一种径流式水电站前池水位优化调平方法和系统与流程

1.本发明涉及水利工程，具体涉及一种径流式水电站前池水位优化调平方法和系统。


背景技术：

2.径流式水电站无法对来流进行有效调节，其水电站的用水需与来水相适应，如果来水与用水不匹配，会通过压力前池水位变化进行体现，例如压力前池水位上涨，则说明来水大于用水，如果压力前池水位下降，则说明来水小于用水。
3.前池水位的波动，不仅会影响机组稳定性，还会降低发电水头，影响发电效益。为了实现对压力前池水位的控制，一些水电站通过在压力前池装设水位计，实现对水位的观测，并在水位上涨时，增加机组出力，水位下降时，减少机组出力，但是其需要根据人工经验判断，无法给出有效的控制方法，其对水位的控制效果有限。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的问题，提供一种径流式水电站前池水位优化调平方法和系统。
5.本发明提供一种径流式水电站前池水位优化调平方法，所述径流式水电站包括压力前池、引水系统、水轮机、发电机、尾水系统、调速器，所述压力前池、引水系统、水轮机和尾水系统依次连接，所述发电机与所述水轮机连接，且一一对应设置，所述调速器与水轮机连接，用于增减水轮机的导叶开度，所述调速器与水轮机一一对应设置，所述压力前池上设置有水位采集装置，所述发电机连接有出力采集装置，所述调速器上设置有调速器控制装置，所述调速器控制装置用于控制调速器增加所述水轮机的导叶开度或减少水轮机的导叶开度；其特征在于：所述优化调平方法包括如下步骤：s1：设定压力前池的水位限值，并采集压力前池水位；s2：对采集的压力前池水位进行判断，不触发水位限值时，不动作；当触发水位限值时，计算需要调整的出力值，所述需要调整的出力值的计算方法为：触发水位限值时的水位增速乘以计算系数得到所述需要调整的出力值；当水位上涨时，所述需要调整的出力值为正值，当水位下降时，所述需要调整值的出力值为负值；s3：当采集到的压力前池水位触发水位限值，且计算出需要调整的出力值时，进行如下判断：s31：根据发电机连接的出力采集装置，判断水轮发电机的开机状态，当出力采集装置采集到的发电机出力小于最小开机值时，认为水轮发电机未开机；s32：根据发电机连接的出力采集装置，按照发电机的出力大小，对开机的水轮发电机进行排序；s33：当需要调整值的出力值为正值时，选择第一水轮发电机对应的调速器，并使调速器控制装置控制调速器增加所述需要调整的出力值；所述第一水轮发电机的选择是：
所有开机的水轮发电机中，出力最小的水轮发电机；当需要调整值的出力值为负值时，选择第二水轮发电机对应的调速器，并使调速器控制装置控制调速器减少所述需要调整的出力值；所述第二水轮发电机的选择是：所有开机的水轮发电机中，出力最大的水轮发电机；s34：当需要增加所述需要调整的出力值时，如果选中的第一水轮发电机的当前出力加上所述需要调整的出力值超出其最大出力限制时，将其出力增加至最大出力限制；当需要减少所述需要调整的出力值时，如果选中的第二水轮发电机的当前出力减去所述需要调整的出力值超出其最小出力限制时，将其出力减少至最小出力限制。
6.作为优选，s2中所述的水位增速计算方法为：触发水位限值时的水位与该时刻前一时刻的水位值的差值，除以时刻的差值；所述时刻的差值为3分钟或5分钟。
7.作为优选，对于s2中的所述水位增速设置最小值和最大值，当计算得到的水位增速小于最小值时，取水位增速为0，当计算得到的水位增速大于最大值时，取水位增速等于最大值。
8.作为优选，所述最小出力限制为机组额定装机容量的30%，所述最大出力限制为机组的额定装机容量。
9.作为优选，s2中的计算系数可根据压力前池面积、布置形式和水轮机的发电水头综合确定。
10.作为优选，s2中的计算系数为：所述压力前池的面积乘以水轮机发电水头再乘以综合出力系数。
11.作为优选，所述综合出力系数取7.5
‑
8.5。
12.作为优选，所述水位限值包括第一运行水位、第二运行水位，其中第一运行水位高于第二运行水位。
13.一种采用上述的径流式水电站前池水位优化调平方法的系统，所述系统包括水位采集装置、出力采集装置、调速器控制装置和优化调平控制装置，其中水位采集装置设置在压力前池上，用于采集压力前池水位，出力采集装置设置在发电机上，用于采集发电机的出力；所述调速器控制装置与调速器连接，用于控制调速器动作，以增加或减少水轮机导叶的开度，所述优化调平控制装置分别与水位采集装置、出力采集装置、调速器控制装置连接，并通过采集到的压力前池水位、发电机的出力，根据上述的径流式水电站前池水位优化调平方法，通对调速器控制装置对调速器进行控制。
14.作为优选，所述系统包括远程控制终端，所述远程控制终端与所述优化调平控制装置连接，所述远程控制终端为手机或者计算机。
15.本发明的工作原理为：在压力前池上设置水位采集装置，例如水位计，以实时监测压力前池水位，对于前池水位，设置限值，触发水位限值，即水位到达水位限值，当设置有第一水位和第二水位时，且第一水位高于第二水位时，可以认为第一水位为正常运行最高水位，第二水位为正常运行最低水位，则触发水位限值，即水位上涨至第一水位时，或者水位下降至第二水位时，进行控制；对于精确控制，也可以选择为只要触发水位限值即进行判断，则该工况下，凡是水位到达水位限值（无论上升下降），都要进行动作。
16.通过该水位控制，可以防止水位越界，可以将前池水位控制在水位限值区间内，从
而实现高水位运行；在需要调整机组出力时，如果需要增加负荷，则选择出力最小的机组进行调整，由于该机组出力较小，其一般位于低效运行区，选择该机组调整，可以快速使得该机组的运行向高效区转移；当需要降低出力的时候，选择出力最大的机组进行调整，该机组出力较大，一般位于高效运行区间，选择该机组调整，不会影响出力较小的机组，一般工况下，该调整方法均为较为有利的调整方法，可以整体保证机组的高效运行。
17.通过该调整方法，可以实现机组出力的调整，并通过设置最小限制出力和最大限制出力，还可以保证机组运行的安全性，在保证前池水位的高水位运行的情况下，还可以实现对机组的自动最优调整，便于实现机组的智能高水位运行，如果设置远程控制终端，还可以实现远程智能控制，可以有效提高电站的运行性能和智能化管理水平。
18.本发明的优点在于：本发明提供一种径流式水电站前池水位优化调平方法和系统，通过采集压力前池的水位以及各水轮发电机的出力，并对水位进行判断，在水位触发水位限值时，计算需要调整的出力值，并根据监测的各水轮发电机的出力，得出需要调整的机组，并进行调整，以保证前池水位稳定在高水位运行。
19.通过应用该方法和系统，可以维持压力前池的恒定高水位运行，提高发电水头，保证机组的稳定运行，在需要对机组出力进行调整时，通过对现有出力的比较，可以选择相应机组调整，避免人工经验误差，便于实现自动化的管理；设置最大出力限制和最小出力限制，可以保证机组调整时的运行安全，设置远程控制终端，可以提高电站的远程管理水平和智能化运维水平。
附图说明
20.图1为本发明的控制流程图。
具体实施方式
21.以下针对说明书附图内容，对本发明限定的结构，进行具体的解释说明。
22.本发明提供一种径流式水电站前池水位优化调平方法，所述径流式水电站包括压力前池、引水系统、水轮机、发电机、尾水系统、调速器，所述压力前池、引水系统、水轮机和尾水系统依次连接，所述发电机与所述水轮机连接，且一一对应设置，所述调速器与水轮机连接，用于增减水轮机的导叶开度，所述调速器与水轮机一一对应设置，所述压力前池上设置有水位采集装置，所述发电机连接有出力采集装置，所述调速器上设置有调速器控制装置，所述调速器控制装置用于控制调速器增加所述水轮机的导叶开度或减少水轮机的导叶开度；其特征在于：所述优化调平方法包括如下步骤：s1：设定压力前池的水位限值，并采集压力前池水位；s2：对采集的压力前池水位进行判断，不触发水位限值时，不动作；当触发水位限值时，计算需要调整的出力值，所述需要调整的出力值的计算方法为：触发水位限值时的水位增速乘以计算系数得到所述需要调整的出力值；当水位上涨时，所述需要调整的出力值为正值，当水位下降时，所述需要调整值的出力值为负值；s3：当采集到的压力前池水位触发水位限值，且计算出需要调整的出力值时，进行如下判断：
s31：根据发电机连接的出力采集装置，判断水轮发电机的开机状态，当出力采集装置采集到的发电机出力小于最小开机值时，认为水轮发电机未开机；s32：根据发电机连接的出力采集装置，按照发电机的出力大小，对开机的水轮发电机进行排序；s33：当需要调整值的出力值为正值时，选择第一水轮发电机对应的调速器，并使调速器控制装置控制调速器增加所述需要调整的出力值；所述第一水轮发电机的选择是：所有开机的水轮发电机中，出力最小的水轮发电机；当需要调整值的出力值为负值时，选择第二水轮发电机对应的调速器，并使调速器控制装置控制调速器减少所述需要调整的出力值；所述第二水轮发电机的选择是：所有开机的水轮发电机中，出力最大的水轮发电机；s34：当需要增加所述需要调整的出力值时，如果选中的第一水轮发电机的当前出力加上所述需要调整的出力值超出其最大出力限制时，将其出力增加至最大出力限制；当需要减少所述需要调整的出力值时，如果选中的第二水轮发电机的当前出力减去所述需要调整的出力值超出其最小出力限制时，将其出力减少至最小出力限制。
23.设置最小开机值的目的是为了避免出力采集装置的采集误差，例如对于1000kw的机组，认为最小开机值为50kw或100kw，则当由于出力采集装置采集到的5kw、10kw等较小的出力时，可以认为该水轮发电机未开机。
24.作为优选，s2中所述的水位增速计算方法为：触发水位限值时的水位与该时刻前一时刻的水位值的差值，除以时刻的差值；所述时刻的差值为3分钟或5分钟；对于该水位增速的计算，其公式可以表达为（ht1
‑
ht2）/（t2
‑
t1）；其表示在时间段内，水位变化的快慢程度；作为优选，对于s2中的所述水位增速设置最小值和最大值，当计算得到的水位增速小于最小值时，取水位增速为0，当计算得到的水位增速大于最大值时，取水位增速等于最大值；在该步骤中，如果水位增速很小，则可以认为水位稳定，可不进行调整；如果水位增速很大，则取最大值，以防止出现较大幅度的调整；作为优选，所述最小出力限制为机组额定装机容量的30%，所述最大出力限制为机组的额定装机容量；设置最小出力限制和最大出力限制，是为了防止因为调整造成机组出力过大或过小，如果机组出力过大，则造成超发，如果机组出力过小，则容易引起振动等，都不利于机组稳定，因此调整的时候需要进行限制。
25.作为优选，s2中的计算系数可根据压力前池面积、布置形式和水轮机的发电水头综合确定。
26.作为优选，s2中的计算系数为：所述压力前池的面积乘以水轮机发电水头再乘以综合出力系数；对于运行一段时间的水电站而言，也可以采用大数据率定的方法，根据水位增速率定该计算系数。
27.其计算原理是：水位增速乘以压力前池的面积可以得到电站少用或者多用的流量，按照该流量乘以水轮机发电水头再乘以综合出力系数得到大概的机组出力值。
28.作为优选，所述综合出力系数取7.5
‑
8.5，该综合出力系数取值为重力加速度乘以水轮机的综合效率近似得到。
29.作为优选，所述水位限值包括第一运行水位、第二运行水位，其中第一运行水位高
于第二运行水位；在运行中，所述第一运行水位为压力前池的最高运行水位，第二运行水位为压力前池的最低运行水位，两个水位之间即为正常的运行高水位；根据需要，也可以增加第三运行水位或者第四运行水位；其中对于高水位和低水位，触发可以为超出高水位或者低于低水位，对于高水位和低水位之间的中间水位，触发可以为上升以及下降至中间水位。
30.一种采用上述的径流式水电站前池水位优化调平方法的系统，所述系统包括水位采集装置、出力采集装置、调速器控制装置和优化调平控制装置，其中水位采集装置设置在压力前池上，用于采集压力前池水位，出力采集装置设置在发电机上，用于采集发电机的出力；所述调速器控制装置与调速器连接，用于控制调速器动作，以增加或减少水轮机导叶的开度，所述优化调平控制装置分别与水位采集装置、出力采集装置、调速器控制装置连接，并通过采集到的压力前池水位、发电机的出力，根据上述的径流式水电站前池水位优化调平方法，通对调速器控制装置对调速器进行控制。
31.作为优选，所述系统包括远程控制终端，所述远程控制终端与所述优化调平控制装置连接，所述远程控制终端为手机或者计算机；利用远程控制终端实现控制时，需要设置无线传输，从而实现远程控制，提高系统的智能化控制水平。
32.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。