CN114876719A - 一种水电站生态流量智能调控方法及系统 - Google Patents

一种水电站生态流量智能调控方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水电站生态流量智能调控方法，通过实时对生态流量泄放装置进行监测，获取其生态泄流量，同时实时监测水电站的水轮发电机组出力值，并计算其发电流量，当发电流量大于核定生态流量值时，控制生态流量泄放装置不工作，从而减少泄放，当发电流量小于核定生态流量值时，计算需下放的生态流量值，并通过调整装置控制其进行相应的调整，以满足必要的生态流量泄放。

Description

一种水电站生态流量智能调控方法及系统
技术领域
本发明涉及水利工程，具体涉及一种水电站生态流量智能调控方法及系统。
背景技术
水电站是我国水电的常见形式，水电站利用水体能量进行发电，构成其能量转化的主要为流量和落差，为了有效形成水体能量，通常会在河道上设置坝体，从而既实现拦蓄水流、调蓄水量，又形成必要的落差，提高水电站的整体能效。
对于在河道中修建坝体，其虽然拦蓄水量，但是会造成下游的减脱流，一旦水电站不运行发电，会造成下游河道无水，从而对河道的天然生态进行必要的破坏，为了改善坝体下游的生态流量需求，一般会在水电站建筑物，例如坝体上开设生态泄流，从而保证足够的生态泄流，一般情况下，根据坝体所在的流域情况、坝体多年来流情况等，可以核定生态流量值，作为泄放依据。
对于坝式水电站，水电站发电用水和生态泄流装置的排放水量均排泄至下游，当水电站发电用水大于生态流量核定值时，此时下游河道的生态流量已经得到满足，生态泄流装置如果工作，会造成该部分泄量无法通过电站调蓄，进行能量转化。尤其是电站出力较大时段，此时可以关闭生态泄流装置，从而减少该部分的水量泄量，将其存蓄在坝前水库中，并尽可能使其通过水电机组下泄，以提高水电站对水量的利用效率。
发明内容
本发明基于上述技术问题，提供一种水电站生态流量智能调控方法及系统。
一种水电站生态流量智能调控方法，所述水电站包括坝体、生态流量泄放装置、水轮发电机组，所述坝前设置有水位监测装置，用于实时监测坝前水位，所述生态流量泄放装置用于向下游泄放生态流量，所述生态流量泄放装置连接有生态流量监测装置和生态流量调整装置，其中生态流量监测装置用于实时监测生态流量，所述生态流量调整装置用于控制生态流量泄放装置工作或关闭，当生态流量泄放装置工作时，所述生态流量调整装置用于控制生态流量泄放装置增加或减少生态流量泄放；所述水轮发电机组设置有出力监测装置，用于监测所述水轮发电机组的出力；其特征在于：所述智能调控方法包括如下步骤：
S1：实时监测水电站的水轮发电机组出力、坝前水位H1，并实时监测生态流量泄放值；
S2：根据监测的坝前水位H1和水轮发电机组出力，实时计算当前水电站的发电引用流量Qd，其中Qd的计算方法为：
Qd=f(H1,N1,N2……Nn)；
其中，n为水电站水轮发电机组的个数，N1、N2……Nn分别为水电站各水轮发电机组的出力值，Qd为所有水轮发电机组对应的各发电流量的总和，f为根据坝前水位H1和水电站各水轮发电机组的出力值N1,N2……Nn计算Qd的函数；
S3：获取水电站的核定生态流量值Qh；
S4：根据核定生态流量值Qh和发电引用流量Qd进行如下判断：
S41：当发电引用流量Qd大于或等于核定生态流量值Qh时，所述生态流量调整装置控制所述生态流量泄放装置关闭，所述生态流量泄放装置不工作；
S42：当发电引用流量Qd小于核定生态流量值Qh时，所述生态流量调整装置控制所述生态流量泄放装置调整生态流量泄放值至Qw，其中Qw=Qh-Qd。
作为优选，所述S2中：Qd的计算方法具体为：Qd=Qd1+Qd2+……+Qdn，其中水电站各水轮发电机组的发电流量值，其中对于任一水轮发电机组的发电流量Qdi的计算为：
Qdi=Ni/Nimax×His/(H1-Hw)×yi0/y(Ni，H1-Hw)×Qimax
其中， i为从1-n的正整数，Ni为第i台水轮发电机组的出力值，Nimax为第i台水轮发电机组的额定出力，His是为第i台水轮发电机组的设计水头，Hw为设计尾水位，yi0为第i台水轮发电机组在额定工况下的额定效率,y(Ni，H1-Hw)为第i台水轮发电机组在出力Ni和水头（H1-Hw）的水轮机运行效率，Qimax为第i台水轮发电机组的额定流量。
作为优选，所述生态流量调整装置为自动控制装置，用于将生态流量装置的泄流量调整至设定值。
作为优选，所述出力监测装置与所述水轮发电机组一一对应设置。
一种应用上述的水电站生态流量智能调控方法的系统，其特征在于：所述系统包括坝前水位监测装置、水轮发电机组出力监测装置、生态流量监测装置和生态流量调整装置、智能控制装置，其中坝前水位监测装置用于获取实时坝前水位，所述智能控制装置与坝前水位监测装置、水轮发电机组出力监测装置、生态流量监测装置和生态流量调整装置连接，所述智能控制装置应用上述的水电站生态流量智能调控方法，所述智能控制装置可发送指令给所述生态流量调整装置，所述生态流量调整装置获取指令信号，并控制所述生态流量泄放装置关闭或调整至设定流量值。
有益效果：本发明提供一种水电站生态流量智能调控方法，通过实时对生态流量泄放装置进行监测，获取其生态泄流量，同时实时监测水电站的水轮发电机组出力值，并计算其发电流量，当发电流量大于核定生态流量值时，控制生态流量泄放装置不工作，从而减少泄放，当发电流量小于核定生态流量值时，计算需下放的生态流量值，并通过调整装置控制其进行相应的调整，以满足必要的生态流量泄放。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种水电站生态流量智能调控方法，所述水电站包括坝体、生态流量泄放装置、水轮发电机组，所述生态流量泄放装置用于向下游泄放生态流量，所述坝前设置有水位监测装置，用于实时监测坝前水位，所述生态流量泄放装置连接有生态流量监测装置3和生态流量调整装置4，其中生态流量监测装置3用于实时监测生态流量，所述生态流量调整装置4用于控制生态流量泄放装置工作或关闭，当生态流量泄放装置工作时，所述生态流量调整装置4用于控制生态流量泄放装置增加或减少生态流量泄放；所述水轮发电机组设置有出力监测装置，用于监测所述水轮发电机组的出力；其特征在于：所述智能调控方法包括如下步骤：
S1：实时监测水电站的水轮发电机组出力、坝前水位H1，并实时监测生态流量泄放值；
S2：根据监测的坝前水位H1和水轮发电机组出力，实时计算当前水电站的发电引用流量Qd，其中Qd的计算方法为：
Qd=f(H1,N1,N2……Nn)；
其中，n为水电站水轮发电机组的个数，N1、N2……Nn分别为水电站各水轮发电机组的出力值，Qd为所有水轮发电机组对应的各发电流量的总和，f为根据坝前水位H1和水电站各水轮发电机组的出力值N1,N2……Nn计算Qd的函数；
S3：获取水电站的核定生态流量值Qh；
S4：根据核定生态流量值Qh和发电引用流量Qd进行如下判断：
S41：当发电引用流量Qd大于或等于核定生态流量值Qh时，所述生态流量调整装置4控制所述生态流量泄放装置关闭，所述生态流量泄放装置不工作；
S42：当发电引用流量Qd小于核定生态流量值Qh时，所述生态流量调整装置4控制所述生态流量泄放装置调整生态流量泄放值至Qw，其中Qw=Qh-Qd。
作为优选，所述S2中：Qd的计算方法具体为：Qd=Qd1+Qd2+……+Qdn，其中水电站各水轮发电机组的发电流量值，其中对于任一水轮发电机组的发电流量Qdi的计算为：
Qdi=Ni/Nimax×His/(H1-Hw)×yi0/y(Ni，H1-Hw)×Qimax
其中，i为从1-n的正整数，Ni为第i台水轮发电机组的出力值，Nimax为第i台水轮发电机组的额定出力，His是为第i台水轮发电机组的设计水头，Hw为设计尾水位，yi0为第i台水轮发电机组在额定工况下的额定效率,y(Ni，H1-Hw)为第i台水轮发电机组在出力Ni和水头（H1-Hw）的水轮机运行效率，Qimax为第i台水轮发电机组的额定流量。
上述计算方法的机理在于：根据机组运行特性进行简化计算，并考虑水头的变化，其中水头可以采用坝前水位减去设计尾水位简化计算，若需要精确计算，则需要统计机组总出力与尾水位的关系曲线，获取当前机组的总出力，通过统计的关系曲线内插得到，将得到的尾水渠代替设计尾水位进行简化计算。
水轮机运行效率可以通过水轮机的运转特性曲线查找，如果没有运转特性曲线，也可以通过综合特性曲线查找得到。
作为优选，所述生态流量调整装置4为自动控制装置，用于将生态流量装置的泄流量调整至设定值，所述自动控制装置支持远程操作或无线控制操作。
作为优选，所述出力监测装置与所述水轮发电机组一一对应设置。
一种应用上述的水电站生态流量智能调控方法的系统，其特征在于：所述系统包括坝前水位监测装置1、坝前水位监测装置1、生态流量监测装置3和生态流量调整装置4、智能控制装置5，其中坝前水位监测装置1用于获取实时坝前水位，所述智能控制装置5与坝前水位监测装置1、坝前水位监测装置1、生态流量监测装置3和生态流量调整装置4连接，所述智能控制装置5应用上述的水电站生态流量智能调控方法，所述智能控制装置5可发送指令给所述生态流量调整装置4，所述生态流量调整装置4获取指令信号，并控制所述生态流量泄放装置关闭或调整至设定流量值。
所述智能控制装置5中带有数据库存储功能，用于存储数据，其中核定生态流量值支持数据存储，并支持用户的修改。为了提高使用性能，用户修改的核定生态流量值可大于实际的核定生态流量值，以保证足够的安全裕度，例如乘以大于1的系数。
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 (5)

1.一种水电站生态流量智能调控方法，所述水电站包括坝体、生态流量泄放装置、水轮发电机组，所述生态流量泄放装置用于向下游泄放生态流量，所述坝前设置有水位监测装置，用于实时监测坝前水位，所述生态流量泄放装置连接有生态流量监测装置和生态流量调整装置，其中生态流量监测装置用于实时监测生态流量，所述生态流量调整装置用于控制生态流量泄放装置工作或关闭，当生态流量泄放装置工作时，所述生态流量调整装置用于控制生态流量泄放装置增加或减少生态流量泄放；所述水轮发电机组设置有出力监测装置，用于监测所述水轮发电机组的出力；其特征在于：所述智能调控方法包括如下步骤：
S1：实时监测水电站的水轮发电机组出力、坝前水位H1，并实时监测生态流量泄放值；
S2：根据监测的坝前水位H1和水轮发电机组出力，实时计算当前水电站的发电引用流量Qd，其中Qd的计算方法为：
Qd=f(H1,N1,N2……Nn)；
其中，n为水电站水轮发电机组的个数，N1、N2……Nn分别为水电站各水轮发电机组的出力值，Qd为所有水轮发电机组对应的各发电流量的总和，f为根据坝前水位H1和水电站各水轮发电机组的出力值N1,N2……Nn计算Qd的函数；
S3：获取水电站的核定生态流量值Qh；
S4：根据核定生态流量值Qh和发电引用流量Qd进行如下判断：
S41：当发电引用流量Qd大于或等于核定生态流量值Qh时，所述生态流量调整装置控制所述生态流量泄放装置关闭，所述生态流量泄放装置不工作；
S42：当发电引用流量Qd小于核定生态流量值Qh时，所述生态流量调整装置控制所述生态流量泄放装置调整生态流量泄放值至Qw，其中Qw=Qh-Qd。
2.如权利要求1所述的水电站生态流量智能调控方法，其特征在于：所述S2中：Qd的计算方法具体为：Qd=Qd1+Qd2+……+Qdn，其中水电站各水轮发电机组的发电流量值，其中对于任一水轮发电机组的发电流量Qdi的计算为：
Qdi=Ni/Nimax×His/(H1-Hw)×yi0/y(Ni，H1-Hw)×Qimax
其中， i为从1-n的正整数，Ni为第i台水轮发电机组的出力值，Nimax为第i台水轮发电机组的额定出力，His是为第i台水轮发电机组的设计水头，Hw为设计尾水位，yi0为第i台水轮发电机组在额定工况下的额定效率,y(Ni，H1-Hw)为第i台水轮发电机组在出力Ni和水头（H1-Hw）的水轮机运行效率，Qimax为第i台水轮发电机组的额定流量。
3.如权利要求1所述的水电站生态流量智能调控方法，其特征在于：所述生态流量调整装置为自动控制装置，用于将生态流量装置的泄流量调整至设定值。
4.如权利要求1所述的水电站生态流量智能调控方法，其特征在于：所述出力监测装置与所述水轮发电机组一一对应设置。
5.一种应用所述权利要求1-4任一项所述的水电站生态流量智能调控方法的系统，其特征在于：所述系统包括坝前水位监测装置、水轮发电机组出力监测装置、生态流量监测装置和生态流量调整装置、智能控制装置，其中坝前水位监测装置用于获取实时坝前水位，所述智能控制装置与坝前水位监测装置、水轮发电机组出力监测装置、生态流量监测装置和生态流量调整装置连接，所述智能控制装置应用权利要求1-4任一项所述的水电站生态流量智能调控方法，所述智能控制装置可发送指令给所述生态流量调整装置，所述生态流量调整装置获取指令信号，并控制所述生态流量泄放装置关闭或调整至设定流量值。
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