CN104463435B - 一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其方法步骤如下：获取水电机组振动数据；建立水电机组原始振动数据库；建立振动区域边界的关系函数；获取水电机组实时运行数据；评价水电机组稳定运行状态区域；发布信息。本发明的有益效果如下：可实时准确掌握水电机组不同水头下可安全运行的稳定有功功率区域，避开水轮机实际运行不稳定区域，优化水电机组运行状态；实用性强，不需额外增加设备即可实现状态评价，及时发布水电机组可运行区域，实现水电机组安全可靠运行；对确保水电机组的安全运行和避免事故扩大极具指导意义；指导水电厂调整不同水头下可运行的稳定区域，对电网安全运行和发展亦具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及水力发电设备技术领域，特别是指一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法。
背景技术
目前大型主力水轮发电机组的可发电负荷区间主要根据以下几个方面内容来确定：①以天气预报和水文观测为基础的水情测报系统；②不同水头下的水轮机组最大出力；③水轮发电机组的厂家设计资料，主要是可运行区间范围。
对于水电厂而言，无论是径流式电厂、还是蓄水式电厂，短期的水情测报都具有相当高的精度，而且不同水头下的水轮机组最大出力无论是根据厂家设计值，还是多年运行实际值都能够得到相对准确的结果。但在水轮机安全稳定运行的下限方面仍存在较大误差，主要问题是目前对于实际不稳定区的范围仍与厂家设计值有较大出入，厂家提供的振动区域较实际振动区域要小，按照厂家提供的振动区域来进行调度无法完全避开水轮机振动不稳定区域，长期下去将会给电网运行带来不良影响。
基于上述原因，亟待研究出一种高效评价方法来监视水电机组在不同水头下可运行的区域范围，从而完全避开水轮机振动不稳定区，保证电网安全运行。
发明内容
本发明提出一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，解决了现有技术中水电机组运行振动区域无法完全避开水轮机振动不稳定区域、导致电网运行不安全的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其方法步骤如下：
(1)获取水电机组振动数据；
(2)建立水电机组原始振动数据库；
(3)建立振动区域边界的关系函数；
(4)获取水电机组实时运行数据；
(5)评价水电机组稳定运行状态区域；
(6)发布信息。
作为优选，所述步骤(1)的实现方法如下：
根据水电站各水电机组实际运行状态进行记录和振动试验，获取各水电机组振动数据；所述振动数据包括振动参量、摆度参量、水压脉动参量、有功参量、无功参量和水头参量数据。
作为优选，所述步骤(2)的实现方法如下：
将步骤(1)所获取的各水电机组不同水头下的振动区域数据存入原始振动数据库。
作为优选，所述步骤(3)的实现方法如下：
将步骤(2)中的振动区域数据通过一定原则建立振动区域边界的关系函数，确定不适合水电机组安全运行的振动超限阈值下边界和振动区域上边界。
作为优选，所述步骤(4)的实现方法如下：
获取水电机组运行的实时振动数据，所述实时振动数据包括振动参量、摆度参量、水压脉动参量、有功参量、无功参量和水头参量数据。
作为优选，所述步骤(5)的实现方法如下：
根据步骤(4)获得的水电机组实时振动参量、实时摆度参量和实时水压脉动参量数据，依次比较步骤(3)中振动区域边界参数中相应水头下所对应的振动参量最小阈值、摆度参量最小阈值和水压脉动参量最小阈值；
当所述实时振动参量数据大于所述振动参量最小阈值、所述实时摆度参量数据大于所述摆度参量最小阈值以及所述实时水压脉动参量数据大于所述水压脉动参量最小阈值，或其中至少任意一个实时参量数据大于该参量最小阈值时，将当前待评价水头下水电机组的有功区域和无功区域评价为严禁运行区域。
作为优选，所述步骤(6)的实现方法如下：
在水电机组振动稳定性监测系统中发布步骤(5)作出的终极判断或最终决定。
作为优选，所述一定原则包括：
①振动区域数据具有代表性
振动区域数据时段含有历史最低水位之一且涵盖汛期和枯水期各水头下的工况数据；
②数据具有全面性
在统计时段内逐天提取数据；
③数据具有随机性
在相同工况下有多个数据时，随即选取；
④数据具有准确性
将相同工况下的有功出力采用多点平均方法进行处理。
本发明采用试验方法检测水电站各水电机组在不同水头下的振动区域数据，得到不适合水轮发电机组安全运行的振动超限阈值边界，同时根据水头得到水电机组的负荷区间上边界函数。在两条函数线之间的区间，即是水轮发电机组可以长期满足安全调度的安全运行区间。
本发明的有益效果为：
可实时准确掌握水电机组不同水头下可安全运行的稳定有功功率区域，避开水轮机实际运行不稳定区域，优化水电机组运行状态；
实用性强，仅借助水电厂现有的水电机组振动稳定性监测系统，不需额外增加设备即可实现状态评价，及时发布水电机组可运行区域，实现水电机组安全可靠运行；对确保水电机组的安全运行和避免事故扩大极具指导意义；指导水电厂调整不同水头下可运行的稳定区域，对电网安全运行和发展亦具有重要意义。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其方法步骤如下：
(1)获取水电机组振动数据：根据水电站各水电机组实际运行状态进行记录和振动试验，通过水电机组振动稳定性监测系统获取各水电机组振动数据；所述振动数据包括振动参量、摆度参量、水压脉动参量、有功参量、无功参量和水头参量数据。
(2)建立水电机组原始振动数据库：将步骤(1)所获取的各水电机组不同水头下的振动区域数据存入原始振动数据库。
(3)建立振动区域边界的关系函数：将步骤(2)中的振动区域数据通过一定原则建立振动区域边界的关系函数(简称H-P曲线函数)，确定不适合水电机组安全运行的振动超限阈值下边界和振动区域上边界。
在论域(负荷，水头)内，构造隶属度函数A(P,H)，具体步骤如下：
1)与图像处理方法类似，以步骤(2)的数据库为基础，在振动参量、摆度参量、水压脉动参量所形成的三维空间内，以阀门开度为索引，建立振动特征量x的伪灰度图谱；其中，每一个点代表水电机组的一种振动状态。
2)采用高斯滤波对伪灰度图谱进行滤波；利用一阶偏导的有限差分方法计算梯度；对梯度幅值进行非最大值抑制；最后进行阈值检测并连接边界，得到水电机组运行稳定或不稳定区域的运行边界震动特征量判据(隶属度函数边界)。
3)令A是论域U(P，H)上的一个表示不稳定区域的隶属度函数，即A(x):U→[0，1]；计算模糊集A内所有点的隶属度，并与隶属度函数边界对比，确定模糊集边界；此时模糊集A内的所有点集就是不稳定运行区域。
4)以阀门开度为索引，建立H-P曲线函数，确定不适合水电机组安全运行的振动超限阈值下边界和振动区域上边界。
(4)获取水电机组实时运行数据：通过水电机组振动稳定性监测系统获取水电机组运行的实时振动数据，所述实时振动数据包括振动参量、摆度参量、水压脉动参量、有功参量、无功参量和水头参量数据。
(5)评价水电机组稳定运行状态区域：根据步骤(4)获得的水电机组实时振动参量、实时摆度参量和实时水压脉动参量数据，依次比较步骤(3)中振动区域边界参数中相应水头下所对应的振动参量最小阈值、摆度参量最小阈值和水压脉动参量最小阈值；
当所述实时振动参量数据大于所述振动参量最小阈值、所述实时摆度参量数据大于所述摆度参量最小阈值以及所述实时水压脉动参量数据大于所述水压脉动参量最小阈值，或其中至少任意一个实时参量数据大于该参量最小阈值时，将当前待评价水头下水电机组的有功区域和无功区域评价为严禁运行区域。
(6)发布信息：在水电机组振动稳定性监测系统中发布步骤(5)作出的终极判断或最终决定。
上述步骤(3)中的一定原则包括：
①振动区域数据具有代表性
振动区域数据时段含有历史最低水位之一，能够反映接近水轮机最低运行水头的工况；另一方面该时段包括了汛期和枯水期各水头下的工况,而且与现状最接近，能真实地反映现在的振动区域；
②数据具有全面性
在统计时段内，尽量每一个月逐天提取数据，力求全面地反映统计时段内的各种工况；
③数据具有随机性
在相同工况下有多个数据时，随即选取；
④数据具有准确性
把同工况下的有功出力采用多点平均的方法进行处理，以便减小振动稳定性监测系统测量数据误差对H-P曲线准确性的影响。
综上所述，采用本发明所述方法可实时准确掌握水电机组不同水头下可安全运行的稳定有功功率区域，避开水轮机实际运行不稳定区域，优化水电机组运行状态；
实用性强，仅借助水电厂现有的水电机组振动稳定性监测系统，不需额外增加设备即可实现状态评价，及时发布水电机组可运行区域，实现水电机组安全可靠运行；对确保水电机组的安全运行和避免事故扩大极具指导意义；指导水电厂调整不同水头下可运行的稳定区域，对电网安全运行和发展亦具有重要意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其特征在于，其方法如下：
步骤(1)获取水电机组振动数据；
步骤(2)建立水电机组原始振动数据库；
步骤(3)建立振动区域边界的关系函数，具体包括：
1)与图像处理方法类似，以步骤(2)的数据库为基础，在振动参量、摆度参量、水压脉动参量所形成的三维空间内，以阀门开度为索引，建立振动特征量x的伪灰度图谱；其中，每一个点代表水电机组的一种振动状态；
2)采用高斯滤波对伪灰度图谱进行滤波；利用一阶偏导的有限差分方法计算梯度；对梯度幅值进行非最大值抑制；最后进行阈值检测并连接边界，得到水电机组运行稳定或不稳定区域的运行边界震动特征量判据；
3)令A是论域U(P，H)上的一个表示不稳定区域的隶属度函数，即A(x):U→[0，1]；计算模糊集A内所有点的隶属度，并与隶属度函数边界对比，确定模糊集边界；此时模糊集A内的所有点集就是不稳定运行区域；
4)以阀门开度为索引，建立振动区域边界的关系函数，确定不适合水电机组安全运行的振动超限阈值下边界和振动区域上边界；
步骤(4)获取水电机组实时运行数据；
步骤(5)评价水电机组稳定运行状态区域；
步骤(6)发布信息。
2.根据权利要求1所述的一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其特征在于，所述步骤(1)的实现方法如下：
根据水电站各水电机组实际运行状态进行记录和振动试验，获取各水电机组振动数据；所述振动数据包括振动参量、摆度参量、水压脉动参量、有功参量、无功参量和水头参量数据。
3.根据权利要求2所述的一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其特征在于，所述步骤(2)的实现方法如下：
将步骤(1)所获取的各水电机组不同水头下的振动区域数据存入原始振动数据库。
4.根据权利要求1所述的一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其特征在于，所述步骤(3)的实现方法如下：
将步骤(2)中的振动区域数据通过一定原则建立振动区域边界的关系函数，确定不适合水电机组安全运行的振动超限阈值下边界和振动区域上边界。
5.根据权利要求1所述的一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其特征在于，所述步骤(4)的实现方法如下：
获取水电机组运行的实时振动数据，所述实时振动数据包括振动参量、摆度参量、水压脉动参量、有功参量、无功参量和水头参量数据。
6.根据权利要求1所述的一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其特征在于，所述步骤(5)的实现方法如下：
根据步骤(4)获得的水电机组实时振动参量、实时摆度参量和实时水压脉动参量数据，依次比较步骤(3)中振动区域边界参数中相应水头下所对应的振动参量最小阈值、摆度参量最小阈值和水压脉动参量最小阈值；
当所述实时振动参量数据大于所述振动参量最小阈值、所述实时摆度参量数据大于所述摆度参量最小阈值以及所述实时水压脉动参量数据大于所述水压脉动参量最小阈值，或其中至少任意一个实时参量数据大于该参量最小阈值时，将当前待评价水头下水电机组的有功区域和无功区域评价为严禁运行区域。
7.根据权利要求1所述的一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其特征在于，所述步骤(6)的实现方法如下：
在水电机组振动稳定性监测系统中发布步骤(5)作出的终极判断或最终决定。
8.根据权利要求4所述的一种水电机组稳定运行区域在线分析与评价方法，其特征在于，所述一定原则包括：
①振动区域数据具有代表性
振动区域数据时段含有历史最低水位之一且涵盖汛期和枯水期各水头下的工况数据；
②数据具有全面性
在统计时段内逐天提取数据；
③数据具有随机性
在相同工况下有多个数据时，随即选取；
④数据具有准确性
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |