一种水电站下泄流量的智能监控系统及监控方法与流程

本发明涉及电站下泄流量监测领域，具体涉及一种水电站下泄流量的智能监控系统及监控方法。

背景技术：

水电开发对优化我国能源结构、促进经济发展起到了重要作用，但对河流生态环境的不利影响也日益凸显。其中，电站蓄水和运行使坝下河段减脱水引发的环境问题十分突出，必须下泄一定的流量及采取相应的流量泄放保障措施，从而减缓不利影响。目前监测水电站下泄流量的技术有很多，但对于流量的泄放是否达标，不达标后的处理措施目前还没有一种很好的监控和管理方法。因此，构建一种针对水电站下泄流量是否达标的监控功能和不达标后的预警机制，不仅有利于减缓电站蓄水和运行使坝下河段减脱水对生态环境的破坏，还能有效地为全国水行政主管单位和水电站管理单位提供一种快速获取电站流量下泄情况的途径，督促其及时处理流量泄放不达标问题，提高工作效率。

技术实现要素：

为克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种水电站下泄流量的智能监控系统及监控方法，能够准确地判断水电站下泄流量状态，形成状态监控和预警，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种水电站下泄流量的智能监控系统，包括信息管理模块、数据采集模块、监控模块、预警模块和监控终端；

进一步所述的信息管理模块内存储有水电站的名称、地址、运行情况、开发方式、装机容量、所属河系、最小下泄流量等数据，信息管理模块通过监控终端进行维护；

进一步所述的数据采集模块包括采集终端、处理器、通讯模块、供电模块和集成模块，供电模块为采集终端、处理器和通讯模块供电，处理器调取采集终端采集的数据并处理，然后通过通讯模块将处理后的数据输送至集成模块；

进一步所述的监控模块连接有监控终端，监控模块调取集成模块中的数据进行处理并形成流量走势图并显示在监控终端上；

进一步所述的预警模块调取监控模块处理后的数据与信息管理模块存储的数据进行对比后发送预警信息至监控终端。

进一步所述的信息管理模块由水电站管理单位进行维护，实时更新水电站全部信息。

进一步所述的采集终端包括电磁流量计、超声波流量计、多普勒明渠流量计和工业照相机，电磁流量计、超声波流量计、多普勒明渠流量计和工业照相机设置在电站泄水口或电站下游附近的河道断面上。

进一步所述的流量走势图是横坐标为时间、纵坐标为流量的二维坐标图，流量走势以曲线的方式显示在流量走势图上。

进一步所述的预警模块包括预警监控模块和预警信息发送模块，其中预警监控模块是调取监控模块处理后的数据，进行泄放是否达标的判断和预警时长的计算；预警信息发送模块根据预警监控模块计算的预警时长，将预警信息及预警时长发送至监控终端上。

进一步所述的监控终端为手机或电脑。

一种水电站下泄流量的智能监控系统的监控方法，包括如下步骤：

s1：基础数据维护

利用监控终端将水电站全部信息数据录入信息管理模块内，并根据水电站运行实际情况实时更新；

s2：实时监控

处理器调取采集终端采集的数据并通过处理器处理，得到准确的下泄流量值，监控模块调取每一时刻的下泄流量值形成流量走势图并显示在监控终端上；

s3：预警

预警模块通过调取下泄流量值并进行计算得出下一时刻的下泄流量预测值，利用下泄流量预测值与最小下泄流量进行对比，若下泄流量预测值大于或等于最小下泄流量则泄放状态正常，不予预警，若下泄流量预测值小于最小下泄流量则泄放状态不正常，予以预警。

进一步步骤s3中的下泄流量预测值的计算公式如下：

mt=（yt++…+）/n

其中，n为所选定的数据个数，称为步长或跨距，小于观测值总数；yt，，…，为下泄流量值，为最后一个下泄流量值，mt为下泄流量预测值。

进一步所述的预警时长是首次泄放状态不正常即开始计算，若第二次采集时仍不达标，则预警时长累加；若第二次采集时达标，则泄放状态恢复正常，预警时长不再累加。

进一步在步骤s3中增设预警时长阈值，若预警时长大于或等于预警时长阈值则予以预警，若预警时长小于预警时长阈值则不予预警。

本发明的有益效果是：本发明在基于现有技术获得电站实时的下泄流量值后进一步对其进行泄放趋势预测、是否达标判断，并针对不达标的情况通过预警通知的方式，告知相关负责人及时解决电站生态流量泄放存在的问题，不仅很好地保障了水电站生态流量的泄放不低于最小下泄流量，还为电站因蓄水和运行使坝下河段减脱水导致生态环境被严重破坏的问题提供了一种有效的解决途径，提高了水资源的利用率。

附图说明

图1是本发明系统结构示意框图；

图2是本发明流量走势图示意；

图3是本发明预警模块工作原理示意框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：一种水电站下泄流量的智能监控系统包括信息管理模块、数据采集模块、监控模块、预警模块和监控终端；

所述的信息管理模块内存储有水电站的名称、地址、运行情况、开发方式、装机容量、所属河系、最小下泄流量等数据，信息管理模块通过监控终端进行维护，所述的信息管理模块由水电站管理单位进行维护，实时更新水电站全部信息，其中最小下泄流量是指满足下游减（脱）水河段基本生态环境功能，水功能区纳污能力和居民基本生产生活用水等需求，是水电站在运行中必须保证的最小流量，电站相关的基础信息可由水电站管理单位进行维护，当电站因设备损坏进行检修或遭遇水灾等突发情况无法正常上报生态流量数据时，可及时更新相应的运行状态，系统将对电站停止预警监控或变更预警监控模式。

所述的数据采集模块包括采集终端、处理器、通讯模块、供电模块和集成模块，供电模块为采集终端、处理器和通讯模块供电，处理器调取采集终端采集的数据并处理，然后通过通讯模块将处理后的数据输送至集成模块，所述的采集终端包括电磁流量计、超声波流量计、多普勒明渠流量计和工业照相机，电磁流量计、超声波流量计、多普勒明渠流量计和工业照相机设置在电站泄水口或电站下游附近的河道断面上，处理器和采集终端连接，将所述采集终端采集到的下泄流量数据通过所述通讯模块以固定的、较小的时间间隔发送到集成模块；通讯模块与处理器连接，采用多种通信信道和多种rtu协议，可适配电站各种不同通讯协议和数据规约；供电模块与所述采集终端、处理器和通讯模块连接，用于为所述采集终端、处理器和通讯模块供电，集成模块与通讯模块连接，接收所述通讯模块上传的下泄流量数据，并进行解析、格式转换、过滤、入库等操作，集中存储于指定服务器。

所述的监控模块连接有监控终端，监控模块调取集成模块中的数据进行处理并形成流量走势图并显示在监控终端上，所述的流量走势图是横坐标为时间、纵坐标为流量的二维坐标图，流量走势以曲线的方式显示在流量走势图上，即可供用户在监控终端查看、了解电站当前的下泄流量趋势。

所述的预警模块调取监控模块处理后的数据与信息管理模块存储的数据进行对比后发送预警信息至监控终端，所述的预警模块包括预警监控模块和预警信息发送模块，其中预警监控模块是调取监控模块处理后的数据，进行泄放是否达标的判断和预警时长的计算；预警信息发送模块根据预警监控模块计算的预警时长，将预警信息及预警时长发送至监控终端上，所述的监控终端为手机或电脑，更为方便便捷，有效送达预警信息

一种水电站下泄流量的智能监控系统的监控方法，包括如下步骤：

s1：基础数据维护

利用监控终端将水电站全部信息数据录入信息管理模块内，并根据水电站运行实际情况实时更新；

s2：实时监控

处理器调取采集终端采集的数据并通过处理器处理，得到准确的下泄流量值，监控模块调取每一时刻的下泄流量值形成流量走势图并显示在监控终端上；

s3：预警

预警模块通过调取下泄流量值并进行计算得出下一时刻的下泄流量预测值，利用下泄流量预测值与最小下泄流量进行对比，若下泄流量预测值大于或等于最小下泄流量则泄放状态正常，不予预警，若下泄流量预测值小于最小下泄流量则泄放状态不正常，予以预警。

进一步步骤s3中的下泄流量预测值的计算公式如下：

mt=（yt++…+）/n

其中，n为所选定的数据个数，称为步长或跨距，小于观测值总数；yt，，…，为下泄流量值，为最后一个下泄流量值，mt为下泄流量预测值，根据当前一段时间内上报的下泄流量数据预测下一时刻该电站可能的下泄流量值，由于下泄流量数据具有实时性和波动性，为了能快速、较为准确的预测出下一时刻的生态流量数据，这里采用时间序列预测模型中的一次移动平均法，根据前一时段的流量数据对下一时刻可能下泄的生态流量进行预测，具体计算过程为每次取预测时刻之前最近时段的一组下泄流量数据作为观测值，计算其算术平均值作为下泄流量预测值，将得到的下泄流量预测值与最小下泄流量进行比较，当其小于最小下泄流量时及时给负责人发送预警信息，方便其了解生态流量泄放趋势，提前进行调整。

进一步所述的预警时长是首次泄放状态不正常即开始计算，若第二次采集时仍不达标，则预警时长累加；若第二次采集时达标，则泄放状态恢复正常，预警时长不再累加，在步骤s3中增设预警时长阈值，若预警时长大于或等于预警时长阈值则予以预警，若预警时长小于预警时长阈值则不予预警，增加预警时长机制，可防止由于较短时间内的下泄流量不正常而平凡产生预警提醒，能够更加科学准确的判断下泄流量是否正常。

通过下述实施例对本发明进一步作出说明：

例如下泄流量监控模块调取所述数据采集模块中集成模块存储的某水电站1个小时内的生态流量数据如下表：

建立二维坐标，横坐标为时间刻，纵坐标为流量，根据电站每5分钟上报的流量数据描绘出当前电站的生态流量走势如图2。用户可通过手机或电脑进行查看，了解电站当前的下泄流量趋势。

对于流量泄放趋势的预测，考虑到电站流量泄放的连续和实时性，利用下述计算公式进行计算：mt=（yt++…+）/n

对于步长的选取，考虑到流量值的实效性应选取较小的值，这里选取2为本例步长，计算平均值：

mt=（1.54+1.48）/2=1.51，

即预测得到的下一个小时第0时刻的下泄流量预测值为1.51m³/s，该电站的最小下泄流量为1.67m³/s，下泄流量预测值小于最小下泄流量，说明下一刻该电站的下泄流量有低于最小下泄流量的趋势，进而给负责人发送预警信息，方便其了解电站当前的生态流量泄放趋势，增加生态流量的泄放。

对生态流量泄放是否达标的预警监控，如图3所示，例如上述表1中电站的最小下泄流量为1.67m³/s，0时刻的下泄流量预测值为1.56m³/s，小于最小下泄流量，当前电站的预警时长累计为5分钟；第5分钟的生态流量为1.58m³/s，小于最小下泄流量，当前电站的预警时长累计为10分钟；第10分钟的生态流量为1.64m³/s，小于最小下泄流量，当前电站的预警时长累计为15分钟；第15分钟的生态流量为1.7m³/s，大于最小下泄流量，电站预警结束，本次预警时长为15分钟。

所述预警模块，实时读取预警监控模块计算的预警时长，当其累加达到一定的预警阈值时，对用户进行预警通知。考虑到水电站管理人员的行政级别不同，还可针对不同的行政级别设置了相应的阈值，当累计预警时长达到该阈值时，给相应的管理人员发送预警提醒，督促水电站尽快查找原因并处理当前生态流量泄放异常的问题。例如当预警时长累计达到6小时通知电站现场负责人进行处理；当预警时长累计达到12小时，通知县级水务局的工作人员，使其督促电站处理预警等。