CN113239642B - 一种计算水库入库流量的方法 - Google Patents

一种计算水库入库流量的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113239642B
CN113239642B CN202110398744.3A CN202110398744A CN113239642B CN 113239642 B CN113239642 B CN 113239642B CN 202110398744 A CN202110398744 A CN 202110398744A CN 113239642 B CN113239642 B CN 113239642B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reservoir
flow
water
calculating
calculation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110398744.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113239642A (zh
Inventor
陈崇彬
文亚琼
李海州
党存颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bikou Waterpower Power Plant Of Datang Gansu Generating Co ltd
Original Assignee
Bikou Waterpower Power Plant Of Datang Gansu Generating Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bikou Waterpower Power Plant Of Datang Gansu Generating Co ltd filed Critical Bikou Waterpower Power Plant Of Datang Gansu Generating Co ltd
Priority to CN202110398744.3A priority Critical patent/CN113239642B/zh
Publication of CN113239642A publication Critical patent/CN113239642A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113239642B publication Critical patent/CN113239642B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
    • Y02A10/40—Controlling or monitoring, e.g. of flood or hurricane; Forecasting, e.g. risk assessment or mapping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

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

一种计算水库入库流量的方法
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
Figure BDA0003015082240000031
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
Figure BDA0003015082240000041
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％。
计算测量系统误差：
Figure BDA0003015082240000042
预测水位系统误差：ESW＝±3.0％。
综上因数计算预测入库流量综合误差：
Figure BDA0003015082240000043
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；
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；
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；
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。
CN202110398744.3A 2021-04-12 2021-04-12 一种计算水库入库流量的方法 Active CN113239642B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110398744.3A CN113239642B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 一种计算水库入库流量的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110398744.3A CN113239642B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 一种计算水库入库流量的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113239642A CN113239642A (zh) 2021-08-10
CN113239642B true CN113239642B (zh) 2023-04-07

Family

ID=77128151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110398744.3A Active CN113239642B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 一种计算水库入库流量的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113239642B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117291551B (zh) * 2023-11-24 2024-03-08 南通欧贝达电子科技有限公司 一种基于数字可视化的环境监测预警系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108256780A (zh) * 2018-02-05 2018-07-06 贵州乌江水电开发有限责任公司 一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法
CN110969342A (zh) * 2019-11-14 2020-04-07 国电大渡河沙坪水电建设有限公司 一种平衡小库容水力发电安全与防洪风险管控的方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2872584B1 (fr) * 2004-06-30 2006-08-11 Inst Francais Du Petrole Methode pour simuler le depot sedimentaire dans un bassin respectant les epaisseurs des sequences sedimentaires
WO2010068780A1 (en) * 2008-12-10 2010-06-17 V Squared Wind, Inc. Efficient systems and methods for construction and operation of accelerating machines
CN102155938B (zh) * 2011-04-07 2013-05-08 武汉大学 一种反推水库入库流量过程的测算方法
CN102855393B (zh) * 2012-08-14 2017-02-22 贵州乌江水电开发有限责任公司 一种梯级水电站群水能利用提高率的测算方法及系统
CN104021307B (zh) * 2014-06-20 2017-05-03 武汉大学 一种反推水库入库流量过程的测算方法
CN106940383A (zh) * 2017-02-24 2017-07-11 大连理工大学 一种基于plc和.net的水库供水监测系统
CN109002929B (zh) * 2018-08-20 2022-02-15 雅砻江流域水电开发有限公司 一种水电站水库水位预测分析与控制方法
CN109446494B (zh) * 2018-10-19 2024-03-15 国电南瑞科技股份有限公司 一种基于报表引擎的水务计算方法
CN111400655B (zh) * 2020-06-08 2020-09-18 中国水利水电科学研究院 一种入库流量的修正优化方法及系统
CN112036633B (zh) * 2020-08-26 2021-06-04 三峡大学 一种基于水库生态发电多目标中长期随机调度模型的优化调度方法
CN112541839B (zh) * 2020-12-23 2022-02-11 国能大渡河大数据服务有限公司 基于神经微分方程的水库入库流量预测方法
CN112633578B (zh) * 2020-12-24 2024-06-21 国电电力发展股份有限公司和禹水电开发公司 一种引调水工程影响下梯级水库群优化调度方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108256780A (zh) * 2018-02-05 2018-07-06 贵州乌江水电开发有限责任公司 一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法
CN110969342A (zh) * 2019-11-14 2020-04-07 国电大渡河沙坪水电建设有限公司 一种平衡小库容水力发电安全与防洪风险管控的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113239642A (zh) 2021-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101705671B (zh) 黄河上游梯级水电站运行设计与优化调度方法及设备
CN112101818B (zh) 一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法
CN105022909A (zh) 一种基于机舱风速功率曲线的风电场理论功率评估方法
CN113239642B (zh) 一种计算水库入库流量的方法
WO2015033269A1 (en) A control system for operation of irrigation canals
Zhang et al. Mid-long term optimal dispatching method of power system with large-scale wind-photovoltaic-hydro power generation
CN114819322B (zh) 湖泊入湖流量的预报方法
CN115271304A (zh) 基于气候变化的跨流域调水工程优化调度方法
CN106284239B (zh) 一种大型坝式水电站初步选址方法
CN117674293B (zh) 一种梯级水电站的长期发电优化调度方法及装置
KR100920604B1 (ko) 조력발전소의 최적 발전 모의운영 제어시스템 및 그 방법
Belsnes et al. Unit commitment in hydro power operation scheduling
CN111915173A (zh) 一种梯级小水电站优化调度关键因素的筛选方法
Thomas et al. A study of energy conversion at the Jebba Hydroelectric power station
CN116738841A (zh) 一种用于水电站水能动态模拟的算法及装置
CN115375034A (zh) 水电站水能特性预测方法及终端设备
CN109837862B (zh) 基于生态水位衔接的河流梯级开发设计和调度运用方法
CN102914339A (zh) 基于钢管道上平段容积法测量水轮机导叶漏水量的方法
Adamkowski et al. Selected experiences with optimization tests of the Kaplan-type hydraulic turbines
Steimes et al. Cost and revenue breakdown for a pumped hydroelectric energy storage installation in Belgium
Zhang et al. A method for analysing and evaluating the comprehensive conversion efficiency of Pumped Storage Power Station
PURECE et al. Analysis of the main methods used in determining the discharge at low head small hydro power plants
Mitrofanov et al. Aggregation of Water-Energy Blocks of the Hydroelectric Power Plants Cascade Simulation Model
Lönnberg et al. Flexibility and regulation capability of hydropower systems to balance large amounts of wind power: Influence of plant properties and hydrological conditions
CN112271721B (zh) 一种基于条件Copula函数的风电功率预测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant