一种水利水电工程综合运维管理系统及方法与流程

本发明涉及水利水电管理的，具体为一种水利水电工程综合运维管理系统及方法。

背景技术：

1、水利水电工程一直以来都扮演着重要的角色，为人类提供了丰富的能源资源和灌溉水源。随着社会经济的发展和能源需求的不断增长，水利水电工程的规模和复杂性也不断提升。在这过程中，为了确保水资源的合理利用、设备的高效运行以及应对突发情况，综合运维管理系统成为一项关键任务。

2、随着科技的发展，传统的水力发电也日益倚重信息化和智能化手段。从水库水位、管道流动到发电站运行数据，这些数据汇总起来能够提供宝贵的信息，用于指导运营和决策，然而，在利用水流的动能转化为电能的过程，不光光是受到水体的流动和重力的影响，来驱动发电水轮机和发电机来发电，还受到水从水源引导到发电站过程中输水管道形状、管道转角个数、水头差、引口个数因数，这往往导致系统计算结果不准确，不能及时的提供相对应的预警与管理措施。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种水利水电工程综合运维管理系统及方法，解决了背景技术中的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种水利水电工程综合运维管理系统，包括数据采集模块，远程监控模块，综合分析模块，预警模块和运维管理模块；

5、所述数据采集模块用于分别采集水利水电工程中水库、管道和发电站内的引水流动数据、管道数据和发电站流动数据，并将采集到的数据进行实时传输到数据库中；

6、所述远程监控模块用于建立远程监控系统，通过互联网实时远程监测引水流动数据、管道数据和发电站流动数据，实时管控水库中的水位变化；

7、所述综合分析模块用于对水利水电工程中引水流动数据、管道数据和发电站流动数据进行深度挖掘，计算分析获得：水位值、水头差、负荷值、引口个数、流速差、引水流动指数、发电站流动指数和水力发电因子，所述水力发电因子通过以下公式获得：

8、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi><mi>d</mi><mi>y</mi><mi>z</mi><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mfrac><mrow><mi>(</mi><mi>y</mi><mi>s</mi><mi>z</mi><mi>s</mi><mi>+</mi><mi>f</mi><mi>d</mi><mi>z</mi><mi>s</mi><mi>)</mi><mi>*</mi><mi>f</mi><mi>1</mi><mi>+</mi><mi>s</mi><mi>l</mi><mi>m</mi><mi>l</mi><mi>*</mi><mi>f</mi><mi>2</mi></mrow><mrow><mi>f</mi><mi>1</mi><mi>+</mi><mi>f</mi><mi>2</mi></mrow></mfrac><mo>]</mo></mrow><mi>*</mi><mi>7</mi><mi>5</mi><mi>%</mi><mi>+</mi><mi>(</mi><mi>s</mi><mi>x</mi><mi>l</mi><mi>+</mi><mi>f</mi><mi>x</mi><mi>l</mi><mi>)</mi><mi>*</mi><mi>6</mi><mi>5</mi><mi>%</mi><mi>+</mi><mi>r</mi></mstyle>

9、式中，表示为水流摩擦力，表示为水轮机效率，表示为发电机效率，表示为引水流动指数与发电站流动指数之和的权重值，表示为水流摩擦力的权重值，r表示为修正常数；

10、将水位值与水头差进行相关联，获得引水流动指数；将负荷值与引口个数进行相关联，获得发电站流动指数；将引水流动指数与发电站流动指数进行对比，获得流速差；将引水流动指数和发电站流动指数进行相关联，获得水力发电因子；

11、所述预警模块用于将流速差与预设水流阙值k进行对比分析，获得等级预警策略，并将水力发电因子与预设发电阈值q进行深度对比分析，获得等级方案策略；

12、所述运维管理模块用于根据上述预警模块中的等级预警策略和等级方案策略，对水力发电工程做出相应的调整与管理策略。

13、优选的，所述数据采集模块包括有传感器单元、视频单元和数据整合单元；

14、所述传感器单元用于在水下中安装传感器和流量计，以获取准确的引水流动数据和发电站流动数据，所述引水流动数据包括有水位值、水头差、水体中的污染物浓度、营养盐含量、水体的温度以及流量数据；所述发电站流动数据包括有发电站中水头差、引口个数、水轮机效率和发电机效率数据；

15、所述视频单元用于在水上安装摄像头设备，以获得准确的引水流动数据和管道数据，其中包括有输水管道形状、管道转角个数、管道直径、管道长度，以及水库中采集水体的渠道：雨水、河流和湖泊；

16、所述数据整合单元用于结合水上水下传感器的数据和摄像头设备的数据进行深度分析，综合引水流动数据、管道数据和发电站流动数据之间的关联性，以创建全面的数据库。

17、优选的，所述远程监控模块包括有预处理单元和预管理单元；

18、所述预处理单元用于将上述数据整合单元中数据库内部的数据进行数据清洗和解码，筛查重复的采集的数据，过滤无用数据来节省数据库空间；

19、所述预管理单元用于通过传感器实时观测水库中的水位变动，当水库中的水位超过后台管理人员设定的预设阈值时，将打开水阀门释放部分水体，并将最终的水位结果更新至数据库中，维持发电工作的正常运行并避免洪水灾害。

20、优选的，依据采集来的引水流动数据，并通过深度计算分析，获得引水流动指数，所述引水流动指数通过以下公式获得：

21、

22、式中，表示为管道转角个数，表示为管道直径，表示为管道长度，表示为水头差，表示为水位值，分别表示为管道转角个数、管道直径、管道长度、水头差和水位值的权重值，。

23、优选的，依据采集来的发电站流动数据，将负荷值与引口个数进行相关联，获得发电站流动指数，所述发电站流动指数通过以下公式获得：

24、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>f</mi><mi>d</mi><mi>z</mi><mi>s</mi><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mfrac><mrow><mi>s</mi><mi>t</mi><mi>c</mi><mi>2</mi><mi>*</mi><mi>w</mi><mi>1</mi><mi>+</mi><mi>y</mi><mi>k</mi><mi>g</mi><mi>s</mi><mi>*</mi><mi>w</mi><mi>2</mi></mrow><mrow><mi>w</mi><mi>1</mi><mi>+</mi><mi>w</mi><mi>2</mi></mrow></mfrac><mo>]</mo></mrow><mi>*</mi><mi>5</mi><mi>5</mi><mi>%</mi><mi>+</mi><mi>(</mi><mi>f</mi><mi>h</mi><mi>z</mi><mi>×</mi><mi>6</mi><mi>5</mi><mi>%</mi><mi>)</mi><mi>+</mi><mi>c</mi></mstyle>

25、式中，表示为发电站中水头差，表示为引口个数，分别表示为发电站中水头差和引口个数的权重值，其中，。

26、优选的，将引水流动指数与发电站流动指数进行对比，获得流速差，所述流速差通过以下公式获得：

27、

28、将流速差与预设水流阙值k进行对比分析，获得等级预警策略：

29、当，获得一级预警，后台显示当前引水流动指数与发电站流动指数相近，流速差的变化处于安全的范围，系统处于正常运行状态，无需发送任何通知预警措施；

30、当，获得二级预警，此时发送黄色预警通知，表示为提醒操作人员进行更频繁的监控，以确保系统运行的稳定性；

31、当，获得三级预警，此时发送粉色预警通知，需要减少水库中水体的冲击和能量损失；

32、当，获得四级预警，此时发送红色预警通知，并立即启动紧急维护流程，关闭水库的闸门，停止水体流入到发电站内部。

33、优选的，将引水流动指数和发电站流动指数进行相关联，获得水力发电因子，将水力发电因子与预设发电阈值q进行深度对比分析，获得等级方案策略：

34、当水力发电因子高于预设发电阈值q时，即，表示当前水力发电系统的性能较好，水资源利用充分，系统正常运行；

35、当水力发电因子低于预设发电阈值q时，即，表示当前发电效率低下。

36、优选的，所述运维管理模块包括管理单元；

37、所述管理单元用于应对紧急任务或重要任务，并设置优先级，对紧急任务进行及时处理，确保获得到的相应等级预警和等级方案得以及时采取相应的策略。

38、优选的，所述运维管理模块还包括有反馈单元；

39、所述反馈单元用于根据远程监控得来的流速差和水力发电因子，确定运维管理方案，并在执行操作后，将结果反馈于后台管理人员，最终确认操作是否完成或成功。

40、一种水利水电工程综合运维管理方法，包括以下步骤：

41、步骤一、通过数据采集模块采取水利水电工程中水力发电环节的引水流动数据、管道数据和发电站流动数据，并将其传输至数据库中；

42、步骤二、通过远程监控模块将对采集来的数据进行预处理和预管理，实时监控水上水下情况，来控制水库中的水位的变动，预防洪水灾害；

43、步骤三、通过综合分析模块将监控管理后的数据进行深度分析计算，获得：水位值、水头差、负荷值、引口个数、引水流动指数和发电站流动指数后，计算拟合出流速差和水力发电因子；

44、步骤四、通过预警模块将流速差与预设水流阙值k对比分析，获得等级预警策略，并将水力发电因子与预设发电阈值q进行深度对比分析，获得等级方案策略；

45、步骤五、通过运维管理模块将针对获得的等级预警策略和等级方案策略，确定运维管理方案并执行，将结果反馈于后台管理人员。

46、（三）有益效果

47、本发明提供了一种水利水电工程综合运维管理系统及方法。具备以下有益效果：

48、（1）该一种水利水电工程综合运维管理系统，利用数据采集模块来实时采集水库、管道和发电站内的关键数据，从水位值、水头差、负荷值、引口个数、流速差和引水流动指数多维度的水利水电数据中提取特征，实现客观化的水力发电效率和流速差，减少了主观性因素的影响，为决策提供准确的基础数据，通过远程监控模块帮助后台人员及时的去了解现场水库、管道和发电站的情况，便于控制水位程度，预防洪水灾害，通过综合分析模块将揭示了数据之间的关联性，客观计算流速差和水力发电因子，获得相应的预警和等级管理策略，为水力发电工程中的水力发电的调整和管理提供及时的指导工作，提高水力发电的效率。

49、（2）该一种水利水电工程综合运维管理系统，利用综合分析模块获得引水流动指数和发电站流动指数，将引水流动指数和发电站流动指数进行相互对比，获得流速差，利用预警模块中获得来的等级预警策略，再根据对比结果发出相应的预警通知，进一步提高了后台工作人员的工作效率，及时发现水体从水库中流入到发电站的流速与发电站本身水体的流速之间差距的情况。

50、（3）该一种水利水电工程综合运维管理系统，利用预警模块中获得来的获得等级方案策略，降低了系统人为操作的干预，减少了操作风险和错误的可能性，提高了系统的安全性，运维管理模块中的管理单元允许系统对紧急任务或重要任务进行优先级设置和应对，确保了对关键问题的快速响应和适时处理，有助于保障发电系统的稳定运行，反馈单元根据远程监控数据生成运维管理方案，并在执行操作后将结果及时反馈给后台管理人员，即时反馈能够帮助管理人员了解操作的执行情况，及时做出决策和确认操作是否成功。

51、（4）该一种水利水电工程综合运维管理方法，通过数据采集模块、远程监控模块、综合分析模块、预警模块和运维管理模块这五大步骤，解决了对水力发电环节的引水流动数据、管道数据和发电站流动数据的采集、实时监控水上与水下的情况、掌握水位变化、并深度计算分析，获得流速差、水力发电因子、相应的等级预警策略和等级方案策略，最终根据相应的等级预警采取相应的策略，并将执行结果反馈给后台。