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(1. 甘肃省水利厅讨赖河流域水资源管理局，甘肃 酒泉 735000；2. 酒泉市三元水电开发有限公司，甘肃 酒泉 735000)

运行管理

水电站流量系统在水资源调度管理中的应用

薛万功1，刘开清1，魏三泽2

(1. 甘肃省水利厅讨赖河流域水资源管理局，甘肃 酒泉 735000；2. 酒泉市三元水电开发有限公司，甘肃 酒泉 735000)

水电站流量系统是以前沿的大数据框架，对水电站流量数据进行采集处理的应用平台。打破了传统软件平台数据不能共享、业务不能互动、功能不能充分体现的壁垒。本文在系统阐释水电站流量系统概念、模型及原理的基础上，介绍了涉及水电站的各类流量计算方法，并提出了软件平台建设的实现方案，为水电信息化与水利信息化提供了新的思路。

水电站；流量系统；调度管理；应用

1 概 述

讨赖河流域流经青海省祁连县和甘肃省张掖市肃南县、嘉峪关市、酒泉市肃州区、金塔县。讨赖河干流首尾落差大，蕴藏着丰富的水能资源。讨赖河干流上目前已建成镜铁山一级、镜铁山二级、镜铁山三级、东水峡、冰沟、北干渠、南干渠、鸳鸯池、解放村9座水电站。由于水电站多而分散，日常水资源调度管理遵照“电调服从水调”模式运行，但此种模式对水资源流动过程的管控能力较低，尤其是对水电站附近河流断面的流量难以估算和控制，出现间歇性流量波动，无法满足水资源精准调度的要求。在高度重视流域生态文明建设、确保水电开发生态基流足额下泄的前提下，精准控制生态流量、堰流、闸口出流量尤为重要。研发的水电站流量系统完美解决了上述问题，打破了传统软件平台数据不能共享、业务不能互动、功能不能充分体现的壁垒，为涉及水电开发河流的水资源调度与管理提供了新的思路。

2 水电站流量系统的概念及原理

2.1 水电站流量系统的概念

水电站流量系统，是指上游来水或水电站下泄流量和区间汇流构成本站来流量，本站下泄流量包括过机组引用发电流量，下泄生态基流流量，过闸、过坝、过堰流量等(见图1)。

图1 水电站流量系统模型

2.2 水电站流量系统模型原理

库容变化与本站来流和下泄流量形成严格的逻辑闭环。当来流大于下泄流量时，经过时间T后，水位上升；当来流小于下泄流量时，经过时间T后，水位下降。即

V末-V初=(Q来-Q泄)ΔT

式中V末——ΔT时间终了时水库库容，m3；

V初——ΔT时间初始的水库库容，m3；

Q来——上游来流流量，含上游电站下泄流量及区间汇流，m3/s；

Q泄——本站下泄流量，含过机、生态、过闸、过堰等流量，m3/s。

由上式可得

Q来=(V末-V初)/ΔT+Q泄

上式中下泄流量的各子项，包括过机、生态、过闸、过堰的流量都是可以计算确定的，而库容变化也可根据水位-库容曲线查解，从而可计算上游来流量，形成水电站来流和下泄流量的整体解算系统。

3 水电站各种下泄流量计算方法

3.1 机组引水发电流量

水电站过机下泄流量为多台机组单机下泄流量之和，单台机组下泄计算公式流量如下：

Q=N/(9.81Hζ1ζ2)

式中Q——水轮机过机流量，m3/s；

N——机组有功功率，由水电站自动化系统功率表采集得到，kW；

H——水轮机做功水头，是与水库水位、尾水位、沿程损失和局部损失有关的参数，m；

ζ1——水轮机效率，由水轮机综合特性曲线查得；此处存在一个难点，即水轮机综合特性数字化；

ζ2——发电机效率，为定值，数值由发电机制造厂提供。

水电站过机流量是与库水位有关的函数。工程上，通过库区水位计、有功功率表的数据采集及水轮机综合特性曲线数字化(见图2)，按照上述算法精准解算实时过机流量。

图2 水轮机综合特性曲线

3.2 生态流量、堰流、闸口出流算法

水电站生态流下泄、溢流堰下泄及闸口出流均采用水力学的断面流速法进行计算，即

Q=kAv

式中Q——生态流量，m3/s；

A——过流断面面积，m2，是与管道直径、闸门开度等有关的函数；

v——流速，m/s，是与水库水位有关的函数；

k——流量系数。

水电站生态流量、堰流、闸口出流是与库水位、管道直径、闸门开度有关的函数。工程上，通过库区水位计、闸门开度仪数据的采集，按照上述算法即可精准解算实时生态流量、堰流和闸口出流。

4 软件平台建设

4.1 软件平台系统拓扑图及其实现方案

各电站自动化系统传感器将采集到的水位、功率、流速、开度等数据上传到管控平台，软件平台进行来流和下泄的总流量及各分项流量计算，形成为水电站、水务部门、水文部门、流域管理机构提供水电站流量监测数据的基础平台，从而实行多平台联动，建立起实时、集成、动态职能的水信息互联系统，支撑水资源精准预报和风险控制，从而实现水资源的高效管理和调度(见图3)。

图3 软件平台系统拓扑图

4.2 平台的功能与特点

用户按不同的用户名、密码以不同的权限登陆平台，享受服务(见图4)；平台能够自动接收分布在全流域范围内各断面子站定时发送来的实时数据(见图5)；平台读取实时数据和自记数据，自动补齐数据库中的数据；平台具有数据可视化、报表、预警等功能(见图6)。

图4 平台总览界面

图5 冰沟电站来流与过机下泄流量

图6 冰沟电站生态流量可视化

4.3 平台的未来发展

未来将在水电流域数字化平台基础上逐步增加地表水、地下水、渠道、水库及取水用户数据信息，在防汛、抗旱、工农业用水、工程管理等领域进行拓展，实现信息采集存储自动化，数据分析科学化，决策支持数字化，调度指挥现代化，提升流域治理开发、保护与管理的能力水平，为数字流域乃至智慧流域建设的目标提供可靠的技术依据。

5 结 语

水电站流量系统以经典的水力模型、理论为依据，以实际的水电站工程经验为基础，在前沿的大数据技术构架下开发应用，具有投资规模小、数据解算精度高、软硬件系统稳定、平台开放可扩张等诸多优点，是水资源规划和应用的核心和基石，也是水资源管理低成本、高效率的技术手段，可作为数字水利和智慧流域建设的基础模块。

[1] 王全亮,张晓林,戈鹏.基于智能联合调度的流域梯级电站集控中心信息化管理[J].中国管理信息化,2016(3).

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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