CN111321713B - 一种基于生态流量的水电站机组运行方法 - Google Patents

Abstract

利用现有的河流生态流量监控设备，实现对水电站生态流量的监控评价，并能根据水电站优化运行理论、实际下泄流量进行水电站优化运行评价，对运行较差的工况进行水电站运行调整，在不增加生态流量的情况下，提高水电站的发电效益。

Description

一种基于生态流量的水电站机组运行方法

技术领域

本发明涉及水利工程，具体涉及一种基于生态流量的水电站机组运行方法。

背景技术

生态流量是指为保障河流环境生态功能，维持水资源可持续开发利用，而不至于发生生态环境恶化所必须保证下游河道的最小流量。对于水电站而言，由于取水发电，其往往存在过度利用水资源的情况，为对水电站用水进行必要的监管，往往需要设置相应的生态流量监控装置，现有的生态流量监控装置虽然可以实现对水电站下泄生态流量的监控显示，但是其功能单一，无法实现对水电站优化运行的指导，导致采集到的电站下泄流量仅用于显示生态电站，无法指导水电站的优化运行。

发明内容

基于此，本发明针对水电站的生态流量监控系统进行改造，增加了水电站运行的评价和调整模块，可以基于生态流量进行水电站运行状态的评价和调整，增加水电站的发电效益。

本发明提供一种基于生态流量的水电站机组运行方法，包括显示装置，下游尾水渠测流装置，控制模块，水电站优化运行模块，水电站生态流量评价模块，水电站运行评价模块，水电站运行调整模块，所述下游尾水渠测流装置安装在下游尾水渠中，用于测定尾水渠的实际流量，所述下游尾水渠测流装置分别连接显示装置、控制模块、水电站生态流量评价模块，水电站运行评价模块，水电站运行调整模块，所述水电站优化运行模块可以根据水电站的实际引用流量进行厂内机组的优化分配，得到水电站基于当前流量的最优出力以及该工况下的最优机组出力分配；其特征在于包括如下步骤：

S1：电站运行开机后，通过下游尾水渠测流装置测定下游尾水渠的实际流量，并传输到显示装置，实时显示电站的流量下泄量；

S2：水电站生态流量评价模块获取所述流量下泄量，并进行生态流量评价，所述生态流量评价包括：当流量下泄量小于设定的最小河流生态流量，评价为不合格，当流量下泄量大于设定的最小河流生态流量，且小于设定的最大河流生态流量，评价为合格，当流量下泄量大于设定的最大河流生态流量，评价为优秀，评价结果通过显示装置进行显示；当评价结果为不合格时，同时发出警报信号，提示河流生态流量不合格；

S3：基于所述流量下泄量，水电站优化运行模块计算所述流量下泄量对应的水电站的最优出力，所述水电站运行评价模块获取所述最优出力，并同时获取水电站的实际出力情况，所述水电站运行评价包括：当水电站实际出力小于最优出力的70%，评价结果为差，当水电站实际出力大于等于最优出力的70%，且小于最优出力的80%，评价结果为中，当水电站实际出力大于等于最优出力的80%，且小于最优出力的90%，评价结果为良，当水电站实际出力大于等于最优出力的90%，评价结果为优，评价结果通过显示装置进行显示；当评价结果为不合格时，同时发出警报信号，提示水电站运行评价不合格；

S4：基于所述水电站运行评价模块的评价结果，启动水电站运行调整模块，所述水电站运行调整包括：

S41：基于所述流量下泄量，启动水电站优化运行模块，计算水电站各机组的最优机组出力分配，并按照该计算结果，通过所述控制模块调整所述机组出力至最优机组出力分配；

若水电站仅有一台机组发电运行，则不再进行调整；若水电站有大于1台机组运行，则进行如下步骤：

S42：控制模块调整机组的出力分配，将水电站机组分为2组，其中第一组机组增加一定出力，第二组机组减小同样的出力，此时，监测下游的流量下泄量，若流量下泄量减少，则第一组机组继续增加一定出力，第二组减少同样的出力，监测下游的流量下泄量，若流量下泄量继续减少，则进行该方向的调整，直至监测到的流量下泄量增加为止；若第一次调整的流量下泄量增加，则第一组机组减小一定出力，第二组机组增加一定出力，此时监测下游流量下泄量，其下泄量减少，按照该调整方向持续调整，即第一组机组减小一定出力，第二组机组增加一定出力，直至监测到的流量下泄量增加为止；将机组出力稳定在监测到的流量增加的前一次的调整上，监测此时的流量下泄量；其必然小于调整钱的流量下泄量，此时，控制装置分别增加第一组机组和第二机组的出力，此时持续监测下游的流量下泄量，直至其逼近调整前的流量下泄量。

作为优选，所述步骤S42中，所述逼近调整前的流量下泄量可以选择为调整前的流量下泄量的95%-105%之间。

作为优选，所述步骤S42中，所述控制装置分别增加第一组机组和第二机组的出力，所述增加的出力可以选择为机组额定出力的2%。

作为优选，所述下游尾水渠测流装置为超声波测流计或多普勒测流计，该测流装置可以通过有线或无线传输的方式将测得的流量值进行传输。

本发明的优点在于：

利用现有的河流生态流量监控设备，实现对水电站生态流量的监控评价，并能根据水电站优化运行理论、实际下泄流量进行水电站优化运行评价，对运行较差的工况进行水电站运行调整，在不增加生态流量的情况下，提高水电站的发电效益。

本发明限定的方法不需要增加新的硬件设备，只需要对现有监控设备进行改造，嵌入水电站优化运行软件，即调整控制方法，即可实现，工程造价较低，但是可以提高水电站的发电效益。

具体实施方式：以下结合具体实施方式对本发明限定的结构，进行具体的解释说明。

本发明提供一种基于生态流量的水电站机组运行方法，包括显示装置，下游尾水渠测流装置，控制模块，水电站优化运行模块，水电站生态流量评价模块，水电站运行评价模块，水电站运行调整模块，所述下游尾水渠测流装置安装在下游尾水渠中，用于测定尾水渠的实际流量，所述下游尾水渠测流装置分别连接显示装置、控制模块、水电站生态流量评价模块，水电站运行评价模块，水电站运行调整模块，所述水电站优化运行模块可以根据水电站的实际引用流量进行厂内机组的优化分配，得到水电站基于当前流量的最优出力以及该工况下的最优机组出力分配；其特征在于包括如下步骤：

S1：电站运行开机后，通过下游尾水渠测流装置测定下游尾水渠的实际流量，并传输到显示装置，实时显示电站的流量下泄量；

S2：水电站生态流量评价模块获取所述流量下泄量，并进行生态流量评价，所述生态流量评价包括：当流量下泄量小于设定的最小河流生态流量，评价为不合格，当流量下泄量大于设定的最小河流生态流量，且小于设定的最大河流生态流量，评价为合格，当流量下泄量大于设定的最大河流生态流量，评价为优秀，评价结果通过显示装置进行显示；当评价结果为不合格时，同时发出警报信号，提示河流生态流量不合格；

S3：基于所述流量下泄量，水电站优化运行模块计算所述流量下泄量对应的水电站的最优出力，所述水电站运行评价模块获取所述最优出力，并同时获取水电站的实际出力情况，所述水电站运行评价包括：当水电站实际出力小于最优出力的70%，评价结果为差，当水电站实际出力大于等于最优出力的70%，且小于最优出力的80%，评价结果为中，当水电站实际出力大于等于最优出力的80%，且小于最优出力的90%，评价结果为良，当水电站实际出力大于等于最优出力的90%，评价结果为优，评价结果通过显示装置进行显示；当评价结果为不合格时，同时发出警报信号，提示水电站运行评价不合格；

S4：基于所述水电站运行评价模块的评价结果，启动水电站运行调整模块，所述水电站运行调整包括：

S41：基于所述流量下泄量，启动水电站优化运行模块，计算水电站各机组的最优机组出力分配，并按照该计算结果，通过所述控制模块调整所述机组出力至最优机组出力分配；

若水电站仅有一台机组发电运行，则不再进行调整；若水电站有大于1台机组运行，则进行如下步骤：

S42：控制模块调整机组的出力分配，将水电站机组分为2组，其中第一组机组增加一定出力，第二组机组减小同样的出力，此时，监测下游的流量下泄量，若流量下泄量减少，则第一组机组继续增加一定出力，第二组减少同样的出力，监测下游的流量下泄量，若流量下泄量继续减少，则进行该方向的调整，直至监测到的流量下泄量增加为止；若第一次调整的流量下泄量增加，则第一组机组减小一定出力，第二组机组增加一定出力，此时监测下游流量下泄量，其下泄量减少，按照该调整方向持续调整，即第一组机组减小一定出力，第二组机组增加一定出力，直至监测到的流量下泄量增加为止；将机组出力稳定在监测到的流量增加的前一次的调整上，监测此时的流量下泄量；其必然小于调整钱的流量下泄量，此时，控制装置分别增加第一组机组和第二机组的出力，此时持续监测下游的流量下泄量，直至其逼近调整前的流量下泄量。

作为优选，所述步骤S42中，所述逼近调整前的流量下泄量可以选择为调整前的流量下泄量的95%-105%之间。

作为优选，所述步骤S42中，所述控制装置分别增加第一组机组和第二机组的出力，所述增加的出力可以选择为机组额定出力的2%。

作为优选，所述下游尾水渠测流装置为超声波测流计或多普勒测流计，该测流装置可以通过有线或无线传输的方式将测得的流量值进行传输。

本发明的理论依据如下：

在水电站给定流量的条件下，对水电站各机组的动力特性曲线、最优工作机组台数和组合及在运行机组间有功负荷的最优分配方案进行分析和研究，得到水电站厂内最优运行方式，用以指导水电站的实际运行。其理论计算模型如下：

目标函数：

约束条件：

（1）机组流量平衡约束：

（2）机组出力约束：

（3）机组水头约束：

（4）机组流量约束：

式中：

为第i台机组的效率。

通过计算机编程可以实现机组的最优出力选择。

所述调整的理论依据如下：

厂内优化运行设计通常是依据水轮机组和水电站过流通道的理论特性而忽略了误差的影响，导致理论最优方案和实际运行不相符。该误差主要有机组特性的固有误差、数据采集和参数选取误差及计算误差等。即便根据上述优化运行计算得到水电站的优化出力，也会由于各种累计误差导致其并非最优结果。

在水电站厂内优化运行计算时，尽管各个单项误差无法准确获得，但各单项误差通过传递、叠加形成综合误差。综合误差不仅会使水轮机的实际效率曲面在垂直方向偏差，相对于理论工况点，实际工况点也会在水平方向发生位移。其调度计算模型如下：

式中：

分别为第i台机组的总流量变化值；

为第i台机组给予

出力增 量后的开度，其余参数均为水电站的常规参数，如水头等。

本发明提供的调整思路是：机组运行时进行实时调整，实现优化的反馈闭环控制，以减小理论计算与实际运行存在的偏差。其基本思想是，以水电站优化运行模型理论计算得到的负荷分配方案指导水电站运行，在满足负荷平衡条件下，对机组理论方案的最优工况点给予适当的扰动，在其临域内搜寻实际最优工况点（临域范围可根据实际精度要求设定）。该调整可以在微机监控平台下自动实施。

根据水电站优化效率曲面可知，对于两组机组的运行情况，负荷相等变化的情况下，其耗水量呈现单调非线性变化，即进行一次扰动后，水电站耗水量要么减少，要么增加；若耗水量减少，则进行同方向的扰动后，其耗水量会持续减少，直至增加时，达到最优。即其变化规律呈现单调变化规律，在实际最优值出耗水量最小，在实际最优值两侧的耗水量呈单调增加变化，且一般呈现非线性。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种基于生态流量的水电站机组运行方法，包括显示装置，下游尾水渠测流装置，控制模块，水电站优化运行模块，水电站生态流量评价模块，水电站运行评价模块，水电站运行调整模块，所述下游尾水渠测流装置安装在下游尾水渠中，用于测定尾水渠的实际流量，所述下游尾水渠测流装置分别连接显示装置、控制模块、水电站生态流量评价模块，水电站运行评价模块，水电站运行调整模块，所述水电站优化运行模块可以根据水电站的实际引用流量进行厂内机组的优化分配，得到水电站基于当前流量的最优出力以及该工况下的最优机组出力分配；其特征在于包括如下步骤：

S1：电站运行开机后，通过下游尾水渠测流装置测定下游尾水渠的实际流量，并传输到显示装置，实时显示电站的流量下泄量；

S2：水电站生态流量评价模块获取所述流量下泄量，并进行生态流量评价，所述生态流量评价包括：当流量下泄量小于设定的最小河流生态流量，评价为不合格，当流量下泄量大于设定的最小河流生态流量，且小于设定的最大河流生态流量，评价为合格，当流量下泄量大于设定的最大河流生态流量，评价为优秀，评价结果通过显示装置进行显示；当评价结果为不合格时，同时发出警报信号，提示河流生态流量不合格；

S3：基于所述流量下泄量，水电站优化运行模块计算所述流量下泄量对应的水电站的最优出力，所述水电站运行评价模块获取所述最优出力，并同时获取水电站的实际出力情况，水电站运行评价包括：当水电站实际出力小于最优出力的70%，评价结果为差，当水电站实际出力大于等于最优出力的70%，且小于最优出力的80%，评价结果为中，当水电站实际出力大于等于最优出力的80%，且小于最优出力的90%，评价结果为良，当水电站实际出力大于等于最优出力的90%，评价结果为优，评价结果通过显示装置进行显示；当评价结果为不合格时，同时发出警报信号，提示水电站运行评价不合格；

S4：基于所述水电站运行评价模块的评价结果，启动水电站运行调整模块，所述水电站运行调整包括：

S41：基于所述流量下泄量，启动水电站优化运行模块，计算水电站各机组的最优机组出力分配，并按照该计算结果，通过所述控制模块调整所述机组出力至最优机组出力分配；

若水电站仅有一台机组发电运行，则不再进行调整；若水电站有大于1台机组运行，则进行如下步骤：

S42：控制模块调整机组的出力分配，将水电站机组分为2组，其中第一组机组增加一定出力，第二组机组减小同样的出力，此时，监测下游的流量下泄量，若流量下泄量减少，则第一组机组继续增加一定出力，第二组减少同样的出力，监测下游的流量下泄量，若流量下泄量继续减少，则进行该方向的调整，直至监测到的流量下泄量增加为止；若第一次调整的流量下泄量增加，则第一组机组减小一定出力，第二组机组增加一定出力，此时监测下游流量下泄量，其下泄量减少，按照该调整方向持续调整，即第一组机组减小一定出力，第二组机组增加一定出力，直至监测到的流量下泄量增加为止；将机组出力稳定在监测到的流量增加的前一次的调整上，监测此时的流量下泄量；其必然小于调整前的流量下泄量，此时，控制装置分别增加第一组机组和第二机组的出力，此时持续监测下游的流量下泄量，直至其逼近调整前的流量下泄量；该运行方法利用现有的河流生态流量监控设备，实现对水电站生态流量的监控评价，并能根据水电站优化运行理论、实际下泄流量进行水电站优化运行评价，对运行较差的工况进行水电站运行调整，在不增加生态流量的情况下，提高水电站的发电效益。

2.如权利要求1所述的一种基于生态流量的水电站机组运行方法，其特征在于：所述步骤S42中，所述逼近调整前的流量下泄量可以选择为调整前的流量下泄量的95%-105%之间。

3.如权利要求1所述的一种基于生态流量的水电站机组运行方法，其特征在于：所述步骤S42中，所述控制装置分别增加第一组机组和第二机组的出力，增加的出力可以选择为机组额定出力的2%。

4.如权利要求1所述的一种基于生态流量的水电站机组运行方法，其特征在于：所述下游尾水渠测流装置为超声波测流计或多普勒测流计，该测流装置通过有线或无线传输的方式将测得的流量值进行传输。