CN109656998B - 基于运行监测数据计算水轮发电机组效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于运行监测数据计算水轮发电机组效率的方法，包括以下步骤：构建数据库表格，所述数据库表格包含以下字段：机组编号、时间、发电流量、净水头、效率；按发电站每台机组的编号，从数据库中取出对应的所有时间的发电流量、净水头、效率值，分别作为空间直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴，构建带XYZ值的空间点集；用空间三角网格方法对空间点集的Z值进行表面插值，采用DELAUNAY方法构建不规则三角网格；将构建的不规则三角网络的计算结果自动输出为栅格文件；将上述栅格文件作为输入构建效率值函数；将效率值函数发布为WEB SERVICE形式。本发明让专业技术人员可以通过网络实时快速获取效率值，为发电调度、防汛调度提供快速准确的计算依据。

Description

基于运行监测数据计算水轮发电机组效率的方法

技术领域

本发明涉及水电站发电指标计算技术领域，具体涉及一种基于运行监测数据计算水轮发电机组效率的方法。

背景技术

在规划设计阶段，电站的发电效率主要是按水轮机厂商提供的模型机组的综合特性曲线图进行选择，并按相关规定计算相应的发电指标，如年发电量、保证出力等。水电站管理运行阶段，进行水能计算时要根据当时实际入库的天然来水量、国民经济各部门用水要求及电力系统负荷等情况，计算水电站在各个时段的出力、发电量，为电站发电调度和防洪调度工作提供依据，以便确定电力系统中各电站的最有利运行方式。此时，计算出力、发电量有列表试算法、图解法等多种算法，但计算出力系数K的水电站效率η一般根据模型机转轮型谱参数表中不同工况来内插取值。在电站的建设过程中，由于施工队伍、场地情况导致真机的效率和模型机组的效率有一定的偏差，特别是水轮机组安装过程中的差异，造成真机和模型机效率偏差较大，且同一型式的机组也有较大的差异，因此在电站实际运行中如何确定不同工况下水轮发电机组的效率对于电站的经济运行和电站总体发电指标影响较大。

通过模型机型谱参数表来查值求取水电站效率η进而计算出力系数K、水电站的出力、发电量，对于电站场内经济优化运行时主要存在以下局限：

(1)实际上模型机的特性与大尺寸的真机之间的特性是存在差异，从模型机通过不同工况的模拟测量得到的效率曲线并不一定反映运行中水轮发电机组的效率情况，并且实验无法遍历模拟出所有真实运行的场景。

(2)对于同一型式水轮机，厂家提供的机组效率曲线均相同，但实际由于安装的差异对于电厂同一型式的水轮机同一工况的效率也不一定相同，为更好的指导实际运行，每台机组都应该有相应的真机的效率曲线关系图。

(3)机组运行工况采样数据不足，有些工况无法监测到，也无法对原模型机成果进行复核。

(4)根据模型机的运转特性曲线来计算绘制效率曲线图片及数据表，人工量算工作量大、速度较慢、且量测误差较大。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于运行监测数据计算水轮发电机组效率的方法，让专业技术人员可以通过网络实时快速获取效率值，为发电调度、防汛调度提供快速准确的计算依据。

本发明提供了一种基于运行监测数据计算水轮发电机组效率的方法，其特征在于包括以下步骤：

A.构建数据库表格，所述数据库表格包含以下字段：电站编号、机组编号、时间、发电流量、净水头、效率；

B.按发电站每台机组的编号，从数据库中取出对应的所有时间的发电流量、净水头、效率值，分别作为空间直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴，构建带XYZ值的空间点集；

C.用空间三角网格方法对空间点集的Z值进行表面插值，采用DELAUNAY方法构建不规则三角网格；

D.将构建的不规则三角网络的计算结果自动输出为栅格文件；

E.将上述栅格文件作为输入构建效率值函数；

F.将效率值函数发布为WEB SERVICE形式。

上述技术方案中，所述步骤A包括以下步骤：

在发电机组运行时，定时采集发电流量、净水头、发电量，通过发电量反求出效率值，上传到数据库服务器，存储在数据库中对应表格，数据库表格包含以下字段：电站编号、机组编号、时间、发电流量、净水头、效率值。

上述技术方案中，所述步骤B中利用构建空间直角坐标系构建监测点集，再将监测点集转化为带XYZ值的空间点集；其中，X值代表发电流量，Y值代表净水头，Z值代表效率值。

上述技术方案中，于步骤C中将每个水轮发电机组构建的点集作为输入代入空间点集。

上述技术方案中，步骤D中的栅格文件为矩阵形成存在的文件，保存在WEB服务器上按照水轮发电机组唯一编号命名的文件夹中。

上述技术方案中，步骤E中所述效率值函数的输入为步骤 D中的栅格文件、水头和流量，输出为效率值。

上述技术方案中，步骤F中外部人员可通过网页、客户端、手机APP端服务获取WEBSERVICES形式的效率值函数，通过输入水轮发电机组编号、水头、流量实时获取效率值。

本发明具有下述有益效果：

(1)从水电站水轮机、发电机运行监测数据实时、及时地更新计算水电站效率、出力系数，更真实地反映水轮发电机当时运行的效率及发电情况，比从固定的模型机型谱参数表读取效率更加精确。

(2)用空间表面的方式模拟每台水轮发电机水头、流量、实际效率表面，并可通过求值函数随时查取每台水轮发电机水头、流量对应的效率，减少人工换算工作量、提高效率及准确性。

(3)在水电站运行管理阶段，不断根据运行监测的数据更新水头、流量、效率曲面，随着运行条件变化及数据的增加，可以有更多监测值更真实地拟合逼近对应水轮发电机真实运行时的效率，采用该值计算的发电量，对短期实时发电计划更具有实时指导意义。

(4)采用WEB SERVICES的方式实现对每台水轮发电机的效率值在网络上实时调用，相比一个专业技术人员对一个水电站不同发电机类型的型谱参数图表对应求值，更加易于共享、快捷方便，减少相同参数不同人员可能量取出不同值的人为误差。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是步骤D中的栅格文件，X坐标为净水头*10，Y坐标为发电流量，右边图例分别用不同灰度代表输出效率值区间；

图3是水轮发电机组运行监测数据的存储格式。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

本具体实施例中的以水电站的1台发电机组为例，对发电机组的运行进行监测，并按小时将运行监测数据并存储于数据库。本具体实施例使用Python语言进行程序开发，利用第三方包来实现数据读取、空间分析操作及网络发布。

如图1所示，本发明提供的一种基于运行监测数据计算水轮发电机组效率的方法，具体包括以下步骤：

(1)水轮发电机组运行监测数据的存储格式与传输：在发电机组运行时，按小时采集发电流量Q，净水头H，发电量 E，通过发电量反求出效率η，上传到ORACLE数据库服务器，存储在对应表格REI_RUNDATA_R(见图3)中，表格包含以下字段：机组编号、监测时间、发电流量Q、净水头H、效率η。

(2)数据空间化：按发电站机组编号，从数据库中取出对应的所有时间的发电流量Q、净水头H、效率η值，分别作为空间直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴，构建监测系列点集，将监测系列点集转化为带XYZ值的空间点集。

利用Python的cx_Oracle包，访问数据库，读取该发电机组名称，并在Web服务器目录下，建立发电机组编号的文件夹。读取机组的数据以发电流量Q为X轴、净水头H为Y轴、效率η值为Z值，并取Q和H的最大值最小值，利用第三方 ARCGIS的arcpy包中arcpy.MakeXYEventLayer_management 将QHη转换为带Z值的点要素Shape文件pt.shp，利用 arcpy.MinimumBoundingGeometry_management将点要素的最大最小范围矩形，转换为面要素Shape文件py.shp。

(3)空间数据拟合插值：

A、利用arcpy.CreateTin_3d("tin",None,"pt Shape.Z Mass_Points<None>；py<None>Hard_Clip<None>", "DELAUNAY")将每个水轮发电机构建的点集作为输入，采用DELAUNAY方法构建不规则三角网格，对表示效率的Z值进行空间表面插值。

B、利用arcpy.TinRaster_3d("tin","tin.tif","FLOAT", "LINEAR","CELLSIZE0.1",1)步骤A中的不规则三角网结果自动输出为栅格文件(矩阵形式存在的文件)，如图3所示，按照需要的数值精度指定网格的CELLSIZE尺寸，保存在WEB 服务器上按照水轮发电机唯一编号命名的文件夹中。

利用Python代码实现前三个步骤，利用系统建立任务，驱动程序每小时从数据库读取新增的数据，并更新不规则三角网格和栅格文件。

(4)构建求值函数：将步骤(3)中插值的效率表面栅格文件作为输入，构建查值函数GetEfficiency()，可根据传入的机组编码，以及要求的任意水头、流量，函数通过读取对应栅格值，自动返回对应的效率值。

(5)WEB端发布：将求值函数发布成WEB REST SERVICES形式，用户可以通过网页、客户端、手机APP端服务，通过输入水轮发电机组编号、水头、流量实时调用效率值用于求取出力系数、计算发电量。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种基于运行监测数据计算水轮发电机组效率的方法，其特征在于包括以下步骤：

A.构建数据库表格，所述数据库表格包含以下字段：机组编号、时间、发电流量、净水头、效率；

B.按发电机组的编号，从数据库中取出对应的所有时间的发电流量、净水头、效率值，分别作为空间直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴，构建带XYZ值的空间点集；

C.用空间三角网格方法对空间点集的Z值进行表面插值，采用DELAUNAY方法构建不规则三角网格；

D.将构建的不规则三角网络的计算结果自动输出为栅格文件；

E.将上述栅格文件作为输入构建效率值函数；

F.将效率值函数发布为WEBSERVICE形式；

所述步骤A包括以下步骤：

在发电机组运行时，定时采集发电流量、净水头、发电量，通过发电量反求出效率值，上传到数据库服务器，存储在数据库中对应表格，数据库表格包含以下字段：电站编号、机组编号、时间、发电流量、净水头、效率值；

所述步骤B中利用构建空间直角坐标系构建监测点集，再将监测点集转化为带XYZ值的空间点集；其中，X值代表发电流量，Y值代表净水头，Z值代表效率值；

步骤C中将每个水轮发电机组构建的点集作为输入代入空间点集；

步骤D中的栅格文件为矩阵形成存在的文件，保存在WEB服务器上按照水轮发电机组唯一编号命名的文件夹中。

2.根据权利要求1所述的基于运行监测数据计算水轮发电机组效率的方法，其特征在于步骤E中所述效率值函数的输入为步骤D中的栅格文件、水头和流量，输出为效率值。

3.根据权利要求1所述的基于运行监测数据计算水轮发电机组效率的方法，其特征在于步骤F中外部人员可通过网页、客户端、手机APP端服务获取WEBSERVICES形式的效率值函数，通过输入水轮发电机组编号、水头、流量实时获取效率值。

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