高扬程电力提灌工程多梯级泵站优化调度运行方案初探——以西岔电力提灌工程为例.pdf
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1、第 4 9卷第 7期 2 0 1 3 年 7月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GA NS U WA T E R R Es 0U RC E S A N D Y 1 ) R0P oWER T E C NO L0 GY Vo 1 4 9 No 7 J u 1 , 2 0 1 3 设计与研究 高扬程电力提灌工程多梯级泵站优化调度运行方案初探 以西岔 电力提 灌工程为例 宁兴鹏 ( 西岔电灌工程水利管理局, 甘肃 皋兰7 3 0 2 0 0 ) 摘要: 高扬程多梯级泵站运行调度方案关系到泵站运行的科学性、 调度的准确性和水资源的有效利用。主要通过信息 管理系统数据采集分析, 使得泵站内部和级间优化调度
2、运行, 从而达到有效利用水资源、 降低能耗、 增加效益的目的。 关键词: 电力提灌工程 ; 梯级泵站; 调度运行 ; 信息管理; 西岔电灌工程 中图分类号: T V 6 7 5 文献标志码: B 文章编号: 2 0 9 5 一 o 1 4 4 ( 2 O l O ) O 7 0 0 4 5 0 3 高扬程多梯级泵站属于由电力提灌泵站 、 输水 工程、 田间配水工程组成的高维复杂水资源利用系 统工程 。每座泵站安装有多台提水机组 泵站内部 安装有水泵电机机组 、 控制阀门 、 高低压开关柜、 现 地监控保护系统、 供电系统等多个工作系统。工程 常涉及多个地 区, 故相邻泵站级间还存在一个或多 个
3、供水片 , 供水时段存在降水、 用水量的时空地域分 布的不均衡性和随机性。泵站级间存在较强关联约 束。 西岔电力提灌工程属于 由多个泵站组成的泵 站群 , 始建于 1 9 7 0年 , 1 9 7 2年基本建成并开始逐级 上水受益 。共建成干渠 3条长 8 6 k m, 支渠 2 9条长 1 8 6 k m。 泵站 1 0 1 座 , 总装机 2 2 0台套 , 总装机容量 5 8 6 7 1 k W;工程设计提水流量 6 0 m S s ,加大流量 6 5 m 3 s ,设计 灌溉面积 1 5万亩 ,有效灌 溉 面积 1 5 6 3万亩 , 分 1 2级提水 , 总提水 高度 6 3 8 5
4、 0 i n , 属 高扬程 电力提灌工程。 工程原先 的调度运行系统为人工调度 , 调度运 行主要靠经验和各水管所的配水需求计划。通讯设 备陈 旧, 方式落后 , 通信质量无法保证 , 运行维护费 用很高 , 电话分机串接严重 , 一处通话几处铃 响, 造 成通讯混乱 , 生产调度任务无法顺利下达 , 稍有不慎 就会造成渠道 、 泵站前池溢水事故。 甚至会导致泵站 厂房进水 , 既浪费水资源又危及工程安全 。特别是 电网跳闸断电事故停水 时的应急调度更是无法应 付。 从 2 0 0 9年开始实施的大型泵站更新改造项 目。 全部更换为程控交换系统 , 彻底解决 了泵站调度通 讯落后的问题。同时
5、 ,作为全 国大型灌溉排水泵站 信息化建设试点甘肃唯一单位 ( 全国 1 9家) , 结合泵 站现地监控保护系统建设 , 2 0 1 0年建成了信息调度 中心 ,已改造泵站全部接入。主要建设内容 由骨干 通信网络系统 、泵站计算机监控系统 、视频监视系 统 、泵站运行调度决策系统、信息管理业务应用系 统、 信息调度中心办公楼等项 目组成 ; 完成后可实现 信息采集存储 自动化 , 数据传输处理网络化 , 调度指 挥现代化 , 决策数据数字化 ; 达到远程监控 , 数据共 享 , 信息远传浏览 , 通过远程网络 , 实现遥测 、 遥信 、 遥控 、 遥视等功能。 1 总体构 架 西岔电力提灌工程
6、泵站信息化系统采用分层 、 分管理权限分布式结构 , 总体分为管理局调度 中心 、 水管所分中心、泵站现地监控系统 3层结构体系 。 在建设管理局调度中心和水管所分中心计算机局域 网的基础上 通过公网与专用光纤 网相结合的方式 , 建设链接管理局调度中心、 水管所 、 泵站现地、 主要 分水 口的通信信息网络系统 运用先进的数据采集 、 传输和处理手段实现数据交换、 信息共享 、 视频传输 功能, 为泵站现地监测 、 远程遥控 、 视频监视、 智能分 析、 实时处理、 故障判断、 越限报警 、 优化调度提供安 全可靠的信息网络平台。实现覆盖整个泵站及其相 关地区、 以信息采集系统为基础、 通信
7、传输系统为保 障、计算机网络系统为依托、决策支持系统为核心 的, 能提高泵站管理水平、 促进泵站技术优化和提高 用水效率的水利管理信息系统 ,为泵站水资源的优 化配置、合理利用和环境保护提供调度运行决策支 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 7 1 0 作者简介: 宁兴鹏( 1 9 7 8 一 ) , 男 , 甘肃皋兰人, 工程师 , 主要从事水利水电工程建设管理。 4 5 2 0 1 3年第 7期 甘肃水利水 电技术 第 4 9卷 持 。 2科学调度运行、 优化决策方案 对于西岔电灌这样的多梯级泵站和多级渠道组 成的提引水工程系统中, 各梯级泵站和级间渠道之 间存在着必要 的密切水力关 系,
8、 各级泵站的提水流 量 、 进水池、 出水池和渠道运行水位相互影响且制约 着整个供水系统的运行。 梯级泵站运行调度的优化 , 既要考虑优化单座泵站内的机组匹配 , 更重要的是 要 考虑梯级 间泵站之间决定性水力要 素的优化组 合。 泵站是否达到最优运行标准 , 取决于泵站 中的 机械设备 、 电气设备、 金属结构等各类装置的基本技 术参数、 运行特性, 特别是各主要机电设备问的流量 或扬程的最优匹配。西岔提灌泵站水泵机组工况一 般均属于不可调节 , 因此, 对于这样的泵站工程 , 要 通过优化调度运行 , 实现各梯级间的流量最优平衡 , 就不能依靠调节机组运行工况来实现 只能采取水 量调蓄、
9、干支渠斗 口分流控制等其他方法。 由于西岔灌 区灌溉面积呈树枝状分布 , 即俗称 的鱼骨形, 上下级泵站的流量是直接关联的 , 上一级 泵站 的提水 流量 除 了满 足后一级 泵站所 需 的提水 流 量 以外 。 还需供给两级泵站之间级间控制灌溉面积 所 需 的水 量 。 因此 。 除了本站内机组优化外 , 对于梯级泵站之 间 的优化可以考虑采用水位 ( 扬程 ) 作为参数来优 化 , 控制水位就是控制泵站进水前池水位, 也就是泵 站取水水位。进水前池不同的水位决定了相连的两 级 泵 站 的运行 扬程 发 生变化 泵 站 机组 的运行 工 况 不 同, 能源单耗也随之变化。 3站 内优 化调
10、度 根据泵站流量提取的特点 , 在泵站最优运行工 况点确定后 , 分别确定单台机组运行工况点和多台 机组并联运行工况点 , 各泵站内部机组之间的连接 方式分为单台机组和同型号两台机组并联 。在确定 一 定扬程和流量的工况下 , 单座泵站内部机组运行 台数 , 机组型号可有多种不同组合 , 对应的总运行功 率也不同, 但必定存在一种运行最经济的组合 , 应用 测试手段和建立数学模型可以找到并验证这种最优 运行组合方案 , 据此对机组进行调度优化, 提高泵站 运行效率 , 降低能源单耗 , 减少和避免水资源浪费 , 达到经济运行的目的。 由于西岔电灌泵站水泵角度不可调 , 电机转速 也不可调 ,
11、因此 , 泵站内部优化调度以泵站的耗能最 小为总 目标 。通过动态规划方法 , 可 以求 出阶段变 量的第 1阶段至第 几阶段 , 求 出 台机组并联运行 46 时的最小耗能组合 ,对应 的运行机组配备与组合即 为最优运行组合。 4 梯 级泵 站联合调 度 泵站梯级间的运行优化 , 就是通过软件计算 , 要 力求达到一种最佳的调蓄容积 ,也就是最优的进水 前池与出水池水位 ,在进水池容积一定 的情况下使 用水位直观反映蓄水量 。使得梯级泵站供水系统的 总体耗能最小。水位是联系和决定梯级泵站实际运 行参数可供选择的唯一水力要素,而流量是联系同 级泵站群的可选择的水力要素 。因此,梯级泵站的 运行
12、优化主要是水位( 扬程) 的优化。 在实际运行 中梯级泵站的提水调度优化受各种 因素的制约,还要根据整个供水系统工程中输水渠 道和隧洞 、 水闸、 渡槽、 桥涵等渠系建筑物的技术参 数和输水能力 ,采用科学系统的观点和最优的理论 建立西岔电灌泵站的多梯级提灌泵站运行调度数学 模型 , 对模型采用动态规划求解 , 可以得出一个调度 周期 内每级泵站机组开停的最佳时段 ,既减少开停 机的次数 , 又使运行成本最小。 5梯 级泵站 级间调度 优化模 型确 定 梯级泵站系统运行时级间和单座泵站内部运行 优化是通过调整优化扬程来完成的,因为扬程不仅 影响单站 内的机组能耗和效率 ,而且影响上下相邻 级间
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