CN118186977A - 一种水库生态流量泄放装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水库生态流量泄放装置及其运行方法，所述水库生态流量泄放装置包括生态机组，所述生态机组设置有控制装置，所述水库设置有库水位监测装置，大坝下游河道设置有流量监测装置，所述控制装置与库水位监测装置、流量监测装置连接，用于根据库水位和水库下泄流量，合理制定生态机组开机运行方案，在保证合理生态泄流的情况下，提升生态机组的运行效率。

Description

一种水库生态流量泄放装置及其运行方法

技术领域：本发明涉及水利工程领域，具体涉及一种水库生态流量泄放装置及其运行方法。

背景技术：水库是常见的水利工程形式，通过修建大坝，改变天然径流，利用水库的调蓄能力，实现对天然来流的再次分配，以充分发挥水库的兴利除害功能作用，但对于水库而言，通过大坝的截断，造成大坝下游河流断流，极大影响了河流的生态，造成河流生态破坏，不利于河流流域的生态可持续发展。

对于水库增设生态流量泄放装置，是常见的恢复生态措施，根据河流所处的区域，合理计算其所需的生态流量值，利用水库建筑物设置生态流量泄放装置，实现生态流量泄放，可以减少水库工程对河流生态的影响，设置生态发电机组，是较为常见的生态流量泄放形式，也是利用效率较高的生态泄流方式，通过对下泄的生态流量，进行电能转化，可进一步提升水资源的利用效率，但对于生态机组的运行调度，仍处于经验调度方式，并没有科学合理的指导方法。

发明内容：本发明针对现有技术的问题，提供一种水库生态流量泄放装置及其运行方法，为水库生态流量泄放提供科学指导。

本发明提供一种水库生态流量泄放装置，所述水库为大型水库或中型水库，所述水库设置有生态机组，通过所述生态机组进行生态流量泄放，其特征在于：所述水库的最高运行水位为H1，所述水库的最低运行水位为H2，对应于所述最高运行水位H1，所述生态机组满发流量为Q1，对应于所述最低运行水位H2，所述生态机组满发流量为Q2，所述Q2大于两倍的Q1，即Q2>2×Q1，所述Q1等于所述水库的生态流量设计值，所述水库设置有库水位监测装置，用于获取水库的实时库水位Hs，所述生态机组设置有控制装置，所述控制装置获取所述实时库水位Hs，并可根据所述实时库水位Hs进行生态机组出力的调整；大坝下游河道设置流量监测装置，所述流量监测装置用于获取水库总下泄流量Qp，所述库水位监测装置、所述流量监测装置均与所述控制装置连接。

作为优选，所述生态机组满发流量为不同库水位下，机组达到额定出力时对应的发电流量，库水位越高，其对应的满发流量越小。

作为优选，所述控制装置与所述库水位监测装置通过无线连接，所述控制装置与生态机组的调速器连接，通过调速器控制所述生态机组的出力调整。

本发明还提供一种上述的水库生态流量泄放装置的运行方法，所述运行方法需保证所述水库下泄流量大于等于所述水库的生态流量设计值，所述运行方法用于确定所述生态机组的合理开机，其特征在于：所述运行方法包括如下步骤：

S1：获取水库的实时库水位Hs和流量监测装置获取的水库总下泄流量Qp，进行如下判断：

S11：若Qp>＝Q1，且实时库水位Hs>＝Hs0，所述Hs0为设定库水位，所述Hs0大于所述最低运行水位H2，且小于所述最高运行水位H1，所述控制装置获取所述实时库水位Hs，假定生态机组的发电流量从0到满发流量，结合尾水位和生态机组布置，计算发电水头，结合生态机组运行效率曲线，计算其水轮机运行效率，找出水轮机运行效率最高对应的发电流量，并按照该发电流量运行；

S12：若Qp>＝Q1，且实时库水位Hs<Hs0，所述控制装置关闭所述生态机组，所述生态机组不运行发电；

S13：若Qp<Q1，计算生态机组的控制流量Qd2，所述Qd2＝Q1-Qp，所述控制装置获取所述实时库水位Hs，假定生态机组的发电流量从0到满发流量，结合尾水位和生态机组布置，计算发电水头，结合生态机组运行效率曲线，计算其水轮机运行效率，得出不同发电流量对应的水轮机运行效率；找出控制流量Qd2对应的水轮机运行效率K1；

S131：若Qd2对应的水轮机运行效率K1大于或等于设定效率值K0，则控制装置控制生态机组按照控制流量Qd2运行；

S132：若Qd2对应的水轮机运行效率K1小于设定效率值K0，根据S13中得出的不同发电流量对应的水轮机运行效率，找出设定效率值K0对应的流量值Qk，控制装置控制生态机组按照控制流量Qk运行。

作为优选，所述生态机组运行效率曲线为水轮机运转特性曲线或综合特性曲线，对于生态机组的任一发电流量和发电水头，可通过生态机组效率曲线，计算得出水轮机运行效率。

作为优选，所述设定库水位Hs0为H2+(H1-H2)×2/3。

作为优选，所述设定效率值K0为60％或70％。

本发明的工作原理如下：

对于水库设置生态机组，进行生态流量泄放，同时生态机组配合水库的其它泄流建筑物完成流量泄放，生态机组应保证在水库的任一运行水位均可以开机发电运行，同时受水库的水位变化，其库水位越高，满发流量越小，库水位越低，满发流量越大，选择水库的最高运行水位下的满发流量为水库生态流量设计值，可保证在最高运行水位下，生态机组按照满发流量，即额定出力，可以满足水库的生态泄流要求，则在该水位以下，按照生态机组的满发流量，均可以大于水库的生态泄流要求。

在水库大坝下游河道设置流量监测装置，获取水库的下泄流量，由于本方法适用于对生态机组的开机指导，因此，在生态机组开机前，该流量监测装置获取的为水库除生态机组外的下泄流量，如果该下泄流量大于生态流量设计值，则说明已经满足生态流量泄放要求，如果此时库水位较高，则可让生态机组按照最优运行工况运行，此时按照生态机组流量从小到大排列，依次找出对应的水轮机运行效率，找出运行效率最高对应的发电流量，使生态机组按照该工况运行；如果库水位较低，此时为了保证水库蓄水，应关闭生态机组，防止生态机组处于低水头运行状态。

如果监测的水库下泄流量小于生态流量设计值，则应启动生态机组，以使水库满足生态流量下泄，在水库无其他泄水的工况下，此时监测的水库下泄流量Qp等于0，这也是生态机组未开机前最为常见的运行工况，在该工况下，生态机组的发电应当补偿直至满足水库下泄流量等于生态流量设计值，计算生态机组需下泄的流量值Qd2，结合库水位，计算Qd2对应的生态机组的机组运行效率，如果运行效率大于或等于设定效率值，说明该流量值可使生态机组处于高效运行区间，按照该Qd2发电即可，既可以满足生态流量泄放要求，又可以满足生态机组高效运行，如果运行效率小于设定效率值，则说明该发电流量不能使生态机组处于高效运行区间，此时应加大发电流量，直至满足生态机组达到设定效率值，此时水库下泄流量虽然超出生态流量设计值，但可以保证生态机组处于相对高效的运行区间，系统整体能效仍较高。

该方法使用工况较广，在水库无泄水或渗漏的情况下，可以指导生态机组按照满足生态流量设计值的标准开机，在水库有泄水或渗漏的情况下，也可以指导生态机组进行生态流量补偿开机，对于生态机组已经处于运行的状态，该方法也具有较强的参考价值。

本发明的优点在于：

本发明提供一种水库生态流量泄放装置及其运行方法，所述水库生态流量泄放装置包括生态机组，所述生态机组设置有控制装置，所述水库设置有库水位监测装置，大坝下游河道设置有流量监测装置，所述控制装置与库水位监测装置、流量监测装置连接，用于根据库水位和水库下泄流量，合理制定生态机组开机运行方案，在保证合理生态泄流的情况下，提升生态机组的运行效率。

附图说明：

图1为本发明的装置连接示意图；

图2为生态流量泄放装置运行方法流程图。

具体实施方式：以下针对说明书附图内容，对本发明限定的内容，进行具体的解释说明。

本发明提供一种水库生态流量泄放装置，所述水库为大型水库或中型水库，所述水库设置有生态机组，通过所述生态机组进行生态流量泄放，其特征在于：所述水库的最高运行水位为H1，所述水库的最低运行水位为H2，对应于所述最高运行水位H1，所述生态机组满发流量为Q1，对应于所述最低运行水位H2，所述生态机组满发流量为Q2，所述Q2大于两倍的Q1，即Q2>2×Q1，所述Q1等于所述水库的生态流量设计值，所述水库设置有库水位监测装置1，用于获取水库的实时库水位Hs，所述生态机组设置有控制装置2，所述控制装置2获取所述实时库水位Hs，并可根据所述实时库水位Hs进行生态机组出力的调整；大坝下游河道设置流量监测装置3，所述流量监测装置3用于获取水库总下泄流量Qp，所述库水位监测装置1、所述流量监测装置3均与所述控制装置2连接。

所述最高运行水位H1可选择为水库历史最高运行水位或设计洪水位，所述最低运行水位可选择为水库历史最低运行水位或死水位，所述满发流量Q2与Q1主要受水位运行期间的影响，其水位运行区间越大，则Q2与Q1的差值越大。

作为优选，所述生态机组满发流量为不同库水位下，机组达到额定出力时对应的发电流量，库水位越高，其对应的满发流量越小。所述满发流量可以根据生态机组的水轮机特性曲线进行计算得出。

作为优选，所述控制装置2与所述库水位监测装置1通过无线连接，所述控制装置2与生态机组的调速器4连接，通过调速器4控制所述生态机组的出力调整。所述调速器4可以控制所述生态机组的水轮机的导叶动作，从而实现水轮机导叶开度的调整，继而实现生态机组的出力调整。

本发明还提供一种上述的水库生态流量泄放装置的运行方法，所述运行方法需保证所述水库下泄流量大于等于所述水库的生态流量设计值，所述运行方法用于确定所述生态机组的合理开机，其特征在于：所述运行方法包括如下步骤：

S1：获取水库的实时库水位Hs和流量监测装置3获取的水库总下泄流量Qp，进行如下判断：

S11：若Qp>＝Q1，且实时库水位Hs>＝Hs0，所述Hs0为设定库水位，所述Hs0大于所述最低运行水位H2，且小于所述最高运行水位H1，所述控制装置2获取所述实时库水位Hs，假定生态机组的发电流量从0到满发流量，结合尾水位和生态机组布置，计算发电水头，结合生态机组运行效率曲线，计算其水轮机运行效率，找出水轮机运行效率最高对应的发电流量，并按照该发电流量运行；

S12：若Qp>＝Q1，且实时库水位Hs<Hs0，所述控制装置2关闭所述生态机组，所述生态机组不运行发电；

S13：若Qp<Q1，计算生态机组的控制流量Qd2，所述Qd2＝Q1-Qp，所述控制装置2获取所述实时库水位Hs，假定生态机组的发电流量从0到满发流量，结合尾水位和生态机组布置，计算发电水头，结合生态机组运行效率曲线，计算其水轮机运行效率，得出不同发电流量对应的水轮机运行效率；找出控制流量Qd2对应的水轮机运行效率K1；

S131：若Qd2对应的水轮机运行效率K1大于或等于设定效率值K0，则控制装置2控制生态机组按照控制流量Qd2运行；

S132：若Qd2对应的水轮机运行效率K1小于设定效率值K0，根据S13中得出的不同发电流量对应的水轮机运行效率，找出设定效率值K0对应的流量值Qk，控制装置2控制生态机组按照控制流量Qk运行。

作为优选，所述生态机组运行效率曲线为水轮机运转特性曲线或综合特性曲线，对于生态机组的任一发电流量和发电水头，可通过生态机组效率曲线，计算得出水轮机运行效率。

作为优选，所述设定库水位Hs0为H2+(H1-H2)×2/3，即设定库水位Hs0为最低运行水位和最高运行水位的三等分点的上部分点，其可以保证水库处于较大的蓄水能力。

作为优选，所述设定效率值K0为60％或70％，对于设定效率值，可取不同的值，具体可根据需要进行选择，一般建议取60％以上的运行区间。

在所述生态机组未开机运行时，获取的水库总下泄流量Qp，此时水库总下泄流量可以是水库大坝渗水或其他建筑物的排放水量，如果其水量超出生态流量设计值，此时库水位高时，生态机组运行发电，并保证生态机组在最优工况运行，如果库水位较低，则生态机组不运行发电，水库蓄水。如果总下泄流量Qp过大，导致生态机组尾水位过高，使生态机组无法正常投运时，生态机组也处于停机状态。

如果监测的水库总下泄流量Qp不满足生态泄流，此时应当计算生态机组需要下泄的流量值，并根据库水位判断其流量值是否在设定区间，如果满足，则按照计算的下泄流量值开机运行，否则应按照满足设定区间的流量值运行，以防止生态机组处于低效运行区间。

对于生态机组已经处于运行状态的情况，也可以参照该方法进行执行，该方法可对生态机组投运时的合理开机方案进行指导，以满足生态流量泄放与生态机组的高效匹配。

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 (7)

1.一种水库生态流量泄放装置，所述水库为大型水库或中型水库，所述水库设置有生态机组，通过所述生态机组进行生态流量泄放，其特征在于：所述水库的最高运行水位为H1，所述水库的最低运行水位为H2，对应于所述最高运行水位H1，所述生态机组满发流量为Q1，对应于所述最低运行水位H2，所述生态机组满发流量为Q2，所述Q2大于两倍的Q1，即Q2>2×Q1，所述Q1等于所述水库的生态流量设计值，所述水库设置有库水位监测装置，用于获取水库的实时库水位Hs，所述生态机组设置有控制装置，所述控制装置获取所述实时库水位Hs，并可根据所述实时库水位Hs进行生态机组出力的调整；大坝下游河道设置流量监测装置，所述流量监测装置用于获取水库总下泄流量Qp，所述库水位监测装置、所述流量监测装置均与所述控制装置连接。

2.如权利要求1所述的水库生态流量泄放装置，其特征在于：所述生态机组满发流量为不同库水位下，机组达到额定出力时对应的发电流量，库水位越高，其对应的满发流量越小。

3.如权利要求1所述的水库生态流量泄放装置，其特征在于：所述控制装置与所述库水位监测装置通过无线连接，所述控制装置与生态机组的调速器连接，通过调速器控制所述生态机组的出力调整。

4.如权利要求1-3任一项所述的水库生态流量泄放装置的运行方法，所述运行方法需保证所述水库下泄流量大于等于所述水库的生态流量设计值，所述运行方法用于确定所述生态机组的合理开机，其特征在于：所述运行方法包括如下步骤：

S1：获取水库的实时库水位Hs和流量监测装置获取的水库总下泄流量Qp，进行如下判断：

S11：若Qp>＝Q1，且实时库水位Hs>＝Hs0，所述Hs0为设定库水位，所述Hs0大于所述最低运行水位H2，且小于所述最高运行水位H1，所述控制装置获取所述实时库水位Hs，假定生态机组的发电流量从0到满发流量，结合尾水位和生态机组布置，计算发电水头，结合生态机组运行效率曲线，计算其水轮机运行效率，找出水轮机运行效率最高对应的发电流量，并按照该发电流量运行；

S12：若Qp>＝Q1，且实时库水位Hs<Hs0，所述控制装置关闭所述生态机组，所述生态机组不运行发电；

S13：若Qp<Q1，计算生态机组的控制流量Qd2，所述Qd2＝Q1-Qp，所述控制装置获取所述实时库水位Hs，假定生态机组的发电流量从0到满发流量，结合尾水位和生态机组布置，计算发电水头，结合生态机组运行效率曲线，计算其水轮机运行效率，得出不同发电流量对应的水轮机运行效率；找出控制流量Qd2对应的水轮机运行效率K1；

S131：若Qd2对应的水轮机运行效率K1大于或等于设定效率值K0，则控制装置控制生态机组按照控制流量Qd2运行；

S132：若Qd2对应的水轮机运行效率K1小于设定效率值K0，根据S13中得出的不同发电流量对应的水轮机运行效率，找出设定效率值K0对应的流量值Qk，控制装置控制生态机组按照控制流量Qk运行。

5.如权利要求4所述的水库生态流量泄放装置的运行方法，其特征在于：所述生态机组运行效率曲线为水轮机运转特性曲线或综合特性曲线，对于生态机组的任一发电流量和发电水头，可通过生态机组效率曲线，计算得出水轮机运行效率。

6.如权利要求4所述的水库生态流量泄放装置的运行方法，其特征在于：所述设定库水位Hs0为H2+(H1-H2)×2/3。

7.如权利要求4所述的水库生态流量泄放装置的运行方法，其特征在于：所述设定效率值K0为60％或70％。