CN111738625A - 一种径流式水电站前池高水位运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种径流式水电站前池高水位运行方法，通过在前池设置第一水位、第二水位和第三水位，可以实现当水位触发第一水位和第三水位时，进行过大的调节，从而在第二水位处进行稳定调节，从而实现前池稳定在第二水位处运行，以提高水电站的整体运行稳定性和发电效益。

Description

一种径流式水电站前池高水位运行方法
技术领域
本发明涉及水利工程，具体涉及一种径流式水电站前池高水位运行方法。
背景技术
径流式水电站无法对来流进行调配，其通过压力前池对水位进行稳压发电，其中，其发电水头约等于压力前池水位减去尾水位再减去引水系统的水头损失，因此，控制压力前池的高水位运行可以提高水电站的发电水头，从而提高水电站的发电效益。对于低水头的电站而言，例如轴流式机组和贯流式机组，其发电水头一般较低，此时提高压力前池的水位可以明显提高发电效益。
目前，对于抬高水电站发电水头，保证压力前池高水位运行，已经得到充分重视，但大多采用经验控制，也有通过相关控制方法控制，但其大多采用最高水位、最低水位进行控制，一旦前池超过最高水位，相应增加机组负荷，一旦前池低于最低水位，相应减少机组负荷， 通过上述方法虽然也可以较好的控制前池水位，但是上述调整存在如下问题：水位调整不精确，如果前池水位在最高水位或最低水位附近，一旦处于最高水位，此时容易触发最高水位报警，一旦处于最低最低水位，不仅容易触发最低水位报警，而且会降低发电水头；上述问题导致机组频繁开停机，也会导致机组发电效益的受损。因此，上述控制方法也存在一定的缺陷。
发明内容
基于此，本发明提供一种径流式水电站前池高水位运行方法，该方法用于径流式水电站，所述径流式水电站设置有前池，所述前池设置有溢流堰，所述前池上设置有第一水位、第二水位和第三水位，所述第一水位为溢流堰顶高程或低于溢流堰高程的某一水位值；其中第一水位高于第二水位，第二水位高于第三水位；所述前池上设置有水位监测装置，所述方法包括如下步骤：
S1：根据来流情况初步判断开机组合和开机出力，并开机；
S2：机组运行稳定后，观测前池水位；
S21：当前池水位大于等于第一水位时，利用前池水位监测装置监测水位，若第一水位为溢流堰顶高程，则进行如下判断：
S211：根据监测水位，计算溢流堰的溢流流量，所述溢流流量为第一流量；
若第一水位为低于溢流堰顶高程的某一水位值时，进行如下判断：
S212：若监测水位大于溢流堰顶高程，则计算溢流堰的溢流流量，所述溢流流量为第一流量；若监测水位小于溢流堰高程且大于第一水位时，若水位下降，则不进行调整，第一流量为0；若水位上升，则根据监测水位计算前池在确定时间内增加的水量，利用所述增加的水量和时间，计算得到第一流量；
S213：根据步骤S211或步骤S212得到的第一流量，计算得到水电站当前运行工况下增加所述第一流量对应的第一出力值，将第一出力值乘以第一调整系数后得到第一计算出力值，将所述第一计算出力值分配给开机机组，此时开机机组增加出力等于所述第一计算出力值；
S22：当前池水位在第二水位附近一定区间时，利用前池水位监测装置监测水位，并计算前池在确定时间内增加或减少的水量，利用所述增加或减少的水量和时间，计算得到第二流量，计算得到水电站当前运行工况下增加或减少所述第二流量对应的第二出力值，将第二出力值分配给开机机组；当触发第二水位时，其水位上升，开机机组增加第二出力值，当触发第二水位时，水位下降，开机机组减少第二出力值；
S23：当前池水位小于等于第三水位时，则利用前池水位监测装置监测水位，若水位上升，则不进行调整；若水位下降，则进行如下调整：计算前池在确定时间内减少的水量，计算得到第三流量，并计算得到水电站当前运行工况下减少所述第三流量对应的第三出力值，将第三出力值乘以第二调整系数后得到第三计算出力值，将所述第三计算出力值分配给开机机组，此时开机机组减少出力等于所述第三计算出力值；
S3：当前池水位在第一水位、第二水位和第三水位之间时，机组保持现有出力不变。
作为优选，所述步骤S1中根据来流量初步判断开机组合和开机出力的具体方式为：对来流量进行水电站厂内优化运行，选择最优机组开机组合和开机出力。
作为优选，计算前池在确定时间内增加或减少的水量的方法为：根据监测水位，调取水电站压力前池的水位库容曲线，根据水位变化，计算得到其库容变化，该库容变化即为增加或减少的水量，若水位上升，其为增加的水量，若水位下降，其为减少的水量。
作为优选，所述第一调整系数和第二调整系数均为大于或等于1的数。
作为优选，所述前池水位监测装置监测前池的水位精度为1mm，采集水位时间间隔为3s。
作为优选，所述步骤S21-S23中将出力值分配给开机机组可以选择为均分也可以选择为单独某台机组分配。
一种应用上述所述的径流式水电站前池高水位运行方法的优化系统，其特征在于：所述优化系统包括开机出力分配模块、水位监测模块和水位调整模块；开机出力模块用于根据预估来流量判断开机组合和开机出力；所述水位监测模块用于监测前池水位；所述水位调整模块用于根据水位变化进行机组出力的调整。
本发明的原理在于：
一旦触发最高水位即第一水位，此时机组增加的出力大于其实际应该增加的出力，则调整后，前池水位下降到第二水位，并在触发第二水位时稳定；同理，一旦触发最低水位即第三水位，此时机组减少的出力大于其实际应该减少的出力，则调整后，前池水位上升到第二水位，并在触发第二水位时稳定；最后前池水位稳定在第二水位处，通过选择合适的第二水位，可以满足水电站的高效运行。
本发明的优点在于：
本发明提出了一种径流式水电站前池高水位运行方法，通过在前池设置第一水位、第二水位和第三水位，可以实现当水位触发第一水位和第三水位时，进行过大的调节，从而在第二水位处进行稳定调节，从而实现前池稳定在第二水位处运行，以提高水电站的整体运行稳定性和发电效益。
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。
本发明提供一种径流式水电站前池高水位运行方法，该方法用于径流式水电站，所述径流式水电站设置有前池，所述前池设置有溢流堰，所述前池上设置有第一水位、第二水位和第三水位，所述第一水位为溢流堰顶高程或低于溢流堰高程的某一水位值；其中第一水位高于第二水位，第二水位高于第三水位；所述前池上设置有水位监测装置，所述方法包括如下步骤：
S1：根据来流情况初步判断开机组合和开机出力，并开机；
S2：机组运行稳定后，观测前池水位；
S21：当前池水位大于等于第一水位时，利用前池水位监测装置监测水位，若第一水位为溢流堰顶高程，则进行如下判断：
S211：根据监测水位，计算溢流堰的溢流流量，所述溢流流量为第一流量；
若第一水位为低于溢流堰顶高程的某一水位值时，进行如下判断：
S212：若监测水位大于溢流堰顶高程，则计算溢流堰的溢流流量，所述溢流流量为第一流量；若监测水位小于溢流堰高程且大于第一水位时，若水位下降，则不进行调整，第一流量为0；若水位上升，则根据监测水位计算前池在确定时间内增加的水量，利用所述增加的水量和时间，计算得到第一流量；
S213：根据步骤S211或步骤S212得到的第一流量，计算得到水电站当前运行工况下增加所述第一流量对应的第一出力值，将第一出力值乘以第一调整系数后得到第一计算出力值，将所述第一计算出力值分配给开机机组，此时开机机组增加出力等于所述第一计算出力值；
S22：当前池水位在第二水位附近一定区间时，利用前池水位监测装置监测水位，并计算前池在确定时间内增加或减少的水量，利用所述增加或减少的水量和时间，计算得到第二流量，计算得到水电站当前运行工况下增加或减少所述第二流量对应的第二出力值，将第二出力值分配给开机机组；当触发第二水位时，其水位上升，开机机组增加第二出力值，当触发第二水位时，水位下降，开机机组减少第二出力值；
S23：当前池水位小于等于第三水位时，则利用前池水位监测装置监测水位，若水位上升，则不进行调整；若水位下降，则进行如下调整：计算前池在确定时间内减少的水量，计算得到第三流量，并计算得到水电站当前运行工况下减少所述第三流量对应的第三出力值，将第三出力值乘以第二调整系数后得到第三计算出力值，将所述第三计算出力值分配给开机机组，此时开机机组减少出力等于所述第三计算出力值；
S3：当前池水位在第一水位、第二水位和第三水位之间时，机组保持现有出力不变。
作为优选，所述步骤S1中根据来流量初步判断开机组合和开机出力的具体方式为：对来流量进行水电站厂内优化运行，选择最优机组开机组合和开机出力。
作为优选，计算前池在确定时间内增加或减少的水量的方法为：根据监测水位，调取水电站压力前池的水位库容曲线，根据水位变化，计算得到其库容变化，该库容变化即为增加或减少的水量，若水位上升，其为增加的水量，若水位下降，其为减少的水量。
作为优选，所述第一调整系数和第二调整系数均为大于或等于1的数。
作为优选，所述前池水位监测装置监测前池的水位精度为1mm，采集水位时间间隔为3s。
作为优选，所述步骤S21-S23中将出力值分配给开机机组可以选择为均分也可以选择为单独某台机组分配。
一种应用上述所述的径流式水电站前池高水位运行方法的优化系统，其特征在于：所述优化系统包括开机出力分配模块、水位监测模块和水位调整模块；开机出力模块用于根据预估来流量判断开机组合和开机出力；所述水位监测模块用于监测前池水位；所述水位调整模块用于根据水位变化进行机组出力的调整。
本发明的原理在于：
一旦触发最高水位即第一水位，此时机组增加的出力大于其实际应该增加的出力，则调整后，前池水位下降到第二水位，并在触发第二水位时稳定；同理，一旦触发最低水位即第三水位，此时机组减少的出力大于其实际应该减少的出力，则调整后，前池水位上升到第二水位，并在触发第二水位时稳定；最后前池水位稳定在第二水位处，通过选择合适的第二水位，可以满足水电站的高效运行。
其中，根据水位增速得到出力的原理如下：
根据水位变化速率，结合前池的水位库容曲线，可以得到水位变化时间Δt内的库容变化ΔV（不同的水位对应不同的前池库容，需要结合前池水位的回水计算相应渠道的水深变化），则其增加或减少的流量即可表示如下：
ΔQ=ΔV/Δt
此时该流量值对应的出力值可以简单按照如下方式计算：
ΔN=K×H×ΔQ；
其中，K为水电站中的综合出力系数，H为水电站的发电水头，一旦机组运行工况确定，上述K值和H值可以获得，此时便可计算其对应的出力值。
具体计算时，H值可以通过前池水位、尾水位（通过检测或流量-尾水关系换算），结合不同流量导致的管道水头损失计算获得；根据机组现有出力值，可以计算其引用的流量和机组的运行效率，叠加所述ΔQ，可以获取其变化ΔQ后对应的机组运行效率和运行水头，继而可以计算其变化出力值。
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 (7)

1.一种径流式水电站前池高水位运行方法，该方法用于径流式水电站，所述径流式水电站设置有前池，所述前池设置有溢流堰，所述前池上设置有第一水位、第二水位和第三水位，所述第一水位为溢流堰顶高程或低于溢流堰高程的某一水位值；其中第一水位高于第二水位，第二水位高于第三水位；所述前池上设置有水位监测装置，所述方法包括如下步骤：
S1：根据来流情况初步判断开机组合和开机出力，并开机；
S2：机组运行稳定后，观测前池水位；
S21：当前池水位大于等于第一水位时，利用前池水位监测装置监测水位，若第一水位为溢流堰顶高程，则进行如下判断：
S211：根据监测水位，计算溢流堰的溢流流量，所述溢流流量为第一流量；
若第一水位为低于溢流堰顶高程的某一水位值时，进行如下判断：
S212：若监测水位大于溢流堰顶高程，则计算溢流堰的溢流流量，所述溢流流量为第一流量；若监测水位小于溢流堰高程且大于第一水位时，若水位下降，则不进行调整，第一流量为0；若水位上升，则根据监测水位计算前池在确定时间内增加的水量，利用所述增加的水量和时间，计算得到第一流量；
S213：根据步骤S211或步骤S212得到的第一流量，计算得到水电站当前运行工况下增加所述第一流量对应的第一出力值，将第一出力值乘以第一调整系数后得到第一计算出力值，将所述第一计算出力值分配给开机机组，此时开机机组增加出力等于所述第一计算出力值；
S22：当前池水位在第二水位附近一定区间时，利用前池水位监测装置监测水位，并计算前池在确定时间内增加或减少的水量，利用所述增加或减少的水量和时间，计算得到第二流量，计算得到水电站当前运行工况下增加或减少所述第二流量对应的第二出力值，将第二出力值分配给开机机组；当触发第二水位时，其水位上升，开机机组增加第二出力值，当触发第二水位时，水位下降，开机机组减少第二出力值；
S23：当前池水位小于等于第三水位时，则利用前池水位监测装置监测水位，若水位上升，则不进行调整；若水位下降，则进行如下调整：计算前池在确定时间内减少的水量，计算得到第三流量，并计算得到水电站当前运行工况下减少所述第三流量对应的第三出力值，将第三出力值乘以第二调整系数后得到第三计算出力值，将所述第三计算出力值分配给开机机组，此时开机机组减少出力等于所述第三计算出力值；
S3：当前池水位在第一水位、第二水位和第三水位之间时，机组保持现有出力不变。
2.如权利要求1所述的径流式水电站前池高水位运行方法，其特征在于：所述步骤S1中根据来流量初步判断开机组合和开机出力的具体方式为：对来流量进行水电站厂内优化运行，选择最优机组开机组合和开机出力。
3.如权利要求1所述的径流式水电站前池高水位运行方法，其特征在于：计算前池在确定时间内增加或减少的水量的方法为：根据监测水位，调取水电站压力前池的水位库容曲线，根据水位变化，计算得到其库容变化，该库容变化即为增加或减少的水量，若水位上升，其为增加的水量，若水位下降，其为减少的水量。
4.如权利要求1所述的径流式水电站前池高水位运行方法，其特征在于：所述第一调整系数和第二调整系数均为大于或等于1的数。
5.如权利要求1所述的径流式水电站前池高水位运行方法，其特征在于：所述前池水位监测装置监测前池的水位精度可以为1mm，采集水位时间间隔为3s。
6.如权利要求1所述的径流式水电站前池高水位运行方法，其特征在于：所述步骤S21-S23中将出力值分配给开机机组可以选择为均分也可以选择为单独某台机组分配。
7.一种应用权利要求1-6任一项所述的径流式水电站前池高水位运行方法的优化系统，其特征在于：所述优化系统包括开机出力分配模块、水位监测模块和水位调整模块；开机出力模块用于根据预估来流量判断开机组合和开机出力；所述水位监测模块用于监测前池水位；所述水位调整模块用于根据水位变化进行机组出力的调整。
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