基于VB與Fortran混合編程的水電站實時運行調(diào)度方案的設(shè)計

秦玲玲,張學(xué)功

(寧波市白溪水庫建設(shè)發(fā)展有限公司,浙江 寧海 315606)

1 問題的提出

浙江省某大(2)型水庫,以供水、防洪為主,兼顧發(fā)電、灌溉,總庫容1.684億m3,多年平均徑流量2.81億m3,年設(shè)計供水量1.73億m3,多年平均發(fā)電量4 380萬kW·h,水電站裝機2×9MW,主要承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù),供水保證率94%,發(fā)電保證率75%。供水工程進(jìn)水口設(shè)置在電站尾水池左岸,水庫供水水源來自于發(fā)電機組尾水。為確保供水,水庫多采用“以水定電”的運行方式?！耙运姟钡哪康氖枪?jié)約用水,即根據(jù)日供水量計算出特定水庫水情下對應(yīng)的日發(fā)電量,據(jù)此安排機組出力[1]。

這種發(fā)電、供水一體化布置形式提高了水資源的利用率,增加了經(jīng)濟(jì)效益,但也在一定程度上限制了機組運行的靈活性,增加了水電站運行調(diào)度的難度。尤其是遇到電網(wǎng)線路檢修電站不能正常并網(wǎng)發(fā)電時,為保證供水安全,水庫生產(chǎn)安排亟待進(jìn)行精細(xì)的預(yù)測分析。本文按照 “以水定電”的運行原則,利用Visual Basic與Fortran語言混合編程,進(jìn)行水電站實時運行調(diào)度方案設(shè)計,提供機組出力計劃,供電站運行人員參考。

2 實時運行調(diào)度方案設(shè)計

實時運行調(diào)度方案設(shè)計基本思路為:由水庫水情、尾水池初始水位,結(jié)合機組出力、供水、下泄等條件,按控制方程進(jìn)行水量調(diào)節(jié)計算,從而得出合理的水電站機組出力過程和尾水池水位變化過程。

2.1 基本原則

方案設(shè)計的原則:①保證供水安全,即尾水池水位在最低控制水位 (75.5 m)和最高控制水位 (86.0 m)之間;②由于峰谷電價往往有數(shù)倍之差,從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮,盡量少發(fā)谷電[2];③兼顧運行人員工作安排,盡量減少凌晨作業(yè)。

2.2 基本假定

考慮到進(jìn)行短期調(diào)節(jié)計算(比如1 d)過程中水庫水位變幅較小,故該程序假定調(diào)節(jié)計算時水庫水位不變。

經(jīng)過大量統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)1 d內(nèi)供水流量變幅具有如下規(guī)律:08∶30至22∶30供水流量偏大,為日平均流量的1.1;22∶30至次日 08∶30供水流量較小,為日平均流量的0.9。本文程序通過自定義函數(shù)進(jìn)行供水流量過程的模擬。

2.3 控制方程

調(diào)節(jié)計算的基本原理是水量平衡原理。發(fā)電尾水池蓄水量變化等于進(jìn)入尾水池的發(fā)電水量與流出尾水池的供水量和下泄水量之差:

尾水池水位—蓄水量關(guān)系為:V=f(z)

式中:Q發(fā)電為發(fā)電流量,m3/s;Q供水為供水流量,m3/s;Q下泄為尾水池向下游河道下泄流量,m3/s;Δ t為時間步長,s;V末為時段末尾水池蓄水量,m3;V初為時段初尾水池蓄水量,m3。發(fā)電流量 Q發(fā)電按電功率法,由發(fā)電水頭、機組出力、機組運轉(zhuǎn)特性曲線計算;供水流量Q供水按日供水量計劃值,由自定義函數(shù)計算;下泄流量 Q下泄為下游蝶閥出流,按公式Q下泄=Q(z,e)計算。

2.4 基于VB和Fortran混合編程的程序設(shè)計

2.4.1 程序設(shè)計

本文利用Visual Basic可視化技術(shù)制作調(diào)節(jié)計算界面,便于用戶與程序的交流,直觀及時地展示調(diào)節(jié)計算結(jié)果[3]。程序界面見圖1,左邊界面為用戶輸入的調(diào)節(jié)計算條件及參數(shù),界面右邊顯示調(diào)節(jié)計算得出的調(diào)節(jié)池水位過程,以及各項水量統(tǒng)計值。

由于Fortran語言較強的數(shù)學(xué)計算能力和較高的計算效率,本文選用Fortran進(jìn)行調(diào)節(jié)計算。VB與Fortran語言的鏈接具有多種方法[4],本文將Fortran程序代碼編譯成動態(tài)鏈接庫文件 (DLL,Dynamic Link Library工程文件),VB調(diào)用DLL文件中的Fortran函數(shù),從而實現(xiàn)VB與Fortran的混合編程。程序?qū)崿F(xiàn)的基本流程可以概括為:

(1)VB的可視化界面接收用戶輸入的計算條件和參數(shù);

(2)VB調(diào)用DLL文件中的Fortran函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)計算;

(3)利用VBMsflexgrid控件顯示計算結(jié)果,同時將結(jié)果輸入EXCEL文件中保存。

2.4.2 參數(shù)傳遞及下界值不同問題的解決

(1)參數(shù)傳遞。雖然VB與Fortran語言默認(rèn)的都是按址傳遞(Call By Reference),但Fortran字符串是由字符串內(nèi)容加上字符串長度組成的,在VB中會傳遞出2條數(shù)據(jù),這給程序設(shè)計帶來更大的工作量[5]。本文采用自定義數(shù)據(jù)類型的方式進(jìn)行2種語言間的參數(shù)傳遞,取得了較好的效果。

通過Fortran函數(shù)tjc-main(chuandi)進(jìn)行計算分析,定義動態(tài)鏈接庫的接口:

Fortran中自定義數(shù)據(jù)類型如下:

相應(yīng)VB中自定義數(shù)據(jù)類型如下:

(2)默認(rèn)下界值不同。VB與Fortran中數(shù)組元素的默認(rèn)下界值不同,VB中為0,Fortran中為1,進(jìn)行數(shù)組傳遞時最好用語句 “Option base 1”將VB中數(shù)組元素下界值設(shè)為1,從而保證參數(shù)正確傳遞[6]。

VB的主調(diào)用過程中聲明DLL的語句為:Private Declare Sub TJC-MAIN Lib “tjc-forlib.dll” (ByRef chuandi As chuandi)

VB調(diào)用DLL的語句為:Call TJC-MAIN(chuandi)

2.5 誤差分析

經(jīng)過大量的實際應(yīng)用檢驗,尾水池水位日調(diào)節(jié)計算的誤差控制在0.5 m以內(nèi),能夠滿足工程應(yīng)用的需要。摘錄的部分對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 每日 09∶30調(diào)節(jié)計算誤差 (實例)表 m

分析調(diào)節(jié)計算誤差來源主要有:①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)方面的誤差,包括尾水池水位—蓄水量關(guān)系曲線誤差,蝶閥出流能力計算誤差,機組發(fā)電流量計算的誤差;②實際運行中機組出力值、開停機時間、蝶閥操作、1 d供水量等與計劃值難以保持嚴(yán)格一致帶來的誤差;③基本假定帶來的誤差。

3 應(yīng)用實例

為了清楚展示程序應(yīng)用效果,現(xiàn)模擬計算安排機組出力。假設(shè)某月8日接到電力調(diào)度部門通知,10日08∶30—15∶30電網(wǎng)線路檢修,期間水庫電站暫停向電網(wǎng)送電。為了保證10日供水安全,電站需要調(diào)整機組運行方式。

圖1 調(diào)節(jié)計算程序界面圖

按電站月度生產(chǎn)計劃,9日22∶30尾水池水位達(dá)最高值86.0m,應(yīng)用調(diào)節(jié)計算程序,得到圖1計算結(jié)果,按圖1方式安排10日機組出力,可保證供水安全。

機組出力具體安排:10日06∶15—08∶30電站 2臺機組滿負(fù)荷運行,將尾水池水位在線路斷開之前蓄至最高值86.0m;線路檢修期間 (08∶30—15∶30),電站 1臺機組帶廠用電運行,出力300 kW;線路恢復(fù)后 (15∶30—22∶30)電站1臺機組滿負(fù)荷運行,至22∶30可將尾水池水位蓄至85.5m,符合月度運行方案要求,保證11日即可恢復(fù)正常運行方式。此種運行方式可保證供水量約55萬m3/d、下游放水量4.5萬m3的安全、經(jīng)濟(jì)運行。

4 結(jié) 語

VB與Fortran混合編程綜合了VB可視化界面設(shè)計和Fortran良好的數(shù)值計算功能,很好地滿足了工程應(yīng)用對計算機程序界面直觀、運行高效的要求。誤差分析表明,該水電站實時運行調(diào)度方案設(shè)計克服了基礎(chǔ)資料精度有限、供水過程穩(wěn)中有變等諸多困難,將誤差控制在可接受范圍內(nèi),實現(xiàn)了水電站實時運行方案設(shè)計電算化,為相似情況下的水電站運行提供借鑒。

[1]孟利平.潘家口水電站的聯(lián)合調(diào)峰與電量補償 [J].水電站機電技術(shù),1998(02):8-11.

[2]歐述俊.考慮峰谷電價的水庫發(fā)電調(diào)度優(yōu)化方法探討[J].水力發(fā)電,2003,29(01):8-9.

[3]王艷秋.VB在水利水電工程造價軟件開發(fā)中的應(yīng)用 [J].水力發(fā)電,2005,31(04):82-84.

[4]張志華.混合編程與 Fortran計算程序可視化 [J].計算機應(yīng)用,1999,19(06):33-35.

[5]彭國倫.Fortran 95程序設(shè)計[M].北京:中國電力出版社,2002.

[6]李書琴.Visual Basic 6.0程序設(shè)計教程 [M].西安:西北大學(xué)出版社,2005.