CN116822838A - 一种径流式水电站优化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种径流式水电站优化系统，所述优化系统包括来流测量模块、前池水位监测模块、水电站开机方案确定模块，所述来流测量模块设置在引水渠道上，用于获取径流式水电站的来流量Q，所述前池水位监测模块设置在压力前池上，用于获取压力前池的水位H，所述水电站开机方案确定模块与所述来流测量模块、前池水位监测模块连接，用于根据压力前池的水位和来流量进行开机方案的合理确定。
Description
技术领域
本发明涉及水利领域，具体涉及一种径流式水电站优化系统。
背景技术
径流式水电站是一种常见的水电站结构形式，其无法对来流进行有效调节，在径流式水电站的开机运行中，需要保证来流流量与水电站机组发电用水的匹配性，一旦不匹配，则有可能造成弃水或机组无法正常运行，而对于来流量，也需要结合机组性能，进行合理的分配，以实现对水流能量的最优利用。
现有的水电站优化运行方法大多停留在理论层面，其难以在实际中应用，例如递推优选法、穷举法等方法，需要进行大量的模拟仿真计算，且由于在计算中，只考虑理论分配，并不能有效实现流量的分配，其经常会出现两台机组的最终分配流量之和不等于来流流量的情况，或者虽然出现相等的情况，但是不合理的分配，造成了较大的计算资源浪费，这就造成优化难以与水电站的实际运行吻合。
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提供一种径流式水电站优化系统，为径流式水电站机组的开机运行提供科学合理的技术支撑。
本发明提供一种径流式水电站优化系统，所述径流式水电站包括引水渠道、压力前池和水轮发电机组，所述水轮发电机组设置有两个，分别为第一机组和第二机组，所述第一机组和第二机组的机组型号相同，装机容量相同，所述第一机组和第二机组的最小开机流量Qmin和满发流量Qmax均相同，其特征在于：所述优化系统包括来流测量模块、前池水位监测模块、水电站开机方案确定模块，所述来流测量模块设置在引水渠道上，用于获取径流式水电站的来流量Q，所述前池水位监测模块设置在压力前池上，用于获取压力前池的水位H，所述水电站开机方案确定模块可以获取径流式水电站的来流量Q、所述第一机组和第二机组的最小开机流量Qmin、满发流量Qmax以及压力前池的水位H，所述水电站开机方案确定模块执行如下逻辑：
S1：对于第一机组的开机流量，从0到Qmax分为n份，分别得到第一机组的开机分份流量Q1i，其中n为大于等于10的正整数；当Q1i小于Q且Q1i大于或等于Q-Qmax/n时，令Q1i等于Q；
S2：完成对第一机组开机流量的分份后，得到第二机组的开机分份流量Q2i，所述第二机组的开机分份流量与第一机组的开机分份流量一一对应，所述第二机组的开机分份流量Q2i=Q-Q1i，对第二机组的开机分份流量Q2i进行判断，当所述第二机组的开机分份流量Q2i小于Qmin时，令第二机组的开机分份流量Q2i等于0，当所述第二机组的开机分份流量Q2i大于Qmax时，令Q2i等于Qmax；
S3：得到n+1组的开机组合，每组组合中第一机组的开机分份流量为步骤S1中的Q1i，第二机组的开机分份流量为步骤S2中的Q2i；
S4：根据压力前池的水位H，计算流量Q对应的水电站尾水位，结合第一机组和第二机组的引水系统布置，计算步骤S3中每组开机组合对应的第一机组开机分份流量Q1i、第二机组开机分份流量Q2i对应的第一机组和第二机组的引水损失，并计算第一机组和第二机组的发电水头，依据第一机组和第二机组的发电水头、开机分份流量，结合第一机组和第二机组的效率特性曲线，计算第一机组和第二机组的发电效率，依据第一机组和第二机组的开机分份流量、发电水头和发电效率，计算第一机组的出力值N1和第二机组的出力值N2以及第一机组和第二机组的出力总和Nz，计算得到步骤S3中每组开机组合对应的出力总和Nz；
S5：对步骤S4中得到的每组开机组合对应的出力总和Nz，找出出力总和Nz最大的一组，并找出出力总和Nz最大的一组对应的第一机组出力值N10和第二机组的出力值N20，其即为压力前池水位H、来流量Q下对应的水电站最优开机方案。
作为优选，所述优化系统还设置有控制模块，所述控制模块与所述水电站开机方案确定模块相连接，用于获取所述水电站开机方案确定模块得到的压力前池水位H、来流量Q下对应的水电站最优开机方案，并将水电站最优开机方案发送给第一机组和第二机组执行。
作为优选，在步骤S4中，当计算第一机组的出力值N1小于最小开机出力，所述第一机组的出力值N1等于0；当计算第一机组的出力值N1大于满发出力，所述第一机组的出力值N1等于满发出力；当计算第二机组的出力值N2小于最小开机出力，所述第二机组的出力值N2等于0；当计算第二机组的出力值N2大于满发出力，所述第二机组的出力值N2等于满发出力。
作为优选，步骤S4中，计算流量Q对应的水电站尾水位的方法为：根据水电站的尾水流量曲线，计算流量Q对应的水电站尾水位。
作为优选，所述水电站的尾水流量曲线为尾水位与流量的对应曲线，可以根据水电站的尾水渠设置进行水力学计算得到，也可以根据水电站实际运行数据率定得出。
本发明的工作原理如下：
对于径流式水电站，在开机方案制定时，需要结合水电站的来流量和前池水位进行判断，从而为机组开机运行提供科学合理的方案，本发明中所述优化系统包括来流测量模块、前池水位监测模块、水电站开机方案确定模块，所述来流测量模块设置在引水渠道上，用于获取径流式水电站的来流量Q，所述前池水位监测模块设置在压力前池上，用于获取压力前池的水位H，利用来流量Q和水位H进行合理的开机方案确定。
对于定流量Q的分配，如果直接对流量Q进行分配，即：从0到Q进行分份，则当流量Q过大时，如果定n份，则有可能会导致分份过粗，如果分份过多，则有可能导致计算资源浪费；因此本发明提出对于第一机组的分份，采用从0到满发流量Qmax之间的分份，也就对于每次流量，第一机组的分份数量和分份流量均相同。但对于Q小于Qmax的情况下，如果Q正好在分份流量之间时，应当进行处理，该处理方法为：当Q1i小于Q且Q1i大于或等于Q-Qmax/n时，令Q1i等于Q。如果不进行该步骤的出力，会导致第二机组的分配流量很小，不能支持开机，而第一机组的分配流量无法与来流量匹配，造成分配不合理，因此，本发明提出的第一机组的流量分份可以有效解决上述技术问题的弊端，这也是本发明的重要发明点。
在确定第一机组的分份流量后，根据第一机组的分份流量确定第二机组的分份流量，第二机组的分份流量为来流量减去第一机组的分份流量，这种可以克服来流量较大，大于满发流量的情形，可以涵盖所有的运行工况，且具有较高且恒定的计算效率。
对于得到的开机组合，由于第一机组和第二机组的流量已经确定，可以根据前池水位、尾水位、水头损失并结合水轮发电机组的运行特性曲线，计算水电站第一机组和第二机组的出力值，并得到不同分组的开机组合对应的水电站出力值最大的一组，找出该分组对应的第一机组和第二机组的出力值，从而确定该出力组合分配为对应该流量下的最优出力组合。
按照最优出力组合，进行机组开机即可以完成径流式水电站的开机优化分配。本发明提供的优化系统，在第一机组和第二机组流量分份时合理可行，且计算稳定，有效克服第一机组和第二机组总流量不等于来流量的情况以及计算效率低的工况。
本发明的优点在于：
本发明提供一种径流式水电站优化系统，所述优化系统包括来流测量模块、前池水位监测模块、水电站开机方案确定模块，所述来流测量模块设置在引水渠道上，用于获取径流式水电站的来流量Q，所述前池水位监测模块设置在压力前池上，用于获取压力前池的水位H，所述水电站开机方案确定模块与所述来流测量模块、前池水位监测模块连接，用于根据压力前池的水位和来流量进行开机方案的合理确定。
具体实施方式
以下对本发明限定的内容，进行具体的解释说明。
本发明提供一种径流式水电站优化系统，所述径流式水电站包括引水渠道、压力前池和水轮发电机组，所述水轮发电机组设置有两个，分别为第一机组和第二机组，所述第一机组和第二机组的机组型号相同，装机容量相同，所述第一机组和第二机组的最小开机流量Qmin和满发流量Qmax均相同，其特征在于：所述优化系统包括来流测量模块、前池水位监测模块、水电站开机方案确定模块，所述来流测量模块设置在引水渠道上，用于获取径流式水电站的来流量Q，所述前池水位监测模块设置在压力前池上，用于获取压力前池的水位H，所述水电站开机方案确定模块可以获取径流式水电站的来流量Q、所述第一机组和第二机组的最小开机流量Qmin、满发流量Qmax以及压力前池的水位H，所述水电站开机方案确定模块执行如下逻辑：
S1：对于第一机组的开机流量，从0到Qmax分为n份，分别得到第一机组的开机分份流量Q1i，其中n为大于等于10的正整数；当Q1i小于Q且Q1i大于或等于Q-Qmax/n时，令Q1i等于Q；
S2：完成对第一机组开机流量的分份后，得到第二机组的开机分份流量Q2i，所述第二机组的开机分份流量与第一机组的开机分份流量一一对应，所述第二机组的开机分份流量Q2i=Q-Q1i，对第二机组的开机分份流量Q2i进行判断，当所述第二机组的开机分份流量Q2i小于Qmin时，令第二机组的开机分份流量Q2i等于0，当所述第二机组的开机分份流量Q2i大于Qmax时，令Q2i等于Qmax；
S3：得到n+1组的开机组合，每组组合中第一机组的开机分份流量为步骤S1中的Q1i，第二机组的开机分份流量为步骤S2中的Q2i；
S4：根据压力前池的水位H，计算流量Q对应的水电站尾水位，结合第一机组和第二机组的引水系统布置，计算步骤S3中每组开机组合对应的第一机组开机分份流量Q1i、第二机组开机分份流量Q2i对应的第一机组和第二机组的引水损失，并计算第一机组和第二机组的发电水头，依据第一机组和第二机组的发电水头、开机分份流量，结合第一机组和第二机组的效率特性曲线，计算第一机组和第二机组的发电效率，依据第一机组和第二机组的开机分份流量、发电水头和发电效率，计算第一机组的出力值N1和第二机组的出力值N2以及第一机组和第二机组的出力总和Nz，计算得到步骤S3中每组开机组合对应的出力总和Nz；
S5：对步骤S4中得到的每组开机组合对应的出力总和Nz，找出出力总和Nz最大的一组，并找出出力总和Nz最大的一组对应的第一机组出力值N10和第二机组的出力值N20，其即为压力前池水位H、来流量Q下对应的水电站最优开机方案。
作为优选，所述优化系统还设置有控制模块，所述控制模块与所述水电站开机方案确定模块相连接，用于获取所述水电站开机方案确定模块得到的压力前池水位H、来流量Q下对应的水电站最优开机方案，并将水电站最优开机方案发送给第一机组和第二机组执行。
作为优选，在步骤S4中，当计算第一机组的出力值N1小于最小开机出力，所述第一机组的出力值N1等于0；当计算第一机组的出力值N1大于满发出力，所述第一机组的出力值N1等于满发出力；当计算第二机组的出力值N2小于最小开机出力，所述第二机组的出力值N2等于0；当计算第二机组的出力值N2大于满发出力，所述第二机组的出力值N2等于满发出力。
作为优选，步骤S4中，计算流量Q对应的水电站尾水位的方法为：根据水电站的尾水流量曲线，计算流量Q对应的水电站尾水位。
作为优选，所述水电站的尾水流量曲线为尾水位与流量的对应曲线，可以根据水电站的尾水渠设置进行水力学计算得到，也可以根据水电站实际运行数据率定得出。
所述份数n可以选择为20份或50份或100份。
所述水电站的最小开机流量为水电站能够开机运行下的最小流量，当无资料时，也可以取水电站满发流量乘以一定比例，例如20%~40%。满发流量为水电站开机出力等于额定出力时的流量，所述水电站最小流量和最大流量均为水电站压力前池水位为正常高水位H0时对应的流量值，可以结合水电站的布置形式以及机组的运行特性曲线计算得到，也可以进行试验的方式得到，在进行试验时，因增加必要的测流装备。
作为优选，本发明的优化系统借助于计算机控制系统实现，所述计算机控制系统可以远程获取水电站的来流流量以及压力前池的水位，并能结合来流流量和压力前池水位进行判断，在需要开机时，给出合理的开机方案，所述优化系统均借助于计算机编程实现。
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)
1.一种径流式水电站优化系统，所述径流式水电站包括引水渠道、压力前池和水轮发电机组，所述水轮发电机组设置有两个，分别为第一机组和第二机组，所述第一机组和第二机组的机组型号相同，装机容量相同，所述第一机组和第二机组的最小开机流量Qmin和满发流量Qmax均相同，其特征在于：所述优化系统包括来流测量模块、前池水位监测模块、水电站开机方案确定模块，所述来流测量模块设置在引水渠道上，用于获取径流式水电站的来流量Q，所述前池水位监测模块设置在压力前池上，用于获取压力前池的水位H，所述水电站开机方案确定模块可以获取径流式水电站的来流量Q、所述第一机组和第二机组的最小开机流量Qmin、满发流量Qmax以及压力前池的水位H，所述水电站开机方案确定模块执行如下逻辑：
S1：对于第一机组的开机流量，从0到Qmax分为n份，分别得到第一机组的开机分份流量Q1i，其中n为大于等于10的正整数；当Q1i小于Q且Q1i大于或等于Q-Qmax/n时，令Q1i等于Q；
S2：完成对第一机组开机流量的分份后，得到第二机组的开机分份流量Q2i，所述第二机组的开机分份流量与第一机组的开机分份流量一一对应，所述第二机组的开机分份流量Q2i=Q-Q1i，对第二机组的开机分份流量Q2i进行判断，当所述第二机组的开机分份流量Q2i小于Qmin时，令第二机组的开机分份流量Q2i等于0，当所述第二机组的开机分份流量Q2i大于Qmax时，令Q2i等于Qmax；
S3：得到n+1组的开机组合，每组组合中第一机组的开机分份流量为步骤S1中的Q1i，第二机组的开机分份流量为步骤S2中的Q2i；
S4：根据压力前池的水位H，计算流量Q对应的水电站尾水位，结合第一机组和第二机组的引水系统布置，计算步骤S3中每组开机组合对应的第一机组开机分份流量Q1i、第二机组开机分份流量Q2i对应的第一机组和第二机组的引水损失，并计算第一机组和第二机组的发电水头，依据第一机组和第二机组的发电水头、开机分份流量，结合第一机组和第二机组的效率特性曲线，计算第一机组和第二机组的发电效率，依据第一机组和第二机组的开机分份流量、发电水头和发电效率，计算第一机组的出力值N1和第二机组的出力值N2以及第一机组和第二机组的出力总和Nz，计算得到步骤S3中每组开机组合对应的出力总和Nz；
S5：对步骤S4中得到的每组开机组合对应的出力总和Nz，找出出力总和Nz最大的一组，并找出出力总和Nz最大的一组对应的第一机组出力值N10和第二机组的出力值N20，其即为压力前池水位H、来流量Q下对应的水电站最优开机方案。
2.如权利要求1所述的径流式水电站优化系统，其特征在于：所述优化系统还设置有控制模块，所述控制模块与所述水电站开机方案确定模块相连接，用于获取所述水电站开机方案确定模块得到的压力前池水位H、来流量Q下对应的水电站最优开机方案，并将水电站最优开机方案发送给第一机组和第二机组执行。
3.如权利要求1所述的水电站优化方法，其特征在于：在步骤S4中，当计算第一机组的出力值N1小于最小开机出力，所述第一机组的出力值N1等于0；当计算第一机组的出力值N1大于满发出力，所述第一机组的出力值N1等于满发出力；当计算第二机组的出力值N2小于最小开机出力，所述第二机组的出力值N2等于0；当计算第二机组的出力值N2大于满发出力，所述第二机组的出力值N2等于满发出力。
4.如权利要求1所述的水电站优化方法，其特征在于：步骤S4中，计算流量Q对应的水电站尾水位的方法为：根据水电站的尾水流量曲线，计算流量Q对应的水电站尾水位。
5.如权利要求4所述的水电站优化方法，其特征在于：所述水电站的尾水流量曲线为尾水位与流量的对应曲线，可以根据水电站的尾水渠设置进行水力学计算得到，也可以根据水电站实际运行数据率定得出。
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