CN115492061B - 水坝闸门启闭控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水利闸门控制技术领域，提供了一种水坝闸门启闭控制方法及系统，该方法包括：S1.接收次第开启/关闭闸门指令；S2.读取第一、二储能单元的剩余电量Q1和Q2；S3.比较Q1与闸门开启/关闭所需电量Qdrive，当Q1≥Qdrive时以第一储能单元为供电装置，当Q1＜Qdrive时为第一储能单元充电，同时若Q2≥Qdrive则以第二储能单元为供电装置，若Q2＜Qdrive则以外部电源为供电装置；S4.开启/关闭当前待控闸门；S5.判断是否有下一待控闸门，若有则返回步骤S2，若无则结束启闭控制。本发明能够满足多孔水坝的闸门启闭要求，并且市电消耗低、成本低且利于环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种水利闸门控制技术领域，特别涉及一种适用于多孔水坝的水坝闸门启闭控制方法及系统。
背景技术
水坝是修建于河道的重要水利设施，其通过启闭闸门控制水坝上下游水位，同时还可以起到拦洪、挡潮、泄水、灌溉、发电、环保等作用。目前常用的水坝闸门多采用电动、手摇或手电两用启闭机控制其开启和关闭，其中往往还需要配置柴油发电机或蓄电池作为备用电源以满足市电断电时水坝闸门的启闭控制需求。对于坝体跨度较大的多孔水坝，通常需要对应闸门数量配备多台启闭机，通过启闭机控制水坝闸门启闭时耗电量较大，并且需要为之配备更高功率或更高蓄电容量的备用电源。
上述的水坝闸门电动启闭机的控制方法及系统，虽然基本可以满足水库、水道以及工业、农业等环境的使用需求，但也存在一定不足，具体可归纳如下：
1、启闭控制过程能耗高、耗电量大，不能契合当前节能、环保的社会公益需求和技术发展趋势；
2、若采用大功率柴油发电机作为备用电源，则不符合节能减排的理念，并存在环境污染问题，随着新能源在各行业的推广应用，柴油发电机的应用有被逐渐淘汰的趋势；
3、若采用蓄电池作为备用电源，则对蓄电容量的要求较高，因而蓄电池的采购成本也较高，并且随着时间的推移，蓄电池的性能将不可避免地下降，随之而来的还需要付出高昂的替代维护成本。
由此可见，上述现有的水坝闸门启闭控制方法及系统在方法与使用上，显然仍存在有不足与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种适用于多孔水坝、能耗低、成本低且符合环保要求的新的水坝闸门启闭控制方法及系统，是当前本领域的重要改进目标之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水坝闸门启闭控制方法及系统，使其能够多孔水坝的闸门启闭要求，并且能耗低、成本低且利于环保，从而克服现有的水坝闸门启闭控制方法及系统的不足。
为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种水坝闸门启闭控制方法，包括以下步骤：S1.接收次第开启/关闭闸门指令；S2.读取第一储能单元的剩余电量Q1和第二储能单元的剩余电量Q2；S3.比较Q1与闸门开启/关闭所需电量Qdrive，当Q1≥Qdrive时，以第一储能单元为供电装置，若此时Q2＜Qmax同时为第二储能单元充电，Qmax为第二储能单元的最大充电量，当Q1＜Qdrive时，为第一储能单元充电，同时比较Q2与Qdrive，若Q2≥Qdrive则以第二储能单元为供电装置，若Q2＜Qdrive则以外部电源为供电装置；S4.以步骤S3确定的供电装置供电，开启/关闭当前待控闸门；S5.完成当前待控闸门的开启/关闭后，判断是否有下一待控闸门，若有则返回步骤S2，若无则结束启闭控制。
作为本发明的一种改进，所述步骤S3中的为第一、二储能单元充电为通过水力、光伏和/或风力发电装置充电。
作为本发明的一种改进，所述的第一储能单元和第二储能单元还通过市电充电。
作为本发明的一种改进，所述的闸门的待控排序为以下任一方式：按闸门空间位置顺序依次待控；首个待控闸门是空间位置位于中间的闸门，位于其两侧的闸门依次为后续的待控闸门；先以一个或两个间隔依次为待控闸门，再以其他闸门依次为后续待控闸门。
作为本发明的一种改进，所述步骤S1之后还包括紧急启闭步骤，在接收到紧急开启/关闭指令后，以外部电源为供电装置同时开启/关闭所有待控闸门。
作为本发明的一种改进，所述步骤S1、S2之间还包括故障检测步骤，并将检测到的故障闸门排除出待控闸门之列。
作为本发明的一种改进，所述步骤S1之后还包括闸门状态显示步骤，实时输出闸门状态信息。
作为本发明的一种改进，所述的第一储能单元为蓄电池，其蓄电容量C1≥1.5Qdrive；所述的第二储能单元为蓄电池，其蓄电容量C2≥1.5C1。
此外，本发明还提供了应用上述方法的水坝闸门启闭控制系统，包括：指令输入装置，用于接收次第开启/关闭闸门指令；储能装置，包括所述第一储能单元和第二储能单元；外部电源接口；两个以上闸门启闭驱动装置，分别控制对应闸门的开启/关闭；控制装置，连接所述指令输入装置、储能装置、外部电源接口、闸门启闭驱动装置，并用于实时读取第一储能单元的剩余电量Q1和第二储能单元的剩余电量Q2，比较Q1、Q2与闸门开启/关闭所需电量Qdrive，根据所述指令和比较结果以第一储能单元、第二储能单元或外部电源作为供电装置，通过闸门启闭驱动装置次第开启/关闭待控闸门。
作为本发明的一种改进，所述水坝闸门启闭控制系统还包括显示装置和报警装置。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下有益效果：
1、可以小容量储能单元作为多孔水坝闸门日常启闭控制的电源供给，显著降低了水坝闸门启闭控制过程中的市电消耗；
2、储能单元与市电切换配合，日常启闭控制由储能单元供电次第启闭多个闸门，紧急启闭由市电供电可同时启闭所有或需要数量个闸门，储能单元同时还作为备用电源满足市电断电时闸门启闭需求；
3、通过第一储能单元和第二储能单元的切换配合，实现对第一储能单元的浅充浅放的控制策略，有利于维持第一储能单元在最佳工作状态，并利于延长第一储能单元的使用寿命；
4、采用多闸门次第启闭策略，可利用水力、光伏、风力等发电装置为储能单元充电，以绿色能源供给满足多孔水坝闸门的日常启闭控制；
5、采用小容量储能单元可显著降低水坝闸门启闭控制系统的采购和维护成本。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步地详细说明。
图1是本发明一种水坝闸门启闭控制方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明水坝闸门启闭控制方法及系统，首先接收次第开启/关闭闸门指令，之后实时读取第一储能单元的剩余电量Q1和第二储能单元的剩余电量Q2，并比较Q1、Q2与闸门开启/关闭所需电量Qdrive，再根据比较结果控制闸门的次第开启或关闭。
请参阅图1所示，本发明的水坝闸门启闭控制方法主要包括以下步骤：
S1.接收次第开启/关闭闸门指令；
S2.读取第一储能单元的剩余电量Q1和第二储能单元的剩余电量Q2；
S3.比较Q1与闸门开启/关闭所需电量Qdrive，
当Q1≥Qdrive时，以第一储能单元为供电装置，若此时Q2＜Qmax同时为第二储能单元充电，Qmax为第二储能单元的最大充电量，
当Q1＜Qdrive时，为第一储能单元充电，同时比较Q2与Qdrive，若Q2≥Qdrive则以第二储能单元为供电装置，若Q2＜Qdrive则以外部电源为供电装置；
S4.以步骤S3确定的供电装置供电，开启/关闭当前待控闸门；
S5.完成当前待控闸门的开启/关闭后，判断是否有下一待控闸门，若有则返回步骤S2，若无则结束启闭控制。
对应的，应用本发明方法的水坝闸门启闭控制系统包括：用于接收次第开启/关闭闸门指令和/或紧急启闭指令的指令输入装置、包括所述第一储能单元和第二储能单元的储能装置、外部电源接口、分别控制对应闸门的开启/关闭的两个以上闸门启闭驱动装置(例如电动启闭机)以及连接所述指令输入装置、储能装置、外部电源接口和闸门启闭驱动装置的控制装置，其中控制装置用于实时读取第一储能单元的剩余电量Q1和第二储能单元的剩余电量Q2，比较Q1、Q2与闸门开启/关闭所需电量Qdrive，根据所述指令和比较结果以第一储能单元、第二储能电源或外部电源作为供电装置，通过闸门启闭驱动装置次第开启/关闭待控闸门。此外，本发明的系统还可包括显示装置和报警装置以实时显示系统工作状态、闸门信息、启闭进度、故障警示、电量不足警示等。
本发明闸门次第开启/关闭的顺序可以按闸门空间位置顺序依次开启/关闭，也可以按从中间到两侧的闸门空间位置顺序依次开启/关闭，还可先以一个或多个闸门为间隔依次开启/关闭第一批闸门、再依次开启/关闭其他闸门，或采用其他排序方式次第开启/关闭多孔水坝的多个闸门。该顺序即为多孔水坝各闸门的待控排序。
在次第开启/关闭闸门指令运行之初，待控排序中的第一个闸门为当前待控闸门：
当Q1≥Qdrive时，本发明根据接收到的开启或关闭闸门指令使用第一储能单元为供电装置开启或关闭第一个闸门，同时在第二储能单元未达到最大充电量状态时，通过已开启闸门的水力发电单元和/或光伏、风力发电装置或市电为第二储能单元充电，直至其充满；
当Q1＜Qdrive且Q2≥Qdrive时，根据接收到的开启或关闭闸门指令使用第二储能单元为供电装置开启或关闭第一个闸门，并通过已开启闸门的水力发电单元和/或光伏、风力发电装置或市电为第一储能单元充电；
当Q1＜Qdrive且Q2＜Qdrive时，根据接收到的开启或关闭闸门指令使用外部电源为供电装置开启或关闭第一个闸门，并通过已开启闸门的水力发电单元和/或光伏、风力发电装置或市电为第一储能单元充电。
第一个闸门开启或关闭完成后，下一待控闸门(即原待控排序中的第二个闸门)成为新的当前待控闸门，再根据读取到的Q1和Q2进行比较并控制第二个闸门的开启或关闭：
当Q1≥Qdrive时，根据接收到的开启或关闭闸门指令使用第一储能单元为供电装置开启或关闭第二个闸门，同时为未满电的第二储能单元充电；
当Q1＜Qdrive且Q2≥Qdrive时，根据接收到的开启或关闭闸门指令使用第二储能单元为供电装置开启或关闭第二个闸门，并通过已开启闸门的水力发电单元和/或光伏、风力发电装置或市电为第一储能单元充电；
当Q1＜Qdrive且Q2＜Qdrive时，根据接收到的开启或关闭闸门指令使用外部电源为供电装置开启或关闭第二个闸门，并通过已开启闸门的水力发电单元和/或光伏、风力发电装置或市电为第一储能单元充电。
第二个闸门开启或关闭完成后，下一待控闸门(即原待控排序中的第三个闸门)成为新的当前待控闸门，再根据读取到的Q1和Q2进行比较并控制第三个闸门的开启或关闭。如此循环，直到所有原待控闸门开启或关闭完成，即没有下一待控闸门时，此次启闭控制结束。
本发明所述的第一储能单元和第二储能单元均可使用蓄电池。
在闸门逐个启闭的过程中，每一闸门启闭的电源供给都优先考虑第一储能单元，因此第一储能单元的蓄电容量应至少能够满足一个闸门启闭的能源需求，较佳的可满足其蓄电容量C1≥1.5Qdrive的条件。容量越小的蓄电池替换成本越小，因此可以根据使用和成本控制需要，在C1≥1.5Qdrive的条件之上选择合适的蓄电容量的蓄电池作为第一储能单元。
此外，在第一储能单元的剩余电量不足以启闭一个闸门时，以第二储能单元作为电源供给，同时为第一储能单元充电，一旦第一储能单元充够一个闸门启闭的电量需求，即切换为第一储能单元供电，因此，第一储能单元在整个多孔水坝启闭控制过程中持续处于浅充浅放的动态变化中，这也利于最大限度地维持第一储能单元的性能，延长其使用寿命。
第二储能单元作为备选电源供给，考虑配置为更大的蓄电容量，且其损耗和更换周期一般低于第一储能单元，从采购成本考虑也适宜使其蓄电容量大于第一储能单元的蓄电容量，优选第二储能单元的蓄电容量C2≥1.5C1。
较佳的，本发明优先考虑利用水力、光伏、风力等发电装置为第一储能单元和/或第二储能单元充电，可因地制宜的充分利用其他清洁能源作为动力储备。
本发明以储能单元作为多孔水坝闸门启闭的电源供给，逐个启闭闸门，同时动态回收电力作为后续启闭控制的能量来源，从而配备小容量储能单元即可满足日常启闭控制的能源需求。
在储能单元电量不足时，本发明可切换连接至外部电源，以市电逐个启闭闸门的同时，还通过市电及水力、光伏和/或风力等发电装置为本发明的储能单元充电，并在储能单元的剩余电量达到启闭需要时，恢复为使用本发明的储能单元供电继续逐个启闭闸门。
在遇到紧急情况需要同时启闭全部或多个闸门，而依据本发明配置的储能单元不足启闭这些闸门时，本发明也可切换至外部电源供电及时实现启闭控制需求。
此外，本发明还可包括故障检测步骤和闸门状态显示步骤。在接收到次第开启/关闭闸门指令之后，先检测各闸门是否存在故障，在检测到闸门故障后输出故障闸门信息，并在后续逐个开启/关闭闸门的控制过程中跳过对故障闸门的开启/关闭控制。从接收到次第开启/关闭闸门指令开始，检测当前闸门状态信息并输出，之后检测到的闸门故障、以及后续闸门启闭状态变化也随闸门状态的实时检测而输出并显示。
本发明的水坝闸门控制方法和系统降低了多孔水坝闸门启闭控制对市电的消耗和依赖，节能环保的同时还可减省柴油发电机、大容量蓄电池等备用电源的配置需求，进一步显著降低多孔水坝的建设和维护支出。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种水坝闸门启闭控制方法，适用于多孔水坝，其特征在于，包括以下步骤：
S1.接收次第开启/关闭闸门指令；
S2.读取第一储能单元的剩余电量Q1和第二储能单元的剩余电量Q2；
S3.比较Q1与闸门开启/关闭所需电量Qdrive，
当Q1≥Qdrive时，以第一储能单元为供电装置，若此时Q2＜Qmax同时为第二储能单元充电，Qmax为第二储能单元的最大充电量，
当Q1＜Qdrive时，为第一储能单元充电，同时比较Q2与Qdrive，若Q2≥Qdrive则以第二储能单元为供电装置，若Q2＜Qdrive则以外部电源为供电装置；
S4.以步骤S3确定的供电装置供电，开启/关闭当前待控闸门；
S5.完成当前待控闸门的开启/关闭后，判断是否有下一待控闸门，若有则返回步骤S2，若无则结束启闭控制；
所述的第一储能单元为蓄电池，其蓄电容量C1≥1.5Qdrive；
所述的第二储能单元为蓄电池，其蓄电容量C2≥1.5C1；
所述步骤S3中的为第一储能单元、第二储能单元充电均为通过已开启闸门的水力发电单元充电；
所述的第一储能单元和第二储能单元还通过市电充电。
2.根据权利要求1所述的水坝闸门启闭控制方法，其特征在于，所述的闸门的待控排序为以下任一方式：
按闸门空间位置顺序依次待控；
首个待控闸门是空间位置位于中间的闸门，位于其两侧的闸门依次为后续的待控闸门；
先以一个或两个间隔依次为待控闸门，再以其他闸门依次为后续待控闸门。
3.根据权利要求1所述的水坝闸门启闭控制方法，其特征在于，所述步骤S1之后还包括紧急启闭步骤，在接收到紧急开启/关闭指令后，以外部电源为供电装置同时开启/关闭所有待控闸门。
4.根据权利要求1所述的水坝闸门启闭控制方法，其特征在于，所述步骤S1、S2之间还包括故障检测步骤，并将检测到的故障闸门排除出待控闸门之列。
5.根据权利要求1所述的水坝闸门启闭控制方法，其特征在于，所述步骤S1之后还包括闸门状态显示步骤，实时输出闸门状态信息。
6.一种应用权利要求1-5中任一项所述方法的水坝闸门启闭控制系统，其特征在于，包括：
指令输入装置，用于接收次第开启/关闭闸门指令；
储能装置，包括所述第一储能单元和第二储能单元；
外部电源接口；
两个以上闸门启闭驱动装置，分别控制对应闸门的开启/关闭；
控制装置，连接所述指令输入装置、储能装置、外部电源接口、闸门启闭驱动装置，并用于实时读取第一储能单元的剩余电量Q1和第二储能单元的剩余电量Q2，比较Q1、Q2与闸门开启/关闭所需电量Qdrive，根据所述指令和比较结果以第一储能单元、第二储能单元或外部电源作为供电装置，通过闸门启闭驱动装置次第开启/关闭待控闸门。
7.根据权利要求6所述的水坝闸门启闭控制系统，其特征在于，还包括显示装置和报警装置。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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