南水北调中线总干渠运行调度反馈控制方式研究.pdf

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1、第45卷第6期人民长江Vo1．45．No．62014年3月YangtzeRiverMar．，2014文章编号：1001—4179(2014)06—0056—04南水北调中线总干渠运行调度反馈控制方式研究黄会勇，闰弈博，高汉，刘巍(长江勘测规划设计研究院规划处，湖北武汉430010)摘要：针对南水北调中线工程输水距离长、控制建筑物多、无调节水库的特点，对常用的输水渠道反馈控制方式的适用性进行了分析研究。结合中线工程的调蓄小、水位允许变幅小的运行特征，提出了分别采用水位、水量作为被控变量的联合反馈控制方式，并从降低控制难度、提高控制精度出发，提出了嵌套三点控制方式

2、。模拟计算表明，提出的反馈控制方式可以满足中线工程水位控制的要求。关键词：渠道运行；反馈控制；调度控制；南水北调中线工程中图法分类号：TV67文献标志码：A长距离输水工程运行控制方式可分为前馈控制、明显。南水北调中线工程全长1400多千米，水流自反馈控制及综合控制3种。前馈控制为开环控制，其陶岔流到北京需要约两周时间，下游渠道对渠首闸门控制量的调节不需要与实际响应或目标值进行对比。调整的响应具有大滞后性。同时，中线工程由节制闸反馈控制为闭环控制，需要实时测量控制变量并与表划分的渠段平均长度约20km，最长达40km，渠段上示期望值的某些参考或标准指标进行比较，

3、相对于该游闸调整对下游渠段产生影响也需要较长时间。指标的任何偏差均反馈至控制系统并据此减小控制量(2)渠道建筑物类型多。中线总干渠由明渠、明的偏差¨。综合控制是将前馈控制与反馈控制的优渠渐变段、渡槽、暗渠、涵洞、倒虹吸、隧洞、泵站及有压点结合起来的一种控制方式。管道等不同的建筑物串联形成，不同的建筑具有不同长距离输水明渠一般根据已制定的供水计划进行的水力学特性和控制要求，对总干渠水力学模型研究调度运行，因而输水过程中由一个运行状态向另一个和渠道控制方式提出了很高的要求。运行状态的转化是明确且可预测的。同时，考虑到渠(3)渠道水位波动要求严。根据南水北调中线总系

4、对控制的响应具有大滞后性，通过制定合理的前馈干渠明渠衬砌设计要求，总干渠运行期间的水位降速控制，可实现渠道运行状态的稳定转化，提高渠系的运应不超过0．3m／d，且不超过0．15m／h。对于如此庞行效率。黄会勇等人论述了南水北调中线工程前馈控大的渠道系统，其渠道控制需达到很高的要求。制运行方式。反馈控制可以有效的消除稳态误差，(4)总干渠无在线调节水库。根据南水北调中线对渠系运行过程中不可测干扰进行响应，从而提高渠规划，中线工程无在线调节水库，同时，由于总干渠水系的运行安全，并保证渠系运行状态沿着前馈控制拟位波动的限制要求，渠道的可调蓄容积非常小，这就要定的方向

5、进行转换，是现代渠道运行控制中不可缺少求渠首流量控制非常准确，否则容易出现渠道供水不的重要组成部分。足或渠道水量富余。1南水北调中线工程运行控制特点及难点2被控变量的选取南水北调中线工程是我国最大规模的调水工程，渠道控制算法中，一般考虑3个典型变量：被控变其运行控制存在以下特点及难点。量、测量变量和控制作用变量。被控变量可取水位、流(1)渠道总长度及渠段长度均比较长，响应滞后量、水体体积等，是控制算法的目标变量；测量变量可收稿日期：2014—01—17作者简介：黄会勇，男，高级工程师，博士，主要从事渠道水力学及水文水资源研究。E—mail：huanghuiyo

6、ng@cjwsjy．corn．cn第6期黄会勇，等：南水B调中线总于渠运行调度反馈控制方式研究57取水位、流量、开度等，是控制算法的输入，可在渠道系水位三点控制器。同理，根据需要还可以进行更多重统中被测量；控制作用变量一般取闸门开度或流量，是的嵌套，以进一步提高控制精度。控制算法的输出，也是控制算法的结果。根据该渠段及下游渠段实测闸前水位，使用上述由于渠道运行中，水位的变化是最直观且最易被水位三点控制器进行闸门开度修正操作，无法对全渠测量的，因此，渠道反馈控制器中绝大部分是以水位作的系统误差进行反馈操作。本文引入水量三点控制模为被控变量、测量变量的水位控制器，

7、如三点控制、PI式对全渠系统误差进行修正，水量三点控制同时考虑及PID控制、EL—FLO控制、P+PR控制等。随着自下游渠段及该闸以下所有渠段水量与各自目标水量的动监控技术的发展，以流量作为被控变量的流量控制差值，该差值在运行误差范围内时不进行修正操作。器也得到越来越多的应用。流量控制器在自动化监控当差值为正且大于一定值时，对节制闸进行停开或加运行时，具有相当大的潜力。为了消除测量和计算误快关闭操作；当差值为负且小于一定值时，对节制闸进差，控制中心需要周期性更新程序，对目标流量进行小行停关或加大开度操作。水量三点控制器分别从渠段量调整，以保持水位在可以接受的范

8、围内。在大型输当前水量与目标水量差值及