[发明专利]下游不稳定流的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于水电站运行领域，尤其涉及一种下游不稳定流计算及其对水电站最优运行方式影响的计算方法。

背景技术

能源是国民经济的动力，是现代文明生活的支柱。我国能源开发利用的方针是实行开发与节约并重，并把节能放在优先地位，要大力开展以节能为中心的技术改造和结构改革，节能问题对于水电生产单位是十分重要的。由于水电能源的特点，同样多的水在不同的生产方式下运行，所能发出的电能是不同的，如何使单位体积的水发出尽可能多的电能？是水电生产系统能源开发和节约的中心问题，是挖掘设备生产潜力，提高电站运行水平的关键。

当水电站担负调峰、调频任务时，在一天内水电站的出力和下泄流量可能发生剧烈变化，以致在水电站尾水及下游河道形成水位、流速急剧变动的不稳定水流。下游水位不仅与此时刻的下洩流量有关，还与此前时间的流量、水位等变化状态有关，且水位的变化总滞后于流量的变化，使下游水位与下洩流量的关系曲线形成复杂的环套形。下游不稳定流的产生原因除电站负荷发生剧烈变化外，还可能与以下因素有关：梯级水电站中下游电站对上游电站的回水影响；水电站洪水期的洩洪方式变化；水电站下游河流支流来水不稳定；水电站下游综合用水部门的取水方式；潮汐作用的影响等。

下游不稳定流造成的影响是多方面的。1）因日调节产生的下游不稳定水流使沿途的水位和流量发生剧烈变化，可能严重影响水利综合利用部门的正常工作，不稳定流给港口码头、航运、养殖、灌溉、河岸保护、卫生环保及城市给水等部门的工作带来很大困难，过大的水位波动和流速变化可能使这些部门的正常运行条件遭到破坏；2）对于低水头河床式水电站，因下游水流不稳定造成的水位波动将引起电站水头的明显变化，直接影响电站运行的经济性，有时还可能使水轮发电机组产生严重的汽蚀、振动，影响电站安全可靠运行。

下游不稳定流计算十分复杂，计算方法很多，有些方法理论严密，根据充分，但计算复杂，计算工作量大，在时间上赶不上电站运行方式计算的需要；有些方法计算简明，易于操作，但却过于粗糙，计算结果与实际情况相差甚远。

发明内容

发明目的：本发明提供一种下游不稳定流及其对水电站最优运行方式影响的计算方法，其目的是解决以往的计算方法不理想的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

下游不稳定流的计算方法，其特征在于：

确定水位呈指数规律变化的微分关系：

                                                                              （1）

式中，，，…，，，，…，为常数；为不稳定流时实测下游水位；为稳定流情况下的下游水位；

在时刻，流量由突变至，下游水位首先产生突变，然后按指数规律变化，直至等于流量为时的稳定下游水位；下游水位变化由二部分组成：

1）下游水位突变部分：

      

式中，是流量为和所对应的稳定下游水位之差，；为下游水位突变系数，与河床特性有关；

2）下游水位渐变部分：

    

假设：      

故：

式中，为流量突变时刻后的某一时刻；为时间常数；为自然对数；                      

因此，在时刻下游水位的变化为：

时刻下游水位为：

在稳定状况时，下游水位和流量间有确定的函数关系，故根据水电站下游的具体情确定和的数值后，即可计算出不稳定流时下游水位的整个变化情况；

若在时刻，流量由变至，相应的稳定下游水位变化为，在时刻，流量由变至，相应的稳定下游水位变化为，则在时刻（）由于流量两次突变引起的水位变化为：

时刻的下游水位为：

式中，为时刻稳定下游水位；若在时刻之前流量有多个变化，利用叠加原理，将时刻的下游水位变化看作是各个突变流量作用之和的结果，得：

时刻的下游水位为：

如果流量是连续变化的，可将其看成是无限多次小突变，每次突变量为，相应稳定水位突变值为：

时刻的下游水位变化值为：

时刻的下游水位为：

一般情况下，在一定时期内各日的运行方式相同，即下洩流量、稳定下游水位均呈周期性变动，每24小时为一周期，上式变为：