淺談Excel 在發電出力計算中的應用

1 Excel概述

Excel是Microsoft公司開發的電子表格軟件，是辦公自動化軟件Microsoft Office中的重要組件。Excel具有方便的制表能力，提供易用的數據圖表能力和得心應手的數據分析能力。在電站的出力計算過程中，由于計算任務繁重，且重復工作很多。采用Excel只需輸入較簡單的計算公式，各項參數可根據實際情況方便地更改，具有較高的使用價值。現就Excel在水能調節中具體應用進行詳細說明。

2 編程實例

2．1 工程概況

恰甫其海水電站工程位于新疆某河上。水庫具備不完全多年調節性能。壩址處多年平均徑流量為77．4億m3，具有較強的水資源調控能力。

本工程主要承擔灌溉、發電、防洪等綜合任務。水庫正常庫容17．2億m3，電站裝機容量320 MW，控制灌溉面積523．45萬畝，電站總裝機320 MW。

2．2 計算原理及出力計算原則

按月調節計算出力，由于本工程具有防洪任務，因此在汛期6月～8月以防洪為主。

來水量:月平均入庫水量以多年平均河道徑流流量得出，計算公式:

其中，W為日入庫水量，億m3;Q為多年平均河道徑流流量，m3/s。

損失水量:包括蒸發損失水量和滲漏損失水量。

電站出力:計算公式:

式中:η水——水輪機效率，根據廠家提供;

η發——發電機效率，根據廠家提供;

H——設計水頭;

Q——發電流量，m3/s。

水庫存、放水量，棄水量:

當水庫凈來水量大于發電用水量時，水庫存水;當水庫凈來水量小于發電用水量時，水庫放水;當水庫累計存水量大于水庫庫容時，水庫棄水。

2．3 編程過程

運行Excel，按下列步驟進行。

2．3．1 標題輸入

在單元格A1輸入標題“恰甫其海電站水能調節計算(多年平均)”，選定(A1:A24)，將單元格格式設定為合并單元格、居中。

2．3．2 項目名稱輸入

A2輸入“天然流量(m3/s)”;A3輸入“總發電流量(m3/s)”;A4輸入“單機發電流量(m3/s)”;A5輸入“發電機組數(臺)”;A6輸入“滲漏損失(108m3)”;A7輸入“水庫蒸發損失(mm)”;A8輸入“水庫蒸發損失水量(108m3)”;A9輸入“水庫存入或放出的流量△Q(m3/s)”;A10輸入“水庫存入或放出的水量△W(108m3)”;A11輸入“月初庫水位(m)”;A12輸入“月末庫水位(m)”;A13輸入“上游平均水位(m)”;A14輸入“月初庫容(108m3)”;A15輸入“月末計算庫容(108m3)”;A16輸入“月末實際庫容(108m3)”;A17輸入“棄水(108m3)”;A18輸入“出力系數”;A19輸入“下游水位(m)”;A20輸入“水頭損失(m)”;A21輸入“凈水頭(m)”;A22輸入“出力(104kW·h)”;A23輸入“發電量(108kW·h)”。

2．3．3 基本數據輸入

在B1:M1分別輸入1月～12月;

在B2:M2(項目名稱為“天然流量”)分別輸入多年平均各月流量;

在B3:M3(項目名稱為“總發電流量”)分別輸入各月平均發電所需流量;

在B5:M5(項目名稱為“發電機組數”)分別輸入各月所需發電機臺數;

在B7:M7(項目名稱為“水庫蒸發損失”)分別輸入各月設計蒸發損失值。

為了直觀方便，除了當前工作表Sheet1外，再另新建三個工作表，分別重名為“水輪機系數”“水位庫容曲線”“下游水位流量曲線”，在“水輪機系數”中將設計水輪機系數(水頭H、發電流量q、出力系數η的關系)輸入;在“水位庫容曲線”中將設計水位、庫容曲線(Z—V關系曲線)輸入(本次計算所用水位、庫容關系值為“3602組”即水位從A2:A3602和庫容從B2:B3602);在“下游水位流量曲線”中將設計下游尾水位與發電流量關系曲線輸入。

3 計算過程

在B4(“單機發電流量”)輸入“=ROUND(B3/B5，0)”，并向右拖曳至 M4;在 B6(“滲漏損失”)輸入“=(B14+B16)/2*0．015”，并向右拖曳至M6;在B8(“水庫蒸發損失水量”)輸入“=LOOKUP(B13，’水位庫容曲線’!$C$3:$D$3603)*Sheet1!B7/10^5”，并向右拖曳至M8;在B9(“水庫存入或放出的流量△Q”)輸入“=B2－B3”，并向右拖曳至M9;在B10(“水庫存入或放出的水量△W”)輸入“B9*365/12*24*3600/10^8”，并向右拖曳至M10;在B11(“月初庫水位”)輸入“所要起調的水位數值”;在C11輸入“=B12”，并向右拖曳至M11;在B12(“月末庫水位”)輸入“=LOOKUP(B16，’水位庫容曲線’!$B$2:$C$3602)”，并向右拖曳至M12;在B13(“上游平均水位”)輸入“=(B12+B11)/2”，并向右拖曳至M13;在B14(“月初庫容”)輸入“=LOOKUP(B11，’水位庫容曲線’!$A$2:$B$3602)，并向右拖曳至M14;在B15(“月末庫容”)輸入“=(B2－B3－B6－B8)*86400*31/10^8+B14”，并向右拖曳至M15;在B16(“月末實際庫容”)輸入“=IF(B15 ＞ 17．23，17．23，B15)”，并向右拖曳至M16;在B17(“棄水”)輸入“=B15－B16”，并向右拖曳至 M17;在B18(“出力系數”)輸入“=INDEX(水輪機系數!$A$1:$CX$352，MATCH(B21，水輪機系數!$A$2:$A$352，0)+1，MATCH(B4，水輪機系數!$B$1:$CX$1，0)+1”，并向右拖曳至M18;在B19(“下游水位”)輸入“=LOOKUP(B3，下游水位流量曲線!$B$3:$C$845)”，并向右拖曳至M19;在B20(“水頭損失”)輸入“=3．66974286E －05*B4^2+5．05718571E －05*B4－1．9030377222E－03”，并向右拖曳至 M20;在 B21(“凈水頭”)輸入“=ROUND(B13－B19－B20，1)”，并向右拖曳至 M21;在 B22(“出力”)輸入“=9．8*0．98*B18*B3*B21/10^4”，并向右拖曳至M22;在B23(“發電量”)輸入“=B22*24*31/10^4”，并向右拖曳至M23。

3．1 計算結果

B11:M11反映出每月月初水位情況，可以通過調整月初水位值進行不同時段出力控制計算;

B12:M12為每月月末水位情況，反映出每月月末水庫存放水情況;

B14:M14為各月初庫容值，反映出此時的水庫剩余水量情況;

B15:M15為月末為各月月末計算庫容值，反映出此時水庫理論蓄水情況;

B16:M16為實際每月月末庫容值，與每月月末計算庫容值比較可得出每月是否有多余水棄掉;

B17:M17反映出每月棄水情況;

B22:M22反映出每月可供發電出力值;

B23:M23反映出每月理論發電量。

如果需要知道全年發電用水量，棄水量，發電出力，發電量則在N3輸入“=AVERAGE(B3:M3)*365*24*3600/10^8”(億m3);在 N17輸入“=SUM(B17:M17)”;在 N22輸入“=SUM(B22:M22)”;在 N23輸入“=SUM(B23:M23)”即可。

3．2 數據修改

1)對不同發電流量、發電機組數、蒸發損失等基本數據均可根據實際情況修改。

2)對不同水平年入庫天然流量的調整只需將月平均徑流流量數據重新粘貼在流量一行即可。

3)對每年年初庫水位不同值只需將一月初水位作相應修改。

4 結語

此程序用作一年的發電出力計劃調節計算，通過年初水庫水位情況來推算本年度電站能產生多少效益，進而根據每月水庫蓄水情況進行出力計算，使得利益最大化。采用此程序進行了偏枯年、中水年、偏豐年、豐水年、多年平均等多種來水方式的出力計算，大大地提高了工作的效率和準確性，提高了辦公自動化水平。與其他編程語言編寫的計算程序相比較，Excel軟件具有:程序的修改、調試和數據的輸入、輸出簡便快捷容易掌握;計算輸出結果方便直觀;不需要記住大量的語句、函數和變量等優點。

［1］吳立新，陳 萍．利用Excel進行水能調節計算［J］．水利技術監督，2002(4):28-29．

［2］周之豪．水利水能規劃［M］．第2版．北京:中國水利水電出版社，1996．

［3］柏 松．中文版Excel2003全能培訓教程［M］．上海:上海科學普及出版社，2004．