一种水库调度与水力发电一体化的控制方法及存储介质与流程

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1.本发明涉及水力发电智能控制方法，具体涉及水库调度与水力发电一体化的控制方法及存储介质，该方法在对水力发电进行自动控制的前提下，实现弧形闸门的自动调度，使坝前水库水位在合理的区间内，保证水利建筑的安全稳定运行，同时减轻运行人员工作压力。

背景技术：

2.目前，水电行业弧形闸门控制采用传统的人工计算+远程控制调度方式，其对于水库库容较小但来水量大且变化频繁的水利建筑，这种控制方式时效性差且与受人员计算水平影响，存在坝区溢洪道弧形闸门调节频繁或调节不及时的风险，导致过度弃水或水库持续高水位运行甚至漫坝，影响机组的安全稳定运行，造成不必要的经济损失。
3.因此，有必要发明一种水库调度与水力发电一体化的控制方法，以控制坝前水库水位在合理的区间内，在提高企业经济效益的同时，减轻运行人员工作压力。

技术实现要素：

4.针对上述问题，发明人提供了水库调度与水力发电一体化的控制方法，利用现有的硬件设备，不增加额外硬件投入，基于现地控制单元(lcu)的可编程逻辑控制器，通过对lcu进行程序开发和计算机监控系统数据库开发，实现弧形闸门的自动调度，使坝前水库水位在合理的区间内，最大限度节省水利枢纽的人员成本，同时也保证了大坝安全稳定运行。
5.具体地，根据第一方面，本发明提供一种水库调度与水力发电一体化的控制方法，该控制方法的控制对象包括表孔编号为1～m号的弧形闸门，所述1～m号的弧形闸门(通常为溢洪道弧形闸门)划分为ⅰ区和ⅱ区，其中表孔编号为1号号为ⅰ区、号～m号为ⅱ区，其特征在于，包括以下步骤：
6.步骤s1：获取水库水情中心的水库入库流量q
in
及库水位h
p
数据，采集发电机组状态及有功功率；
7.步骤s2：将弧形闸门一级开启水位设置为h1，二级开启水位设置为h
max
，其中h1＜h
max
；将溢洪道弧形闸门一级关闭水位为设置为h2，二级关闭设置为h
min
，其中h1＞h2＞h
min
；
8.步骤s3：按以下公式计算出库流量q
out
：
[0009][0010]
式中：pi为发电机组的1～n号单机的有功功率，当机组状态为停机态时令q
out
＝0，当机组状态为非停机态时q
out
按上式计算；hj为1～m孔弧形闸门的开度；
[0011]
步骤s4：弧形闸门自动开启、关闭：
[0012]
(1)当h
p
≥h
max
时，直接开启弧形闸门，然后转s1，
[0013]
当h
p
≥h1且当q
in
＞q
out
时常规开启弧形闸门，然后转s1；
[0014]
当h
p
＜h1转(2)；
[0015]
(2)当h
p
≤h
min
时，直接关闭弧形闸门，然后转s1，
[0016]
当h
p
≤h2且q
in
＜q
out
时常规关闭弧形闸门，然后转s1，
[0017]
(3)否则不对弧形闸门进行启闭操作；
[0018]
所述直接开启弧形闸门、常规开启弧形闸门、直接关闭弧形闸门、常规关闭弧形闸门为：当q
in-q
out
≤q0时采取ⅰ区的1号号弧形闸门同步均匀启/闭的方式；当q
in-q
out
》
[0019]
q0采取1号～m号弧形闸门同步均匀启/闭的方式；
[0020]
进一步地，所述直接开启弧形闸门、常规开启弧形闸门、直接关闭弧形闸门、常规关闭弧形闸门还包括：
[0021]
弧形闸门轮换开启、关闭；每次弧形闸门自动开启、关闭只操作一扇弧形闸门，弧形闸门启闭周期设定为15min以上。
[0022]
优选的，所述弧形闸门表孔编号为1号～10号，所述弧形闸门自动开启、关闭的原则包括：
[0023]
1号～5号表孔弧形闸门为ⅰ区，6号～10号表孔弧形闸门为ⅱ区；q
in-q
out
≤q0时采取ⅰ区的5孔同步均匀启闭的泄洪方式；q
in-q
out
》q0采取全部10孔同步均匀启闭的泄洪方式。
[0024]
进一步地，弧形闸门开启顺序均按照“先中间后两侧间隔开启”的原则进行，做到同步、均匀开启；弧形闸门关闭顺序按照“先两边后中间间隔关闭”的原则进行。
[0025]
优选的，弧形闸门的开启以1m为梯度逐步进行，弧形闸门开度最小则优先级最高，若最小开度的若干弧形闸门处于同一梯度，则按照表孔弧形闸门3
→4→2→5→1→8→9→7→
10
→
6的顺序选择优先级，以满足“先中间后两侧间隔开启”的启门原则。
[0026]
优选的，弧形闸门的关闭以1m为梯度逐步进行，弧形闸门开度最大则优先级最高，若最大开度的若干弧形闸门处于同一梯度，则按照表孔弧形闸门6
→
10
→7→9→8→1→5→2→4→
3的顺序选择优先级，以满足“先两边后中间间隔关闭”的闭门原则。
[0027]
进一步地，所述弧形闸门开启、关闭包括：
[0028]
弧形闸门启闭条件包括：弧形闸门在远方位且油泵无异常且液压系统压力无异常且有杆腔软管无破裂且液压系统滤油器无堵塞且液压系统油位、油温无异常且信号及控制电源无异常且控制plc无异常且左右缸行程差《10mm；弧形闸门轮换前应判断其条件是否满足启闭要求，若不满足条件禁止参与自动控制轮换。
[0029]
优选的，设：h
max
＝75.36m，h1＝75.35m，h
min
＝75.21m，h2＝75.22m，q0＝1700m3/s。
[0030]
根据第二方面，本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行以实现本发明的一种水库调度与水力发电一体化的控制方法的步骤。
[0031]
本发明还提供了一种计算机监控系统上位机自动控制方式软切换开关，以实现水调发电一体化自动控制系统的人工投退。
[0032]
相比现有技术，本发明的有益效果包括：
[0033]
(1)本发明提供的水库调度与水力发电一体化的控制方法，通过自动调节，最大限度节省水利枢纽的人员成本，缓解了汛期运行期间运行人员的工作压力。
[0034]
(2)避免泄洪不及时的严重后果，保障了电站的防洪度汛工作，提高了效率和时效性，保障机组的安全稳定运行，避免造成不必要的经济损失。
附图说明
[0035]
图1：本发明的方法的流程图。
具体实施方式
[0036]
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0037]
如图1所示，一种水库调度与水力发电一体化的控制方法，包括以下步骤：
[0038]
步骤1：水情中心通过模数转换将上游来水流量及坝前水库水位转换为模拟量送入坝区lcu模拟量通道；
[0039]
步骤2：与各机组lcu进行通信，采集1-8号机组单机有功功率及机组状态信号；
[0040]
步骤3：1-10号溢洪道弧形闸门通过模拟量形式接入坝区lcu；
[0041]
根据水轮发电机组调速器过机流量模型(单机满发流量为250m3/s)及溢洪道弧形闸门流量模型(单门170m3/s*m)自动计算出库流量。出库流量计算公式如下所示：
[0042][0043]
式中：pi为发电机组的1-8号单机的有功功率(n＝8)，当机组状态为停机态时令q
out
＝0，当机组状态为非停机态时q
out
按上式计算；hj为1-10(m＝10)孔弧形闸门的开度；
[0044]
步骤4：弧形闸门轮换条件判断；
[0045]
弧形闸门轮换前应判断其条件是否满足启闭要求，若不满足条件禁止参与自动控制轮换，弧形闸门启闭条件包括：弧形闸门在远方位&油泵无异常&液压系统压力无异常&有杆腔软管无破裂&液压系统滤油器无堵塞&液压系统油位、油温无异常&信号及控制电源无异常&控制plc无异常&左右缸行程差《10mm。
[0046]
步骤5：弧形闸门启闭原则；
[0047]
弧形闸门分ⅰ区和ⅱ区，1号～5号表孔弧形闸门为ⅰ区，6号～10号表孔弧形闸门为ⅱ区。弧形闸门开启顺序均按照“先中间后两侧间隔开启”的原则进行，做到同步、均匀开启；弧形闸门关闭顺序按照“先两边后中间间隔关闭”的原则进行。
[0048]
弧形闸门ⅰ、ⅱ区根据流量差大小分区启闭，出入库流量差≤1700m3/s时采取ⅰ区5孔同步均匀启闭的泄洪方式；出入库流量差》1700m3/s时情况采取10孔同步均匀启闭的泄洪方式。
[0049]
因弧形闸门润滑水单次只能满足一扇弧形闸门的润滑，因此单次启闭只能操作一扇弧形闸门，为满足以上要求，弧形闸门启闭周期设定为15min，弧形闸门的启闭以1m为梯度自动操作。
[0050]
步骤6：弧形闸门开启优先级判断及自动开启条件判断；
[0051]
弧形闸门的开启以1m为梯度逐步进行，弧形闸门开度最小则优先级最高，若最小开度的若干弧形闸门处于同一梯度，则按照3
→4→2→5→1→8→9→7→
10
→
6的顺序选择优先级，以满足“先中间后两侧间隔开启”的启门原则。
[0052]
认定电量规定要求库区水位控制在75.36m以下，因此设置溢洪道弧形闸门一级开启水位设置为75.35m(此时需判断入库流量大于出库流量后方可开启弧形闸门)，二级开启水位为75.36m(直接开启弧形闸门)。
[0053]
步骤7：弧形闸门关闭优先级判断及自动关闭条件判断；
[0054]
弧形闸门的关闭以1m为梯度逐步进行，弧形闸门开度最大则优先级最高，若最大开度的若干弧形闸门处于同一梯度，则按照6
→
10
→7→9→8→1→5→2→4→
3的顺序选择优先级，以满足“先两边后中间间隔关闭”的闭门原则。
[0055]
认定电量规定要求库区水位控制在75.21以上，因此设置溢洪道弧形闸门一级关闭水位为75.22m(此时需判断入库流量小于出库流量后方可关闭弧形闸门)，二级关闭水位为75.21m(直接关闭弧形闸门)。
[0056]
步骤8：水调发电一体化自动控制方式投退。
[0057]
在计算机监控系统上位机设置一套水调发电一体化自动控制方式软切换开关，以实现水调发电一体化自动控制系统的人工投退，以实现枯水期退出、汛期投入功能，防止枯水期设备误动。
[0058]
本发明具备水库的全自动调度功能，可最大限度节省水利枢纽的人员成本，适用于值守人员较少、弧形闸门启闭调度频繁的水利枢纽设施，自动操作具有较高的时效性，可及时削峰填谷，是一种有效的防止溃坝漫坝技术措施。以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

技术特征：

1.一种水库调度与水力发电一体化的控制方法，该控制方法的控制对象包括表孔编号为1～m号的弧形闸门，所述1～m号的弧形闸门划分为ⅰ区和ⅱ区，其中表孔编号为1号～号为ⅰ区、号～m号为ⅱ区，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：获取水库水情中心的水库入库流量q
in
及库水位h
p
数据，采集发电机组状态及有功功率；步骤s2：将弧形闸门一级开启水位设置为h1，二级开启水位设置为h
max
，其中h1＜h
max
；将溢洪道弧形闸门一级关闭水位为设置为h2，二级关闭设置为h
min
，其中h1＞h2＞h
min
；步骤s3：按以下公式计算出库流量q
out
：式中：p
i
为发电机组的1～n号单机的有功功率，当机组状态为停机态时令q
out
＝0，当机组状态为非停机态时q
out
按上式计算；h
j
为1～m孔弧形闸门的开度；步骤s4：弧形闸门自动开启、关闭，包括：(1)当h
p
≥h
max
时，直接开启弧形闸门，然后转s1，当h
p
≥h1且当q
in
＞q
out
时常规开启弧形闸门，然后转s1；当h
p
＜h1转(2)；(2)当h
p
≤h
min
时，直接关闭弧形闸门，然后转s1，当h
p
≤h2且q
in
＜q
out
时常规关闭弧形闸门，然后转s1，(3)否则不对弧形闸门进行启闭操作；所述直接开启弧形闸门、常规开启弧形闸门、直接关闭弧形闸门、常规关闭弧形闸门为：当q
in-q
out
≤q0时采取ⅰ区的1号～号弧形闸门同步均匀启/闭的方式；当q
in-q
out
>q0采取1号～m号弧形闸门同步均匀启/闭的方式。2.如权利要求1所述的智能控制方法，其特征在于，所述直接开启弧形闸门、常规开启弧形闸门、直接关闭弧形闸门、常规关闭弧形闸门还包括：弧形闸门轮换开启、关闭；每次弧形闸门自动开启、关闭只操作一扇弧形闸门，弧形闸门启闭周期设定为15min以上。3.如权利要求2所述的智能控制方法，其特征在于，所述弧形闸门表孔编号为1号～10号，所述弧形闸门自动开启、关闭的原则包括：1号～5号表孔弧形闸门为ⅰ区，6号～10号表孔弧形闸门为ⅱ区；q
in-q
out
≤q0时采取ⅰ区的5孔同步均匀启闭的泄洪方式；q
in-q
out
>q0采取全部10孔同步均匀启闭的泄洪方式。弧形闸门开启顺序均按照“先中间后两侧间隔开启”的原则进行，做到同步、均匀开启；弧形闸门关闭顺序按照“先两边后中间间隔关闭”的原则进行。4.如权利要求3所述的智能控制方法，其特征在于，弧形闸门的开启以1m为梯度逐步进行，弧形闸门开度最小则优先级最高，若最小开度的若干弧形闸门处于同一梯度，则按照表孔弧形闸门3
→4→2→5→1→8→9→7→
10
→
6的顺序选择优先级，以满足“先中间后两侧间隔开启”的启门原则。
5.如权利要求3所述的智能控制方法，其特征在于，弧形闸门的关闭以1m为梯度逐步进行，弧形闸门开度最大则优先级最高，若最大开度的若干弧形闸门处于同一梯度，则按照表孔弧形闸门6
→
10
→7→9→8→1→5→2→4→
3的顺序选择优先级，以满足“先两边后中间间隔关闭”的闭门原则。6.如权利要求2所述的智能控制方法，其特征在于，所述弧形闸门开启、关闭包括：弧形闸门启闭条件包括：弧形闸门在远方位且油泵无异常且液压系统压力无异常且有杆腔软管无破裂且液压系统滤油器无堵塞且液压系统油位、油温无异常且信号及控制电源无异常且控制plc无异常且左右缸行程差<10mm；弧形闸门轮换前应判断其条件是否满足启闭要求，若不满足条件禁止参与自动控制轮换。7.如权利要求1所述的智能控制方法，其特征在于：h
max
＝75.36m，h1＝75.35m。8.如权利要求1所述的智能控制方法，其特征在于：h
min
＝75.21m，h2＝75.22m。9.如权利要3所述的智能控制方法，其特征在于：所述q0＝1700m3/s。10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行以实现如权利要求1-9任一项所述的一种水库调度与水力发电一体化的控制方法的步骤。

技术总结

本发明公开了一种水库调度与水力发电一体化的控制方法及存储介质，该方法分别设置第一级和第二级共两级弧形闸门启闭控制水位，第一级控制水位与入/出库流量差做水位趋势判断动作于弧形闸门控制，第二级弧形闸门控制水位直接动作于弧形闸门控制，实现溢洪道弧形闸门的自动调度，控制上游库水位在认定电量规定范围内。该方法在对水力发电进行自动控制的前提下，实现弧形闸门的自动调度，使坝前水库水位在合理的区间内，保证水利建筑的安全稳定运行。本发明可提高弧形闸门控制的时效性，缓解了汛期运行期间运行人员的工作压力。了汛期运行期间运行人员的工作压力。了汛期运行期间运行人员的工作压力。