串并联梯级泵站输水系统运行效率计算方法及系统与流程

技术特征：

1.串并联梯级泵站输水系统运行效率计算方法，其特征是，包括：

步骤(1)：将串并联梯级泵站输水系统进行时空分解，空间维度上，将并联梯级泵站输水系统分为若干串联梯级泵站输水系统，将串联梯级泵站输水系统分为泵站子系统和输水子系统；时间维度上，将串并联梯级泵站输水系统整个调度过程划分为若干个相对平衡时段，泵站水位、流量和抽水装置的运行效率在平衡时段内恒定；

步骤(2)：在时空分解理论基础上，假定串并联梯级泵站输水系统处于相对平衡状态，定量计算串并联梯级泵站输水系统影响因素：梯级间各渠段水量损失、水力损失和抽水装置效率；

步骤(3)：建立泵站子系统运行效率表达式；同时根据是否计入级间水力、水量损失或级间是否有分水任务，建立三种不同工况下的输水子系统运行效率表达式；

步骤(4)：根据步骤(3)的泵站子系统运行效率表达式和输水子系统运行效率表达式，建立三种不同的工况类型下的串联梯级泵站输水系统运行效率计算模型；

步骤(5)：根据步骤(4)得到的串联梯级泵站输水系统运行效率计算模型，建立三种不同的工况类型下的并联梯级泵站输水系统运行效率计算模型。

2.如权利要求1所述的串并联梯级泵站输水系统运行效率计算方法，其特征是，

所述步骤(1)的将串并联梯级泵站输水系统进行时空分解：在空间上将并联梯级泵站输水系统划分为若干串联梯级泵站输水系统，将每个串联梯级泵站输水系统中各泵站、渠段和拦污栅作为统一的整体，考虑水力、水量损失和分水影响因素，将每个串联梯级泵站输水系统划分为泵站和输水子系统；从时间上将串并联梯级泵站输水系统整个调度过程进行分段，在每个时段内串并联梯级泵站输水系统处于相对平衡状态，泵站水位、流量和抽水装置运行效率在时段内恒定。

3.如权利要求1所述的串并联梯级泵站输水系统运行效率计算方法，其特征是，

所述步骤(1)的泵站子系统，是整个串联梯级泵站输水系统的能量转化的核心，由多级泵站组成，泵站内部包括抽水装置和辅助装置，辅助装置包括供排水、输变电、压力油气、照明和励磁设备；泵站内各机组本身性能及运行状态决定能量转化的效率，即泵站子系统的效率。

4.如权利要求1所述的串并联梯级泵站输水系统运行效率计算方法，其特征是，

所述步骤(1)的输水子系统，是整个串联梯级泵站输水系统能量传输纽带，由级间的渠道、管道和拦污栅组成，输水子系统的水流水力状态决定传输过程中的能量损耗，即输水子系统运行效率。

5.如权利要求1所述的串并联梯级泵站输水系统运行效率计算方法，其特征是，

所述步骤(2)的梯级间各渠段水量损失计算：

${\mathrm{\ΔV}}_{j-1,j}^{\mathrm{\Δ}t}=V_{j-1,j}^{t+\mathrm{\Δ}t}-V_{j-1,j}^t---\left(1\right)$

$W_{j-1,j}^Q={\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}(Q_{j-1}^t-Q_j^t)dt---\left(2\right)$

$W_{j-1,j}^q={\mathrm{\ΔV}}_{j-1,j}^{\mathrm{\Δ}t}-W_{j-1,j}^Q=(V_{j-1,j}^{t+\mathrm{\Δ}t}-V_{j-1,j}^t)-{\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}(Q_{j-1}^t-Q_j^t)dt---\left(3\right)$

$q_{j,j-1}=\frac{W_{j-1,j}^q}{\mathrm{\Δ}t*L_{j,j-1}}---\left(4\right)$

式中(1)、(2)、(3)、(4)，Δt为输水时段时长；j为泵站级数；为第j和j-1级泵站间渠道在Δt内的蓄量变化值；V为渠道蓄量值；分别为第j和j-1级泵站间渠道在t+Δt和t时刻的蓄量值；为由于第j和j-1级泵站间的流量差导致的渠道蓄量变化值；为Δt时段内，由于第j和j-1级泵站间渠道蒸发、渗漏水量损失导致的渠道蓄量变化值；L_j,j-1为第j和j-1级泵站间渠道长度；q_j,j-1为单位时段内，单位渠道长度的流量损失值。

6.如权利要求1所述的串并联梯级泵站输水系统运行效率计算方法，其特征是，

所述步骤(3)的泵站子系统运行效率为：水体经多级泵站提升后，所获得的能量之和与各级泵站所消耗能量之和的比值；

所述步骤(3)的输水子系统运行效率：水体经多级泵站提升后，经过级间渠道、拦污栅和闸门输送到目的地，最终获得的净能量与水体经过各级泵站提水获得的总能量的比值；

所述步骤(3)的输水子系统运行效率表达式，根据是否考虑级间水力、水量损失，级间是否有分水任务，分为A、B和C三种工况；

所述步骤(4)的串联梯级泵站输水系统运行效率定义为：水体经过泵站子系统提升和输水子系统传输，到达目的地后所获得的净能量与各级泵站消耗总能量的比值，等于泵站子系统效率与输水子系统效率的乘积。

7.如权利要求1所述的串并联梯级泵站输水系统运行效率计算方法，其特征是，

所述步骤(5)的并联梯级泵站输水系统运行效率是指：水体经过各串联梯级泵站输水系统，到达目的地后获得的净能量与各串联梯级泵站输水系统内各级泵站消耗总能量的比值；

所述步骤(5)的并联梯级泵站输水系统运行效率计算模型：

A工况：计入级间水力损失，沿线无分水情况

${\mathrm{\η}}_{bpcs}=\frac{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{rj}}{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Q_{rj}}{{\mathrm{\η}}_{r,pcs}}}=\frac{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{rj}}{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Q_{rj}}{\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(h_{rj}-{h_{rj}}^{\′}\right)-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{r,\left(j,j+1\right)}\left(Q_{rj},{h_{r,j+1}}^{\′}\right)}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(h_{rj}-{h_{rj}}^{\′}\right)/{\mathrm{\η}}_{pump}\left(Q_{rj},H_{rj}\right)}}}---\left(22\right)$

${\mathrm{\η}}_{r,pcs}=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}(h_{rj}-{h_{rj}}^{\′})-\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{S}_{r,(j,j+1)}(Q_{rj},{h_{r,j+1}}^{\′})}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}(h_{rj}-{h_{rj}}^{\′})/{\mathrm{\η}}_{pump}(Q_{rj},H_{rj})}---\left(23\right)$

式(22)～(23)中，η_bpcs为并联梯级泵站输水系统运行效率；r＝1,2,…z；z为串联线路总条数，z为正整数；η_r,pcs为第r个串联梯级泵站输水系统运行效率。

8.如权利要求1所述的串并联梯级泵站输水系统运行效率计算方法，其特征是，

所述步骤(5)的并联梯级泵站输水系统运行效率计算模型：

B工况：计入级间水力及水量损失，级间无分水情况

${\mathrm{\η}}_{bpcs}=\frac{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{r,1}}{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Q_{r,1}}{{\mathrm{\η}}_{r,pcs}}}=\frac{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{r,1}}{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Q_{r,1}}{\frac{{H_r}^{*}\left(Q_{r,1}-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{r,\left(j-1,j\right)}{L}_{r,\left(j-1,j\right)}\right)}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{rj}\left(h_{rj}-{h_{rj}}^{\′}\right)/{\mathrm{\η}}_{pump}\left(Q_{rj},H_{rj}\right)}}}---\left(24\right)$

${\mathrm{\η}}_{r,pcs}=\frac{{H_r}^{*}\left(Q_{r1}-\underset{j=2}{\overset{n}{\Σ}}{q}_{r,\left(j-1,j\right)}{L}_{r,\left(j-1,j\right)}\right)}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{rj}(h_{rj}-{h_{rj}}^{\′})/{\mathrm{\η}}_{pump}(Q_{rj},H_{rj})}---\left(25\right)$

式(24)～(25)η_bpcs为并联梯级泵站输水系统运行效率；r为串联线路序号，r＝1,2…z，z为串联线路总条数，z为正整数；η_r,pcs为第r个串联梯级泵站输水系统运行效率。

9.如权利要求1所述的串并联梯级泵站输水系统运行效率计算方法，其特征是，

所述步骤(5)的并联梯级泵站输水系统运行效率计算模型：

C工况计入级间水力、水量损失，级间有分水情况

${\mathrm{\η}}_{bpcs}=\frac{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{r,1}}{\underset{i=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Q_{r,1}}{{\mathrm{\η}}_{r,pcs}}}=\frac{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{r,1}}{\underset{r=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Q_{r,1}}{\frac{{Q_r}^{*}{H_r}^{*}+\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k_j=1}{\overset{m_j}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{r,\left(j-1~j,k_j\right)}^{\′}{H}_{r,\left(j-1~j,k_j\right)}^{\′})}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{rj}\left(h_{rj}-{h_{rj}}^{\′}\right)/{\mathrm{\η}}_{pump}\left(Q_{rj},H_{rj}\right)}}}---\left(26\right)$

${\mathrm{\η}}_{r,pcs}=\frac{{Q_r}^{*}{H_r}^{*}+\underset{j=2}{\overset{n}{\Σ}}\underset{k_j=1}{\overset{m_j}{\Σ}}{Q}_{r,(j-1~j,k_j)}^{\′}{H}_{r,(j-1~j,k_j)}^{\′})}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{rj}(h_{rj}-{h_{rj}}^{\′})/{\mathrm{\η}}_{pump}(Q_{rj},H_{rj})}---\left(27\right)$

式(26)～(27)中，η_bpcs为并联梯级泵站输水系统运行效率；r为串联线路序号；r＝1,2,…z；z为串联线路总条数，z为正整数；η_r,pcs为第r个串联梯级泵站输水系统运行效率。

10.串并联梯级泵站输水系统运行效率计算系统，其特征是，包括：

时空分解单元：将串并联梯级泵站输水系统进行时空分解，空间维度上，将并联梯级泵站输水系统分为若干串联梯级泵站输水系统，将串联梯级泵站输水系统分为泵站子系统和输水子系统；时间维度上，将串并联梯级泵站输水系统整个调度过程划分为若干个相对平衡时段，泵站水位、流量和抽水装置的运行效率在平衡时段内恒定；

影响因素计算单元：在时空分解理论基础上，假定串并联梯级泵站输水系统处于相对平衡状态，定量计算串并联梯级泵站输水系统影响因素：梯级间各渠段水量损失、水力损失和抽水装置效率；

泵站子系统运行效率和输水子系统运行效率计算单元：建立泵站子系统运行效率表达式；同时根据是否计入级间水力、水量损失和级间是否有分水任务，建立三种不同工况下的输水子系统运行效率表达式；

串联梯级泵站输水系统运行效率计算单元：根据泵站子系统运行效率表达式和输水子系统运行效率表达式，建立三种不同的工况类型下的串联梯级泵站输水系统运行效率计算模型；

并联梯级泵站输水系统运行效率计算单元：根据串联梯级泵站输水系统运行效率计算模型，建立三种不同的工况类型下的并联梯级泵站输水系统运行效率计算模型。