本發(fā)明涉及復(fù)雜調(diào)水工程運(yùn)行評(píng)估領(lǐng)域，尤其涉及串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水工程一般通過(guò)泵站提水，泵站之間由渠道剛性、半剛性串聯(lián)或并聯(lián)，調(diào)蓄能力較小，是由泵站(攔污柵、水泵裝置、電機(jī)、其他輔助裝置等)、節(jié)制閘和渠道等設(shè)備、設(shè)施組成的復(fù)雜的剛性連接串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，以下簡(jiǎn)稱串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)。該系統(tǒng)組成較為復(fù)雜，并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)包含多個(gè)串聯(lián)線路，每個(gè)串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)又包括泵站、渠道、攔污柵等多種設(shè)備、設(shè)施。各站之間的流量、水位互相影響。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，受制于輸水工況動(dòng)態(tài)變化和未知的外界擾動(dòng)，系統(tǒng)內(nèi)部往往處于動(dòng)態(tài)變化中。串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)的通常以整體運(yùn)行效率最優(yōu)為目標(biāo)，需要對(duì)系統(tǒng)中各部分進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，避免系統(tǒng)局部運(yùn)行效率高，顧此失彼的現(xiàn)象。綜上，由于系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和運(yùn)行動(dòng)態(tài)性，對(duì)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)的效率計(jì)算是該領(lǐng)域的難題之一，也是急需解決的難題之一。串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率代表系統(tǒng)中各設(shè)備、設(shè)施的整體運(yùn)行狀態(tài)，是決定輸水能耗及費(fèi)用的主要因素，也是衡量調(diào)水工程是否成功的標(biāo)準(zhǔn)之一。因此，有必要建立一套完善的串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率指標(biāo)體系和理論表達(dá)式，全面反映系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，分析各部分對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響，同時(shí)可為系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化建立理論基礎(chǔ)。目前針對(duì)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)效率關(guān)注多集中于單級(jí)泵站效率，重于單級(jí)泵站內(nèi)各水泵裝置效率研究。較少提出系統(tǒng)整體運(yùn)行效率理念。在研究中，往往忽略梯級(jí)間水力、水量損失等因素。事實(shí)上，長(zhǎng)距離梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)的水力水量損失較大，往往對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率影響巨大。近年來(lái)，部分學(xué)者開(kāi)始注重滲漏、蒸發(fā)、水力損失等因素對(duì)系統(tǒng)整體效率的影響，提出了大型調(diào)水系統(tǒng)整體運(yùn)行效率研究的內(nèi)容、途徑和方法，但尚未形成嚴(yán)密的理論體系。此外，現(xiàn)有的研究的系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算多屬于完成效率、平均效率范疇，并不能反映實(shí)時(shí)或時(shí)段內(nèi)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。即，尚未形成一整套能夠全面反映梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)整體實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)體系和表達(dá)式，并在此基礎(chǔ)開(kāi)展運(yùn)行效率影響因素定量分析。現(xiàn)有技術(shù)存在如下技術(shù)問(wèn)題需要解決：①目前對(duì)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率研究多屬于完成效率，評(píng)價(jià)效率，即對(duì)某年或某次輸水任務(wù)進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)，不涉及各部分效率，無(wú)法根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果確定系統(tǒng)運(yùn)行中存在的薄弱環(huán)節(jié)，探索影響運(yùn)行效率的主要因素。②提出的運(yùn)行效率表達(dá)式考慮因素較少，往往忽略滲漏、蒸發(fā)等損失，運(yùn)行效率式往往適用于較少的輸水工況，適用性不強(qiáng)。③目前尚未有針對(duì)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)水量損失(滲漏、蒸發(fā))的定量計(jì)算方法。④目前研究多集中于對(duì)單級(jí)泵站和串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率進(jìn)行計(jì)算，尚未有此類針對(duì)并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率研究。⑤缺少一套嚴(yán)密串、并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率理論體系，沒(méi)有從時(shí)間和空間上對(duì)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)進(jìn)行解析。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算方法及系統(tǒng)，它解決了串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行存在復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，難以對(duì)其運(yùn)行效率進(jìn)行定量計(jì)算的難題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算方法，包括：步驟(1)：將串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)空分解，空間維度上，將并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)分為若干串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，將串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)分為泵站子系統(tǒng)和輸水子系統(tǒng)；時(shí)間維度上，將串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)整個(gè)調(diào)度過(guò)程劃分為若干個(gè)相對(duì)平衡時(shí)段，泵站水位、流量和抽水裝置的運(yùn)行效率在平衡時(shí)段內(nèi)恒定；步驟(2)：在時(shí)空分解理論基礎(chǔ)上，假定串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，定量計(jì)算串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)影響因素：梯級(jí)間各渠段水量損失、水力損失和抽水裝置效率；步驟(3)：建立泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式；同時(shí)根據(jù)是否計(jì)入級(jí)間水力、水量損失或級(jí)間是否有分水任務(wù)，建立三種不同工況下的輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式；步驟(4)：根據(jù)步驟(3)的泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式和輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式，建立三種不同的工況類型下的串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型；步驟(5)：根據(jù)步驟(4)得到的串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型，建立三種不同的工況類型下的并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型。所述步驟(1)的將串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)空分解：在空間維度上將并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)劃分為若干串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，將每個(gè)串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)中各泵站、渠段和攔污柵作為統(tǒng)一的整體，將串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)劃分為泵站和輸水子系統(tǒng)；從時(shí)間維度上將串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)整個(gè)調(diào)度過(guò)程進(jìn)行分段，在每個(gè)時(shí)段內(nèi)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，泵站水位、流量和抽水裝置運(yùn)行效率在時(shí)段內(nèi)恒定。所述步驟(1)的泵站子系統(tǒng)，是整個(gè)串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化的核心，由多級(jí)泵站組成，泵站內(nèi)部包括抽水裝置和輔助裝置，輔助裝置包括供排水、輸變電、壓力油氣、照明和勵(lì)磁設(shè)備；泵站內(nèi)各機(jī)組本身性能及運(yùn)行狀態(tài)決定能量轉(zhuǎn)化的效率，即泵站子系統(tǒng)的效率。所述步驟(1)的輸水子系統(tǒng)，是整個(gè)串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)能量傳輸紐帶，由級(jí)間的渠道、管道和攔污柵組成，輸水子系統(tǒng)的水流水力狀態(tài)決定傳輸過(guò)程中的能量損耗，即輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率。泵站子系統(tǒng)與輸水子系統(tǒng)通過(guò)級(jí)間水位和流量水力要素相互關(guān)聯(lián)。所述步驟(2)的梯級(jí)間各渠段水量損失計(jì)算：梯級(jí)間水量損失包括滲漏、蒸發(fā)、支流流出等，由于其難以用公式表示，可根據(jù)設(shè)定調(diào)水時(shí)段內(nèi)的損失總量(根據(jù)時(shí)段內(nèi)渠段蓄量變化反推)，換算為單位時(shí)段、單位輸水長(zhǎng)度上的瞬時(shí)損失流量。時(shí)段的選取需要根據(jù)渠段的滲漏、蒸發(fā)特性劃分，根據(jù)輸水階段劃分為調(diào)水初期、調(diào)水中期和調(diào)水后期時(shí)段。所述步驟(2)的梯級(jí)間各渠段水量損失計(jì)算：式中(1)、(2)、(3)、(4)，Δt為輸水時(shí)段時(shí)長(zhǎng)；j為泵站級(jí)數(shù)；為第j和j-1級(jí)泵站間渠道在Δt內(nèi)的蓄量變化值；V為渠道蓄量值；分別為第j和j-1級(jí)泵站間渠道在t+Δt和t時(shí)刻的蓄量值；為由于第j和j-1級(jí)泵站間的流量差導(dǎo)致的渠道蓄量變化值；為Δt時(shí)段內(nèi)，由于第j和j-1級(jí)泵站間渠道蒸發(fā)、滲漏水量損失導(dǎo)致的渠道蓄量變化值；Lj,j-1為第j和j-1級(jí)泵站間渠道長(zhǎng)度；qj,j-1為單位時(shí)段內(nèi)，單位渠道長(zhǎng)度的流量損失值。所述步驟(2)的水力損失計(jì)算過(guò)程：Sj,j+1(Qj,hj+1')＝hj-h′j+1(5)式(5)中，第hj為第j泵站的出水池水位；h′j+1為第j+1級(jí)泵站進(jìn)水池水位；Sj,j+1(Qj,hj+1')為當(dāng)流量為Qj時(shí)，第j和第j+1級(jí)泵站間的水力損失，在設(shè)計(jì)階段無(wú)實(shí)測(cè)的hj、h′j+1時(shí)，采用水力學(xué)方法對(duì)Sj,j+1(Qj,hj+1')進(jìn)行預(yù)測(cè)。所述步驟(2)的抽水裝置效率計(jì)算式(6)中，i為泵站內(nèi)抽水裝置號(hào)碼，i為正整數(shù)，Qj為第j泵站流量；Hj為第j級(jí)泵站的揚(yáng)程，P′(Qi,Hj)為第i個(gè)抽水裝置的輸入功率；P(Qi,Hj)為第i個(gè)抽水裝置的有效輸出功率；ηset,i為第i個(gè)抽水裝置的效率。所述步驟(3)的泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率為：水體經(jīng)多級(jí)泵站提升后，所獲得的能量之和與各級(jí)泵站所消耗能量之和的比值。所述步驟(3)的泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式為：式(7)中，Qj為各泵站流量；ηps為泵站子系統(tǒng)效率；TPj為水體經(jīng)過(guò)第j級(jí)泵站提升所獲得的能量；TP′j為第j級(jí)泵站提水所需消耗的能量，泵站內(nèi)各抽水裝置輸入功率；h′j為第j級(jí)泵站進(jìn)水池水位、hj為第j級(jí)泵站出水池水位；Hj為第j級(jí)泵站的揚(yáng)程，Hj＝hj-h′j；ηpump(Q,Hj)為泵站流量為Q，揚(yáng)程為Hj工況下，第j級(jí)泵站內(nèi)各抽水裝置聯(lián)合運(yùn)行的效率值，即單級(jí)泵站效率。式(8)中，i為抽水裝置編號(hào)；Qi(θi，ni)為泵站內(nèi)第i個(gè)抽水裝置的流量，當(dāng)揚(yáng)程Hj已知時(shí)，Qi(θi，ni)為水泵葉片安放角θi，機(jī)組轉(zhuǎn)速ni的函數(shù)，其中，Qi(θi，ni)＝0表示不開(kāi)機(jī)；P(Qi,Hj)為第i個(gè)抽水裝置的有效輸出功率；P′(Qi,Hj)為第i個(gè)抽水裝置的輸入功率；ηset,i為第i個(gè)抽水裝置的效率，見(jiàn)公式(6)。式(9)中，為水泵裝置效率；為傳動(dòng)效率；為電機(jī)效率。其中抽水裝置的效率并不包括泵站進(jìn)水池和出水池效率，將泵站進(jìn)水池和出水池的效率并入輸水子系統(tǒng)效率中。所述步驟(3)的輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率：水體經(jīng)多級(jí)泵站提升后，經(jīng)過(guò)級(jí)間渠道、攔污柵和閘門輸送到目的地，最終獲得的凈能量與水體經(jīng)過(guò)各級(jí)泵站提水獲得的總能量的比值。所述步驟(3)的輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式，根據(jù)是否計(jì)入級(jí)間水力、水量損失，級(jí)間是否有分水任務(wù)，分為A、B和C三種工況。所述步驟(3)的輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式：A工況：計(jì)入級(jí)間水力損失，級(jí)間無(wú)分水情況不考慮輸水水量損失，僅計(jì)入輸水水力損失，且級(jí)間無(wú)分水任務(wù)情況下，末級(jí)泵站輸出水體的凈能量為串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)最終獲得的凈能量，輸水子系統(tǒng)效率表達(dá)式為：式(10)、(11)中，ηcs為輸水系統(tǒng)效率；TP*為水體經(jīng)過(guò)泵站、渠道輸送到目的地最終獲得的凈能量；TPj為水體經(jīng)過(guò)第j級(jí)泵站提水獲得的能量；H*為最末級(jí)泵站輸出水體獲得的有效揚(yáng)程：梯級(jí)間凈揚(yáng)程；Sj,j+1(Qj,hj+1')為第j和j+1級(jí)泵站間渠道的水力損失。所述步驟(3)的輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式：B工況：計(jì)入級(jí)間水力及水量損失，級(jí)間無(wú)分水情況計(jì)入級(jí)間水力及水量損失，無(wú)沿線分水情況下：扣除級(jí)間水力、流量損失，渠道末級(jí)泵站輸出水體的凈能量即為串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)最終獲得的凈能量，輸水子系統(tǒng)效率表達(dá)式為：式(12)、(13)、(14)中，Q1為首級(jí)泵站的輸出流量；L(j-1,j)為第j和j-1泵站間渠道長(zhǎng)度；q(j-1,j)為第j和j-1泵站間渠道單位距離的流量損失值；Q*為最末級(jí)泵站所輸出的流量，等于首級(jí)泵站的流量減去級(jí)間的水量損失；Qj為經(jīng)過(guò)第j級(jí)泵站輸出流量，數(shù)值上等于首級(jí)泵站流量減去第1級(jí)至j級(jí)間渠道的流量損失。所述步驟(3)的輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式：C工況：計(jì)入級(jí)間水力、水量損失，級(jí)間分水流量計(jì)入級(jí)間水力、水量損失，級(jí)間有分水情況下，串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)最終輸出水體的凈能量包括兩部分：一部分為末級(jí)泵站輸出水體獲得的凈能量；另一部分為沿線分水口輸出水體獲得的凈能量。輸水子系統(tǒng)效率表達(dá)式為：式(15)、(16)、(17)、(18)，H*為最末級(jí)泵站輸出水體獲得的有效揚(yáng)程；kj為第j-1和j泵站間的分水口序號(hào)，kj＝1,2…mj；mj為第j-1和j泵站間的分水口總個(gè)數(shù)，mj為正整數(shù)；分別為j-1和j泵站間第kj個(gè)分水口門分水獲得的凈揚(yáng)程；為j-1和j泵站間第kj個(gè)分水口門高程；Q*最末級(jí)泵站所輸出的流量，等于首級(jí)泵站流量減去沿線水量損失和分水流量；Qj為經(jīng)過(guò)第j級(jí)泵站的輸出流量，數(shù)值上等于首級(jí)泵站減去第1級(jí)至j級(jí)間的全部流量損失和分水口流量；為第j-1和j泵站間第kj個(gè)分水口的分水流量；為j-1和j泵站間所有分水口流量之和；為系統(tǒng)j級(jí)泵站上游沿途所有分水口的分水總流量之和。所述步驟(4)的串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率定義為：水體經(jīng)過(guò)泵站子系統(tǒng)提升和輸水子系統(tǒng)傳輸，到達(dá)目的地后所獲得的凈能量與各級(jí)泵站消耗總能量的比值，等于泵站子系統(tǒng)效率與輸水子系統(tǒng)效率的乘積。所述步驟(4)的串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型：A工況：計(jì)入級(jí)間水力損失，沿線無(wú)分水情況式(19)中，ηpcs為串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率。所述步驟(4)的串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型：B工況：計(jì)入級(jí)間水力及水量損失，級(jí)間無(wú)分水情況式(20)中，ηpcs為串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率。所述步驟(4)的串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型：C工況計(jì)入級(jí)間水力、水量損失，級(jí)間有分水情況式(21)中，ηpcs為串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率。所述步驟(5)的并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率是指：水體經(jīng)過(guò)各串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，到達(dá)目的地后獲得的凈能量與各串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)內(nèi)各級(jí)泵站消耗總能量的比值。所述步驟(5)的并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型：A工況：計(jì)入級(jí)間水力損失，沿線無(wú)分水情況式(22)～(23)中，ηbpcs為并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率；r為串聯(lián)線路序號(hào)，r＝1,2,…z；z為串聯(lián)線路總條數(shù)，z為正整數(shù)；ηr,pcs為第r個(gè)串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率。所述步驟(5)的并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型：B工況：計(jì)入級(jí)間水力及水量損失，級(jí)間無(wú)分水情況式(24)～(25)中，ηbpcs為并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率；r為串聯(lián)線路序號(hào)，r＝1,2…z，z為串聯(lián)線路總條數(shù)，z為正整數(shù)；ηr,pcs為第r個(gè)串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率。所述步驟(5)的并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型：C工況計(jì)入級(jí)間水力、水量損失，級(jí)間有分水情況式(26)～(27)中，ηbpcs為并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率；r為串聯(lián)線路序號(hào)；r＝1,2,…z；z為串聯(lián)線路總條數(shù)，z為正整數(shù)；ηr,pcs為第r個(gè)串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率。建立串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算系統(tǒng)，包括：時(shí)空分解單元：將串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)空分解，空間維度上，將并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)分為若干串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，將串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)分為泵站子系統(tǒng)和輸水子系統(tǒng)；時(shí)間維度上，將串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)整個(gè)調(diào)度過(guò)程劃分為若干個(gè)相對(duì)平衡時(shí)段，泵站水位、流量和抽水裝置的運(yùn)行效率在平衡時(shí)段內(nèi)恒定；影響因素計(jì)算單元：在時(shí)空分解理論基礎(chǔ)上，假定串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，定量計(jì)算串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)影響因素：梯級(jí)間各渠段水量損失、水力損失和抽水裝置效率；泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率和輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算單元：建立泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式；同時(shí)根據(jù)是否計(jì)入級(jí)間水力、水量損失或級(jí)間是否有分水任務(wù)，建立三種不同工況下的輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式；串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算單元：根據(jù)泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式和輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式，建立三種不同的工況類型下的串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型；并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算單元：根據(jù)串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型，建立三種不同的工況類型下的并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型。本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明針對(duì)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性的難題，提出了基于時(shí)空分解的梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率理論體系。一方面，在空間維度將并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)劃分為若干串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，將系統(tǒng)中各泵站、渠段、攔污柵等設(shè)備、設(shè)施作為統(tǒng)一的整體，將串聯(lián)系統(tǒng)劃分為泵站和輸水子系統(tǒng)；另一方面，從時(shí)間維度將調(diào)度過(guò)程進(jìn)行分段，提出每個(gè)時(shí)段內(nèi)動(dòng)態(tài)平衡的理念。在以上兩個(gè)理論基礎(chǔ)上，分別定量計(jì)算水力、水量損失和分水等影響因素，提出泵站子系統(tǒng)、輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率概念和表達(dá)式，進(jìn)而依次提出串聯(lián)和并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率概念和表達(dá)式，形成了一套嚴(yán)密的理論和方法體系；(2)本發(fā)明考慮了輸水水力損失，滲漏水量損失，分水工況等眾多影響因素，給出了影響因素定量計(jì)算方法，提高了傳統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算方法的適用性和準(zhǔn)確性，由于計(jì)算成果中包含子系統(tǒng)運(yùn)行效率和系統(tǒng)運(yùn)行效率兩個(gè)層次，能夠更準(zhǔn)確反映子系統(tǒng)和整體系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，有利于尋求影響運(yùn)行效率的因素；(3)本發(fā)明的建立可有助于尋求串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率優(yōu)化的關(guān)鍵因素，為系統(tǒng)運(yùn)行效率優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)；(4)本發(fā)明應(yīng)用于南水北調(diào)東線等類似梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)和分析中，為此類工程運(yùn)行評(píng)價(jià)和調(diào)度決策提供直接依據(jù)，具有較強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。附圖說(shuō)明圖1串并梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)組成示意圖；圖2串并梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)時(shí)空分解原理圖；圖3串并梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)計(jì)算流程圖；圖4南水北調(diào)東線典型串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)平面布置圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1-4所示，串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水工程一般通過(guò)泵站提水，泵站之間由渠道剛性、半剛性串聯(lián)或并聯(lián)，調(diào)蓄能力較小，是由調(diào)蓄節(jié)點(diǎn)、泵站(攔污柵、水泵裝置、電機(jī)、其他輔助裝置等)、節(jié)制閘和渠道等設(shè)備、設(shè)施組成的復(fù)雜的剛性連接串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，以下簡(jiǎn)稱串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)。該系統(tǒng)組成較為復(fù)雜，并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)包含多個(gè)串聯(lián)線路，每個(gè)串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)又包括泵站、渠道、攔污柵等多種設(shè)備、設(shè)施，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，受制于輸水工況動(dòng)態(tài)變化和未知的外界擾動(dòng)，系統(tǒng)內(nèi)部往往處于動(dòng)態(tài)變化中。(1)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)時(shí)空分解首先對(duì)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)空分解，一方面，在空間上將并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)劃分為若干串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，將系統(tǒng)中各泵站、渠段、攔污柵等設(shè)備、設(shè)施作為統(tǒng)一的整體，考慮水力、水量損失和分水等影響因素，將系統(tǒng)劃分為泵站和輸水子系統(tǒng)，另一方面從時(shí)間上，提出每個(gè)時(shí)段內(nèi)相對(duì)平衡的理念，將調(diào)度過(guò)程進(jìn)行分段，為串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算建立理論基礎(chǔ)，見(jiàn)圖2。(2)串、并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)影響因素定量計(jì)算在時(shí)空分解理論基礎(chǔ)上，假定串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，定量計(jì)算梯級(jí)間各渠段水量、水力損失、抽水裝置效率。(3)建立串聯(lián)泵站梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型建立串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率體系，分別提出泵站子系統(tǒng)和輸水子系統(tǒng)效率的定義和表達(dá)式，泵站子系統(tǒng)綜合考慮各級(jí)泵站水泵裝置效率、電機(jī)效率、傳動(dòng)效率等；輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率綜合考慮了攔污柵、閘門、各渠段渠道等水力損失，各渠段蒸發(fā)、滲漏等水量損失，以及考慮分水對(duì)運(yùn)行效率影響因素。在此基礎(chǔ)上將兩者關(guān)聯(lián)，提出梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率的概念及相應(yīng)計(jì)算表達(dá)式。(4)建立并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型提出了并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率體系和定義，基于串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型，綜合并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)中各串聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行效率，提出并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型。(5)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算方法應(yīng)用流程及要點(diǎn)首先對(duì)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)空分解，空間維度將并聯(lián)系統(tǒng)劃分為若干串聯(lián)系統(tǒng)，將串聯(lián)系統(tǒng)劃分為泵站子系統(tǒng)和輸水子系統(tǒng)，時(shí)間維度上對(duì)調(diào)度時(shí)段進(jìn)行劃分，選擇相對(duì)平衡時(shí)段進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行特征選擇工況類型(A,B,C),從而選用不同計(jì)算公式；結(jié)合實(shí)測(cè)調(diào)度數(shù)據(jù)(泵站站上站下水位、流量、機(jī)組輸出輸入功率等)，定量計(jì)算泵站機(jī)組效率、流量損失、水力損失、滲漏損失參數(shù)；在此基礎(chǔ)上依次計(jì)算泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率、輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率、串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率和并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率，應(yīng)用流程見(jiàn)圖3。對(duì)詳細(xì)方案介紹如下：1.串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)時(shí)空分解理論空間維度上，將并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)劃分為若干串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，將串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)劃分為泵站、輸水兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)。其中，泵站子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化(電能轉(zhuǎn)化為位能)的核心，由多級(jí)泵站組成，泵站內(nèi)部又包括抽水裝置和輔助裝置。泵站內(nèi)各機(jī)組本身性能及運(yùn)行狀態(tài)決定了能量轉(zhuǎn)化的效率，即泵站子系統(tǒng)的效率。輸水子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)能量傳輸紐帶，由級(jí)間的渠道、管道、攔污柵等水工控制建筑物等設(shè)施組成，其水流水力狀態(tài)決定了傳輸過(guò)程中的能量損耗，即輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率。泵站、輸水兩個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)級(jí)間水位、流量水力要素相互關(guān)聯(lián)。兩個(gè)子系統(tǒng)共同決定了系統(tǒng)運(yùn)行效率。空間維度上，將串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程可劃分為若干個(gè)不同的平衡狀態(tài)以及過(guò)渡狀態(tài)，系統(tǒng)在不同平衡狀態(tài)之間轉(zhuǎn)化，即處于動(dòng)態(tài)平衡中?；谠摾砟?，在不同調(diào)度時(shí)段內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)部的處于相對(duì)平衡狀態(tài)，其中的泵站性能參數(shù)、水位流量等水力學(xué)變量可認(rèn)為是恒定值，為梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率理論建立提供了前提條件。在時(shí)空分解理論基礎(chǔ)上，假定串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，定量計(jì)算梯級(jí)間各渠段水力、水量損失和分水情況，首先分別建立泵站子系統(tǒng)、輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式，進(jìn)而依次建立串聯(lián)和并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算方法。2、串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)影響因素定量計(jì)算在時(shí)空分解理論基礎(chǔ)上，假定串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，定量計(jì)算梯級(jí)間各渠段水量、水力損失、抽水裝置效率。(1)梯級(jí)各渠段水量損失計(jì)算梯級(jí)間水量損失包括滲漏、蒸發(fā)、支流流出等，由于其難以用公式表示，因此可根據(jù)調(diào)水時(shí)段內(nèi)的損失總量，換算為單位輸水長(zhǎng)度上的瞬時(shí)的損失流量。時(shí)段的劃分需要根據(jù)渠段的滲漏特性劃分，一般可劃分為輸水初期，輸水中期和輸水后期。式中(1)、(2)、(3)、(4)，Δt為輸水時(shí)段；j為泵站級(jí)數(shù)，j＝1,2,…n；為第j和j-1級(jí)泵站間渠道在輸水時(shí)段Δt內(nèi)的蓄量變化值；V為渠道蓄量值；分別為第j和j-1級(jí)泵站間渠道在t+Δt和t時(shí)刻的蓄量值；為由于泵站流量變化導(dǎo)致的第j和j-1級(jí)泵站間渠道蓄量變化值；為由于蒸發(fā)、滲漏等流量損失導(dǎo)致的蓄量變化值；Lj,j-1為第j和j-1級(jí)泵站間渠道長(zhǎng)度；qj,j-1為時(shí)段Δt內(nèi)，單位渠道長(zhǎng)度的流量損失值。(2)水力損失計(jì)算Sj,j+1＝Sj,j+1(Qj,hj+1')＝hj-h′j+1(5)式(5)中，第hj為第j泵站的出水池水位；h′j+1為第j+1級(jí)泵站進(jìn)水池水位；Sj,j+1為第j和j+1級(jí)泵站間渠道的水力損失，可以寫(xiě)為Qj、hj+1'的函數(shù)。在設(shè)計(jì)階段無(wú)實(shí)測(cè)的hj、h′j+1時(shí)，可采用水力學(xué)方法對(duì)Sj,j+1＝Sj,j+1(Qj,hj+1')進(jìn)行預(yù)測(cè)。(3)抽水裝置效率計(jì)算式(6)中，Qj為第j泵站流量；Hj為第j級(jí)泵站的揚(yáng)程，P′(Qi,Hj)為第i個(gè)抽水裝置的輸入功率；P(Qi,Hj)為第i個(gè)抽水裝置的有效輸出功率；ηset,i為第i個(gè)抽水裝置的效率。3.建立串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算模型基于時(shí)空分解的串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率理論及影響因素定量計(jì)算基礎(chǔ)上，建立串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率體系，分別提出泵站子系統(tǒng)和輸水子系統(tǒng)效率的定義和表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上將兩者關(guān)聯(lián)，提出串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率的定義及相應(yīng)表達(dá)式，并給出計(jì)算方法。3.1泵站子系統(tǒng)效率模型泵站子系統(tǒng)效率是反映各級(jí)泵站運(yùn)行狀態(tài)的綜合指標(biāo)。泵站子系統(tǒng)效率可定義為水體經(jīng)各級(jí)泵站提升后，所獲得的能量之和與各級(jí)泵站所消耗能量之和的比值。在單機(jī)組、單級(jí)泵站效率計(jì)算的基礎(chǔ)上，綜合各泵站的效率，給出泵站子系統(tǒng)效率的定義和表達(dá)式：式(7)中，Qj為各泵站流量；ηps為泵站子系統(tǒng)效率；TPj為水體經(jīng)過(guò)第j級(jí)泵站提升所獲得的能量,即泵站內(nèi)各抽水裝置輸出功率；TP′j為第j級(jí)泵站提水所需消耗的能量，即泵站內(nèi)各抽水裝置輸入功率；h′j、hj分別為時(shí)段內(nèi)第j級(jí)泵站進(jìn)、出水池水位；Hj為第j級(jí)泵站的揚(yáng)程，Hj＝hj-h′j；ηpump(Qj,Hj)為泵站流量為Qj，揚(yáng)程為Hj工況下，第j級(jí)泵站內(nèi)各抽水裝置聯(lián)合運(yùn)行的效率值，即單級(jí)泵站效率，取決于各抽水裝置的運(yùn)行方案。式(8)中，i為抽水裝置編號(hào)，i＝1,2…m，m為抽水裝置總個(gè)數(shù)，m為正整數(shù)；Qi(θi,ni)為泵站內(nèi)第i個(gè)抽水裝置的流量，當(dāng)揚(yáng)程Hj一定時(shí)，其為水泵葉片安放角θi，機(jī)組轉(zhuǎn)速ni的函數(shù)，其中，Qi(θi,ni)＝0表示不開(kāi)機(jī)；P(Qi,Hj)為第i個(gè)抽水裝置的有效輸出功率；P′(Qi,Hj)為第i個(gè)抽水裝置的輸入功率；ηset,i為第i個(gè)抽水裝置的效率，其中抽水裝置效率并不包括泵站進(jìn)、出水池效率，本發(fā)明將泵站進(jìn)、出水池的效率并入輸水子系統(tǒng)效率中。對(duì)于ηset,i的計(jì)算，可采用公式(6)計(jì)算預(yù)測(cè)。式(9)中，為水泵裝置效率；為傳動(dòng)效率；為電機(jī)效率。3.2輸水子系統(tǒng)效率模型輸水子系統(tǒng)效率是反映梯級(jí)間渠道、攔污柵、閘門等水工建筑物整體輸水狀態(tài)的指標(biāo)。輸水子系統(tǒng)效率定義為水體經(jīng)泵站提升后，經(jīng)過(guò)級(jí)間渠道、攔污柵、閘門等設(shè)備、設(shè)施輸送到目的地(包括級(jí)間分水口)，最終獲得的凈能量與水體經(jīng)過(guò)各級(jí)泵站提水獲得的總能量的比值。根據(jù)是否考慮級(jí)間水力、水量損失，級(jí)間是否有分水任務(wù)，可分為A、B、C三種情況。(1)A工況：計(jì)入級(jí)間水力損失，級(jí)間無(wú)分水情況不考慮輸水水量損失，僅考慮輸水水力損失，且級(jí)間無(wú)分水任務(wù)情況下，系統(tǒng)末級(jí)泵站輸出水體的凈能量即系統(tǒng)最終獲得的凈能量，輸水子系統(tǒng)效率表達(dá)式為：式(10)、(11)中，ηcs為輸水系統(tǒng)效率；TP*為水體經(jīng)過(guò)泵站、渠道(管道)輸送到目的地(末級(jí)泵站出口)最終獲得的凈能量；TPj為水體經(jīng)過(guò)第j級(jí)泵站提水獲得的能量；H*為最末級(jí)泵站輸出水體獲得的有效揚(yáng)程，即梯級(jí)間凈揚(yáng)程；Sj,j+1為第j和j+1級(jí)泵站間渠道的水力損失，可以寫(xiě)為Qj、hj+1'的函數(shù)，Sj,j+1＝Sj,j+1(Qj,hj+1')。(2)B工況：計(jì)入級(jí)間水力及水量(蒸發(fā)、滲漏)損失，級(jí)間無(wú)分水情況考慮級(jí)間水力及水量損失，無(wú)沿線分水情況下，扣除級(jí)間流量損失，渠道末級(jí)泵站輸出水體的凈能量即為系統(tǒng)最終獲得的凈能量，輸水子系統(tǒng)效率表達(dá)式為：式(12)、(13)、(14)中，Q1為首級(jí)泵站的輸出流量；L(j-1,j)為第j和j-1泵站間渠道長(zhǎng)度；q(j-1,j)為第j和j-1泵站間渠道單位距離的流量損失值；Q*為最末級(jí)泵站所輸出的流量，等于首級(jí)泵站的流量減去級(jí)間的水量損失；Qj為經(jīng)過(guò)第j級(jí)泵站輸出流量，數(shù)值上等于首級(jí)泵站流量減去第1級(jí)至j級(jí)間渠道的流量損失。(3)C工況：計(jì)入級(jí)間水力、水量(蒸發(fā)、滲漏)損失，級(jí)間分水流量計(jì)入級(jí)間水力、水量損失，級(jí)間有分水情況下，系統(tǒng)最終輸出水體的凈能量包括兩部分：一部分為末級(jí)泵站輸出水體獲得的凈能量；另一部分為沿線分水口輸出水體獲得的凈能量。輸水子系統(tǒng)效率表達(dá)式為：式(15)、(16)、(17)、(18)中，H*為最末級(jí)泵站輸出水體獲得的有效揚(yáng)程；kj為第j-1和j泵站間的分水口序號(hào)，kj＝1,2…mj；mj第j-1和j泵站間的分水口總個(gè)數(shù)，mj為正整數(shù)；分別為j-1和j泵站間第kj個(gè)分水口門分水獲得的凈揚(yáng)程；為j-1和j泵站間第kj個(gè)分水口門高程；Q*最末級(jí)泵站所輸出的流量，等于首級(jí)泵站流量減去沿線水量損失和分水流量；Qj為經(jīng)過(guò)第j級(jí)泵站的輸出流量，數(shù)值上等于首級(jí)泵站減去第1級(jí)至j級(jí)間的全部流量損失和分水口流量；為第j-1和j泵站間第kj個(gè)分水口的分水流量；為j-1和j泵站間mj個(gè)分水口流量之和；為系統(tǒng)j級(jí)泵站上游沿途所有分水口的分水總流量之和。3.3串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率模型串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率可定義為水體經(jīng)過(guò)多級(jí)泵站(泵站子系統(tǒng))提升和渠道等(輸水子系統(tǒng))傳輸，到達(dá)目的地后所獲得的凈能量與各級(jí)泵站消耗總能量的比值，等于泵站子系統(tǒng)效率與輸水子系統(tǒng)效率的乘積，根據(jù)輸水子系統(tǒng)效率的三種不同表達(dá)式，梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率的表達(dá)式分別為：(1)A工況：計(jì)入級(jí)間水力損失，沿線無(wú)分水情況(2)B工況：計(jì)入級(jí)間水力及水量(蒸發(fā)、滲漏)損失，級(jí)間無(wú)分水情況(3)C工況計(jì)入級(jí)間水力、水量(蒸發(fā)、滲漏)損失，級(jí)間有分水情況綜上所述，式(19)、(20)和式(21)中，ηpcs為串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率，其他符號(hào)含義同前。4、并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率定義為：水體經(jīng)過(guò)各串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，到達(dá)目的地后獲得的凈能量與各串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)內(nèi)各級(jí)泵站消耗總能量的比值。假定并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)包含i條線路，根據(jù)是否計(jì)入考慮級(jí)間水力、水量損失，級(jí)間是否有分水任務(wù)，可分為A、B、C三種情況，并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率表達(dá)式見(jiàn)(22)～(27)。當(dāng)r＝1時(shí)，公式(22)～(27)等同于串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率公式。(1)A工況：計(jì)入級(jí)間水力損失，沿線無(wú)分水情況(2)B工況：計(jì)入級(jí)間水力及水量損失，級(jí)間無(wú)分水情況(3)C工況計(jì)入級(jí)間水力、水量損失，級(jí)間有分水情況式中(22)～(27)中，ηbpcs為并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率；r＝1,2,…z；z為串聯(lián)線路總條數(shù)，z為正整數(shù)；ηr,pcs為第r個(gè)串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率；其他參數(shù)含義均等串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)中的參數(shù)。5、串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算流程及應(yīng)用首先對(duì)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)空分解，將并聯(lián)系統(tǒng)劃分為若干串聯(lián)系統(tǒng)，將串聯(lián)系統(tǒng)劃分為泵站子系統(tǒng)和輸水子系統(tǒng)，選擇用于計(jì)算的相對(duì)平衡時(shí)段；根據(jù)串并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行特征選擇工況類型(A,B,C),從而選用不同計(jì)算公式；結(jié)合實(shí)測(cè)調(diào)度數(shù)據(jù)，定量計(jì)算泵站機(jī)組效率、流量損失、水力損失、滲漏損失參數(shù)；在此基礎(chǔ)上依次計(jì)算泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率、輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率、串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率和并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率。對(duì)詳細(xì)方案介紹如下：以南水北調(diào)東線典型梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)為實(shí)例，介紹本發(fā)明基本實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)南水北調(diào)東線山東段典型梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)工程概況以南水北調(diào)東線山東段典型梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)為研究對(duì)象，該系統(tǒng)上、下游邊界均為調(diào)蓄湖泊(R1、R2)，系統(tǒng)包括三座低流量、大揚(yáng)程的泵站(從上游至下游依次為A、B、C)，以及三段輸水河道R1～A、A～B、B～C(R2)，設(shè)計(jì)輸水流量1003m/s，屬于剛性連接串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)，見(jiàn)圖4。其中R1～A26.0km，設(shè)計(jì)底寬為66m，河底高程28.7m，邊坡1:3～1:4；A～B32.26km，設(shè)計(jì)河底高程30.8m，底寬45m，邊坡1:2.5～1:4，B～C21km，設(shè)計(jì)河底高程33.2m，底寬45m，邊坡1:3。(2)南水北調(diào)東線山東段典型串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)時(shí)空分解2016年1-6月，南水北調(diào)東線山東段典型梯級(jí)泵站工程進(jìn)入運(yùn)行期，調(diào)度初期三級(jí)泵站自上游到下游逐級(jí)順序開(kāi)啟，上級(jí)泵站為下級(jí)泵站渠段補(bǔ)水，至站下水位超過(guò)設(shè)計(jì)水位后開(kāi)啟機(jī)組；當(dāng)各個(gè)渠段達(dá)到設(shè)計(jì)或指定水位時(shí)，調(diào)整各個(gè)泵站流量基本保持一致，系統(tǒng)處于相對(duì)平衡狀態(tài)；由于工況變化及外界擾動(dòng)，整個(gè)調(diào)度過(guò)程可劃分為n個(gè)不同平衡狀態(tài)組成，從中選取三個(gè)處于相對(duì)平衡運(yùn)行狀態(tài)的典型時(shí)段，見(jiàn)表1。時(shí)段內(nèi)泵站水位、流量和有功功率等參數(shù)取時(shí)段內(nèi)平均值，在此基礎(chǔ)上分別計(jì)算泵站、輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率和整體運(yùn)行效率。表1調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中相對(duì)平衡時(shí)段劃分序號(hào)123時(shí)段2016.1.188:00～1.218:002016.5.68:00～5.108:002016.6.148:00～6.208:00機(jī)組開(kāi)啟情況1#、3#兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行1#、1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行1#、3#、4#三臺(tái)機(jī)組運(yùn)行(3)泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算及分析根據(jù)實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)式(6)、(7)、(8)、(9)，分別計(jì)算運(yùn)行狀態(tài)1～3的抽水裝置效率、泵站子系統(tǒng)效率，見(jiàn)表2。表2泵站子系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算表(4)輸水子系統(tǒng)效率計(jì)算及分析考慮工況B，計(jì)入水力及水量損失，級(jí)間無(wú)分水情況，利用公式(12)、(13)、(14)計(jì)算輸水子系統(tǒng)效率，見(jiàn)表3。①水量損失計(jì)算各渠段滲漏、蒸發(fā)等水量損失與水位、流量、天氣、地下水等多種因素相關(guān)。根據(jù)泵站流量和梯級(jí)渠段蓄量變化，應(yīng)用公式(1)、(2)、(3)(4)，分時(shí)段分別計(jì)算R1-A、A-B、B-C渠段水量損失(按百分比計(jì)入)，并換算為瞬時(shí)損失流量和比率，見(jiàn)表3。②水力損失主要包括河道沿線輸水損失、引水渠道、前池、攔污柵、清污機(jī)水力損失，利用公式(5)進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)表3。表3輸水子系統(tǒng)效率計(jì)算(5)南水北調(diào)東線典型串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)整體效率計(jì)算考慮工況B，根據(jù)公式(20)，可計(jì)算南水北調(diào)東線典型串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率，見(jiàn)表4。表4南水北調(diào)東線典型串聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)整體效率計(jì)算成果從表中可以看出，部分調(diào)度階段，某級(jí)泵站效率較高、其他泵站效率偏低，泵站系統(tǒng)效率偏低55％～60％；當(dāng)攔污柵堵塞、冰期、水草漂浮工況下，水力明顯損失較大，輸水子系統(tǒng)運(yùn)行效率偏低，70％左右，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響較大。(6)并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)效率計(jì)算假定存在三條串聯(lián)線路，針對(duì)工況B，利用公式(24)和公式(25)計(jì)算并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率，計(jì)算流程和結(jié)果見(jiàn)表5。表5并聯(lián)梯級(jí)泵站輸水系統(tǒng)運(yùn)行效率計(jì)算上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3