水電站優(yōu)化運行控制方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水電站優(yōu)化運行控制方法和系統(tǒng)，該方法包括：獲取與水電站機組相對應(yīng)的水頭?導葉開度?機組出力曲線，根據(jù)所述水頭?導葉開度?機組出力曲線構(gòu)建定流量模型或定負荷模型；求解所述定流量模型或定負荷模型以獲得機組工作控制方案；根據(jù)所述控制方案控制所述水電站的運行。該方法通過現(xiàn)場實驗運行獲取該水電站機組實際的水頭?導葉開度?機組出力曲線，并根據(jù)該曲線構(gòu)建數(shù)學模型，得到的控制方案更能符合現(xiàn)場機組特性，從而減小誤差，實現(xiàn)水電站優(yōu)化運行且導葉開度、機組出力等數(shù)據(jù)可利用現(xiàn)有的機組自動化控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，成本低，無需增加額外的軟件和硬件成本。
【專利說明】
水電站優(yōu)化運行控制方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及水電站機組控制領(lǐng)域，特別是涉及一種水電站優(yōu)化運行控制方法和系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 水電站廠內(nèi)經(jīng)濟優(yōu)化運行主要是保證電站機組在高效率區(qū)穩(wěn)定運行。即研究水電 站在給定條件下廠內(nèi)工作機組最優(yōu)臺數(shù)、組合和啟停次序，機組間負荷的最優(yōu)分配。
[0003] 現(xiàn)有的水電廠內(nèi)經(jīng)濟優(yōu)化運行主要根據(jù)廠家提供的水輪機模型試驗資料進行換 算繪制成機組段動力特性曲線，構(gòu)建定流量或定負荷優(yōu)化數(shù)學模型，采用動態(tài)規(guī)劃或等微 增率等傳統(tǒng)算法或遺傳算法等人工智能算法，計算得到機組工作最優(yōu)臺數(shù)、組合、啟停次序 和最優(yōu)負荷分配。然而，存在幾下缺點：
[0004] (1 )、根據(jù)水輪機模型試驗資料換算繪制成機組段動力特性曲線，與實際運行情況 偏差大；
[0005] (2)、流量測量手段常采用的有流速儀法、蝸殼差壓法、超聲波測流法。流速儀法可 方便測出過水斷面的各個測點流速值，但前期安裝及后期數(shù)據(jù)處理工作量大，人力成本投 資高;蝸殼差壓法操作簡單但率定流量系數(shù)困難，且測量精度難以保證;超聲波測流法可以 直接測出流量，且安裝方便，操作簡單，但固定安裝超聲波流量計實時測量流量，設(shè)備成本 高，因此，特性曲線中過機流量實時測量困難，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于此，有必要提供一種成本低且符合現(xiàn)場機組特性的水電站優(yōu)化運行控制方法 和系統(tǒng)。
[0007] -種水電站優(yōu)化運行控制方法，包括：
[0008] 獲取與水電站機組相對應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲線，
[0009] 根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定流量模型或定負荷模型；
[0010] 求解定流量模型或定負荷模型以獲得機組工作控制方案；
[0011] 根據(jù)控制方案控制水電站的運行。
[0012] 在其中一種實施方式中，獲取與水電站機組的水頭-導葉開度-機組出力曲線的步 驟包括：
[0013] 將水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到最大水頭處或最小水頭處；
[0014] 導葉開度-出力曲線獲取步驟，包括:對于每一臺機組，依次將出力值從小到大調(diào) 節(jié)到每個試驗點，并記錄在出力值下的導葉開度，得到每臺機組在當前水頭下的導葉開度-出力曲線;試驗點包括機組出力范圍內(nèi)的多個試驗點；
[0015] 將水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到下一水頭試驗點處，重復導葉開度-出力曲線獲取步 驟，得到每臺機組在不同水頭下的導葉開度-出力曲線；
[0016] 將所有的導葉開度-出力曲線采用最小二乘法進行擬合生成水頭-導葉開度-機組 出力曲線。
[0017] 在其中一種實施方式中，根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定負荷模型的步 驟包括：
[0018] 設(shè)定水電站機組的負荷，根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線，以及按機組容量比 值轉(zhuǎn)換不同機組的導葉開度構(gòu)建定負荷模型，定負荷模型為：
[0023] ￡limin〈￡li〈￡liinax
[0024] 化=心(&1)為出力與導葉開度的函數(shù)關(guān)系;ai為第i臺機組的導葉開度;L為第i臺 機組額定容量值;aimax為第i臺機組導葉的最大開度;aimin為第i臺機組導葉最小開度，kmax所 有機組中容量最大的機組容量值;η為機組臺數(shù);Ni為第i臺機組出力;N為電站總出力；
[0025] 或者，設(shè)定水電站機組的負荷，根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線，以及同一水頭 下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系、同一水頭下不同機組同一導葉開度之間的函數(shù)關(guān) 系，構(gòu)建定負荷模型，定負荷模型為：
[0029] aimin〈￡li〈aimax;
[0030] 同一水頭下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系SQiigdaO;同一水頭下不同 機組同一導葉開度之間的函數(shù)關(guān)系為&1 = 81(^);同一水頭下機組出力與該機組導葉開度 之間的關(guān)系Ni = fi(ai)。
[0031] 在其中一種實施方式中，根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定負荷模型的步 驟包括：
[0032] 設(shè)定水電站機組的流量，根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線以及機組導葉開度與 流量之間的關(guān)系構(gòu)建定流量模型，定流量模型為：
[0037 J aimin〈&i〈&imax
[0038] 其中，機組導葉開度與流量之間的關(guān)系Qi = gi(ai)，Qi為機組i的過機流量；同一水 頭下機組出力與該機組導葉開度之間的關(guān)系化=^(&1)。
[0039] 在其中一種實施方式中，求解定流量模型或定負荷模型以獲得機組工作控制方案 的步驟包括：
[0040] 根據(jù)第一約束條件，求解負荷模型以獲得機組工作控制方案，第一約束條件包括：
[0041]
[0042]出力限制Nimin〈Ni〈Nimax
[0043] 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制NiE Si;
[0044] 或，根據(jù)第二約束條件，求解定流量模型以獲得機組工作控制方案，第二約束條件 包括：
[0045]
[0046] 出刀限制Nimin<Ni<Nimax
[0047] 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制NiE Si;
[0048] 控制方案包括最優(yōu)臺數(shù)、組合、啟停次序和最優(yōu)負荷分配。
[0049] -種水電站優(yōu)化運行控制系統(tǒng)，包括：
[0050] 曲線生成模塊，用于獲取與水電站機組相對應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲線；
[0051] 模型生成模塊，用于根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定流量模型或定負荷 豐旲型；
[0052]計算模塊，用于求解定流量模型或定負荷模型以獲得機組工作控制方案；
[0053]控制模塊，用于根據(jù)控制方案控制水電站的運行。
[0054] 在其中一種實施方式中，曲線生成模塊包括：
[0055] 初調(diào)節(jié)單元，用于將水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到最大水頭處或最小水頭處；
[0056] 第一獲取單元，用于獲取當前水頭下的導葉開度-出力曲線；具體對于每一臺機 組，依次將出力值從小到大調(diào)節(jié)到每個試驗點，并記錄在出力值下的導葉開度，得到每臺機 組在當前水頭下的導葉開度-出力曲線;試驗點包括機組出力范圍內(nèi)的多個試驗點；
[0057] 第二獲取單元，用于將水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到下一水頭試驗點處，得到每臺機 組在不同水頭下的導葉開度-出力曲線；
[0058] 擬合單元，用于將所有的導葉開度-出力曲線采用最小二乘法進行擬合生成水頭-導葉開度-機組出力曲線。
[0059] 在其中一種實施方式中，模型生成模塊具體用于設(shè)定水電站機組的負荷，根據(jù)水 頭-導葉開度-機組出力曲線，以及按機組容量比值轉(zhuǎn)換不同機組的導葉開度構(gòu)建定負荷模 型，定負荷模型為： _0064」&imin〈&i〈&imax
[0065] 化=以&1)為出力與導葉開度的函數(shù)關(guān)系;ai為第i臺機組的導葉開度;L為第i臺 機組額定容量值;aimax為第i臺機組導葉的最大開度;aimin為第i臺機組導葉最小開度;Ni為 第i臺機組的出力;k max所有機組中容量最大的機組容量值;η為機組臺數(shù);化為第i臺機組出 力;N為電站總出力；
[0066] 或者，用于設(shè)定水電站機組的負荷，根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線，以及同一 水頭下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系、同一水頭下不同機組同一導葉開度之間的函 數(shù)關(guān)系，構(gòu)建定負荷模型，定負荷模型為：
[0070] aimin〈￡li〈aimax;
[0071] 同一水頭下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系SQiigJaO;同一水頭下不同 機組同一導葉開度之間的函數(shù)關(guān)系為&1 = 81(^);同一水頭下機組出力與該機組導葉開度 之間的關(guān)系Ni = fi(ai)。
[0072] 在其中一種實施方式中，模型生成模塊，具體用于設(shè)定水電站機組的流量，根據(jù)水 頭-導葉開度-機組出力曲線以及機組導葉開度與流量之間的關(guān)系構(gòu)建定流量模型，定流量 模型為：
[0077] ￡limin〈￡li〈￡limax
[0078] 其中，機組導葉開度與流量之間的關(guān)系QiigdaOAi為機組i的過機流量；同一水 頭下機組出力與該機組導葉開度之間的關(guān)系化=^( &1);
[0079] 在其中一種實施方式中，計算模塊，具體用于根據(jù)第一約束條件，求解負荷模型以 獲得機組工作控制方案，第一約束條件包括：
[0080] 電力平衡
[0081 ]出力限制Nimin〈Ni〈Nimax
[0082] 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制NiE Si;
[0083] 或，用于根據(jù)第二約束條件，求解定流量模型以獲得機組工作控制方案，第二約束 條件包括：
[0084] 流量平衡
[0085] 出力限制Nimin〈Ni〈Nimax
[0086] 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制NiE Si;
[0087] 控制方案包括最優(yōu)臺數(shù)、組合、啟停次序和最優(yōu)負荷分配。
[0088] 該水電站優(yōu)化運行控制方法，通過現(xiàn)場對水電站機組實驗，獲取水電站機組相對 應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲線。根據(jù)曲線生成定流量模型或定負荷模型，并求解模型 得到控制方案以根據(jù)控制方案控制水電廠的運行。該方法通過現(xiàn)場實驗運行獲取該水電站 機組實際的水頭-導葉開度-機組出力曲線，并根據(jù)該曲線構(gòu)建數(shù)學模型，得到的控制方案 更能符合現(xiàn)場機組特性，從而減小誤差，實現(xiàn)水電站優(yōu)化運行，且導葉開度、機組出力等數(shù) 據(jù)可利用現(xiàn)有的機組自動化控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，成本低，無需增加額外的軟件和硬件成本。
【附圖說明】
[0089] 圖1為一種水電站優(yōu)化運行控制方法的流程圖；
[0090] 圖2為單元供水水電站的示意圖；
[0091 ]圖3為聯(lián)合供水水電站的示意圖；
[0092] 圖4為一種水電站優(yōu)化運行控制系統(tǒng)的功能模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0093] 如圖1所示，一種水電站優(yōu)化運行控制方法，包括：
[0094] S10:獲取與水電站機組相對應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲線。
[0095] 通過對水電站機組實驗，獲取水電站機組相對應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲 線。水頭-導葉開度-機組出力曲線包括靜水頭-導葉開度-機組出力曲線或凈水頭-導葉開 度-機組出力曲線。
[0096] 水電站可分為單元供水水電站和聯(lián)合供水水電站。單元供水水電站，即每個機組 一個引水管，如圖2所示，水電站水流流過水輪機是通過引水管接到水輪機的，水頭、導葉開 度確定、流經(jīng)機組流量則是確定的，獲取的則為靜水頭-導葉開度-機組出力曲線。靜水頭通 過采集上下游水位計數(shù)據(jù)后，上游水位計減去下游水位計得到，無需計算水頭損失。且水位 計水電站一般都有安裝，無需額外的硬件成本。
[0097]聯(lián)合供水水電站，如圖3所示，一根總管分成多個支管接入水輪機，水頭、導葉開度 確定，則流經(jīng)某一臺機組流量還跟其他機組是否開啟，流經(jīng)多少流量有關(guān)系，獲取的則為凈 水頭-導葉開度-機組出力曲線。
[0098] S30:根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定流量模型或定負荷模型。
[0099] 某些電站自動化條件低，無水雨晴、水文數(shù)據(jù)，無水庫調(diào)度或者水預報根據(jù)水雨 晴、水文數(shù)據(jù)給出準確來水預報和電站發(fā)電用水優(yōu)化調(diào)度。因此電站以高水頭發(fā)電為原則， 根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定電站全廠總負荷，然后根據(jù)該方案分配負荷，實際為定負荷發(fā)電，通常采用定 負荷模型。還有些中小型電站，調(diào)度不會給定負荷考核，根據(jù)來水量，最大化利用來水量發(fā) 電，也就是定流量。所以中小電站通常定流量模型就采用本文的定流量模型。
[0100] 針對大型電站或者自動化程度高的電站，一般調(diào)度會對負荷進行考核。因此發(fā)電 量調(diào)度已經(jīng)給定，因此可根據(jù)凈水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定負荷模型。
[0101] S50:求解定流量模型或定負荷模型以獲得機組工作控制方案。
[0102] S70:根據(jù)控制方案控制水電站的運行，以使水電站的優(yōu)化運行。
[0103] 該水電站優(yōu)化運行控制方法，通過現(xiàn)場對水電站機組實驗，獲取水電站機組相對 應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲線。根據(jù)曲線生成定流量模型或定負荷模型，并求解模型 得到控制方案以根據(jù)控制方案控制水電廠的運行。該方法通過現(xiàn)場實驗運行獲取該水電站 機組實際的水頭-導葉開度-機組出力曲線，并根據(jù)該曲線構(gòu)建數(shù)學模型，得到的控制方案 更能符合現(xiàn)場機組特性，從而減小誤差，實現(xiàn)水電站優(yōu)化運行，且導葉開度、機組出力等數(shù) 據(jù)可利用現(xiàn)有的機組自動化控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，成本低，無需增加額外的軟件和硬件成本。
[0104] 在具體的實施方式中，步驟S10包括：
[0105] S11:導葉開度-出力曲線獲取步驟。
[0106] 具體包括：
[0107] S11:將所述水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到最大水頭處或最小水頭處。
[0108] 具體的，最大水頭或最小水頭為目標水頭，可根據(jù)電站當前實際水頭的實際情況， 調(diào)節(jié)到距離最近的目標水頭。
[0109] S12:導葉開度-出力曲線獲取步驟，包括:對于每一臺機組，依次將出力值從小到 大調(diào)節(jié)到每個試驗點，并記錄在所述出力值下的導葉開度，得到每臺機組在當前水頭下的 導葉開度-出力曲線。
[0110]具體的，將機組出力范圍為空載到最大出力，在機組出力范圍內(nèi)選擇試驗點。試驗 點數(shù)分布和點數(shù)情況，根據(jù)實際情況選擇稀疏。
[0111] S13:將所述水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到下一水頭試驗點處，重復步驟S12,得到每臺 機組在不同水頭下的導葉開度-出力曲線。
[0112] 具體的，在最大水頭到最小水頭區(qū)間選擇下一水頭試驗點，重復步驟S12,試驗點 分布可以不均勻，試驗點數(shù)根據(jù)實際情況選擇。機組試驗水頭從最小到最大或者從最大到 最小，決定于機組第一次試驗水頭為最大水頭還是最小水頭。調(diào)節(jié)當前水頭到機組下一個 水頭試驗處。
[0113] 不同水頭下出力與導葉開度的函數(shù)關(guān)系化=^(&1)。1表示第i臺機組。
[0114] S14:將所有的導葉開度-出力曲線采用最小二乘法進行擬合生成水頭-導葉開度-機組出力曲線。
[0115] 該水頭-導葉開度-機組出力曲線，現(xiàn)場實際運行試驗獲得，更符合現(xiàn)場機組特性。
[0116] 在另一種實施方式中，步驟S50根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定負荷模 型包括:設(shè)定水電站機組的負荷，根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線，以及按機組容量比值 轉(zhuǎn)換不同機組的導葉開度構(gòu)建定負荷模型，定負荷模型為：
[01 21 ] ￡limin〈￡li〈￡limax
[0122] & =以&1)為出力與導葉開度的函數(shù)關(guān)系;ai為第i臺機組的導葉開度;L為第i臺 機組額定容量值;aimax為第i臺機組導葉的最大開度;aimin為第i臺機組導葉最小開度。k maJ^ 有機組中容量最大的機組容量值;η為機組臺數(shù);Ni為第i臺機組出力;N為電站總出力。
[0123] 該定負荷模型適用于中小型電站，因其自動化條件相對低，投資成本較小，優(yōu)化絕 對值相對也較小。因此，不同機組在導葉開度同尺度的比較，通過機組額定容量來轉(zhuǎn)換。在 水頭不變情況下，機組過機流量與導葉開度為常數(shù)關(guān)系。負荷一定的情況下，通過計算導葉 開度和的最小值，確定負荷最優(yōu)分配。不同機組的導葉開度通過機組容量比值近似轉(zhuǎn)換。
[0124] 在另一種實施方式中，步驟S50根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定負荷模 型包括:設(shè)定水電站機組的負荷，根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線，以及同一水頭下機組 導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系、同一水頭下不同機組同一導葉開度之間的函數(shù)關(guān)系，構(gòu) 建定負荷模型，定負荷模型為：
[01 28] aimin〈￡li〈aimax;
[0129] 同一水頭下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系SQiigJaO;同一水頭下不同 機組同一導葉開度之間的函數(shù)關(guān)系為&1 = 81(^);同一水頭下機組出力與該機組導葉開度 之間的關(guān)系Ni = fi(ai)。
[0130] 該定負荷模塊適用于大型電站或者自動化程度高的電站。在現(xiàn)場試驗獲得機組特 性曲線時，不同導葉開度，通過便攜式超聲波流量計測量流量，或其他測量方法測量流量， 獲得某一水頭，機組導葉開度與流量之間的關(guān)系QiigdaO以及同一水頭，不同機組同一導 葉開度之間的函數(shù)關(guān)系 &1 = 81(^)，即同一尺度通過流量之比來轉(zhuǎn)換。使用便攜式超聲波流 量計測量流量，無需固定安裝超聲波流量計，節(jié)省硬件成本。
[0131] 在另一種實施方式中，步驟S50根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定負荷模 型的步驟包括:設(shè)定水電站機組的流量，根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線以及機組導葉 開度與流量之間的關(guān)系構(gòu)建定流量模型，定流量模型為：
[0136] ￡limin〈￡li〈￡liinax
[0137] 其中，機組導葉開度與流量之間的關(guān)系QiigJaOAi為機組i的過機流量；同一水 頭下機組出力與該機組導葉開度之間的關(guān)系化=^( &1)。
[0138] 通過在現(xiàn)場試驗獲得機組特性曲線時獲得，具體的，某一水頭，不同導葉開度，通 過便攜式超聲波流量計測量或者其他傳統(tǒng)便攜式測流量方式測定流量。
[0139] 在另一種實施方式中，步驟S70包括:根據(jù)第一約束條件，求解負荷模型以獲得機 組工作控制方案，第一約束條件包括：
[0140] 電力平衡
[0141] 出力限制 Nimin<Ni<Nimax
[0142] 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制NiE Si;
[0143] 或，根據(jù)第二約束條件，求解定流量模型以獲得機組工作控制方案，第二約束條件 包括：
[0144] 流量平福
[0145] 出力限制Nimin〈Ni〈Nimax
[0146] 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制NiE Si;
[0147] 具體的，考慮導葉開度的約束條件，避開機組振動區(qū)和氣蝕區(qū)，求解a最小值時，在 某一水頭下，機組間負荷分配的瞬態(tài)最優(yōu)解?？衫脛討B(tài)規(guī)劃、等微增率算法或遺傳算法求 解對應(yīng)的模型以獲取機組工作控制方案，以得到機組工作最優(yōu)臺數(shù)、組合、啟停次序和最優(yōu) 負荷分配。
[0148] 該方法通過現(xiàn)場實驗運行獲取該水電站機組實際的水頭-導葉開度-機組出力曲 線，并根據(jù)該曲線構(gòu)建數(shù)學模型，得到的控制方案更能符合現(xiàn)場機組特性，從而減小誤差， 實現(xiàn)水電站優(yōu)化運行。且導葉開度、機組出力等數(shù)據(jù)可利用現(xiàn)有的機組自動化控制系統(tǒng)中 的數(shù)據(jù)，無需增加額外的軟件和硬件成本。本發(fā)明的水電站優(yōu)化運行控制方法適用于不同 規(guī)模以及不同自動化條件的電站。
[0149] 如圖4所示，一種水電站優(yōu)化運行控制系統(tǒng)，包括：
[0150] 曲線生成模塊10,用于獲取與水電站機組相對應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲 線，水頭-導葉開度-機組出力曲線為靜水頭-導葉開度-機組出力曲線或凈水頭-導葉開度-機組出力曲線。
[0151] 通過對水電站機組實驗，獲取水電站機組相對應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲 線。水頭-導葉開度-機組出力曲線包括靜水頭-導葉開度-機組出力曲線或凈水頭-導葉開 度-機組出力曲線。
[0152] 水電站可分為單元供水水電站和聯(lián)合供水水電站。單元供水水電站，即每個機組 一個引水管，如圖2所示，水電站水流流過水輪機是通過引水管接到水輪機的，水頭、導葉開 度確定、流經(jīng)機組流量則是確定的，獲取的則為靜水頭-導葉開度-機組出力曲線。靜水頭通 過采集上下游水位計數(shù)據(jù)后，上游水位計減去下游水位計得到，無需計算水頭損失。且水位 計水電站一般都有安裝，無需額外的硬件成本。
[0153]聯(lián)合供水水電站，如圖3所示，一根總管分成多個支管接入水輪機，水頭、導葉開度 確定，則流經(jīng)某一臺機組流量還跟其他機組是否開啟，流經(jīng)多少流量有關(guān)系，獲取的則為凈 水頭-導葉開度-機組出力曲線。
[0154] 模型生成模塊20,用于根據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定流量模型或定負 荷模型。
[0155] 某些電站自動化條件低，無水雨晴、水文數(shù)據(jù)，無水庫調(diào)度或者水預報根據(jù)水雨 晴、水文數(shù)據(jù)給出準確來水預報和電站發(fā)電用水優(yōu)化調(diào)度。因此電站以高水頭發(fā)電為原則， 根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定電站全廠總負荷，然后根據(jù)該方案分配負荷，實際為定負荷發(fā)電，通常采用定 負荷模型。還有些中小型電站，調(diào)度不會給定負荷考核，根據(jù)來水量，最大化利用來水量發(fā) 電，也就是定流量。所以中小電站通常定流量模型就采用本文的定流量模型。
[0156] 針對大型電站或者自動化程度高的電站，一般調(diào)度會對負荷進行考核。因此發(fā)電 量調(diào)度已經(jīng)給定，因此可根據(jù)凈水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定負荷模型。
[0157] 計算模塊30,用于求解定流量模型或定負荷模型以獲得機組工作控制方案。
[0158] 控制模塊40,用于根據(jù)控制方案控制水電站的運行。
[0159] 該水電站優(yōu)化運行控制方法，通過現(xiàn)場對水電站機組實驗，獲取水電站機組相對 應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲線。根據(jù)曲線生成定流量模型或定負荷模型，并求解模型 得到控制方案以根據(jù)控制方案控制水電廠的運行。該方法通過現(xiàn)場實驗運行獲取該水電站 機組實際的水頭-導葉開度-機組出力曲線，并根據(jù)該曲線構(gòu)建數(shù)學模型，得到的控制方案 更能符合現(xiàn)場機組特性，從而減小誤差，實現(xiàn)水電站優(yōu)化運行，且導葉開度、機組出力等數(shù) 據(jù)可利用現(xiàn)有的機組自動化控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，成本低，無需增加額外的軟件和硬件成本。
[0160] 在具體的實施方式中，曲線生成模塊10包括：
[0161] 初調(diào)節(jié)單元，用于將所述水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到最大水頭處或最小水頭處。
[0162] 具體的，最大水頭或最小水頭為目標水頭，可根據(jù)電站當前實際水頭的實際情況， 調(diào)節(jié)到距離最近的目標水頭。
[0163] 第一獲取單元，用于獲取當前水頭下的導葉開度-出力曲線；具體對于每一臺機 組，依次將出力值從小到大調(diào)節(jié)到每個試驗點，并記錄在所述出力值下的導葉開度，得到每 臺機組在當前水頭下的導葉開度-出力曲線;所述試驗點包括機組出力范圍內(nèi)的多個試驗 點。
[0164] 具體的，將機組出力范圍為空載到最大出力，在機組出力范圍內(nèi)選擇試驗點。試驗 點數(shù)分布和點數(shù)情況，根據(jù)實際情況選擇稀疏。
[0165] 第二獲取單元，用于將所述水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到下一水頭試驗點處，得到每 臺機組在不同水頭下的導葉開度-出力曲線。
[0166] 在最大水頭到最小水頭區(qū)間選擇水頭試驗點，試驗點分布可以不均勻，試驗點數(shù) 根據(jù)實際情況選擇。機組試驗水頭從最小到最大或者從最大到最小，決定于機組第一次試 驗水頭為最大水頭還是最小水頭。調(diào)節(jié)當前水頭到機組下一個水頭試驗處。
[0167] 不同水頭下出力與導葉開度的函數(shù)關(guān)系化=^(&1)。1表示第i臺機組。
[0168] 擬合單元，用于將所有的導葉開度-出力曲線采用最小二乘法進行擬合生成水頭-導葉開度-機組出力曲線。
[0169] 該水頭-導葉開度-機組出力曲線，現(xiàn)場實際運行試驗獲得，更符合現(xiàn)場機組特性。
[0170] 在另一種實施方式中，模型生成模塊20具體用于設(shè)定水電站機組的負荷，根據(jù)水 頭-導葉開度-機組出力曲線，以及按機組容量比值轉(zhuǎn)換不同機組的導葉開度構(gòu)建定負荷模 型，定負荷模型為：
[0175] ￡limin〈￡li〈￡limax
[0176] 化=以&1)為出力與導葉開度的函數(shù)關(guān)系;ai為第i臺機組的導葉開度;L為第i臺 機組額定容量值;aimax為第i臺機組導葉的最大開度;aimin為第i臺機組導葉最小開度。kmax所 有機組中容量最大的機組容量值;η為機組臺數(shù);Ni為第i臺機組出力;N為電站總出力。
[0177] 該定負荷模型適用于中小型電站，因其自動化條件相對低，投資成本較小，優(yōu)化絕 對值相對也較小。因此，不同機組在導葉開度同尺度的比較，通過機組額定容量來轉(zhuǎn)換。在 水頭不變情況下，機組過機流量與導葉開度為常數(shù)關(guān)系。負荷一定的情況下，通過計算導葉 開度和的最小值，確定負荷最優(yōu)分配。不同機組的導葉開度通過機組容量比值近似轉(zhuǎn)換。
[0178] 在另一種實施方式中，模型生成模塊20具體用于設(shè)定水電站機組的負荷，根據(jù)水 頭-導葉開度-機組出力曲線，以及同一水頭下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系、同一 水頭下不同機組同一導葉開度之間的函數(shù)關(guān)系，構(gòu)建定負荷模型，定負荷模型為：
[01 82] aimin〈￡li〈aimax;
[0183] 同一水頭下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系SQiigJaO;同一水頭下不同 機組同一導葉開度之間的函數(shù)關(guān)系為ai = gi (aj)。
[0184] 該定負荷模塊適用于大型電站或者自動化程度高的電站。在現(xiàn)場試驗獲得機組特 性曲線時，不同導葉開度，通過便攜式超聲波流量計測量流量，或其他測量方法測量流量， 獲得某一水頭，機組導葉開度與流量之間的關(guān)系QiigdaO以及同一水頭，不同機組同一導 葉開度之間的函數(shù)關(guān)系 &1 = 81(^)，即同一尺度通過流量之比來轉(zhuǎn)換。使用便攜式超聲波流 量計測量流量，無需固定安裝超聲波流量計，節(jié)省硬件成本。
[0185] 在另一種實施方式中，根據(jù)模型生成模塊20,具體用于設(shè)定水電站機組的流量，根 據(jù)水頭-導葉開度-機組出力曲線以及機組導葉開度與流量之間的關(guān)系構(gòu)建定流量模型，定 流量模型為：
[0190] ￡limin〈￡li〈￡limax
[0191 ]其中，機組導葉開度與流量之間的關(guān)系Qi = gi (ai)，Qi為機組i的過機流量。同一水 頭下機組出力與該機組導葉開度之間的關(guān)系化=^(&1);
[0192] 通過在現(xiàn)場試驗獲得機組特性曲線時獲得，具體的，某一水頭，不同導葉開度，通 過便攜式超聲波流量計測量或者其他傳統(tǒng)測便攜式流量方式測定流量。
[0193] 在另一種實施方式中，計算模塊30，具體用于根據(jù)第一約束條件，求解負荷模型以 獲得機組工作控制方案，第一約束條件包括：
[0194] 電力平衡
[0195] 出力限制Nimin<Ni<Nimax
[0196] 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制NiE Si;
[0197]或，用于根據(jù)第二約束條件，求解定流量模型以獲得機組工作控制方案，第二約束 條件包括：
[0198] 流量平4
[0199] 出力限制Nimin〈Ni〈Nimax
[0200] 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制NiE Si;
[0201] 控制方案包括最優(yōu)臺數(shù)、組合、啟停次序和最優(yōu)負荷分配。
[0202] 具體的，考慮導葉開度的約束條件，避開機組振動區(qū)和氣蝕區(qū)，求解a最小值時，在 某一水頭下，機組間負荷分配的瞬態(tài)最優(yōu)解。根據(jù)約束條件，可利用動態(tài)規(guī)劃、等微增率算 法或遺傳算法求解對應(yīng)的模型以獲取機組工作控制方案，以得到機組工作最優(yōu)臺數(shù)、組合、 啟停次序和最優(yōu)負荷分配。
[0203] 該系統(tǒng)通過現(xiàn)場實驗運行獲取該水電站機組實際的水頭-導葉開度-機組出力曲 線，并根據(jù)該曲線構(gòu)建數(shù)學模型，得到的控制方案更能符合現(xiàn)場機組特性，從而減小誤差， 實現(xiàn)水電站優(yōu)化運行。且導葉開度、機組出力等數(shù)據(jù)可利用現(xiàn)有的機組自動化控制系統(tǒng)中 的數(shù)據(jù)，無需增加額外的軟件和硬件成本。本發(fā)明的水電站優(yōu)化運行控制方法適用于不同 規(guī)模以及不同自動化條件的電站。
[0204] 以上實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例 中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛 盾，都應(yīng)當認為是本說明書記載的范圍。
[0205] 以上實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能 因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。 因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
【主權(quán)項】
1. 一種水電站優(yōu)化運行控制方法，其特征在于，包括： 獲取與水電站機組相對應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲線， 根據(jù)所述水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定流量模型或定負荷模型； 求解所述定流量模型或所述定負荷模型以獲得機組工作控制方案； 根據(jù)所述控制方案控制所述水電站的運行。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站優(yōu)化運行控制方法，其特征在于，所述獲取與水電站機 組的水頭-導葉開度-機組出力曲線的步驟包括： 將所述水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到最大水頭處或最小水頭處； 導葉開度-出力曲線獲取步驟，包括:對于每一臺機組，依次將出力值從小到大調(diào)節(jié)到 每個試驗點，并記錄在所述出力值下的導葉開度，得到每臺機組在當前水頭下的導葉開度-出力曲線;所述試驗點包括機組出力范圍內(nèi)的多個試驗點； 將所述水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到下一水頭試驗點處，重復所述導葉開度-出力曲線獲 取步驟，得到每臺機組在不同水頭下的導葉開度-出力曲線； 將所有的導葉開度-出力曲線采用最小二乘法進行擬合生成水頭-導葉開度-機組出力 曲線。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站優(yōu)化運行控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述水頭_ 導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定負荷模型的步驟包括： 設(shè)定所述水電站機組的負荷，根據(jù)所述水頭-導葉開度-機組出力曲線，以及按機組容 量比值轉(zhuǎn)換不同機組的導葉開度構(gòu)建定負荷模型，所述定負荷模型為：&imin〈&i〈&imax 仏=6(&1)為出力與導葉開度的函數(shù)關(guān)系;ai為第i臺機組的導葉開度為第i臺機組 額定容量值;aimax為第i臺機組導葉的最大開度;aimin為第i臺機組導葉最小開度，kmax所有機 組中容量最大的機組容量值; n為機組臺數(shù);Ni為第i臺機組出力;N為電站總出力； 或者，設(shè)定所述水電站機組的負荷，根據(jù)所述水頭-導葉開度-機組出力曲線，以及同一 水頭下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系、同一水頭下不同機組同一導葉開度之間的函 數(shù)關(guān)系，構(gòu)建定負荷模型，所述定負荷模型為：￡limin〈￡li〈￡limax; 同一水頭下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系SQiigdad ;同一水頭下不同機組 同一導葉開度之間的函數(shù)關(guān)系為aiigdaj;同一水頭下機組出力與該機組導葉開度之間 的關(guān)系Ni = fi(ai)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站優(yōu)化運行控制方法，其特征在于，根據(jù)所述水頭-導葉 開度-機組出力曲線構(gòu)建定負荷模型的步驟包括： 設(shè)定所述水電站機組的流量，根據(jù)所述水頭-導葉開度-機組出力曲線以及機組導葉開 度與流量之間的關(guān)系構(gòu)建定流量模型，所述定流量模型為：￡limin〈￡li〈￡limax 其中，機組導葉開度與流量之間的關(guān)系QiigdaOAi為機組i的過機流量；同一水頭下 機組出力與該機組導葉開度之間的關(guān)系化=^(&1)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站優(yōu)化運行控制方法，其特征在于，其特征在于，所述求 解所述定流量模型或所述定負荷模型以獲得機組工作控制方案的步驟包括： 根據(jù)第一約束條件，求解所述負荷模型以獲得機組工作控制方案，所述第一約束條件 包括： 電力平衡：出力限制Nimin〈Ni〈Nimax 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制Ni e Si; 或，根據(jù)第二約束條件，求解所述定流量模型以獲得機組工作控制方案，所述第二約束 條件包括： 流量平I出力限制Nimin〈Ni〈Nimax 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制Ni e Si; 所述控制方案包括最優(yōu)臺數(shù)、組合、啟停次序和最優(yōu)負荷分配。6. -種水電站優(yōu)化運行控制系統(tǒng)，其特征在于，包括： 曲線生成模塊，用于獲取與水電站機組相對應(yīng)的水頭-導葉開度-機組出力曲線； 模型生成模塊，用于根據(jù)所述水頭-導葉開度-機組出力曲線構(gòu)建定流量模型或定負荷 豐旲型； 計算模塊，用于求解所述定流量模型或所述定負荷模型以獲得機組工作控制方案； 控制模塊，用于根據(jù)所述控制方案控制所述水電站的運行。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的水電站優(yōu)化運行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述曲線生成模塊包 括： 初調(diào)節(jié)單元，用于將所述水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到最大水頭處或最小水頭處； 第一獲取單元，用于獲取當前水頭下的導葉開度-出力曲線；具體對于每一臺機組，依 次將出力值從小到大調(diào)節(jié)到每個試驗點，并記錄在所述出力值下的導葉開度，得到每臺機 組在當前水頭下的導葉開度-出力曲線;所述試驗點包括機組出力范圍內(nèi)的多個試驗點； 第二獲取單元，用于將所述水電站機組的水頭調(diào)節(jié)到下一水頭試驗點處，得到每臺機 組在不同水頭下的導葉開度-出力曲線； 擬合單元，用于將所有的導葉開度-出力曲線采用最小二乘法進行擬合生成水頭-導葉 開度-機組出力曲線。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的水電站優(yōu)化運行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述模型生成模塊具 體用于設(shè)定所述水電站機組的負荷，根據(jù)所述水頭-導葉開度-機組出力曲線，以及按機組 容量比值轉(zhuǎn)換不同機組的導葉開度構(gòu)建定負荷模型，所述定負荷模型為： ciiinin\cii\ciiinax心=^(&1)為出力與導葉開度的函數(shù)關(guān)系;ai為第i臺機組的導葉開度;l為第i臺機組 額定容量值;aimax為第i臺機組導葉的最大開度;aimin為第i臺機組導葉最小開度;Ni為第i臺 機組的出力;k max所有機組中容量最大的機組容量值;η為機組臺數(shù);Ni為第i臺機組出力;N 為電站總出力； 或者，用于設(shè)定所述水電站機組的負荷，根據(jù)所述水頭-導葉開度-機組出力曲線，以及 同一水頭下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系、同一水頭下不同機組同一導葉開度之間 的函數(shù)關(guān)系，構(gòu)建定負荷模型，所述定負荷模型為：￡limin〈￡li〈￡limax; 同一水頭下機組導葉開度與流量之間的函數(shù)關(guān)系;同一水頭下不同機組 同一導葉開度之間的函數(shù)關(guān)系為aiigdaj;同一水頭下機組出力與該機組導葉開度之間 的關(guān)系Ni = fi(ai)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站優(yōu)化運行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述模型生成模塊， 具體用于設(shè)定所述水電站機組的流量，根據(jù)所述水頭-導葉開度-機組出力曲線以及機組導 葉開度與流量之間的關(guān)系構(gòu)建定流量模型，所述定流量模型為：￡limin〈￡li〈￡limax 其中，機組導葉開度與流量之間的關(guān)系Qi = gi (ai)，Qi為機組i的過機流量；同一水頭下 機組出力與該機組導葉開度之間的關(guān)系& =匕(&1)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站優(yōu)化運行控制系統(tǒng)，其特征在于，計算模塊，具體用于 根據(jù)第一約束條件，求解所述負荷模型以獲得機組工作控制方案，所述第一約束條件包括： 電力平衡出力限制Nimin〈Ni〈Nimax 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制Ni e Si; 或，用于根據(jù)第二約束條件，求解所述定流量模型以獲得機組工作控制方案，所述第二 約束條件包括： 流量平衡出力限制Nimin〈Ni〈Nimax 振動區(qū)和氣蝕區(qū)限制Ni e Si; 所述控制方案包括最優(yōu)臺數(shù)、組合、啟停次序和最優(yōu)負荷分配。
【文檔編號】H02J3/38GK105863946SQ201610208042
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】楊威, 袁江鋒, 陳曉, 倪紅波, 康明衛(wèi), 張良
【申請人】華自科技股份有限公司