一种梯级泵站系统调水工程泵站优化调度方法

摘要

本发明公开了一种梯级泵站系统调水工程泵站优化调度方法，通过确定渠首及各级泵站流量变化量，建立水力学模型，上游边界为固定流量，下游边界为固定水位，待模型稳定后，改变上游流量，计算下游泵站流量的变化过程，根据下游泵站站前流量变化过程，采用逆向思维的方式确定出最优的调控时间，最终系统的最优调控方案。优点是：能够根据实际工况确定出最优的调控时间和流量，减少站前水位的波动，防止出现渠道漫溢、泵站前池抽干、泵站出口淹没深度不足等现象，减少水泵机组振动、运行效率下降、渠道衬砌破坏等工程问题，为实际调度提供科学依据和技术支撑。

说明书

技术领域

本发明涉及梯级泵站系统调水工程技术领域，尤其涉及一种梯级泵站系统调水工程泵站优化调度方法。

背景技术

梯级泵站系统调水工程是解决区域性水资源供需矛盾，实现水资源合理配置的重要手段。准确合理的调控泵站是实现梯级泵站系统调水工程的安全稳定和高效经济运行的关键，也是国内外梯级泵站系统调水工程研究的重点问题。

目前梯级泵站系统调水工程优化调度主要集中于提高泵站的运行效率，减少泵站运行费用，很少考虑泵站的安全问题，且泵站的优化运行主要针对特定工况，很少考虑工况切换的情况。在实际调水工程运行中经常会出现因需水量变化而改变渠道流量的情况。当渠道流量发生变化时，如果调控不当，极易引起渠道漫溢、泵站前池抽干等现象，进而诱发水泵机组振动、渠道衬砌破坏等工程问题。针对这些问题，我们提出了一种简单高效的泵站最优调控方法。能够合理的给出沿程泵站的最优调控时间和流量。

对于如何确定梯级泵站系统调水工程中泵站的最优调控时间和流量，并未查到相关文献报道，已有的方法技术无法为梯级泵站系统调水工程的最优调控提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯级泵站系统调水工程泵站优化调度方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种梯级泵站系统调水工程泵站优化调度方法，系统包括N座泵站和N+1个渠段；优化调度方法包括如下步骤，

S1、确定渠首和各座泵站的流量变化量；

S2、计算第i+1座泵站理想状态下的流量变化过程；

S3、计算第i座到i+1座泵站的调控时间；

S4、重复步骤S2至S3，依次计算任意相邻两个泵站间的调控时间；

S5、确定整个系统的最优调控方案。

优选的，步骤S1具体为，

为维持系统稳定，在各级泵站流量调整后，系统应为流量平衡状态；考虑沿线水量损失，上游第i-1座泵站的流量变化量ΔQ

其中，ΔQ

第i+1座泵站的流量变化量ΔQ

其中，

渠首入口断面的流量变化量ΔQ

优选的，步骤S2具体为，

以第i座泵站的流量变化过程Q

优选的，步骤S3具体为，

S31、假设渠段初始状态为相对稳定的恒定非均匀流；

S32、确定流量开始达到时间t1；具体方式为以下游泵站站前流量增加变化流量的1％作为开始流量到达的标志；

S33、确定流量完全达到时间t3；具体方式为以下游泵站站前流量增加变化流量的99％作为完全流量到达的标志；

S34、确定泵站最优调控时间t2；具体方式为由于泵站前池具有一定的调蓄空间，且上游来水流量不受下游泵站的影响，故同一时段内相同的泵站抽水量引起的水位变幅相同；则在理想情景下，下游泵站在变化时段t1～t3内的理想抽水量ΔV

在实际调控时，时段t1～t3内的泵站抽水量ΔV

S35、第i座到i+1座泵站的调控时间

优选的，步骤S5具体为，当第i座泵站的流量调整时刻确定后，利用两泵站间的调控时间，依次确定其上游及下游泵站的流量调整时间，并结合步骤S1中确定的各泵站的流量变化量，即可确定整个系统的最优调控方案。

本发明的有益效果是：1、在梯级泵站调水工程中，确定渠首及各级泵站流量变化量，建立水力学模型，上游边界为固定流量，下游边界为固定水位，待模型稳定后，改变上游流量，计算下游流量的变化过程，根据下游泵站站前流量变化过程，采用逆向思维的方式确定出泵站的最优调控时间，结合泵站流量的变化确定出梯级泵站最优调控方案。2、本方法适用于梯级泵站调水工程流量发生变化需要各级泵站机组做出调整的情况。能够根据实际工况确定出最优的调控方案，减少站前水位的波动，防止出现渠道漫溢(冒池)、泵站前池抽干、泵站出口淹没深度不足等现象，减少水泵机组振动、运行效率下降、渠道衬砌破坏等工程问题，为实际调度提供科学依据和技术支撑。

附图说明

图1是本发明实施例中梯级泵站系统调水工程泵站优化调度流程示意图；

图2是本发明实施例中第i+1泵站实际流量过程和第i+1泵站理想流量过程示意图；

图3是本发明实施例中梯级泵站调水工程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，本实施例中，提供了一种梯级泵站系统调水工程泵站优化调度方法，系统包括N座泵站和N+1个渠段；优化调度方法包括如下步骤，

S1、确定渠首和各座泵站的流量变化量；

S2、计算第i+1座泵站理想状态下的流量变化过程；

S3、计算第i座到i+1座泵站的调控时间；

S4、重复步骤S2至S3，依次计算任意相邻两个泵站间的调控时间；

S5、确定整个系统的最优调控方案。

本实施例中，梯级泵站系统调水工程如图3所示。梯级泵站系统由N座泵站和N+1个渠段组成。假设在流量发生变化之前，全线水位和流量维持稳定且已知。第i座泵站在t时刻的流量调整计划为ΔQ

则针对上述调水工程，确定渠首及各级泵站流量变化量，建立水力学模型，上游边界为固定流量，下游边界为固定水位，待模型稳定后，改变上游流量，计算下游流量的变化过程，根据下游泵站站前流量变化过程，采用逆向思维的方式确定出最优的调控时间，进而制定出整个系统的最优调控方案。

本实施例中，步骤S1具体为，

为维持系统稳定，在各级泵站流量调整后，系统应为流量平衡状态；考虑沿线水量损失，上游第i-1座泵站的流量变化量ΔQ

其中，ΔQ

第i+1座泵站的流量变化量ΔQ

其中，

渠首入口断面的流量变化量ΔQ

本实施例中，步骤S2具体为，

以第i座泵站的流量变化过程Q

本实施例中，在实际工程中泵站流量调节具有阶梯性、突变性，无法完全按照理想的流量过程进行调节。因此，采用与理想流量过渡曲线最为贴合的阶梯式流量变化过程作为第i+1级泵站实际采用的调控过程Q

S31、假设渠段初始状态为相对稳定的恒定非均匀流；

S32、确定流量开始达到时间t1；具体方式为以下游泵站站前流量增加变化流量的1％作为开始流量到达的标志；

S33、确定流量完全达到时间t3；具体方式为以下游泵站站前流量增加变化流量的99％作为完全流量到达的标志；

S34、确定泵站最优调控时间t2；具体方式为由于泵站前池具有一定的调蓄空间，且上游来水流量不受下游泵站的影响，故同一时段内相同的泵站抽水量引起的水位变幅相同；则在理想情景下，下游泵站在变化时段t1～t3内的理想抽水量ΔV

在实际调控时，时段t1～t3内的泵站抽水量ΔV

S35、第i座到i+1座泵站的调控时间

本实施例中，步骤S4具体为，重复步骤S2至S3，从渠首依次确定任意相邻两泵站间的调控时间

本实施例中，步骤S5具体为，当第i座泵站的流量调整时刻确定后，利用两泵站间的调控时间，依次确定其上游及下游泵站的流量调整时间，并结合步骤S1中确定的各泵站的流量变化量，即可确定整个系统的最优调控方案。

实施例二

本实施例中，以国内某调水工程为例，按照本发明方法为其制定一套沿线泵站调控方案。

该调水工程沿线包括4座泵站。假设调度人员希望泵站4增加1m

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本发明提供了一种梯级泵站系统调水工程泵站优化调度方法，在梯级泵站调水工程中，确定渠首及各级泵站流量变化量，建立水力学模型，上游边界为固定流量，下游边界为固定水位，待模型稳定后，改变上游流量，计算下游流量的变化过程，根据下游泵站站前流量变化过程，采用逆向思维的方式确定出泵站的最优调控时间，结合泵站流量的变化确定出梯级泵站最优调控方案。本方法适用于梯级泵站调水工程流量发生变化需要各级泵站机组做出调整的情况。能够根据实际工况确定出最优的调控方案，减少站前水位的波动，防止出现渠道漫溢(冒池)、泵站前池抽干、泵站出口淹没深度不足等现象，减少水泵机组振动、运行效率下降、渠道衬砌破坏等工程问题，为实际调度提供科学依据和技术支撑。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。