CN113239642A - 一种计算水库入库流量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算水库入库流量的方法,属于水文测量领域,基于水库水量平衡原理,采用反推法循环迭代实时计算水库入库流量,具体步骤为:收集和整理水轮发电机组运行特性资料以及水库运行资料,精确计算发电流量、库容增量、泄洪流量;分析计算和整理机组停备期间导叶漏水量、地区民用生活或灌溉取水量、库水面蒸发量及隢渗;根据水量平衡原理计算入库流量,入库流量=发电流量+库容增量+泄洪流量+机组停备期间导叶漏水量+地区民用生活或灌溉取水量+库水面蒸发量及隢渗;反推循环迭代计算得到入库流量。本发明基于Excel Visual Basic功能平台设计,作为现场生产人员水库经济运行分析的辅助工具,实现了水电站安全经济运行。
Description
技术领域
本发明属于水文测量领域,具体涉及一种计算水库入库流量的方法。
背景技术
实时入库流量是指导水库经济运行重要指标,实时洪水调度以及实时洪水预报需要准确的入库流量计算。为了充分利用水资源,确保水库防汛度汛安全及发挥水库综合效益。碧口水情实时监测系统于2006年完成了升级改造,系统自投运以来,系统畅通率良好,为水库调度提供了较为准确的信息,在水库的防洪调度工作中发挥了良好的作用。但是随着系统投用时间延长,以及上游在建苗家坝电站和下游的麒麟寺电站的发电,系统需要不断地的扩展功能。系统总体可靠性逐步下降,特别是遥测站采用北斗卫星、手机短信、超短波、网络等复杂的通信方式,设备维修及备品备件购置均较困难,信道畅通效果存在数据丢失等情况,系统的可靠性、稳定性降低。以上因素的存在会造成水务计算自动化功能丧失,特别是系统在恶劣气候条件下对于水务计算的影响,将会对防汛安全带来威胁。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种计算水库入库流量的方法,解决现有技术存在的现场计算复杂及计算能力不足的问题。
本发明的技术方案如下:
一种计算水库入库流量的方法,基于水库水量平衡原理,采用反推法循环迭代实时计算水库入库流量,具体包括如下步骤:
步骤1:收集和整理水轮发电机组运行特性资料,包括水轮机发电机出厂设计规范,主厂房及安装、岔管及引水洞典型剖面图,大坝安全定期检查资料汇编,水库工程主要特征表,并根据省电科院水轮机效率特性试验数据,率定全水头水轮机效率曲线,按发电机效率值,制定发电机效率曲线,完成各种报表、图形设计;
步骤2:分析计算发电流量、库容增量、泄洪流量、机组停备期间导叶漏水量、地区民用生活或灌溉取水量、库水面蒸发量及隢渗,建立水库运行分析计算程序模板主界面;
步骤3:根据水量平衡原理计算入库流量,入库流量=发电流量+库容增量+泄洪流量+机组停备期间导叶漏水量+地区民用生活或灌溉取水量+库水面蒸发量及隢渗;
步骤4:反推循环迭代计算入库流量,每次取得新的入库流量计算结果后,利用新的计算结果参与修正,递推地估算新的修正值;在30次迭代后或在两次相邻迭代得到数值的变化小于0.001时,停止迭代运算。
优选地,步骤2中发电流量计算关键在于确定水轮机效率,根据厂家提供的水轮机运转特性曲线作为基础数据,按绝对效率试验数据进行曲线率定,分段差值计算水头损失,确定工作水头,求出不同工况下的发电流量。
优选地,步骤2中库容增量WZ的计算使用公式Wt下=Wt+WZ,Wt为t时刻时的库容量,Wt下为下一个时段的库容量。
优选地,库容增量计算中需要及时率定,库容曲线率定的间隔为1cm。
优选地,步骤2中按照不同闸门在不同水位及不同开度下计算泄洪流量。
优选地,步骤4中计算入库流量时,对于水位波动、负荷及闸门泄流变化、时段长短、动库容的影响,灵活加权计算作为时段平均值进行参数实时矫正。
本发明所带来的有益技术效果:
本发明依据水库及水轮机组运行特性,基于Excel Visual Basic功能平台实现入库流量的自动计算,减少人为误差,保证实时洪水调度和实时洪水预报;基于水库水量平衡原理,采用递归推法循环迭代提高入库流量计算能力,保证实时数据的准确性。
附图说明
图1是本发明水库入库流量计算方法的流程图;
图2是本发明实施例发电机效率曲线图;
图3是本发明实施例泄洪设施泄洪流量曲线图;
图4是本发明实施例一次入库流量计算结果显示图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明:
本发明以水电站实现安全经济运行为目的,依据水库及水轮机组运行特性,基于Excel Visual Basic功能平台设计了水库入库流量计算模型,作为现场生产人员水库经济运行分析的辅助工具,如图1所示,该水库入库流量计算方法的具体流程为:
(1)收集和整理水轮发电机组运行特性资料,包括:水轮机发电机出厂设计规范,主厂房及安装、岔管及引水洞典型剖面图,大坝安全定期检查资料汇编,水库工程主要特征表等历史数据,并根据省电科院水轮机效率特性试验数据,制定全水头水轮机效率曲线,按发电机效率值,制定发电机效率曲线,完成各种报表、图形设计。图2展示了发电机效率曲线,可以根据发电机效率曲线及水轮机效率曲线,按要求确定查询搜索公式,动态调用。
(2)分析计算发电流量、库容增量、泄洪流量、机组停备期间导叶漏水量、地区民用生活或灌溉取水量、库水面蒸发量及隢渗,建立水库运行分析计算程序模板主界面。
发电流量计算公式为:Q=N/g/H/η1/η2;其中,N为机组出力,g为重力加速度,H为压力水头,η1为发电机效率,η2为水轮机效率;求发电流量关键是要确定水轮机效率,根据厂家提供的水轮机运转特性曲线作为基础数据,按绝对效率试验数据进行曲线率定,分段差值计算水头损失,确定工作水头,求出不同工况下的发电流量;
如图3所示碧口水库泄洪设施水位与泄洪流量关系曲线图,横坐标是水位,单位m,纵坐标是泄洪流量,单位m3/s;泄洪流量可以按照不同闸门在不同水位及不同开度下计算泄水量;
库容增量是指在计算期间,水库水位变化相对库容的变化量,对应于t时刻水位的库容量Wt。通过公式Wt下=Wt+WZ计算,Wt为t时刻时的库容量,Wt下为下一个时段的库容量。库容增量对入库流量的计算精度影响很大,应重视水库库容曲线的测量工作,并且长期实际运行,库容曲线率定的准确性得到确认。由于引用资料、测量手段和精度等因素的影响,库容曲线本身就存在一定的误差,加上水库蓄水后的淤积等因数,库容增量如不及时率定,这些误差会造成入库流量存在较大误差。本发明按1cm间隔进行库容曲线率定,根据水位变化差进行检索和计算;
对于机组停备期间导叶漏水量,根据伯努利方程,将压力换算成压力水头:H=P/ρg,ρ为水的密度,g为重力加速度,P为流体中计算该点的压强;计算导叶漏水量Q=V/t+QZ,t为钢管道压力变化值时间间隔,V为所述上平段的容积,QZ为闸门漏水量;根据压力换算压力水头计算容积,压力水头按式修正,其中,h为计算水头,H为压力水头;a为动能段修正系数,为1.0;v0为用推求流量除以过流水断面积而得的流速;
地区民用生活或灌溉取水量、环保用水量、库水面蒸发量及隢渗等,可根据实际情况考虑,库水面蒸发量及隢渗对于入库流量的计算可以基本忽略。
(3)根据水量平衡原理计算入库流量,入库流量=发电流量+库容增量+泄洪流量+机组停备期间导叶漏水量+地区民用生活或灌溉取水量+库水面蒸发量及隢渗。
(4)由于出库流量变化对机组效率及水库上下游水位的变化是相互影响的动态变化计算,经过研究采用反推循环迭代计算入库流量。每次取得新的水量平衡计算结果后,利用新的计算结果参与修正,从而递推地估算新的修正值,随着新的计算结果逐次加入,一步一步地进行修正,从而实现数据参数的连续校正。即实际计算情况迭代计算,利用先前的迭代计算结果循环引用中的每个计算值。按迭代设置将在30次迭代后或在两次相邻迭代得到的数值的变化小于0.001时,停止迭代运算。
如图4所示为一次入库流量计算结果显示图,首先确定计算时段,及该时段的水库水位变化值,该时段机组平均出力,如有泄洪先计算该时段泄洪量,经过计算得到最终的入库流量为3915立方米/秒。
本发明建立了水库水位变化演算表,如表1水库汛末实测库容率定成果简表所示,验证实际运行中水位变化的准确性,可作为洪水演算以及为库容曲线的修订提供数据支持。表1中,每5米点为实测值。
表1水库汛末实测库容率定成果简表
分析入库流量系统误差如下:
发电机发电用水量计算误差:E1=±0.5%。
泄水闸门开度计算误差:E2=±0.5%。
泄水量计算误差:E3=±1.5%。
上游水位测量误差:E4=±0.5%考虑。
下游水位测量误差:E5=±1.2%。
水头损失计算误差:Ei=±1.5%。
时间计算误差:Es=±1.5%。
预测水位系统误差:ESW=±3.0%。
综上,由于水位波动的影响,负荷及闸门泄流变化的影响,时段长短的影响,动库容的影响,因此,本发明选择时间段3到6小时加权平均数比较理想,实现入库流量的自动计算,可以减少人为误差。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种计算水库入库流量的方法,其特征在于,基于水库水量平衡原理,采用反推法循环迭代实时计算水库入库流量,具体包括如下步骤:
步骤1:收集和整理水轮发电机组运行特性资料,包括水轮发电机出厂设计规范,主厂房及安装、岔管及引水洞典型剖面图,大坝安全定期检查资料汇编,水库工程主要特征表,并根据省电科院水轮机效率特性试验数据,率定全水头水轮机效率曲线,按发电机效率值,制定发电机效率曲线,完成各种报表、图形设计;
步骤2:分析计算发电流量、库容增量、泄洪流量、机组停备期间导叶漏水量、地区民用生活或灌溉取水量、库水面蒸发量及隢渗,建立水库运行分析计算程序模板主界面;
步骤3:根据水量平衡原理计算入库流量,入库流量=发电流量+库容增量+泄洪流量+机组停备期间导叶漏水量+地区民用生活或灌溉取水量+库水面蒸发量及隢渗;
步骤4:反推循环迭代计算入库流量,每次取得新的入库流量计算结果后,利用新的计算结果参与修正,递推地估算新的修正值;在30次迭代后或在两次相邻迭代得到数值的变化小于0.001时,停止迭代运算。
2.根据权利要求1所述的一种计算水库入库流量的方法,其特征在于,所述步骤2中发电流量计算关键在于确定水轮机效率,根据厂家提供的水轮机运转特性曲线作为基础数据,按绝对效率试验数据进行曲线率定,分段差值计算水头损失,确定工作水头,求出不同工况下的发电流量。
3.根据权利要求1所述的一种计算水库入库流量的方法,其特征在于,所述步骤2中库容增量WZ的计算使用公式Wt下=Wt+WZ,Wt为t时刻时的库容量,Wt下为下一个时段的库容量。
4.根据权利要求3所述的一种计算水库入库流量的方法,其特征在于,所述库容增量计算中需要及时率定,库容曲线率定的间隔为1cm。
5.根据权利要求1所述的一种计算水库入库流量的方法,其特征在于,所述步骤2中按照不同闸门在不同水位及不同开度下计算泄洪流量。
6.根据权利要求1所述的一种计算水库入库流量的方法,其特征在于,所述步骤4中计算入库流量时,对于水位波动、负荷及闸门泄流变化、时段长短、动库容的影响,灵活加权计算作为时段平均值进行参数实时矫正。
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