃水信号；
步骤四：当Sx≤Sn≤Sc，且Sy>Sc时，此时采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行水力发电；同时生成弃水信号；
所述控制器用于将水库发电规则传输到存储模块，所述存储模块用于接收控制器传输的水库发电规则并进行实时存储；所述控制器用于根据预测水位Sy和当前水位信息Sn结合存储模块存储的水库发电规则生成发电信息，发电信息具体表现为按照何种发电效率进行发电；所述控制器用于将发电信息传输到水位控制模块，所述水位控制模块用于将发电信息传输到发电单元，所述发电单元接收水位控制模块传输的发电信息并按照发电信息进行发电；
所述控制器还用于在生成弃水信号时将弃水信号传输到水位控制模块，所述水位控制模块在接收到控制器传输的弃水信号时将其传输到弃水单元，所述弃水单元在接收到水位控制模块传输的弃水信号时打开水闸进行水库弃水操作，防止水库储水量超出最大承受范围；
所述控制器用于将预测水位Sy和当前水位信息Sn传输到显示模块，所述显示模块接收到控制器传输的测水位Sy和当前水位信息Sn并进行实时显示。
所述控制器用于将预测水位Sy和当前水位信息Sn传输到存储模块，所述存储模块接收到控制器传输的测水位Sy和当前水位信息Sn并进行实时存储。
一种水库水电站汛期优化发电控制系统，在工作时，通过降雨量监测单元和水位监测模块，能够实时监测水库的水位信息和降雨量信息，之后通过数据预测单元和相关规则能计算得到预设时间之后水位能够上涨的地步；之后将水位上涨程度和实时水位信息以及数据库内存储的水位安全规则传输到控制器，控制器用于根据水位上涨程度和实时水位信息以及水位安全规则制定出该水电站的水库发电规则，之后根据实时水位信息和预设时间之后的水位信息按照水库发电规则生成发电信息，并通过发电单元进行发电；同时如果生成了弃水信号则会通过弃水单元进行弃水操作；
本发明得有益效果如下：
(1)本发明通过设定一指定水位信息，将此时的水位信息标定为蓄水水位Sx；当水位信息为Sx时此时水库蓄水量低于正常水平，此时应该进行蓄水操作；同时将该水库的最大安全蓄水量对应的水位信息标记为Sz；再通过预先设定一水位信息缓冲值A，将Sz-A标记为Sc；设定一指定水位信息范围，将此水位信息范围标定为Sx-Sc；当水位信息位于Sx-Sc这一范围时，水库的储水量达到正常水平；当水位信息超过Sc时此时应开始弃水措施；通过上述设置则能对水库水位进行合理安排；
(2)通过降雨量监测单元能够每隔一段时间对降雨量信息进行监控，同时也对水位信息进行监控；结合数据预测单元内的相关算法计算得到若干时间之后的水位信息，之后结合相关的水库水位安全规则，指定处水库的发电规则，能够精准的判定出在何种情况下水库应该进行发电或者弃水措施；
(3)本发明通过在发电的同时获取此时在进行水力发电排水的同时水位信息变化情况，具体获取步骤为利用降雨量监测单元获取到水力发电排水之后新的降雨量信息Jxi，i＝1...n；利用水位监测模块获取若干次的水位信息，并将新的实时水位信息标记为Sxi，i＝1...n；之后结合相关规则和算法，了解到在新的情况下预设时间之后的水位上涨情况，生成新的发电规则；本发明简单有效，且易于实用。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种水库水电站汛期优化发电控制系统，其特征在于，包括降雨量监测单元、水位监测模块、数据预测单元、数据库、控制器、显示模块、存储模块、数据录入模块、水位控制模块、发电单元和弃水单元；
其中，所述降雨量监测单元用于汛期时每隔预设时间T1获取到实时降雨量情况，具体监测技术可通过雨量传感器来实现降雨量的检测，所述降雨量监测单元用于将降雨量信息传输到数据预测单元；所述水位监测模块用于间隔预设时间T1监测获取到水库的实时水位信息，具体监测技术可以采用水位传感器用于实时监测水库的具体水位信息，所述水位监测模块用于将水位信息传输到数据预测单元；所述水位监测模块获取水位信息间隔时间与降雨量监测单元获取降雨量信息间隔时间保持一致；
所述数据预测单元接收降雨量监测单元传输的降雨量信息，所述数据预测单元接收水位监测模块传输的水位信息；所述数据库用于存储水库最高储水量对应的水位信息，所述数据库内还存储有水位安全规则；所述水位安全规则具体表现如下：
步骤一：设定一指定水位信息，将此时的水位信息标定为蓄水水位Sx；当水位信息为Sx时此时水库蓄水量低于正常水平，此时可进行蓄水操作；
步骤二：获取到水库的最大安全蓄水量对应的水位信息，并将其标记为Sz；
步骤三：预先设定一水位信息缓冲值A，将Sz-A标记为Sc；设定一指定水位信息范围，将此水位信息范围标定为Sx-Sc；当水位信息位于Sx-Sc这一范围时，水库的储水量达到正常水平；
步骤四：当水位信息超过Sc时此时应开始弃水措施；
所述数据预测单元用于对降雨量信息和水位信息结合数据库内存储的水位安全规则做指定处理，具体处理步骤如下：
步骤一：将实时的降雨量信息标记为Ji，i＝1...n；将实时的水位信息标记为Si，i＝1...n；
步骤二：将S1标记为初始水位信息；
步骤三：利用水位监测模块获取到最新一次的水位信息并将其标记为Sn；利用公式计算在水位信息为Sn时的水位上涨与降雨量之间的增长系数Z，具体计算公式为
步骤四：利用公式获取得到在水位信息上涨到Sn之后经历预设时间Ty之后的预测水位Sy，具体计算公式为Sy＝Sn+Z*Ty；
所述数据预测单元用于从数据库内获取水位安全规则，所述数据预测单元用于将预测水位Sy、当前水位信息Sn和水位安全规则传输到控制器，所述控制器接收数据预测单元传输的预测水位Sy和水位安全规则；所述控制器用于根据预测水位Sy和水位安全规则制定水库发电规则；
步骤一：将水位点满功率发电得发电效率标记为H；
步骤二：判断当前水位信息Sn所处范围；当Sn≤Sx，且Sx≤Sy≤Sc时此时采用发电效率为H/2发电，此时水电站打开水闸进行水力发电；
步骤三：当Sx≤Sn≤Sc，且Sx≤Sy≤Sc时，此时采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行水力发电；发电的同时获取此时在进行水力发电排水的同时水位信息变化情况，具体获取步骤如下：
S1：利用降雨量监测单元获取到水力发电排水之后新的降雨量信息Jxi，i＝1...n；利用水位监测模块获取若干次的水位信息，并将新的实时水位信息标记为Sxi，i＝1...n；
S2：将水力发电排水之后的第一次水位信息标记为Sx1，获取到若n次之后监测到的水位信息并将其标记为Sxn；利用公式计算在水位信息为Sxn时的水位上涨与降雨量之间的增长系数Zx，具体计算公式为
S3：利用公式获取得到监测水位信息n次之后再经历预设时间Txy之后的预测水位Sxy，具体计算公式为Sxy＝Sxn+Zx*Txy；
S4：当Sxy<Sx时，则切换发电效率H/2进行发电，此时水电站打开水闸采用一半功率进行发电；
S5：当Sx≤Sxy≤Sc时则继续采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行全力发电；
S6：当Sxy>Sc时则继续采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行全力发电；同时生成弃水信号；
步骤四：当Sx≤Sn≤Sc，且Sy>Sc时，此时采用发电效率H进行发电，此时水电站打开水闸进行水力发电；同时生成弃水信号。
2.根据权利要求1所述的一种水库水电站汛期优化发电控制系统，其特征在于，所述控制器用于将水库发电规则传输到存储模块，所述存储模块用于接收控制器传输的水库发电规则并进行实时存储；
所述控制器用于根据预测水位Sy和当前水位信息Sn结合存储模块存储的水库发电规则生成发电信息，发电信息具体表现为按照何种发电效率进行发电；所述控制器用于将发电信息传输到水位控制模块，所述水位控制模块用于将发电信息传输到发电单元，所述发电单元接收水位控制模块传输的发电信息并按照发电信息进行发电。
3.根据权利要求1所述的一种水库水电站汛期优化发电控制系统，其特征在于，所述控制器还用于在生成弃水信号时将弃水信号传输到水位控制模块，所述水位控制模块在接收到控制器传输的弃水信号时将其传输到弃水单元，所述弃水单元在接收到水位控制模块传输的弃水信号时打开水闸进行水库弃水操作，防止水库储水量超出最大承受范围。
4.根据权利要求1所述的一种水库水电站汛期优化发电控制系统，其特征在于，所述控制器用于将预测水位Sy和当前水位信息Sn传输到显示模块，所述显示模块接收到控制器传输的测水位Sy和当前水位信息Sn并进行实时显示。
5.根据权利要求1所述的一种水库水电站汛期优化发电控制系统，其特征在于，所述控制器用于将预测水位Sy和当前水位信息Sn传输到存储模块，所述存储模块接收到控制器传输的测水位Sy和当前水位信息Sn并进行实时存储。
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