基于Excel宏的径流式水电站水能计算简易模型

运行管理 、 水能计算贯穿于水电站规划设计 、 ， 增容改造的整个 过 程 中 其 计 算 成 果 为 电 站 的 方 案设计比较及装机容量确定等提供重要依据 。 但 由于来水资料的 不 确 定 性 和 水 文 资 料 长 系 列 性 ， 致使水能计算复杂繁琐 。 其中径流式水电站无调 蓄能力 ， 其主要依靠天然来水发电 ， 目前相应的径 流式水电站水 能 计 算 方 法 主 要 有 合 轴 图 解 法 基本曲线法
基于 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ宏的径流式水电站水能计算简易模型
原文林 ， 方洪斌 ， 马跃先 ， 王 梁
（ ） 郑州大学 水利与环境学院 ，河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ２ 摘要 ：针对目前径流式水电站水能计算方 法 存 在 的 不 足 ， 基于水文学和水能计算的相关原理， 运用 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ软 件的函数图表与统计分析功能对计算各要素做相应 处 理 ， 并 对 计 算 指 标 作 合 理 修 正， 整体过程依托 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ宏 操作 ， 加入折减系数模块化后建立计算简易模型 ， 并以引沁河口水电站为例进行计算 。 结果表明 ， 该简易模型 不仅提高了水能计算效率 ， 且精度较高 。 关键词 ： Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ宏 ；径流式水电站 ；水能计算简易模型 ；折减系数 中图分类号 ： ＴＶ ７ ４ ７ 文献标志码 ：Ａ
第３ ０卷 第５期 ２ ０ １ ２年５月 （ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ０ ７ ７ ０ ９ ２ ０ １ ２ ０ ５ ０ １ ０ ８ ０ ４ － － －
水 电 能 源 科 学 Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ０Ｎ ｏ ． ５ Ｍ ａ ２ ０ １ ２ ｙ
其中对流量范围划分的精细度决定了分段出 但过分追求精细度将会使机组 力系数的准确度 ， 间衔接流量值的 确 定 变 得 困 难 ， 且当流量范围间 隔小至一定程度 后 ， 对水能计算最后结果的影响
Ｈ 为发电水头 ， ｍ。 ） 在实际计算中 ， 为便于计算 ， 将式 （ 简化为 ： １ Ｎ ＝Ｋ ＱＨ
［ ５， ６］
， 不但提高
且计算精度能满足要求 。 了水利水能计算效率 ，Fra Baidu bibliotek
１ 水能计算简易模型
１． １ 综合出力系数的分段处理 本文水能计算简易模型是针对径流式水电站 的工作特点而建 ， 水能计算公式为 ： （ ） Ｎ ＝ ９． ８ １ １ ηＱＨ 式中 ， 包括水 Ｎ 为机 组 出 力 ， ｋＷ ； η 为机组发电（ ３ ／ ； 发电机 ） 效率系数 ； 轮机 、 Ｑ 为机组发电流量 ， ｍ ｓ
［ ２］ ［ １］
其中
Ｋ ＝ ９． ８ １ η ， 式中 Ｋ 为电站综合出力系数 。 一般的 水 能 计 算 中 ， Ｋ 值 通 常 取 一 固 定 值，
这样就忽略了出 力 系 数 的 变 化 ， 故造成计算不精
７］ 。 对具有多台 机 组 的 径 流 式 水 电 站 ， 确［ 简易模
型提出了分段出 力 系 数 的 概 念 ， 即对水电站整体 来说 ， 依据其机组容量配置情况 ， 重点考虑多台机 以保证机组高效率工作为 组衔接处的流量 取 值 ， 原则 ， 将引用流量范围划分为数段 ， 各流量段所对 应的 Ｋ 值应依据相应的流量和水头关系确定 ， 由 于径流式水电站发电水头变幅较小 ， 对 Ｋ 值的影 根据机 组 自 身 特 性 并 结 合 流 量 出 力 关 响可忽略 ， 系对 Ｋ 值 分 段 确 定 。 图 １ 为 具 有 多 台 机 组 的 引 沁河口径流式 水 电 站 的 流 量 与 Ｋ 值 的 对 应 曲 线 关系 。
第３ ０ 卷第 ５ 期
原文林等 ： 基于 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ宏的径流式水电站水能计算简易模型
·１ ０ ９·
已极其细微 。 不同径流式水电站其流量范围区间 可能有差异 ， 但一 般 划 分 至 ０． ２～１ ． ０ ｍ／ ｓ即 能
３
为选取的水文径流 资 料 的 总 年 数 ； ｑ ｉ 为 第ｉ 个 机 组的装机容量所占总装 机 容 量 的 权 重 ； Ｎｉ 为 第ｉ 个机组的装机容量 ； Ｓ 为水电站机组总数 ； η 为水 电站整体折减系数 。 通过 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ所建模型求得的多年平均发电量 乘以折减系数即可得到考虑检修因素后的多年平 均发电量指标 。 １． ４ 基于 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ宏的模块应用 首先 运 用 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ软 件 统 计 分 析 多 年 径 流 资 料， 由 于 分 页 录 入， 选 取 其 中 一 页 进 行 操 作， 将该 对其余 工作页表格所做 操 作 进 行 宏 录 制 与 保 存 ， 工作表载入该宏 操 作 ， 图２为水文资料处理的宏 操作截图 。 对整体的数据表做相关操作后进行二
、
、 应用图表法
［ ３］
、 时历法
［ ４］
等 。 上述
水能计算方法虽 均 具 有 较 高 的 计 算 精 度 ， 但存在 工作 量 大 、 计 算 时 间 长、 过 程 较 繁 琐、 无较强的针 对性等不足 。 鉴此 ， 本文基于 Ｅ 运用 ｘ ｃ ｅ ｌ宏操作 ， 对多年的径流 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ软件强 大 的 函 数 图 表 功 能 ， 资料进行分析处理 ， 将整个过程模块化 ， 建立并求 解简易模型 ， 得出水电站动能指标
图１ 引沁河口水电站分段流量对应综合出力系数曲线图 Ｆ ｉ ． １ Ｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｇ ｐ ｐ ｇ ｆ ｌ ｏ ｗ ｏ ｆ Ｙ ｉ ｎ ｉ ｎ ｈ ｅ ｋ ｏ ｕ Ｈ ｄ ｒ ｏ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｑ ｙ ｐ ｇ
， 收稿日期 ： 修回日期 ： ２ ０ １ １ １ ０ １ ９ ２ ０ １ １ １ １ ２ ２ － － － －
（ ） ２
） ； ） 基金项目 ：国家自然科学基金资助项目 （ 中国博士后科学基金资助项目 （ ５ ０ ６ ７ ９ ０ ５ ３， ５ １ １ ０ ９ １ ８ ９ ２ ０ １ ０ ０ ４ ７ １ ０ ０ ７ ， ： 作者简介 ：原文林 （ 男， 博士研究生 ， 研究方向为水资源系统工程 ， ｗ ｌ ２ ０ ０ ９＠ｚ １ ９ ７ ９ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｚ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ －） ｙ