岸塔式取水口叠梁门与泵组流量联合控制方法及系统与流程

本发明涉及水工建筑物运行控制和供水工程自动化，具体说是涉及一种岸塔式取水口叠梁门与泵组流量联合控制方法及系统。

背景技术：

1、岸塔式取水口通过增减叠梁门改变门顶高程，以适应库水位及取水层位变化。门层变化会改变门顶淹没深度、局部过流断面和门后流态，取水流量及泵组运行组合变化又会影响门顶局部流速、水头损失、表面旋涡和空气卷吸风险。因此，在相同上游水位下，不同泵组运行组合、取水流量和候选门位所需的安全淹没深度可能不同。

2、cn111506140b公开一种叠梁门控制系统及控制方法，通过水位变化控制多层叠梁门和活动叠梁门以维持淹没深度。cn115506317b公开一种自动分层取水方法及系统，根据水位、叠梁门数量和理论取水高度的比较结果控制叠梁门。cn115404828a公开一种叠梁门分层计数、位置识别和逐层远程提落。上述技术能够实现按水位或理论取水高度调节门层，并支持门机自动化；但当候选门位变化导致局部过流几何和水力条件随之改变时，现有技术通常未明确要求对每一候选门位分别采用对应的水力安全边界，因而可能导致将当前门位或统一门位的边界用于其他候选门位；并且，若在当前泵组和流量条件下不存在安全门层时，也缺少利用同一套水力安全边界对泵组—流量调整方案再次进行安全校核的机制。

3、虽然在泵站调度中可以根据供水需求选择泵组组合和流量设定值，但是若泵组调度和叠梁门门层选择分别采用互不关联的规则时，针对所确定的泵组—流量状态，候选门层将无法提供足够的安全淹没深度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种岸塔式取水口叠梁门与泵组流量联合控制方法及系统，在上游水位、取水流量、泵组运行组合和叠梁门门位共同变化时，针对每一候选门位采用相应的、经验证的水力安全边界，以确定满足安全条件的候选门层；若当前运行条件下不存在安全门层时，通过调整泵组运行组合或取水流量重新获得安全门层，避免向不安全方向提门。

2、为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

3、本发明所述的岸塔式取水口叠梁门与泵组流量联合控制方法，包括下述步骤：

4、s1、采集岸塔式取水口上游水位、取水流量、泵组运行组合、经位置反馈确认的当前叠梁门层数、当前叠梁门位配置以及执行机构状态。

5、s2、根据门层、相邻门层转换关系和所述执行机构状态确定候选门层，并确定各所述候选门层对应的门顶高程和候选门位配置。

6、s3、针对各候选门层，按照所述泵组运行组合、进口几何配置、候选门位配置和取水流量，从经验证的水力安全边界数据中选取适用条件相符的水力安全边界数据；为避免试验、模拟或现场量测误差造成安全边界随流量增加而局部降低，先按偏安全原则进行单调修正，再在相邻流量节点之间插值，并根据测量误差、门顶高程误差及边界识别不确定度来确定所需安全淹没深度；将所述上游水位与候选门层门顶高程之差作为实际淹没深度，并将所述实际淹没深度等于或大于所需安全淹没深度的候选门层确定为满足安全条件的候选门层。

7、s4、当存在一个或多个满足安全条件的候选门层时，选择其中门顶高程最高的门层作为目标门层，叠梁门每次仅改变一个相邻门层方式进行调整；提高门顶高程前，还应确认当前门层和拟到达门层均满足安全要求，水位和流量处于稳定范围，且拟到达门层具有规定的稳定裕度；当前门层已不满足安全要求时，只允许保持或降低门顶高程、降低取水流量或者调整泵组运行组合，不允许自动提高门顶高程。

8、不存在满足安全条件的候选门层时，根据现场联锁条件，从预设的泵组—流量调整方案中筛选能够由当前状态实施的方案，并按照取水流量设定值由高到低进行校核，选取能够重新获得至少一个满足安全条件候选门层的方案作为目标运行方案。

9、所述预设的泵组—流量调整方案包括泵组运行组合、取水流量设定值、从当前运行状态转换至该方案所需的前置设备条件、联锁许可信息和设备执行状态确认信息；由当前运行状态向目标运行方案调整时，每个控制周期仅实施一次泵组启停或一次流量设定值调整，并在取得与控制指令相符的所述设备执行状态确认信息和稳定运行数据后，重新校核各候选门层；无法取得可核验的所述联锁许可信息时，仅输出建议调整方案和人工确认请求，禁止自动发出设备动作指令。

10、s5、每次门层、泵组或流量动作完成后，取得与控制指令相符的设备执行状态确认信息和稳定运行数据，重新确定满足安全条件的候选门层及后续控制措施。

11、s6、出现水力安全边界数据不匹配、输入数据失效、通信中断、位置反馈异常、执行机构故障或动作超时情况，禁止自动提高门顶高程，并输出保持或降低门顶高程、降低取水流量、停泵、报警或人工接管中的至少一种安全处置请求；当取水流量高于水力安全边界数据覆盖的最大流量节点时，禁止使用该水力安全边界数据提高门顶高程，并输出降低取水流量请求或超范围报警；当取水流量低于最小流量节点时，采用最小流量节点对应的安全边界值，或者采用经单独验证的低流量安全边界数据。

12、进一步地，步骤s2中，确定所述候选门层对应的门顶高程步骤为：

13、s2.1、当各叠梁门的单层高度相等时，设经校核的零层门顶高程为

z

b、单层高度为

h

b、候选门层

i的层数为

n

i，则所述候选门层的门顶高程

z

g,i=

z

b+

n

i·

h

b；

14、s2.2、当各叠梁门的单层高度不相等时，直接采用经现场复测或设计校核确认的各候选门层门顶高程。

15、可选择地，步骤s3中，对于相同的所述泵组运行组合、进口几何配置和候选门位配置，将递增排列的流量节点

q

1至

q

m所对应的原始安全边界值

s*

i,1至

s*

i,m按偏安全原则进行单调修正，使修正后的安全边界值

s̄

i,j随流量增大保持不变或增大，且等于或大于对应的原始安全边界值。进一步地，所述修正后的安全边界值

s̄

i,j满足

s̄

i,j=max{

s*

i,k｜1≤

k≤

j}，并在相邻流量节点之间通过线性插值确定候选门层

i的边界淹没深度

s

lim,i。

16、进一步地，步骤s3中，经验证的所述水力安全边界数据是指：通过物理模型试验、经物理模型试验或现场量测数据验证的数值模拟、受控现场标定中的至少一种方式建立；在泵组运行组合、进口几何配置、候选门位配置和流量节点相同的条件下，按照门顶淹没深度由大到小布置验证工况；当某一工况首次没有满足预先确定的安全判据时，将其前一个满足全部安全判据的最近工况所对应的所述门顶淹没深度作为原始安全边界值；没有所述最近工况时，将该条件下的水力安全边界数据记为无效。

17、进一步地，所述安全判据包括空气卷吸判据、门顶局部流速判据和综合水头损失判据中的至少两项；各安全判据的检测方法和允许值由目标工程的验证方案确定，验证工况仅在所采用的全部安全判据均满足要求时被判定为合格。

18、可选择地，步骤s3中，各所述水力安全边界数据均注明安全裕度的计入方式：当验证阶段已将水位测量误差、门顶高程误差和边界识别不确定度计入安全边界值时，不再重复增加修正量；未计入时，在所述边界淹没深度

s

lim,i的基础上增加经确认的非负修正量

δ

s

i，得到所需安全淹没深度

s

req,i；未注明安全裕度计入方式且未给出所述非负修正量

δs

i时，不采用该边界数据进行自动提门判断；当进口断面、门槽配置、拦污栅配置、门顶高程或候选门位对应关系发生变化，导致当前运行条件与水力安全边界数据注明的适用条件不一致时，停止使用水力安全边界数据。

19、本发明所述的岸塔式取水口叠梁门与泵组流量联合控制系统，包括：

20、水位测量接口、流量测量接口、泵组状态接口、叠梁门位置反馈接口、执行机构状态接口、水力安全边界数据单元、联合控制单元、门机控制接口、泵组控制接口和报警接口。

21、所述水力安全边界数据单元存储经验证的水力安全边界数据，各所述水力安全边界数据分别注明适用的泵组运行组合、进口几何配置、候选门位配置和流量节点。

22、所述联合控制单元分别与所述水位测量接口、流量测量接口、泵组状态接口、叠梁门位置反馈接口和执行机构状态接口连接，并通过所述门机控制接口、泵组控制接口和报警接口输出控制信号或安全处置请求。

23、联合控制单元被配置为执行本发明所述岸塔式取水口叠梁门与泵组流量联合控制方法的各步骤；联合控制单元可以选择工控机、单片机或其它工业控制器。

24、本发明针对每一候选门位分别采用对应的水力安全边界，能够减少因门位改变后仍沿用当前门位或统一门位边界而造成的安全误判。若当前运行条件下不存在安全门层时，利用同一套边界数据校核泵组—流量调整方案，使目标运行方案同时满足供水要求、门层安全条件和现场联锁要求。通过相邻单层调整、动作后重新校核和异常时禁止自动提高门顶高程，大大降低了阈值附近反复动作以及异常条件下向不安全方向调整的风险。