，，

(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)

運行管理

水電站流量系統(tǒng)在水資源調(diào)度管理中的應用

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，對水電站流量數(shù)據(jù)進行采集處理的應用平臺。打破了傳統(tǒng)軟件平臺數(shù)據(jù)不能共享、業(yè)務不能互動、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、模型及原理的基礎上，介紹了涉及水電站的各類流量計算方法，并提出了軟件平臺建設的實現(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、嘉峪關市、酒泉市肅州區(qū)、金塔縣。討賴河干流首尾落差大，蘊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、鏡鐵山二級、鏡鐵山三級、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)”模式運行，但此種模式對水資源流動過程的管控能力較低，尤其是對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，無法滿足水資源精準調(diào)度的要求。在高度重視流域生態(tài)文明建設、確保水電開發(fā)生態(tài)基流足額下泄的前提下，精準控制生態(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)軟件平臺數(shù)據(jù)不能共享、業(yè)務不能互動、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)間匯流構成本站來流量，本站下泄流量包括過機組引用發(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格的邏輯閉環(huán)。當來流大于下泄流量時，經(jīng)過時間T后，水位上升；當來流小于下泄流量時，經(jīng)過時間T后，水位下降。即

V末-V初=(Q來-Q泄)ΔT

式中V末——ΔT時間終了時水庫庫容，m3；

V初——ΔT時間初始的水庫庫容，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、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，包括過機、生態(tài)、過閘、過堰的流量都是可以計算確定的，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算方法

3.1 機組引水發(fā)電流量

水電站過機下泄流量為多臺機組單機下泄流量之和，單臺機組下泄計算公式流量如下：

Q=N/(9.81Hζ1ζ2)

式中Q——水輪機過機流量，m3/s；

N——機組有功功率，由水電站自動化系統(tǒng)功率表采集得到，kW；

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

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

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

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

圖2 水輪機綜合特性曲線

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的斷面流速法進行計算，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、閘門開度等有關的函數(shù)；

v——流速，m/s，是與水庫水位有關的函數(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、閘門開度有關的函數(shù)。工程上，通過庫區(qū)水位計、閘門開度儀數(shù)據(jù)的采集，按照上述算法即可精準解算實時生態(tài)流量、堰流和閘口出流。

4 軟件平臺建設

4.1 軟件平臺系統(tǒng)拓撲圖及其實現(xiàn)方案

各電站自動化系統(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，軟件平臺進行來流和下泄的總流量及各分項流量計算，形成為水電站、水務部門、水文部門、流域管理機構提供水電站流量監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎平臺，從而實行多平臺聯(lián)動，建立起實時、集成、動態(tài)職能的水信息互聯(lián)系統(tǒng)，支撐水資源精準預報和風險控制，從而實現(xiàn)水資源的高效管理和調(diào)度(見圖3)。

圖3 軟件平臺系統(tǒng)拓撲圖

4.2 平臺的功能與特點

用戶按不同的用戶名、密碼以不同的權限登陸平臺，享受服務(見圖4)；平臺能夠自動接收分布在全流域范圍內(nèi)各斷面子站定時發(fā)送來的實時數(shù)據(jù)(見圖5)；平臺讀取實時數(shù)據(jù)和自記數(shù)據(jù)，自動補齊數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；平臺具有數(shù)據(jù)可視化、報表、預警等功能(見圖6)。

圖4 平臺總覽界面

圖5 冰溝電站來流與過機下泄流量

圖6 冰溝電站生態(tài)流量可視化

4.3 平臺的未來發(fā)展

未來將在水電流域數(shù)字化平臺基礎上逐步增加地表水、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、工程管理等領域進行拓展，實現(xiàn)信息采集存儲自動化，數(shù)據(jù)分析科學化，決策支持數(shù)字化，調(diào)度指揮現(xiàn)代化，提升流域治理開發(fā)、保護與管理的能力水平，為數(shù)字流域乃至智慧流域建設的目標提供可靠的技術依據(jù)。

5 結 語

水電站流量系統(tǒng)以經(jīng)典的水力模型、理論為依據(jù)，以實際的水電站工程經(jīng)驗為基礎，在前沿的大數(shù)據(jù)技術構架下開發(fā)應用，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、平臺開放可擴張等諸多優(yōu)點，是水資源規(guī)劃和應用的核心和基石，也是水資源管理低成本、高效率的技術手段，可作為數(shù)字水利和智慧流域建設的基礎模塊。

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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