浅谈Excel 在发电出力计算中的应用
2011-05-23
1 Excel概述
Excel是Microsoft公司开发的电子表格软件，是办公自动化软件Microsoft Office中的重要组件。Excel具有方便的制表能力，提供易用的数据图表能力和得心应手的数据分析能力。在电站的出力计算过程中，由于计算任务繁重，且重复工作很多。采用Excel只需输入较简单的计算公式，各项参数可根据实际情况方便地更改，具有较高的使用价值。现就Excel在水能调节中具体应用进行详细说明。
2 编程实例
2．1 工程概况
恰甫其海水电站工程位于新疆某河上。水库具备不完全多年调节性能。坝址处多年平均径流量为77．4亿m3，具有较强的水资源调控能力。
本工程主要承担灌溉、发电、防洪等综合任务。水库正常库容17．2亿m3，电站装机容量320 MW，控制灌溉面积523．45万亩，电站总装机320 MW。
2．2 计算原理及出力计算原则
按月调节计算出力，由于本工程具有防洪任务，因此在汛期6月～8月以防洪为主。
来水量:月平均入库水量以多年平均河道径流流量得出，计算公式:
其中，W为日入库水量，亿m3;Q为多年平均河道径流流量，m3/s。
损失水量:包括蒸发损失水量和渗漏损失水量。
电站出力:计算公式:
式中:η水——水轮机效率，根据厂家提供;
η发——发电机效率，根据厂家提供;
H——设计水头;
Q——发电流量，m3/s。
水库存、放水量，弃水量:
当水库净来水量大于发电用水量时，水库存水;当水库净来水量小于发电用水量时，水库放水;当水库累计存水量大于水库库容时，水库弃水。
2．3 编程过程
运行Excel，按下列步骤进行。
2．3．1 标题输入
在单元格A1输入标题“恰甫其海电站水能调节计算(多年平均)”，选定(A1:A24)，将单元格格式设定为合并单元格、居中。
2．3．2 项目名称输入
A2输入“天然流量(m3/s)”;A3输入“总发电流量(m3/s)”;A4输入“单机发电流量(m3/s)”;A5输入“发电机组数(台)”;A6输入“渗漏损失(108m3)”;A7输入“水库蒸发损失(mm)”;A8输入“水库蒸发损失水量(108m3)”;A9输入“水库存入或放出的流量△Q(m3/s)”;A10输入“水库存入或放出的水量△W(108m3)”;A11输入“月初库水位(m)”;A12输入“月末库水位(m)”;A13输入“上游平均水位(m)”;A14输入“月初库容(108m3)”;A15输入“月末计算库容(108m3)”;A16输入“月末实际库容(108m3)”;A17输入“弃水(108m3)”;A18输入“出力系数”;A19输入“下游水位(m)”;A20输入“水头损失(m)”;A21输入“净水头(m)”;A22输入“出力(104kW·h)”;A23输入“发电量(108kW·h)”。
2．3．3 基本数据输入
在B1:M1分别输入1月～12月;
在B2:M2(项目名称为“天然流量”)分别输入多年平均各月流量;
在B3:M3(项目名称为“总发电流量”)分别输入各月平均发电所需流量;
在B5:M5(项目名称为“发电机组数”)分别输入各月所需发电机台数;
在B7:M7(项目名称为“水库蒸发损失”)分别输入各月设计蒸发损失值。
为了直观方便，除了当前工作表Sheet1外，再另新建三个工作表，分别重名为“水轮机系数”“水位库容曲线”“下游水位流量曲线”，在“水轮机系数”中将设计水轮机系数(水头H、发电流量q、出力系数η的关系)输入;在“水位库容曲线”中将设计水位、库容曲线(Z—V关系曲线)输入(本次计算所用水位、库容关系值为“3602组”即水位从A2:A3602和库容从B2:B3602);在“下游水位流量曲线”中将设计下游尾水位与发电流量关系曲线输入。
3 计算过程
在B4(“单机发电流量”)输入“=ROUND(B3/B5，0)”，并向右拖曳至 M4;在 B6(“渗漏损失”)输入“=(B14+B16)/2*0．015”，并向右拖曳至M6;在B8(“水库蒸发损失水量”)输入“=LOOKUP(B13，’水位库容曲线’!$C$3:$D$3603)*Sheet1!B7/10^5”，并向右拖曳至M8;在B9(“水库存入或放出的流量△Q”)输入“=B2－B3”，并向右拖曳至M9;在B10(“水库存入或放出的水量△W”)输入“B9*365/12*24*3600/10^8”，并向右拖曳至M10;在B11(“月初库水位”)输入“所要起调的水位数值”;在C11输入“=B12”，并向右拖曳至M11;在B12(“月末库水位”)输入“=LOOKUP(B16，’水位库容曲线’!$B$2:$C$3602)”，并向右拖曳至M12;在B13(“上游平均水位”)输入“=(B12+B11)/2”，并向右拖曳至M13;在B14(“月初库容”)输入“=LOOKUP(B11，’水位库容曲线’!$A$2:$B$3602)，并向右拖曳至M14;在B15(“月末库容”)输入“=(B2－B3－B6－B8)*86400*31/10^8+B14”，并向右拖曳至M15;在B16(“月末实际库容”)输入“=IF(B15 ＞ 17．23，17．23，B15)”，并向右拖曳至M16;在B17(“弃水”)输入“=B15－B16”，并向右拖曳至 M17;在B18(“出力系数”)输入“=INDEX(水轮机系数!$A$1:$CX$352，MATCH(B21，水轮机系数!$A$2:$A$352，0)+1，MATCH(B4，水轮机系数!$B$1:$CX$1，0)+1”，并向右拖曳至M18;在B19(“下游水位”)输入“=LOOKUP(B3，下游水位流量曲线!$B$3:$C$845)”，并向右拖曳至M19;在B20(“水头损失”)输入“=3．66974286E －05*B4^2+5．05718571E －05*B4－1．9030377222E－03”，并向右拖曳至 M20;在 B21(“净水头”)输入“=ROUND(B13－B19－B20，1)”，并向右拖曳至 M21;在 B22(“出力”)输入“=9．8*0．98*B18*B3*B21/10^4”，并向右拖曳至M22;在B23(“发电量”)输入“=B22*24*31/10^4”，并向右拖曳至M23。
3．1 计算结果
B11:M11反映出每月月初水位情况，可以通过调整月初水位值进行不同时段出力控制计算;
B12:M12为每月月末水位情况，反映出每月月末水库存放水情况;
B14:M14为各月初库容值，反映出此时的水库剩余水量情况;
B15:M15为月末为各月月末计算库容值，反映出此时水库理论蓄水情况;
B16:M16为实际每月月末库容值，与每月月末计算库容值比较可得出每月是否有多余水弃掉;
B17:M17反映出每月弃水情况;
B22:M22反映出每月可供发电出力值;
B23:M23反映出每月理论发电量。
如果需要知道全年发电用水量，弃水量，发电出力，发电量则在N3输入“=AVERAGE(B3:M3)*365*24*3600/10^8”(亿m3);在 N17输入“=SUM(B17:M17)”;在 N22输入“=SUM(B22:M22)”;在 N23输入“=SUM(B23:M23)”即可。
3．2 数据修改
1)对不同发电流量、发电机组数、蒸发损失等基本数据均可根据实际情况修改。
2)对不同水平年入库天然流量的调整只需将月平均径流流量数据重新粘贴在流量一行即可。
3)对每年年初库水位不同值只需将一月初水位作相应修改。
4 结语
此程序用作一年的发电出力计划调节计算，通过年初水库水位情况来推算本年度电站能产生多少效益，进而根据每月水库蓄水情况进行出力计算，使得利益最大化。采用此程序进行了偏枯年、中水年、偏丰年、丰水年、多年平均等多种来水方式的出力计算，大大地提高了工作的效率和准确性，提高了办公自动化水平。与其他编程语言编写的计算程序相比较，Excel软件具有:程序的修改、调试和数据的输入、输出简便快捷容易掌握;计算输出结果方便直观;不需要记住大量的语句、函数和变量等优点。
［1］吴立新，陈 萍．利用Excel进行水能调节计算［J］．水利技术监督，2002(4):28-29．
［2］周之豪．水利水能规划［M］．第2版．北京:中国水利水电出版社，1996．
［3］柏 松．中文版Excel2003全能培训教程［M］．上海:上海科学普及出版社，2004．
