一种在串联渠池中进、出口流量不平衡情况下的渠池调控方法技术

本发明专利技术公开了一种在串联渠池中进、出口流量不平衡情况下的渠池调控方法，通过每个渠池的目标水位区间，确定用于计算的每个渠池的目标水位，以及各个渠池的水位偏差权重；计算实时水位与目标水位的差值得到实时的水位偏差；利用各个渠池的水位偏差权重以及实时的水位偏差，制定调控判断参数

A method of regulating and controlling canal basin under unbalanced flow between inlet and outlet in series canal Basin

The invention discloses a method for regulating and controlling canal pools under unbalanced incoming and outgoing discharge in series canal pools. Through the target water level interval of each canal pool, the target water level for each canal pool and the weight of water level deviation of each canal pool are determined; the difference between the real-time water level and the target water level is calculated, and the real-time water level deviation is obtained; the water level deviation weight of each canal pool is utilized. And real-time water level deviation, formulation of control and judgment parameters

【技术实现步骤摘要】
一种在串联渠池中进、出口流量不平衡情况下的渠池调控方法
本专利技术属于渠池自动化控制领域，特别是在串联渠池中进、出口流量不匹配，且最上游进口流量暂时无法进行调整的情况下，利用渠池的自身蓄量来满足供水需求，使得全线各个渠池的水位的变化趋势接近，从而充分利用渠池的蓄量来满足出口流量需求的方法。
技术介绍
随着社会经济的发展,人们对水资源的需求量越来越大，修建大型长距离输水工程成为调节水资源时空分布不均，解决水资源供需矛盾的最有效、最直接的手段。目前修建的大型明渠输水工程多为以保证供水为目的的明渠输水工程。即输水的主要目的为满足下游各个分水口的用水户的用水需求。为了满足分水口流量的变化，需要从上至少提高上游每个节制闸的输水量，达到供需平衡的状态。而在供需平衡状态，渠池内的水位也是基本稳定的。因此，主要是通过水位的稳定与否来判断渠道输水情况是否为正常。目前，大多数输水渠道对水位的观测点位于每个节制闸的闸前。即可通过水位控制来进行流量调控，达到供需平衡状态。目前，为控制渠池水位的稳定，主要是通过一种PI控制算法来根据节制闸闸前水位的水位差来计算上游的节制闸的流量调节量。假设下游节制闸的闸前目标水位为SPj，实时的水位为yj，则水位差为：ej＝yj-SPj(Ⅰ)；根据PI控制算法，上游节制闸的流量变化值可通过以下公式计算：而每一步比上一步的流量变化值可通过公式(Ⅱ)的增量形式得到，即为从公式(Ⅲ)中可以看出，流量变化值是通过水位差的相比于上一步的增量和实时水位水位差计算的。这样，当下游节制闸闸前水位稳定在目标水位时，渠池的上游流量不再变化。即PI控制算法的主要目标是消除由于分水量变化带来的节制闸的闸前水位差，满足水位稳定，最终达到渠池平衡。对于多渠池而言，其调控方法的逻辑结构如图1所示。从图1中可以看出，除了最下游节制闸以外，其他的节制闸包括渠首进口闸都要求参与调控。这样扰动是从下游往上游传播，保证最下游的节制闸4的分水不受影响。即最终的效果为达到供需平衡。但是，并非所有的节制闸都是能实时参与调控的。在某些供水工程中，其最上游节制闸——节制闸0是由水库管理单位来进行管理的。若节制闸0的流量是每天只能调控一次，而不能实时参与调控，如果当下游分水口的分水量发生变化，则在短时间内没法达到进出口流量平衡。这个时候，如果采用常规的调控方法，那么最终，渠池1中的进、出口流量不平衡最为明显，导致渠池1中的水位变化极为明显，最终渠池1中发生渠池漫溢或者水位降低至供水中断。
技术实现思路
对于大型的输水渠道而言，其目标水位是一个区间，而不是一个固定的值，渠池水位允许在目标区间内发生变化。其相当于每个渠池都具有一定的调蓄能力。如果分水口分水变化，而最上游的进口流量不能变的时候，可以通过利用每个渠池的调蓄水量，在一定时间内满足分水口的水量。本专利技术的目的提供一种在串联渠池中进、出口流量不匹配，且最上游进口流量暂时无法进行调整的情况下，利用渠池的自身蓄量来满足供水需求，来进行渠池节制闸调控的方法，可降低渠池的最大水位变幅，满足工程安全和供水稳定。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种在串联渠池中进、出口流量不平衡情况下的渠池调控方法，包括以下步骤：1)通过每个渠池的目标水位区间，确定用于计算的每个渠池的目标水位，以及各个渠池的水位偏差权重；2)计算实时水位与目标水位的差值得到实时的水位偏差；3)利用各个渠池的水位偏差权重以及实时的水位偏差，制定调控判断参数Dj，计算公式如式(1)Dj＝mjej-mj+1ej+1(1)其中：mj为第j个渠池的水位偏差权重，mj+1为第j+1个渠池的水位偏差权重，ej为第j个渠池的实时水位偏差，ej+1为第j+1个渠池的实时水位偏差；4)将调控判断参数Dj作为PI控制算法的输入值，计算除了最上游和最下游节制闸以外的其他节制闸的流量变化值，并进行调控。进一步的，步骤1)中：选取目标水位区间的中间值来作为目标水位，目标水位的计算公式如式(2)：式中：SPj为第j个渠道的目标水位，SPjmin为目标水位区间的下限值，SPjmax为目标水位区间的上限值。进一步的，步骤1)中水位偏差权重与目标水位区间的范围大小成倒数；水位偏差权重的计算公式为式(3)、(4)：Tj＝SPjmax-SPjmin(4)式中：mj为第j个渠池的水位偏差权重；SPjmin为目标水位区间的下限值，SPjmax为目标水位区间的上限值。进一步的，步骤2)中实时的水位偏差的计算公式为式(5)：ej＝yj-SPj(5)式中：ej为第j个渠道的实时的水位偏差；yj为第j个渠道的实时水位，SPj为第j个渠道的目标水位。进一步的，步骤4中)将水位偏差判断参数Dj代入到PI控制器中，确定节制闸的流量变化值，流量变化值的计算公式为式(6)：式中：k表示序列，k-1表示上一个调控时间序列，k表示当前调控时间序列；D(k)表示当前调控时间的调控判断参数，ΔD(k)＝D(k)-D(k-1)表示当前调控时间的调控判断参数与上一时刻的调控判断参数的差值；Kp、Ts为控制算法的控制参数；Kp为比例常数；Ts为积分常数；TI为闸门调控的间隔时间。本专利技术的有益效果：本专利技术主要针对串联渠池中由于进口流量无法实时跟进出口流量进行变化的情况，提供了一种渠池调控的思路，可充分利用渠池的可利用库容来满足分水变化，并且降低由于分水变化导致的渠池最大水位变幅。下面结合附图和实施例对专利技术作一详细描述。附图说明图1为保证下游水位稳定在目标水位的控制逻辑图；图2为保证各渠池水位同步变化的节制闸控制逻辑图；图3为采用本专利技术调控算法情况下的节制闸闸前水位变化过程；图4为采用本专利技术调控算法情况下的节制闸开度变化过程；图5为不采用调控算法情况下的节制闸闸前水位变化过程；图6为不采用调控算法情况下的节制闸开度变化过程。具体实施方式一种在串联渠池中进、出口流量不平衡情况下的渠池调控方法，包括以下步骤：1)通过每个渠池的目标水位区间，确定用于计算的每个渠池的目标水位，以及各个渠池的水位偏差权重；实际的渠道调控目标，并非一个固定的水位，而是一个水位区间。因此，可根据渠池的目标区间设定一个调控目标值，其目标值为调控区间上、下限中间值。假设渠池最下游节制闸j的闸前水位的目标水位区间为[SPjmin,SPjmax],则目标水位为：式中：SPj为第j个渠道的目标水位，SPjmin为目标水位区间的下限值，SPjmax为目标水位区间的上限值；j为自然数。若在渠首的进口流量无法匹配分水流量的时候，则渠池的水位势必会发生变化，此时，调控的目标可以转化为尽可能让渠池的水位变化趋势接近，即最终所有渠池同时达到最高或者最低目标水位上、下限，以延长所有渠池能正常供水的目标。因此，此时每个节制闸的调控目标应该是保证每个渠池的水位偏差尽可能接近。即可将上、下游渠池的水位偏差的差值作为调控判断参数：但是考虑到各个渠池的可调区间范围并不一样大，因此，在各个节制闸的闸前水位偏差前还需要加上权重。假设各个渠池的可调区间范围分别为Tj和Tj+1，则Tj＝SPjmax-SPjmin(4)Tj+1＝SPj+1max-SPj+1min(7)若渠池的可调区间越大，则允许的水位偏差相对也越大，则相对的，判断水位误差的权重也越小，则每个渠池的水位偏差权重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在串联渠池中进、出口流量不平衡情况下的渠池调控方法，其特征在于：包括以下步骤：1)通过每个渠池的目标水位区间，确定用于计算的每个渠池的目标水位，以及各个渠池的水位偏差权重；2)计算实时水位与目标水位的差值得到实时的水位偏差；3)利用各个渠池的水位偏差权重以及实时的水位偏差，制定调控判断参数Dj，计算公式如式(1)Dj＝mjej‑mj+1ej+1   (1)其中：mj为第j个渠池的水位偏差权重，mj+1为第j+1个渠池的水位偏差权重，ej为第j个渠池的实时水位偏差，ej+1为第j+1个渠池的实时水位偏差；4)将调控判断参数Dj作为PI控制算法的输入值，获得除了最上游和最下游节制闸以外的其他节制闸的流量变化值，并进行调控。

【技术特征摘要】
1.一种在串联渠池中进、出口流量不平衡情况下的渠池调控方法，其特征在于：包括以下步骤：1)通过每个渠池的目标水位区间，确定用于计算的每个渠池的目标水位，以及各个渠池的水位偏差权重；2)计算实时水位与目标水位的差值得到实时的水位偏差；3)利用各个渠池的水位偏差权重以及实时的水位偏差，制定调控判断参数Dj，计算公式如式(1)Dj＝mjej-mj+1ej+1(1)其中：mj为第j个渠池的水位偏差权重，mj+1为第j+1个渠池的水位偏差权重，ej为第j个渠池的实时水位偏差，ej+1为第j+1个渠池的实时水位偏差；4)将调控判断参数Dj作为PI控制算法的输入值，获得除了最上游和最下游节制闸以外的其他节制闸的流量变化值，并进行调控。2.根据权利要求1所述的在串联渠池中进、出口流量不平衡情况下的渠池调控方法，其特征在于：步骤1)中：选取目标水位区间的中间值来作为目标水位，目标水位的计算公式如式(2)：式中：SPj为第j个渠道的目标水位，SPjmin为目标水位区间的下限值，SPjmax为目标水位区间的上限值。3.根据权利要求1所述的在串联渠池中进、出口流量不平衡情况下的渠池调控方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令仲，雷晓辉，权锦，杨明祥，廖卫红，王浩，杨迁，田雨，甘治国，蔡思宇，秦韬，唐鸣，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11