一种小水电前池水位测量方法及测量系统

技术领域

本发明属于水电运行与调度控制技术领域，尤其涉及一种小水电 前池水位测量方法及测量系统。

背景技术

水电是利用最广泛的可再生能源。为了确保水电的可持续发展和 运行，并在经济、社会发展和环境保护之间寻求平衡点，“绿色水电” 概念应运而生。在环保政策支持和监管当局强有力的监督下，水电能 成为重要的可再生能源技术，为农村电气化、社会包容性可持续工业 发展、减少温室气体排放和森林砍伐等方面做出有益贡献。最大限度 和更有效的利用水能资源，不仅能够从能源结构的调整上具有战略性 的意义，还能够缓解化石能源的使用给社会带来的一系列的环境问题， 推动世界经济更好的发展。因此，水电应该纳入各国的国家计划，将 水能的开发和利用放在当前能源规划工作的首位，实现可持续绿色能 源发展。

小水电是清洁可再生的绿色能源,通过开发小水电,建设农村电气 化,使数千条河流得到了初步治理,小水电水库总库容达多亿立方米, 有效地提高了江河的防洪能力,改善了生态和农业生产条件；因此,解 决好小水电接入电网对系统运行影响的问题至关重要。

由于小水电站大都属于装机容量小、可调节能力差的小水电站， 存在丰水期多发抢发、枯水期少发停发的特点，其上网电量存在极大 的不确定性，波动幅度巨大，对电网的稳定及电力调度造成巨大的影 响。

由于地理位置的限制，电站前池容积不能扩大。当前池来水量增 加时，如果运行人员未能及时了解前池水位变化情况，加大机组出力， 将造成前池溢流，影响电站经济效益。因此，有必要安装一套前池水 位测量平台，实时监测电站前池水位变化前况，同时可以识别和自动 修正前池水位实时数据，以便运行人员及时调整机组运行方式，确保 电站安全运行，同时目前前池水位传感器所处地理位置复杂，易受雷 电等特殊气象条件的影响，而且一般前池只布置有单传感器，无法判 断数据是否异常或数据质量是否满足运行要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种小水电前池水位测量方法 及测量系统，以解决现有技术对小水电前池水位测量采用水位传感器 所处地理位置复杂，易受雷电等特殊气象条件的影响，而且一般前池 只布置有单传感器，无法判断数据是否异常或数据质量是否满足运行 要求等技术问题。

本发明的技术方案：

一种小水电前池水位测量方法，它包括：

步骤1、选择防雷式前池水位液位传感器并安装在钻孔的钢管中；

步骤2、将防雷式前池水位液位传感器通过防雷装置与前池水位 采集终端相连用于测量实际前池水位；

步骤3、采集含α个时刻的前池水位数据集H和各时刻对应的天 气预报信息集WE；

步骤4、通过采集的前池水位数据集H和天气预报信息集WE，进 行前池水位与天气预报信息的相关性分析，

步骤5、将相关性系数排名前两位的两个变量记做Bκ和Bθ；

步骤6、将前池水位数据集H和天气预报信息集WE中Bκ和Bθ变量形 成训练样本集，利用SVM训练得到前池水位预测模型；

步骤7、实时采集第g个时刻的前池水位数据HRT

步骤1所述防雷式前池水位液位传感器最大量程刻度Mξ米，输出 信号为4-20mA。

步骤2所述实际前池水位获取方法为：设AD转换后的0米水位为 H

第μ个时刻的前池水位数据为H

所述相关性分析时，相关性系数的计算公式为：

第g个时刻的前池水位数据的确定方法包括：

1)采集第g个时刻的前池水位数据HRT

2)ε

3)ε

一种小水电前池水位测量系统，它包括：防雷式前池水位液位传感 器，所述防雷式前池水位液位传感器通过防雷装置与与前池水位采集 终端连接；前池水位采集终端与前池水位采集分析系统连接；前池水 位采集分析系统与站内测控单元连接。

所述站内测控单元与后台监控系统连接。

所述前池水位采集终端包括中央处理单元，防雷装置通过AD转换 模块与中央处理单元连接；中央处理单元与显示触摸屏连接；中央 处理单元通过模拟量输出模块、软报文输出模块和继电器输出报警 模块与前池水位采集分析系统连接。

所述前池水位采集终端通过外接电源和光伏进行供电。

本发明有益效果：

本发明通过布置防雷式前池水位液位传感器将输出的采样值通过 前池水位采集终端转换为实时监测水位，利用历史前池水位数据集和 历史气象信息集对前池水位预测模型进行训练，通过实时采集的前池 水位信息和根据实时天气预报信息得到的前池水位预测值，进行对比、 判断和数据处理，得到最终的实时前池水位数据，记入前池水位采集分析系统的存储单元，并通过站内测控单元传送给后台监控系统，以 解决现有技术中解决前池水位传感器布置在偏远山区，且地理位置复 杂，无防止雷电等特殊气象条件的影响，同时容易受前池动水影响引 起测量误差，考虑到前池水位一般采用单传感器采样存在传感器异常 引起数据异常和误差大等技术问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为前池水位采集终端结构示意图。

具体实施方式：

一种小水电前池水位测量方法，它主要步骤包括：

步骤1选择防雷式前池水位液位传感器并安装在钻孔的钢管中， 以解决前池水位传感器布置在偏远山区，且地理位置复杂，无防止雷 电等特殊气象条件的影响，同时容易受前池动水影响引起测量误差等 问题。

步骤2防雷式前池水位液位传感器按照实际情况，选取传感器最 大量程刻度Mξ米，输出信号为4-20mA。

步骤3防雷式前池水位液位传感器通过防雷装置与前池水位采集 终端相连，用于以免雷击造成传感器和前池水位采集终端，同时传感 器将输出的4-20mA信号传给前池水位采集终端的AD转换模块用于实 现模数转换，并转换为实际前池水位并传送给前池水位采集分析系统。

其中，传感器输出信号转换为实际前池水位方法如下：

其AD转换后的0米水位为H

步骤4利用步骤3得到的含α个时刻的前池水位数据集H和各时 刻对应的天气预报信息集WE。

其中，第μ个时刻的前池水位数据为H

其中，各符号代表以下含义：温度TR、气压PR、湿度HR、风向 WDR、风速WSR、降雨量QR。

步骤5基于步骤4采集的前池水位数据集H和天气预报信息集WE， 进行前池水位与天气预报信息的相关性分析。

相关性系数的计算公式为：

将前池水位数据集H与天气预报信息集WE的6个变量间，相关性 系数排名前两位的两个变量记做Bκ和Bθ。

步骤6利用步骤4中前池水位数据集H和天气预报信息集WE中Bκ 和Bθ形成训练样本集，利用SVM训练得到前池水位预测模型。

步骤7实时采集第g个时刻的前池水位数据HRT

其中，第g个时刻的前池水位数据的判断和确定方法如下：

1)采集第g个时刻的前池水位数据HRT

2)ε

3)ε

一种小水电前池水位测量系统，它包括防雷式前池水位液位传感 器、防雷装置、前池水位采集终端、外接电源和光伏超级电容组、前 池水位采集分析系统、站内测控单元、后台监控系统。

防雷式前池水位液位传感器安装在钻孔的钢管中并置于小水电前 池，用于采集小水电前池水位信息，并输出4-20mA信号。

防雷装置与防雷式前池水位液位传感器相连，用于保护防雷式前 池水位液位传感器不会因雷击而损坏。

前池水位采集终端与防雷装置，用于接收传感器输出的4-20mA信 号进行模数转换和数据处理，并将数据传送给前池水位采集分析系统。 同时，与外接电源相连，用于作为前池水位采集终端的主供电源。与 光伏超级电容组相连，用于作为前池水位采集终端的备用电源。

小水电前池水位采集终端包括中央处理单元、AD转换模块、继电 器报警输出模块、软报文输出模块、采集模拟量输出模块、显示触摸 屏、隔离变压器一和开关电源一、隔离变压器二和开关电源二。

中央处理单元用于根据设定的参数(量程、AD转换后的0米水位 对应值,AD转换后的最大量程水位对应值)信息，自动计算实时水位 值。

AD转换模块为12位，输入信息为4-20mA的传感器采样值。

显示触摸屏用于显示实时采集的水位信息、参数设置、报警信息 等内容。

继电器报警输出模块，用于将小水电前池水位采集终端内报警硬 接点信号的输出；

软报文输出模块，用于将小水电前池水位采集终端内软报文信号 的输出；

采集模拟量输出模块，用于将计算的实时水位值输出；

隔离变压器一和开关电源一,用于将外接电源转换为前池水位采 集终端的主供电源；

隔离变压器二和开关电源二,用于将光伏超级电容组转换为前池 水位采集终端的备用电源。

前池水位采集分析系统与站内测控单元相连，用于将通过判断和 修正后的实时前池水位信息、继电器报警信息、软报文信息，传送给 站内测控单元，并这些信息转给后台监控系统作展示和告警，为电站 运行人员作参考。