CN113919719A - 径流式水电站发电流量计算方法、系统及出力调整方法 - Google Patents

径流式水电站发电流量计算方法、系统及出力调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种径流式水电站机组发电流量的计算方法的和系统，以前池水位和机组实际出力作为计算依据，通过获取相应的水位值和机组出力值，对机组的水头、引用流量进行计算比较，从而确定符合当前水情下的各机组出力，并依次进行机组出力的调整，为径流式水电站发电流量以及合理运行提供科学依据。

Description

径流式水电站发电流量计算方法、系统及出力调整方法
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发电流量计算方法、系统及出力调整方法。
背景技术
径流式水电站是利用天然径流或者渠道来水径流进行发电的水电站结构形式，对于径流式水电站，其无法对来流进行调节，因此，其往往处于来多少水发多少电的运行模式中，如果发电流量小于来水流量，则会导致来水流量溢流，造成水资源的浪费，如果发电流量大于来水流量，会导致前池水位降低，影响发电水头，因此，对于径流式水电站合理确定其发电流量对于电站运行具有重要作用。
径流式水电站不同于水库水电站，径流式水电站压力前池库容有限，其前池水位波动较小，机组长期运行在前池的高水位，而水库电站在汛期非汛期水库水位波动很大，其机组的发电水头变化大，而且水库前池的库水位在相当时间内可以近似认为不变，而径流式水电站的压力前池水位变化较为频繁，一旦开机流量与来流量不匹配，则会导致前池水位的快速变化，因此，针对径流式水电站的这一运行特点，需要根据前池水位及时获知其发电流量，从而进行开机方案的调整。
发明内容
本发明基于上述技术问题，提供一种径流式水电站机组发电流量的计算方法。
一种径流式水电站机组发电流量的计算方法，所述径流式水电站包括压力前池、引水系统、水轮发电机组和尾水系统，所述压力前池与引水系统连接，所述水轮发电机组与尾水系统连接，所述水轮发电机组装机台数为n台，n为大于等于1的整数，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：
S1：获取压力前池的前池水位，假定水电站的尾水位为设定尾水位；由前池水位减去设定尾水位得到水电站的毛水头；
S2：假定水电站各机组的运行效率为第一效率值；
S3：获取水电站各机组的出力值，并根据所述毛水头、各机组的第一效率值计算得到各机组的第一流量；
S4：根据所述各机组的第一流量，得到机组的总引用流量，根据水电站的尾水流量关系计算得到水电站的第一尾水位，根据各机组的第一流量结合引水系统的布置得到各机组的水头损失，根据前池水位、第一尾水位、各机组的水头损失计算得到各机组的净水头；
S5：根据所述各机组的第一流量、各机组的净水头，确定各机组的第一运行效率；
S6：根据水电站各机组的出力值，结合第一运行效率、各机组的净水头，计算得到各机组的第二流量；
S7：比较各机组的第一流量和第二流量，若各机组的第一流量和第二流量的误差小于设定值，则水电站的各机组流量值为第二流量；若各机组的第一流量和第二流量的误差大于设定值，则将第二流量取代第一流量，继续进行步骤S4-S6，直至所述各机组的第一流量和第二流量的误差小于设定值。
作为优选，所述压力前池中设置有水位计，所述水位计用于获取前池水位。
作为优选，所述设定尾水位可以为正常尾水位或最高尾水位与最低尾水位之间的任一尾水位。
作为优选，所述第一效率值为大于0小于1的数。
作为优选，所述步骤S5：确定各机组的运行效率的方法在于：根据机组的综合特性曲线或运转特性曲线，结合机组的净水头和机组引用流量，确定机组运行效率。
作为优选，所述步骤S7：各机组的第一流量和第二流量的误差为各机组的第一流量与第二流量的误差的相对值的总和。
一种应用上述的径流式水电站机组发电流量的计算方法的系统，其特征在于：所述系统包括前池水位获取模块、各机组出力获取模块、尾水位计算模块、水头损失计算模块、净水头计算模块以及机组运行效率计算模块，所述前池水位获取模块用于获取前池水位，各机组出力获取模块用于获取各机组出力，尾水位计算模块、水头损失计算模块、净水头计算模块用于计算尾水位、水头损失和净水头，机组运行效率计算模型用于根据净水头和机组引用流量计算机组的运行效率；
一种应用上述的径流式水电站机组发电流量的计算方法的出力调整方法，其包括如下步骤：
S1：在引水渠或者上游来流系统上安装来流量获取装置，采集得到其来流量；该采集装置可以是流量计，也可以是水位计，当是水位计的时候，需要通过水位计进行流量的换算，从而获得径流式水电站的来流量Q1；
S2：通过本发明提供的径流式水电站机组发电流量计算方法，得到机组的总引用流量Q2；
S3：当Q2小于Q1时，则应加大机组出力，直至总引用流量Q2等于来流量Q1；
当Q2大于Q1时，则应减小机组出力，直至总引用流量Q2等于来流量Q1，由此实现来流量与机组开机的匹配。
对于上述计算方法，在于先试算得到一个大概的机组引用流量，在试算过程中，可以确定机组的运行效率为一特定值，也可以选择为当前出力与额定出力的比值，尾水位选择为设计尾水位，由于其仅仅是试算，因此，其并影响最后的迭代计算值；
当前池水位存在波动时，可以取计算时段内的前池水位的平均值；径流式水电站不同于水库电站，水库电站中库水位在相当长的时间内基本可以维持不变，但径流式水电站前池水位经常处于波动状态，其前池水位的波动也意味着机组用水量与来水的不匹配。因此，对于径流式水电站，需要根据前池水位计算其发电流量。
当前池水位过高时，机组的发电水头过高，同样的开度情况下，机组的过流能力增加，其对应的出力也会增加；同样的当前池水位降低时，机组的发电水头也降低了，同样的开度情况下，机组的过流能力下降，对应的出力也会下降。
在迭代计算过程中，以试算值计算得到尾水位、机组水头损失和净水头，继而得到机组运行效率，则可以得到其真实的发电流量，通过数次迭代，可以得到较为准确的值；对于计算过程中发电机的效率可以取为定值，也可以根据出力比重查找发电机组的效率，但是由于发电机运行效率变化不大，且效率一般较高，因此在计算过程中可以忽略发电机组的运行效率，在需要考虑时，直接引入发电机组的效率即可。
有益效果：
本发明提供一种径流式水电站机组发电流量的计算方法和系统，以前池水位和机组实际出力作为计算依据，通过获取相应的水位值和机组出力值，对机组的水头、引用流量进行计算比较，从而确定符合当前水情下的各机组出力，为径流式水电站的发电流量确定提供科学依据。
具体实施方式
本发明提供一种径流式水电站机组发电流量的计算方法，所述径流式水电站包括压力前池、引水系统、水轮发电机组和尾水系统，所述压力前池与引水系统连接，所述水轮发电机组与尾水系统连接，所述水轮发电机组装机台数为n台，n为大于等于1的整数，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：
S1：获取压力前池的前池水位，假定水电站的尾水位为设定尾水位；由前池水位减去设定尾水位得到水电站的毛水头；
S2：假定水电站各机组的运行效率为第一效率值；
S3：获取水电站各机组的出力值，并根据所述毛水头、各机组的第一效率值计算得到各机组的第一流量；
S4：根据所述各机组的第一流量，得到机组的总引用流量，根据水电站的尾水流量关系计算得到水电站的第一尾水位，根据各机组的第一流量结合引水系统的布置得到各机组的水头损失，根据前池水位、第一尾水位、各机组的水头损失计算得到各机组的净水头；
S5：根据所述各机组的第一流量、各机组的净水头，确定各机组的第一运行效率；
S6：根据水电站各机组的出力值，结合第一运行效率、各机组的净水头，计算得到各机组的第二流量；
S7：比较各机组的第一流量和第二流量，若各机组的第一流量和第二流量的误差小于设定值，则水电站的各机组流量值为第二流量；若各机组的第一流量和第二流量的误差大于设定值，则将第二流量取代第一流量，继续进行步骤S4-S6，直至所述各机组的第一流量和第二流量的误差小于设定值。
作为优选，所述压力前池中设置有水位计，所述水位计用于获取前池水位。
作为优选，所述设定尾水位可以为正常尾水位或最高尾水位与最低尾水位之间的任一尾水位。
作为优选，所述第一效率值为大于0小于1的数。
作为优选，所述步骤S5：确定各机组的运行效率的方法在于：根据机组的综合特性曲线或运转特性曲线，结合机组的净水头和机组引用流量，确定机组运行效率。
作为优选，所述步骤S7：各机组的第一流量和第二流量的误差为各机组的第一流量与第二流量的误差的相对值的总和。
一种应用上述的径流式水电站机组发电流量的计算方法的系统，所述系统包括前池水位获取模块、各机组出力获取模块、尾水位计算模块、水头损失计算模块、净水头计算模块以及机组运行效率计算模块，所述前池水位获取模块用于获取前池水位，各机组出力获取模块用于获取各机组出力，尾水位计算模块、水头损失计算模块、净水头计算模块用于计算尾水位、水头损失和净水头，机组运行效率计算模型用于根据净水头和机组引用流量计算机组的运行效率。
根据机组的综合特性曲线确定机组运行效率的方法在于：根据各机组的净水头、机组引用流量，结合机组的转轮直径和额定转速，计算得到机组的单位流量和单位转速，继而通过单位流量和单位转速得到机组的运行效率。
其中，所述尾水流量关系为水电站的发电流量与尾水位的函数关系，可以根据尾水池结合尾水渠结构计算得到也可以根据多年运行数据率定得到，也可以从电站设计时的设计报告上获取该曲线，其是水电站设计运行的重要曲线，所述尾水流量关系可以根据机组的总引用流量计算得到水电站的尾水位。
对于径流式水电站，该计算方法还可以得到如下应用：
S1：在引水渠或者上游来流上安装来流量获取装置，例如渠首闸门处设置，通过采集得到其来流量；该采集装置可以是流量计，也可以是水位计，当是水位计的时候，需要通过水位计进行流量的换算，从而获得径流式水电站的来流量Q1；
S2：通过本发明提供的径流式水电站机组发电流量计算方法，得到机组的总引用流量Q2；
S3：当Q2小于Q1时，则应加大机组出力，直至总引用流量Q2等于来流量Q1；
当Q2大于Q1时，则应减小机组出力，直至总引用流量Q2等于来流量Q1，由此实现来流量与机组开机的匹配。
在获取前池水位时，可以通过安装水位传感器或者液位变送器获取，对于机组出力，通过安装机组有功功率传感器获取，上述计算过程可以省却安装流量计，且流量计在测量过程中也会产生相应的误差，采用该方法可以减弱误差的影响，由于水位、出力、水头、效率的计算仍会产生一定的误差，但是该方法可以较为客观的反映机组的运行状态，可以对水电站的运行管理提供科学的依据指导。
在进行迭代计算时，其对初始值的要求不高，因此初始值的计算可以采用一个正常的尾水位或其附近就可以，对于效率则可以选择0-1之间的数，也可以取机组现有出力与额定出力的比值。
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 (8)

1.一种径流式水电站机组发电流量的计算方法，所述径流式水电站包括压力前池、引水系统、水轮发电机组和尾水系统，所述压力前池与引水系统连接，所述水轮发电机组与尾水系统连接，所述水轮发电机组装机台数为n台，n为大于等于1的整数，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：
S1：获取压力前池的前池水位，假定水电站的尾水位为设定尾水位；由前池水位减去设定尾水位得到水电站的毛水头；
S2：假定水电站各机组的运行效率为第一效率值；
S3：获取水电站各机组的出力值，并根据所述毛水头、各机组的第一效率值计算得到各机组的第一流量；
S4：根据所述各机组的第一流量，得到机组的总引用流量，根据水电站的尾水流量关系计算得到水电站的第一尾水位，根据各机组的第一流量结合引水系统的布置得到各机组的水头损失，根据前池水位、第一尾水位、各机组的水头损失计算得到各机组的净水头；
S5：根据所述各机组的第一流量、各机组的净水头，确定各机组的第一运行效率；
S6：根据水电站各机组的出力值，结合第一运行效率、各机组的净水头，计算得到各机组的第二流量；
S7：比较各机组的第一流量和第二流量，若各机组的第一流量和第二流量的误差小于设定值，则水电站的各机组流量值为第二流量；若各机组的第一流量和第二流量的误差大于设定值，则将第二流量取代第一流量，继续进行步骤S4-S6，直至所述各机组的第一流量和第二流量的误差小于设定值。
2.如权利要求1所述的径流式水电站机组发电流量的计算方法，其特征在于：所述压力前池中设置有水位计，所述水位计用于获取前池水位。
3.如权利要求1所述的径流式水电站机组发电流量的计算方法，其特征在于：所述设定尾水位可以为正常尾水位或最高尾水位与最低尾水位之间的任一尾水位。
4.如权利要求1所述的径流式水电站机组发电流量的计算方法，其特征在于：所述第一效率值为大于0小于1的数。
5.如权利要求1所述的径流式水电站机组发电流量的计算方法，其特征在于：所述步骤S5：确定各机组的运行效率的方法在于：根据机组的综合特性曲线或所述运转特性曲线，结合机组的净水头和机组引用流量，确定机组运行效率。
6.如权利要求1所述的径流式水电站机组发电流量的计算方法，其特征在于：所述步骤S7：各机组的第一流量和第二流量的误差为各机组的第一流量与第二流量的误差的相对值的总和。
7.一种应用权利要求1-6任一项所述的径流式水电站机组发电流量的计算方法的系统，其特征在于：所述系统包括前池水位获取模块、各机组出力获取模块、尾水位计算模块、水头损失计算模块、净水头计算模块以及机组运行效率计算模块，所述前池水位获取模块用于获取前池水位，各机组出力获取模块用于获取各机组出力，尾水位计算模块、水头损失计算模块、净水头计算模块用于计算尾水位、水头损失和净水头，机组运行效率计算模型用于根据净水头和机组引用流量计算机组的运行效率。
8.一种应用权利要求1-6任一项所述的径流式水电站机组发电流量的计算方法的出力调整方法，其包括如下步骤：
S1：在引水渠或者上游来流系统上安装来流量获取装置，采集得到其来流量；该采集装置可以是流量计，也可以是水位计，当是水位计的时候，需要通过水位计进行流量的换算，从而获得径流式水电站的来流量Q1；
S2：通过权利要求1-6任一项所述的径流式水电站机组发电流量计算方法，得到机组的总引用流量Q2；
S3：当Q2小于Q1时，则应加大机组出力，直至总引用流量Q2等于来流量Q1；当Q2大于Q1时，则应减小机组出力，直至总引用流量Q2等于来流量Q1，由此实现来流量与机组开机的匹配。
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