机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法
【专利摘要】一种机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，包括以下步骤：一、计算当前发电流量；二、补水判断，否则转入步骤一，是则进入下一步；三、补水流量计算；四、制定闸门开启分配方案；通过以上步骤实现自动化快速调整下泄流量，避免对电站下游航运造成影响。本发明提供的一种机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，通过采用上述的步骤，能够自动实现当机组出力大幅变化的情况下导致的下游水位变化的情况下，自动给下游补水，从而有效地保证了下游航运的实时性需求，同时也避免了人工操作情况下的误操作。
【专利说明】机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水电站水库泄水流量控制领域，特别是一种机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法。
【背景技术】
[0002]水电站水库下泄水流量会对水库下游水位和水库下游通航有着重大影响，而水库的下泄水流量取决于两个方面，一是泄洪设施的开启或关闭，通过泄洪设施来调整下泄流量；二是水轮发电机组的启动或停止，通过发电流量来调整下泄流量。目前对于泄洪设施的开启或关闭通常是根据调度需求按照计划人工手动启动泄洪设施以调整下泄流量，当电站机组停机或者出力大幅下降时，会造成机组发电流量迅速减少，有可能会因为人为干预不及时而导致水库下游水位大幅波动，并进而对电站下游航运造成影响。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，可以在机组出力大幅度下降导致发电流量大幅减少时，为确保水电站下游航运安全，避免下游水位发生大幅度下降，能够自动开启泄洪闸门向水库下游实施紧急补水。优选的方案中，能够减少下泄流量对水库建筑物造成的震动。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，包括以下步骤:
一、计算当前发电流量；
二、补水判断，否则转入步骤一，是则进入下一步；
三、补水流量计算；
四、制定闸门开启分配方案；
通过以上步骤实现自动化快速调整下泄流量，避免对电站下游航运造成影响。
[0005]优选的方案中，在补水判断步骤之前还有发电流量计算步骤、出库总流量计算步骤和下游计算水位计算步骤；
发电流量计算步骤为:实时跟踪电站总出力，根据出力、耗水率与流量的换算公式计算出电站总发电流量；
Qf = N X η ;
式中:Ν为电站总出力(kW)，η为发电耗水率，Qf为发电流量(m3/s)；
出库总流量为发电流量与闸门流量之和；
闸门流量计算步骤为:根据当前开度、当前上游水位查询开度-流量曲线图得出通过泄洪设施的下泄流量；
下游计算水位计算步骤为:根据当前总出库流量和下游流量-水位曲线换算成下游当前计算水位；
统计一段期间的流量最大值作为基准出库流量(Qi)，基准出库流量对应的下游计算水位作为基准下游计算水位；
以公式:
Qb= (Q1- Qc) X α
计算补水流量；
式中:Qb为补水流量，Qi为基准出库流量，Q。为当前流量，α为补水系数，α取值为0.5 ?I。
[0006]优选的方案中，在补水判断步骤中，若当前发电流量低于设定值，或一个时间段内发电流量的下降速度高于设定值，则直接启动紧急补水程序；
以公式:
Qb= Qdx α
计算补水流量；
式中:Qb为补水流量，Qd为基准发电流量，α为补水系数，α取值为0.5?1，基准发电流量为此前一段时间内的最大发电流量值。
[0007]优选的方案中，当下游水位反馈达到设定值，或者发电流量高于设定值，则紧急补水程序终止。
[0008]优选的方案中，所述的闸门开启分配方案为:当前可控的和未被手动禁用的闸门方可参与分配，并采用多孔小开度控制。
[0009]优选的方案中，还设有下游水位反馈装置，用于在补水判断步骤中对补水参数进行修正。
[0010]优选的方案中，所述的下游水位反馈装置中，筒体上部内设有拉线式位移传感器，筒体外滑动套接有浮环，在筒体的下部设有换向轮，拉线式位移传感器的拉线绕过换向轮与浮环连接，拉线式位移传感器与发射装置连接。
[0011]优选的方案中，所述的筒体顶部设有警示灯。
[0012]优选的方案中，在每个设定时间段收集下游水位参数，以收集到的下游水位参数直接替换基准下游计算水位的数值。
[0013]本发明提供的一种机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，通过采用上述的步骤，能够自动实现当机组出力大幅变化的情况下导致的下游水位变化的情况下，自动给下游补水，从而有效地保证了下游航运的实时性需求，同时也避免了人工操作情况下的误操作。设置的下游水位反馈装置，给补水控制提供了准确的反馈参数，避免了计算中出现的误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
图1为本发明的联动补水控制流程图。
[0015]图2为本发明中闸门操作方案流程图。
[0016]图3为本发明中闸门组合试分配流程图。
[0017]图4为本发明中单扇闸门试分配流程图。
[0018]图5为本发明中停机事故后紧急补水流程图。
[0019]图6为本发明中下游水位反馈装置的结构示意图。
[0020]图中:浮环I，拉线2，筒体3，换向轮4，发射装置5，拉线式位移传感器6，警示灯7。
【具体实施方式】
[0021]实施例1:
如图1?4中，一种机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，包括以下步骤:开始进入监视状态，
一、计算当前发电流量；
二、发电流量计算；
发电流量计算步骤为:实时跟踪电站总出力，根据出力、耗水率与流量的换算公式计算出电站总发电流量；
Qf = N X η ;
式中:Ν为电站总出力(kW)，η为发电耗水率，Qf为发电流量(m3/s)；
三、出库总流量计算；
出库总流量为发电流量与闸门流量之和；
闸门流量计算步骤为:根据当前开度、当前上游水位查询开度-流量曲线图得出通过泄洪设施的下泄流量；
四、下游计算水位计算；
下游计算水位计算步骤为:根据当前总出库流量和下游流量-水位曲线换算成下游当前计算水位；
统计一段期间的流量最大值作为基准出库流量(Qi)，基准出库流量对应的下游计算水位作为基准下游计算水位；
五、补水判断，否则转入步骤一，是则进入下一步；
程序以2秒为周期进行循环运算，记录此前30分钟以内的所有出库总流量值，并统计出此期间的流量最大值作为基准出库流量，基准出库流量对应的下游计算水位作为基准下游计算水位。
[0022]在每个计算周期，若当前下游计算水位与基准下游计算水位的差值大于水位下降补水阈值，该阈值人为设定，即认为需要启动补水处理。
[0023]此外，若当前出库流量小于航运需要基流，该基流人为设定，也将启动补水处理。
[0024]六、补水流量计算；
以公式:Qb= (Q1- Qc) X α计算补水流量；
式中:Qb为补水流量，Qi为基准出库流量，Q。为当前流量，α为补水系数，α取值为0.5 ?I。
[0025]七、制定闸门开启分配方案；
优选的方案中，所述的闸门开启分配方案为:当前可控的和未被手动禁用的闸门方可参与分配，并采用多孔小开度控制，即优选对所有可控的闸门进行小幅度的开度调节。
[0026]或者，通过不同上游水位情况下闸门开度与流量关系表，根据补水流量及要求补水速度确定需开启的闸门数量和闸门开度。
[0027]闸门分配原则:
a)当前可控的和未被手动禁用的闸门方可参与分配； b)优先对称开启以减少大坝及水库震动，如大坝有10孔泄洪孔，则具有I和5孔，2和4孔，6和10孔，7和9孔，3孔，8孔六种分配方案，其优先级按照由前向后排列依次降低；
c)避免单孔流量过大；
根据上述原则确定具体的闸门分配过程如下:
1)首先按闸门设计最大流量作为单孔闸门最大分配流量限值；
2)进行闸门对称组合开启的试分配，按补流能力从高到低的优先级分配最大限制流量，若分配成功则结束分配过程，否则直到全部可用对称组合均已分配后执行下一步；
3)进行单扇闸门的试分配，按补流能力从高到低的优先级分配最大限制流量，若分配成功则结束分配过程，否则直到全部可用闸门均已分配后执行下一步；
4)若分配失败，按建议限制流量与最大开度流量的平均值作为最大流量限值重复2)~3)步骤；若再分配失败，按最大开度流量作为最大流量限值重复2)~3)步骤；
5)在最后试分配失败的情况下，仍可以将所有可用闸门按最大开度限制开启。
[0028]闸门补水开启方案确定后，电站监控系统将在操作员站自动推出紧急补水闸门联控人机界面，在人机界面上显示当前运行方式、上下游水位、总流量、补水流量及闸门开启补水方案，包括拟开启的闸门组合及开度等信息，并通过语音提示人工确认。
[0029]人工审核确认后，监控系统自动将相应的闸门操作命令逐一下发给闸门现地控制单元执行，进行紧急补水，以确保在最短时间内实现补水。运行人员可根据实际补水效果在操作员站随时对闸门进行相应的调整操作，实现更精确的补水。
[0030]通过以上步骤实现自动化快速调整下泄流量，避免对电站下游航运造成影响。
[0031]实施例2:
实施例1中的补水过程，引入了较多的控制参数，优点是利于全局控制，缺点则在于控制相对较为滞后，尤其是在碰到强迫停机、切机等事故后，下游水位会迅速下降，而由于实施例I中的控制参数较多，计算误差的累积会导致控制滞后，若再加上人员操作的延误，可能会危及下游航运安全。
[0032]在实施例1的基础上，本例中优选的方案如图5中，在补水判断步骤中，若当前发电流量低于设定值，或一个时间段内发电流量的下降速度高于设定值，则直接启动紧急补水程序；其中发电流量最低设定值为最终的保护手段，用于应对发电机组完全停机断流的状况。而一个时间段内发电流量的下降速度的设定值，则用于应对单个发电机组强迫停机或切机的状况，避免因出库总流量计算和下游计算水位计算的误差而掩盖发电流量的突然变化，提高了整个程序的反应速度。
[0033]以公式:
Qb= Qdx α
计算补水流量；
式中:Qb为补水流量，Qd为基准发电流量，α为补水系数，α取值为0.5?1，其中基准发电流量为此前一段时间内的最大发电流量值。本例中时间取值为30-60分钟。
[0034]闸门开启分配方案与实施例1中相同。
[0035]优选的方案中，当下游水位反馈达到设定值，或者发电流量高于设定值，则紧急补水程序终止。整个程序转入实施例1的运行流程。
[0036]实施例3: 实施例1和2中都依赖于下游水位的计算，但是由于计算误差较大，并不能反应真实的水位状况。
[0037]优选的方案如图6中，还设有下游水位反馈装置，用于在补水判断步骤中对补水参数进行修正。优选的方案中，在每个设定时间段收集下游水位参数，以收集到的下游水位参数直接替换基准下游计算水位的数值，由此大幅降低计算过程中的误差。
[0038]优选的方案如图6中，所述的下游水位反馈装置中，筒体3上部内设有拉线式位移传感器6，筒体3外滑动套接有浮环1，在筒体3的下部设有换向轮4，拉线式位移传感器6的拉线2绕过换向轮4与浮环I连接，拉线式位移传感器6与发射装置5连接。本例中的拉线2优选采用不沾水的尼龙线，换向轮4采用聚四氟乙烯材料，即便换向轮4不能转动，也不会大幅增加对拉线2的摩擦力。水位变化时，浮环I则带动拉线伸缩，当浮环沿着筒体上升，拉线2被拉出拉线式位移传感器6，当浮环沿着筒体下降，则拉线2在弹簧作用下缩回拉线式位移传感器6，从而测得水位值。每隔一段时间，例如10?30分钟，则发射装置5将测得的数值经网络发送至机房，从而获得精确的下游水位参数。发射装置5为现有技术，例如采用基于gprs网络或者3g甚至4g网络的发射装置。由于间隔时间较长，因此，该装置的耗电量不大，根据条件采用太阳能电池，蓄电池或岸电供电均可。由于拉线式位移传感器6和发射装置5均位于筒体3的上部，因此对于密封的要求也不高，利于长期使用。进一步优选的，下游水位反馈装置为多个，采集的参数去除最高值和最低值后，取各个参数平均值，从而进一步确保下游水位参数的准确。
[0039]优选的方案中，所述的筒体3顶部设有警示灯7。设置的警示灯7可以避免下游水位反馈装置被碰撞。
[0040]上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，其特征是包括以下步骤: 一、计算当前发电流量； 二、补水判断，否则转入步骤一，是则进入下一步； 三、补水流量计算； 四、制定闸门开启分配方案； 通过以上步骤实现自动化快速调整下泄流量，避免对电站下游航运造成影响。
2.根据权利要求1所述的机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，其特征是:在补水判断步骤之前还有发电流量计算步骤、出库总流量计算步骤和下游计算水位计算步骤； 发电流量计算步骤为:实时跟踪电站总出力，根据出力、耗水率与流量的换算公式计算出电站总发电流量；
Qf = N X η ; 式中:Ν为电站总出力(kW)，η为发电耗水率，Qf为发电流量(m3/s)； 出库总流量为发电流量与闸门流量之和； 闸门流量计算步骤为:根据当前开度、当前上游水位查询开度-流量曲线图得出通过泄洪设施的下泄流量； 下游计算水位计算步骤为:根据当前总出库流量和下游流量-水位曲线换算成下游当前计算水位； 统计一段期间的流量最大值作为基准出库流量(Qi)，基准出库流量对应的下游计算水位作为基准下游计算水位； 以公式:
Qb= (Q1- Qc) X α
计算补水流量； 式中:Qb为补水流量，Qi为基准出库流量，Q。为当前流量，α为补水系数，α取值为0.5 ?I。
3.根据权利要求1或2所述的机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，其特征是:在补水判断步骤中，若当前发电流量低于设定值，或一个时间段内发电流量的下降速度高于设定值，则直接启动紧急补水程序； 以公式:
Qb= Qdx α
计算补水流量； 式中:Qb为补水流量，Qd为基准发电流量，α为补水系数，α取值为0.5?1，基准发电流量为此前一段时间内的最大发电流量值。
4.根据权利要求3所述的机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，其特征是:当下游水位反馈达到设定值，或者发电流量高于设定值，则紧急补水程序终止。
5.根据权利要求1或2所述的机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，其特征是:所述的闸门开启分配方案为:当前可控的和未被手动禁用的闸门方可参与分配，并采用多孔小开度控制。
6.根据权利要求1所述的机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，其特征是:还设有下游水位反馈装置，用于在补水判断步骤中对补水参数进行修正。
7.根据权利要求6所述的机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，其特征是:所述的下游水位反馈装置中，筒体(3)上部内设有拉线式位移传感器(6)，筒体(3)外滑动套接有浮环(1)，在筒体(3)的下部设有换向轮(4)，拉线式位移传感器(6)的拉线(2)绕过换向轮(4 )与浮环(I)连接，拉线式位移传感器(6 )与发射装置(5 )连接。
8.根据权利要求7所述的机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，其特征是:所述的筒体(3)顶部设有警示灯(7)。
9.根据权利要求6或7所述的机组出力与泄洪闸门联动补水控制方法，其特征是:在每个设定时间段收集下游水位参数，以收集到的下游水位参数直接替换基准下游计算水位的数值。
【文档编号】G05D9/12GK104460713SQ201410560032
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月19日 优先权日:2014年10月19日
【发明者】李永年, 陆劲松, 王妍, 郑学赓, 郑煜 申请人:中国长江电力股份有限公司