，，

(1. 甘肅省水利廳討賴河流域水資源管理局，甘肅 酒泉 735000；2. 酒泉市三元水電開發(fā)有限公司，甘肅 酒泉 735000)

運(yùn)行管理

水電站流量系統(tǒng)在水資源調(diào)度管理中的應(yīng)用

薛萬功1，劉開清1，魏三澤2

(1. 甘肅省水利廳討賴河流域水資源管理局，甘肅 酒泉 735000；2. 酒泉市三元水電開發(fā)有限公司，甘肅 酒泉 735000)

水電站流量系統(tǒng)是以前沿的大數(shù)據(jù)框架，對(duì)水電站流量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理的應(yīng)用平臺(tái)。打破了傳統(tǒng)軟件平臺(tái)數(shù)據(jù)不能共享、業(yè)務(wù)不能互動(dòng)、功能不能充分體現(xiàn)的壁壘。本文在系統(tǒng)闡釋水電站流量系統(tǒng)概念、模型及原理的基礎(chǔ)上，介紹了涉及水電站的各類流量計(jì)算方法，并提出了軟件平臺(tái)建設(shè)的實(shí)現(xiàn)方案，為水電信息化與水利信息化提供了新的思路。

水電站；流量系統(tǒng)；調(diào)度管理；應(yīng)用

1 概 述

討賴河流域流經(jīng)青海省祁連縣和甘肅省張掖市肅南縣、嘉峪關(guān)市、酒泉市肅州區(qū)、金塔縣。討賴河干流首尾落差大，蘊(yùn)藏著豐富的水能資源。討賴河干流上目前已建成鏡鐵山一級(jí)、鏡鐵山二級(jí)、鏡鐵山三級(jí)、東水峽、冰溝、北干渠、南干渠、鴛鴦池、解放村9座水電站。由于水電站多而分散，日常水資源調(diào)度管理遵照“電調(diào)服從水調(diào)”模式運(yùn)行，但此種模式對(duì)水資源流動(dòng)過程的管控能力較低，尤其是對(duì)水電站附近河流斷面的流量難以估算和控制，出現(xiàn)間歇性流量波動(dòng)，無法滿足水資源精準(zhǔn)調(diào)度的要求。在高度重視流域生態(tài)文明建設(shè)、確保水電開發(fā)生態(tài)基流足額下泄的前提下，精準(zhǔn)控制生態(tài)流量、堰流、閘口出流量尤為重要。研發(fā)的水電站流量系統(tǒng)完美解決了上述問題，打破了傳統(tǒng)軟件平臺(tái)數(shù)據(jù)不能共享、業(yè)務(wù)不能互動(dòng)、功能不能充分體現(xiàn)的壁壘，為涉及水電開發(fā)河流的水資源調(diào)度與管理提供了新的思路。

2 水電站流量系統(tǒng)的概念及原理

2.1 水電站流量系統(tǒng)的概念

水電站流量系統(tǒng)，是指上游來水或水電站下泄流量和區(qū)間匯流構(gòu)成本站來流量，本站下泄流量包括過機(jī)組引用發(fā)電流量，下泄生態(tài)基流流量，過閘、過壩、過堰流量等(見圖1)。

圖1 水電站流量系統(tǒng)模型

2.2 水電站流量系統(tǒng)模型原理

庫容變化與本站來流和下泄流量形成嚴(yán)格的邏輯閉環(huán)。當(dāng)來流大于下泄流量時(shí)，經(jīng)過時(shí)間T后，水位上升；當(dāng)來流小于下泄流量時(shí)，經(jīng)過時(shí)間T后，水位下降。即

V末-V初=(Q來-Q泄)ΔT

式中V末——ΔT時(shí)間終了時(shí)水庫庫容，m3；

V初——ΔT時(shí)間初始的水庫庫容，m3；

Q來——上游來流流量，含上游電站下泄流量及區(qū)間匯流，m3/s；

Q泄——本站下泄流量，含過機(jī)、生態(tài)、過閘、過堰等流量，m3/s。

由上式可得

Q來=(V末-V初)/ΔT+Q泄

上式中下泄流量的各子項(xiàng)，包括過機(jī)、生態(tài)、過閘、過堰的流量都是可以計(jì)算確定的，而庫容變化也可根據(jù)水位-庫容曲線查解，從而可計(jì)算上游來流量，形成水電站來流和下泄流量的整體解算系統(tǒng)。

3 水電站各種下泄流量計(jì)算方法

3.1 機(jī)組引水發(fā)電流量

水電站過機(jī)下泄流量為多臺(tái)機(jī)組單機(jī)下泄流量之和，單臺(tái)機(jī)組下泄計(jì)算公式流量如下：

Q=N/(9.81Hζ1ζ2)

式中Q——水輪機(jī)過機(jī)流量，m3/s；

N——機(jī)組有功功率，由水電站自動(dòng)化系統(tǒng)功率表采集得到，kW；

H——水輪機(jī)做功水頭，是與水庫水位、尾水位、沿程損失和局部損失有關(guān)的參數(shù)，m；

ζ1——水輪機(jī)效率，由水輪機(jī)綜合特性曲線查得；此處存在一個(gè)難點(diǎn)，即水輪機(jī)綜合特性數(shù)字化；

ζ2——發(fā)電機(jī)效率，為定值，數(shù)值由發(fā)電機(jī)制造廠提供。

水電站過機(jī)流量是與庫水位有關(guān)的函數(shù)。工程上，通過庫區(qū)水位計(jì)、有功功率表的數(shù)據(jù)采集及水輪機(jī)綜合特性曲線數(shù)字化(見圖2)，按照上述算法精準(zhǔn)解算實(shí)時(shí)過機(jī)流量。

圖2 水輪機(jī)綜合特性曲線

3.2 生態(tài)流量、堰流、閘口出流算法

水電站生態(tài)流下泄、溢流堰下泄及閘口出流均采用水力學(xué)的斷面流速法進(jìn)行計(jì)算，即

Q=kAv

式中Q——生態(tài)流量，m3/s；

A——過流斷面面積，m2，是與管道直徑、閘門開度等有關(guān)的函數(shù)；

v——流速，m/s，是與水庫水位有關(guān)的函數(shù)；

k——流量系數(shù)。

水電站生態(tài)流量、堰流、閘口出流是與庫水位、管道直徑、閘門開度有關(guān)的函數(shù)。工程上，通過庫區(qū)水位計(jì)、閘門開度儀數(shù)據(jù)的采集，按照上述算法即可精準(zhǔn)解算實(shí)時(shí)生態(tài)流量、堰流和閘口出流。

4 軟件平臺(tái)建設(shè)

4.1 軟件平臺(tái)系統(tǒng)拓?fù)鋱D及其實(shí)現(xiàn)方案

各電站自動(dòng)化系統(tǒng)傳感器將采集到的水位、功率、流速、開度等數(shù)據(jù)上傳到管控平臺(tái)，軟件平臺(tái)進(jìn)行來流和下泄的總流量及各分項(xiàng)流量計(jì)算，形成為水電站、水務(wù)部門、水文部門、流域管理機(jī)構(gòu)提供水電站流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)平臺(tái)，從而實(shí)行多平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，建立起實(shí)時(shí)、集成、動(dòng)態(tài)職能的水信息互聯(lián)系統(tǒng)，支撐水資源精準(zhǔn)預(yù)報(bào)和風(fēng)險(xiǎn)控制，從而實(shí)現(xiàn)水資源的高效管理和調(diào)度(見圖3)。

圖3 軟件平臺(tái)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

4.2 平臺(tái)的功能與特點(diǎn)

用戶按不同的用戶名、密碼以不同的權(quán)限登陸平臺(tái)，享受服務(wù)(見圖4)；平臺(tái)能夠自動(dòng)接收分布在全流域范圍內(nèi)各斷面子站定時(shí)發(fā)送來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(見圖5)；平臺(tái)讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和自記數(shù)據(jù)，自動(dòng)補(bǔ)齊數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；平臺(tái)具有數(shù)據(jù)可視化、報(bào)表、預(yù)警等功能(見圖6)。

圖4 平臺(tái)總覽界面

圖5 冰溝電站來流與過機(jī)下泄流量

圖6 冰溝電站生態(tài)流量可視化

4.3 平臺(tái)的未來發(fā)展

未來將在水電流域數(shù)字化平臺(tái)基礎(chǔ)上逐步增加地表水、地下水、渠道、水庫及取水用戶數(shù)據(jù)信息，在防汛、抗旱、工農(nóng)業(yè)用水、工程管理等領(lǐng)域進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)信息采集存儲(chǔ)自動(dòng)化，數(shù)據(jù)分析科學(xué)化，決策支持?jǐn)?shù)字化，調(diào)度指揮現(xiàn)代化，提升流域治理開發(fā)、保護(hù)與管理的能力水平，為數(shù)字流域乃至智慧流域建設(shè)的目標(biāo)提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

5 結(jié) 語

水電站流量系統(tǒng)以經(jīng)典的水力模型、理論為依據(jù)，以實(shí)際的水電站工程經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，在前沿的大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)架下開發(fā)應(yīng)用，具有投資規(guī)模小、數(shù)據(jù)解算精度高、軟硬件系統(tǒng)穩(wěn)定、平臺(tái)開放可擴(kuò)張等諸多優(yōu)點(diǎn)，是水資源規(guī)劃和應(yīng)用的核心和基石，也是水資源管理低成本、高效率的技術(shù)手段，可作為數(shù)字水利和智慧流域建設(shè)的基礎(chǔ)模塊。

[1] 王全亮,張曉林,戈鵬.基于智能聯(lián)合調(diào)度的流域梯級(jí)電站集控中心信息化管理[J].中國管理信息化,2016(3).

[2] 李娜,孫建會(huì),朱趙輝,等.通用安全監(jiān)測(cè)信息管理與分析系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].水利水電技術(shù),2013(2).

[3] 馮鈞,許瀟,唐志賢,等.水利大數(shù)據(jù)及其資源化關(guān)鍵技術(shù)研究[J].水利信息化,2013(4).

[4] 李宏國.水洛河流域集控中心建設(shè)與運(yùn)行管理模式探討[J].四川水力發(fā)電,2013(S1).

ApplicationofHydropowerStationFlowSysteminWaterResourceDispatchingManagement

XUE Wangong1, LIU Kaiqing1, WEI Sanze2

(1.GansuWaterResourcesDepartmentTaolaiheRiverBasinWaterResourcesAdministration,Jiuquan735000,China;2.JiuquanSanyuanHydroelectricDevelopmentCo.,Ltd.,Jiuquan735000,China)

The flow system of hydropower station is an application platform of collecting and processing flow data of hydropower station by cutting-edge big data frame. The defects of traditional software platform are broken, for example the data cannot be shared, the business cannot be interacted, and the function cannot be fully reflected. In the paper, different flow calculation methods of hydropower stations are introduced on the basis of systematically expounding the hydropower station flow system concept, model and principle, and the realization plan of software platform construction is proposed, thereby providing new thought for hydropower informatization and water resources informatization.

hydropower station; flow system; dispatching management; application

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.011.006

TV736

B

1673-8241(2017)011-0020-04