CN105811473A - 一种水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电站自动发电有功出力控制系统及方法，包括AGC功能块、PID功能块和预处理功能块，设备参数、动态参数直接输入或经预处理功能块处理后发送到AGC功能块、PID功能块更新；本发明能根据水电站的全站有功目标值计算出各台发电机组的单机有功设定值，并对单机有功实发值进行PID闭环调节，同时满足发电机组规避振动区和水电站一次调频的运行要求；本发明采用了预先建立投入AGC机组的组合出力模型的方式，将以机组形式存在的数据转换为电站形式的数据，提高了求解效率，能够满足多振动区、多机组类型的不同大中型水电站的自动有功出力控制需求。

Description

一种水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法

技术领域

本发明属于水力发电控制技术领域，涉及一种水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法。

背景技术

水电站对于有功出力的控制普遍采用先将全厂有功目标值通过自动发电量控制功能(AutomaticGenerationControl，简称AGC)分配至各台水轮发电机组(简称机组)，然后由各台机组分别通过计算机监控系统可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，简称PLC)或调速器进行比例积分微分(简称PID)闭环调节的方式。但目前为止尚未有一种涵盖并指导水电站机组出力建模、全站有功分配、单机有功调节以及一次调频等所有有功控制环节的系统性算法。各水电站实际应用中的自动发电有功控制功能，普遍存在算法粗糙、完整性缺乏、各功能块衔接性差、策略之间逻辑不匹配甚或冲突等缺点，导致电站在面对较为复杂的工况(如：一二次调频冲突、穿越振动区等)时容易出现各种异常情况。为解决生产中出现的各种问题，或应答电网的辅助服务考核标准及其它特殊要求，由于没有统一的算法作为指导，水电站在对自动发电有功控制功能进行修改时，不是以功能的整体作为优化对象，而是无视策略和参数之间的整体联系，简单粗暴地对部分策略和参数进行孤立修改，于是在解决问题的同时带来了新的问题，反而增加了水电站自动发电控制功能的无序程度。

文献1《一种水电站发电机组AGC控制方法》(申请公布号CN102664430A)披露了一种水电站发电机组的AGC控制方法。文中提出通过确定电站有功调节范围、分配发电机组的有功出力、在不可避免的情况下让机组轮流进入振动区运行来保证水电站机组的安全稳定。然而文献1的问题在于：仅涉及振动区规避问题，未提出通过单台机组的振动区得出多台机组联合振动区或运行区(除联合振动区以外的其它有功出力区域)的具体建模或计算方式；提出机组在振动区内的运行时间不得超过10分钟，但是未对“10分钟”的振动区运行时长进行任何论证；提出根据运行累计时间长短和机组优先级让机组轮流进入振动区运行，但是未提出任何涉及时间统计、优先级计算、功率分配的具体办法。

文献2《一种自动发电控制水电站防止水头信号改变引起的功率波动的方法》(申请公布号CN104638681A)披露了一种自动发电控制水电站防止水头信号改变引起功率波动的方法，文中提出当水头信号值改变导致全厂有功出力上限改变时，通过拒绝执行分配值或退出AGC的方式防止水头异常引起全厂功率波动。然而文献2的问题在于：仅涉及水头方面的相关问题，未涉及自动发电有功控制的其它环节；仅提出水头异常时防止有功波动的策略，未对如何提高水电站水头测量功能的可靠性提出建议。

文献3《大规模水电站群短期优化调度方法II：高水头多振动区问题》(水利学报2011年第42卷第10期第1168页)披露了一种高水头、大容量、多振动区机组的联合振动区建模方式，探讨了机组的组合方式、振动区组合、振动区避开策略以及求解流程，对高水头多振动区的巨型水电站群的短期发电优化问题具有指导意义。然而文献3的关注重点是水电站群的梯级调度，未涉及单一水电站在自动发电有功控制中机组规避振动区或穿越振动区的相关问题。

文献4《水电机组一次调频与AGC典型控制策略的工程分析与优化》(电力系统自动化2015年第39卷第3期第146页)披露了一次调频与AGC控制的配合问题，着重探讨了在调速器功率控制模式和开度控制模式下，一次调频与AGC配合的不同策略。然而文献4并未解决在目前主流的开度控制模式下，一次调频与AGC的配合问题。

上述文献，均未完整给出水电站自动发电有功控制的系统化解决方案。如何保证机组在给定条件下分配最优目标出力，使水电站实现经济效益、安全效益的最大化，尚是一个有待解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，使每个功能块的复杂性得到控制，减少AGC和PID功能块的运算负荷，以提升控制程序健壮性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，包括以下操作：

将水电站自动发电有功控制的核心功能划分到AGC、PID两个功能块中进行处理；预处理参数先输入到预处理功能块进行处理，然后再发送到AGC、PID两个功能块，与直接发给AGC、PID功能块的送设备参数、动态参数参与生成中间参数，供给AGC功能块建立水电站发电机组的组合出力模型并进行有功分配时调用；

所述的预处理功能块包括：向AGC功能块发送预处理值的水头值预处理块、全站有功目标值预处理块、单机有功设定值预处理块和机组不良工况运行优先级预处理块；向PID功能块发送预处理值的单机有功设定值预处理块和单机有功实发值预处理块；而且PID功能块向AGC功能块发送包括单机有功实发值、单机调频修正有功值、单机有功调节死区和单机有功设定差限的参数值。

所述的各预处理功能块对其所处理的预处理值的获取包括：

a、单机有功实发值的预处理值的获取为：单机有功设定值预处理块对机组多个有功测量源的优先级进行排序，取有功测量源的测值品质为好的优先级最高的测值作为单机有功实发值；

b、对水头值的预处理值的获取为：水头值预处理块根据水头设定方式和水头值变化情况来获取最终水头值；

c、对全站有功目标值的预处理值的获取为：全站有功目标值预处理块根据AGC功能投入下不同情况结合全站有功目标值、电网有功设定值、集控有功设定值和电厂有功设定值来获得；

d、单机有功设定值的预处理值的获取为：单机有功设定值预处理块根据输入的单机有功设定值及机组PID功能投退状态和AGC投退状态，确定单机有功设定值；

f、机组不良工况运行优先级的预处理值的获取为：1)机组不良工况运行优先级预处理块对各台机组自上次检修期后处于限制运行区和振动区的运行时间进行加权统计，其中振动区运行时间的统计权重远高于限制运行区运行时间的统计权重；2)对各台机组加权统计后的时间进行排序，按时间由短到长，依次从高到低设定自动优先级；3)对各台机组设定手动优先级；4)当优先级设置方式为自动时，取自动优先级作为机组不良工况运行优先级，当优先级设置方式为手动时，取手动优先级作为机组不良工况运行优先级。

所述的设备参数为水电站各发电机组的参数特性，AGC功能块接收的设备参数包括：不同水头下机组出力上限、不同水头下机组各单机振动区范围、不同水头下机组各单机限制运行区范围；PID功能块接收的设备参数包括：单机有功调节死区、单机有功设定差限、单机有功突变界限、调频系数；

所述的动态参数为设备实时状态或运行状况实时参数，包括：各台机组的状态、各台机组有无事故、全厂有无事故、频率偏差、各机组不良工况运行优先级；

所述的中间参数的计算包括：AGC有功调节死区、AGC有功设定差限、AGC有功突变界限、单机AGC有功分配步长、单机调频修正有功和不同水头下机组各单机运行区。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，对水电站自动发电有功控制参数梳理，能够使功能块之间通过数据交换和策略配合而整合，将以机组形式存在的数据转换为电站形式的数据，提高了求解效率，减少AGC功能块的运算负荷，使AGC功能块和PID功能块尽量避免参与输入参数的预处理；能够降低程序复杂性，将非核心功能分离到预处理块进行处理，以提升程序健壮性。

附图说明

图1为本发明的各功能块结构及数据流的示意图；

图2为本发明的单机有功实发值预处理的流程图；

图3为本发明的水头值预处理的流程图；

图4为本发明的全站有功目标值预处理的流程图；

图5为本发明的单机有功设定值预处理的流程图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明提供的一种水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，包括以下操作：

将水电站自动发电有功控制的核心功能划分到AGC、PID两个功能块中进行处理；预处理参数先输入到预处理功能块进行处理，然后再发送到AGC、PID两个功能块，与直接发送设备参数、动态参数参与生成中间参数，供给AGC功能块建立水电站发电机组的组合出力模型并进行有功分配时调用；

所述的预处理功能块包括：向AGC功能块发送预处理值的水头值预处理块、全站有功目标值预处理块、单机有功设定值预处理块和机组不良工况运行优先级预处理块；向PID功能块发送预处理值的单机有功设定值预处理块和单机有功实发值预处理块；而且PID功能块向AGC功能块发送包括单机有功实发值、单机调频修正有功值、单机有功调节死区和单机有功设定差限的参数值。

1、AGC功能块、PID功能块的设立

本发明提供的水电站自动发电有功出力系统及控制方法，是在剔除复杂度较高的不必要功能，并将自动发电有功控制划分为AGC、PID和外挂功能块，分别运行在厂站级控制器和机组级控制器中。

为了使每个功能块的复杂性得到控制，需要对各功能块在自动发电有功控制中所承担的功能进行合理划分。各台机组的PID功能块间不产生横向的功能依赖或数据交换；尽可能将功能分散到各机组的PID功能块中，减少AGC功能块的运算负荷；减少AGC和PID功能块的运算负荷，AGC功能块和PID功能块尽量避免参与输入参数的预处理。

1.1、厂站级功能块：

1)AGC功能块：中间参数计算、机组组合出力建模、联合运行区计算、单机有功分配、异常退出策略等；

2)水头值预处理功能块；

3)全站有功目标值预处理功能块；

4)机组不良工况运行优先级预处理功能块。

1.2、机组级功能块：

1)PID功能块：中间参数计算、有功闭环调节、异常退出策略等；

2)单机有功实发值预处理功能块；

3)单机有功设定值预处理功能块。

2、各功能块的结构和数据流

参见图1，本发明确定的各功能块的结构和数据流，其中包括：

S2100)确定动态参数，即反应设备实时状态或由运行人员实时输入的参数，包括：各台机组的单机有功实发值、水头值、全站有功设定值、各台机组的单机有功设定值、各台机组的状态、各台机组有无事故、全厂有无事故、频率偏差、各机组不良工况运行优先级；

S2200)确定设备参数，区别于动态参数，设备参数体现了水电站不同机组的特性差异，一般由维护人员根据机组出厂参数或试验结果设置，并在程序启动时加载，包括：不同水头下机组出力上限、不同水头下机组各单机振动区范围、不同水头下机组各单机限制运行区范围、单机有功调节死区、单机有功设定差限、单机有功突变界限、调频系数等；

设备参数的设置原则为：

2210)不同水头下机组出力上限，根据不同水头下机组的有功调节特性确定或由试验得出；

2220)不同水头下机组各单机振动区范围，根据不同水头下机组的运行稳定特性确定或由试验得出；

2230)不同水头下机组各单机限制运行区范围，根据不同水头下机组的运行稳定特性确定或由试验得出；

2240)机组单机有功调节死区与机组出力上限的比值必须小于或等于电网的AGC考核精度，再根据水轮机组的有功调节特性予以确定

即机组单机有功调节死区满足：

其中ε为电网AGC考核精度，i为机组号，为机组出力上限；

2250)机组单机有功设定差限必须远大于单机有功调节死区：机组单机有功设定差限满足：

2260)机组单机有功突变界限必须大于单机有功调节差限：机组单机有功突变界限满足：

2270)调频系数应大于或等于电网一次调频积分电量考核公式的对应系数，以保证PID闭环调节可以兼容一次调频产生的有功开环调节偏差。

S2300)确定中间参数，即根据动态参数和设备参数计算所得的参数，包括：AGC有功调节死区、AGC有功设定差限、AGC有功突变界限、单机AGC有功分配步长、单机调频修正有功、不同水头下机组各单机最优运行区范围、不同水头下机组各单机运行区范围等；中间参数的计算公式及遵循原则，包括：

S2310)AGC有功调节死区大于或等于所有投入AGC机组单机有功调节死区的最大值，小于或等于所有投入AGC机组单机有功调节死区的总和；即AGC有功调节死区p_d满足：

$max\[p_d^1\×{\mathrm{\θ}}^1,p_d^2\×{\mathrm{\θ}}^2,...p_d^n\×{\mathrm{\θ}}^n\]\≤p_d=f\[\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(p_d^i\×{\mathrm{\θ}}^i)\]\≤\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(p_d^i\×{\mathrm{\θ}}^i)$

其中θⁱ为机组投入AGC变量，当机组投入AGC时，θ值为1，当机组退出AGC时，θ值为0。

S2320)AGC有功设定差限大于或等于所有投入AGC机组单机有功设定差限的最大值，小于或等于所有投入AGC机组单机有功设定差限的总和，远大于AGC有功调节死区，即AGC有功设定差限p_sp满足：

$\left\{\begin{array}{c}max\[p_{sp}^1\×{\mathrm{\θ}}^1,p_{sp}^2\×{\mathrm{\θ}}^2,...p_{sp}^n\×{\mathrm{\θ}}^n\]\≤p_{sp}=f\[\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(p_{sp}^i\×{\mathrm{\θ}}^i)\]\≤\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(p_{sp}^i\×{\mathrm{\θ}}^i)\\ p_{sp}>>p_d\end{array}\right.$

S2330)AGC有功突变界限大于或等于所有发电机组单机有功突变界限的最大值，小于或等于所有发电机组单机有功突变界限的总和，大于AGC有功设定差限；即AGC有功突变界限p_err满足：

$\left\{\begin{array}{c}max\[p_{err}^1,p_{err}^2,...p_{err}^n\]\≤p_{err}=f\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{p}_{err}^i\right)\≤\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{p}_{err}^i\\ p_{err}>p_{sp}\end{array}\right.$

S2340)单机AGC有功分配步长小于单机有功设定差限减去单机有功调节死区，即单机AGC有功分配步长满足：

S2350)当机组一次调频动作且单机PID功能投入时，单机调频修正有功等于频率偏差与调频系数的乘积与当前水头下该机组出力上限减单机有功设定值所得差值中的最小值，否则单机调频修正有功为0，即单机调频修正有功满足：

其中Δf为频率偏差，kⁱ为机组调频系数、为当前水头下机组出力上限，为机组单机有功设定值，μⁱ为机组一次调频动作变量，当机组一次调频动作时，μ值为1，当一次调频未动作时，μ值为0，σⁱ为机组单机PID投入变量，当机组单机PID投入时，σ值为1，当机组单机PID退出时，σ值为0；

S2360)不同水头下机组各单机运行区范围为不同水头下机组各单机最优运行区和不同水头下机组各单机限制运行区的并集：

运行区＝最优运行区∪限制运行区

S2400)确定数据流，即各个功能块间交换的数据，包括：单机有功实发值(PID输出至AGC功能块)、单机AGC有功分配值(双向)、当前水头下机组出力上限(AGC输出至PID功能块)、单机调频修正有功(PID输出至AGC功能块)等。

3、各预处理功能块对输入的参数进行预处理，包括：

S3100)对单机有功实发值的预处理，流程如图2所示，包括以下步骤：

S3110)对机组多个有功测量源的优先级进行排序，如果优先级最高的有功测量源的测值品质为好，取优先级最高的有功测量源的测值作为单机有功实发值；

S3120)如果优先级最高的有功测量源的测值品质为坏，则对优先级第二高的有功测量源的测值品质进行判断；

S3130)如果优先级第二高的有功测量源的测值品质为好，取优先级第二高的有功测量源的测值作为单机有功实发值，否则继续判断优先级第三高的有功测量源的测值品质，并按照有功测量源优先级从高至低的顺序依次递推；

S3140)当递推至优先级最低的有功测量源时，对测量源的测值品质不进行判断，直接取该有功测量源的测值作为单机有功实发值。

S3200)对水头值的预处理，流程如图3所示，包括以下步骤：

S3210)确定自动水头值，有以下步骤：

1)对所有水位测量装置的测值h_i进行过滤，如果h_i>h_max或者h_i<h_min则将该测值的排除标记γ_i置0，反之γ_i值为1，其中h_max为最高可能水位，h_min为最低可能水位。

2)求未被排除的所有水头测值的平均值

$\stackrel{\&OverBar;}{h}=\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}(h_i\&times;{\mathrm{\&gamma;}}_i)\&divide;\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&gamma;}}_i$

3)求未被排除的所有水头测值与差值绝对值的最大值Δh

$\mathrm{\&Delta;}h=max\&lsqb;|h_1-\stackrel{\&OverBar;}{h}|\&times;{\mathrm{\&gamma;}}_1,|h_2-\stackrel{\&OverBar;}{h}|\&times;{\mathrm{\&gamma;}}_2,...|h_n-\stackrel{\&OverBar;}{h}|\&times;{\mathrm{\&gamma;}}_n\&rsqb;$

4)如果Δh大于可接受的水头测量误差范围h_err，则将差异程度最高的水头测值的排除标记γ_i置0；

5)重复执行2至4步骤，直到Δh<＝h_err；

6)取所有未被排除的水头测值的中值作为自动水头值。

S3220)确定手动水头值，包括以下步骤：

S3221)当水头设定方式为手动时，取运行人员的人工设定值作为手动水头值；

S3222)当水头设定方式为自动时，取最终水头值作为手动水头值。

S3230)确定最终水头值，包括以下步骤：

S3231)当水头设定方式为手动时，取手动水头值作为最终水头值；

S3232)当水头设定方式为自动时，如果所有水头测值都不在有效范围内，则自动将水头设定方式切为手动；

S3233)当水头设定方式为自动时，将自动水头值与最终水头值进行比较，如果差值在正常波动范围内，则取自动水头值作为最终水头值，反之，则将水头设定方式切换为手动；

S3234)最终水头值变化后，若在该水头下的全站有功出力上限低于全站有功实发值，或有机组出力上限低于该机组单机有功实发值，则恢复到变化前的最终水头值。

S3300)对全站有功目标值的预处理，流程如图4所示，包括以下步骤：

S3310)当AGC功能退出时，取所有机组单机AGC有功分配值总和作为全站有功目标值、电网有功设定值、集控有功设定值、电厂有功设定值；

S3320)当AGC功能投入且调节源在电网时，取全站有功目标值作为集控有功设定值和电厂有功设定值，如果电网有功设定值与所有机组单机有功实发值总和的差值在AGC有功设定差限范围内且处于全站联合运行区，则取电网有功设定值作为全站有功目标值，反之则保持全站有功目标值不变；

S3330)当AGC功能投入且调节源在集控时，取全站有功目标值作为电网有功设定值和电厂有功设定值，如果集控有功设定值与所有机组单机有功实发值总和的差值在AGC有功设定差限范围内且处于全站联合运行区，则取集控有功设定值作为全站有功目标值，反之则保持全站有功目标值不变；

S3340)当AGC功能投入且调节源在电厂时，取全站有功目标值作为电网有功设定值和集控有功设定值，如果电厂有功设定值与所有机组单机有功实发值总和的差值在AGC有功设定差限范围内且处于全站联合运行区，则取电厂有功设定值作为全站有功目标值，反之则保持全站有功目标值不变；

S3350)当AGC功能投入且调节源在电网时，若电厂与电网通信中断，或者电网无设定值下发超过一定时间T₁，则AGC调节源自动切换至电厂，T₁不小于有功设定值曲线下发方式下曲线上相邻两点的时间间隔；

S3360)当AGC功能投入且调节源在集控时，若电厂与集控通信中断，或者集控无设定值下发超过一定时间T₂(T₂＝T₁)，则AGC调节源自动切换至电厂。

S3400)对单机有功设定值的预处理，流程如图5所示，包括以下步骤：

S3410)当单机PID功能退出时，取机组单机有功实发值作为单机有功设定值，取单机有功设定值作为单机AGC有功分配值；

S3420)当单机PID功能投入且机组未投入AGC时，取单机有功设定值作为单机AGC有功分配值，如果运行人员手动设值与单机有功实发值的差值在单机有功设定差限范围内且小于或等于机组出力上限，则取运行人员手动设值作为单机有功设定值，反之则保持单机有功设定值不变；

S3430)当单机PID功能投入且机组投入AGC时，若单机AGC有功分配值与单机有功实发值的差值在单机有功设定差限范围内且小于或等于机组出力上限，则取单机AGC有功分配值作为单机有功设定值，反之则保持单机有功设定值不变。

S3500)对机组不良工况运行优先级的预处理，包括以下步骤：

S3510)对各台机组自上次检修期后处于限制运行区和振动区的运行时间进行加权统计，其中振动区运行时间的统计权重远高于限制运行区运行时间的统计权重；

S3520)对各台机组加权统计后的时间进行排序，按时间由短到长，依次从高到低设定自动优先级；

S3530)运行人员对各台机组设定手动优先级；

S3540)当优先级设置方式为自动时，取自动优先级作为机组不良工况运行优先级，当优先级设置方式为手动时，取手动优先级作为机组不良工况运行优先级。

4、确定各功能块退出的异常策略

预先在程序中设置特定条件，当特定条件触发时，认为水电站或水电站机组处于异常状态，超出了程序所能正常处理的工况范围，从而退出水电站自动发电有功控制的全部功能或部分功能并转为人工控制，合理设置异常退出策略有助于通过适当降低程序适应性而使程序复杂性得到控制，具体包括：

S4100)确定导致机组PID功能退出的异常状态

S4110)单机有功设定值和单机调频修正有功的叠加值与单机有功实发值的差值超出单机有功调节死区，并持续一段时间t₁：

$|p_{set}^i+p_f^i-p^i|>p_d^i$

其中pⁱ为单机有功实发值。

S4120)单机有功设定值与单机有功实发值的差值超出单机有功突变界限：

$|p_{set}^i-p^i|>p_{err}^i$

S4130)单机有功实发值发生跳变，跳变值超出单机有功突变界限：

S4140)机组处于非发电态；

S4150)机组所有有功测量源测值品质为坏；

S4160)机组有事故。

S4200)确定导致电站AGC功能退出的异常状态，包括：

S4210)AGC执行设备与某机组PID执行设备通信异常或中断；

S4220)全站有功目标值和所有机组调频修正有功总和的叠加值与所有机组单机有功实发值总和的差值超出AGC有功调节死区，并持续一段时间t₂(t₂>＝t₁)：

$|p_{set}+\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{p}_f^i-\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{p}^i|>p_d$

其中p_set为全站有功目标值。

S4230)全站有功目标值与所有机组单机有功实发值总和的差值超出AGC有功突变界限：

$|p_{set}-\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{p}^i|>p_{err}$

S4240)所有机组单机有功实发值总和发生跳变，跳变值超出AGC有功突变界限；

S4250)全站有功目标值不处于全站联合运行区内；

S4260)某机组所有有功测量源测值品质为坏；

S4270)全厂有事故。

S4300)确定导致机组退出AGC的异常状态，包括：

S4310)电站AGC功能处于退出状态；

S4320)机组PID功能处于退出状态；

S4330)单机有功设定值不等于单机AGC有功分配值，并持续一段时间t₃：

$p_{set}^i\&NotEqual;p_{AGC}^i$

其中为机组的单机AGC有功分配值。

S4340)单机有功实发值处于单机振动区超过一定时间t₄；

S4350)单机有功实发值处于单机限制运行区超过一定时间t₅(t₅>>t₄)。

本发明提供的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，对水电站自动发电有功控制参数梳理，能够使功能块之间通过数据交换和策略配合而整合，将以机组形式存在的数据转换为电站形式的数据，提高了求解效率，减少AGC功能块的运算负荷，使AGC功能块和PID功能块尽量避免参与输入参数的预处理；能够降低程序复杂性，将非核心功能分离到预处理块进行处理，以提升程序健壮性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都在要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，其特征在于，包括以下操作：

将水电站自动发电有功控制的核心功能划分到AGC、PID两个功能块中进行处理；预处理参数先输入到预处理功能块进行处理，然后再发送到AGC、PID两个功能块，与直接发送给AGC、PID功能块的设备参数、动态参数参生成中间参数，供给AGC功能块建立水电站发电机组的组合出力模型并进行有功分配时调用；

所述的预处理功能块包括：向AGC功能块发送预处理值的水头值预处理块、全站有功目标值预处理块、单机有功设定值预处理块和机组不良工况运行优先级预处理块；向PID功能块发送预处理值的单机有功设定值预处理块和单机有功实发值预处理块；而且PID功能块向AGC功能块发送包括单机有功实发值、单机调频修正有功值、单机有功调节死区和单机有功设定差限的参数值。

2.如权利要求1所述的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，其特征在于，所述的各预处理功能块对其所处理的预处理值的获取包括：

a、单机有功实发值的预处理值的获取为：单机有功设定值预处理块对机组多个有功测量源的优先级进行排序，取有功测量源的测值品质为好的优先级最高的测值作为单机有功实发值；

b、对水头值的预处理值的获取为：水头值预处理块根据水头设定方式和水头值变化情况来获取最终水头值；

c、对全站有功目标值的预处理值的获取为：全站有功目标值预处理块根据AGC功能投入下不同情况结合全站有功目标值、电网有功设定值、集控有功设定值和电厂有功设定值来获得；

d、单机有功设定值的预处理值的获取为：单机有功设定值预处理块根据输入的单机有功设定值及机组PID功能投退状态和AGC投退状态，确定单机有功设定值；

f、机组不良工况运行优先级的预处理值的获取为：1)机组不良工况运行优先级预处理块对各台机组自上次检修期后处于限制运行区和振动区的运行时间进行加权统计，其中振动区运行时间的统计权重远高于限制运行区运行时间的统计权重；2)对各台机组加权统计后的时间进行排序，按时间由短到长，依次从高到低设定自动优先级；3)对各台机组设定手动优先级；4)当优先级设置方式为自动时，取自动优先级作为机组不良工况运行优先级，当优先级设置方式为手动时，取手动优先级作为机组不良工况运行优先级。

3.如权利要求2所述的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，其特征在于，所述的单机有功实发值的预处理值的获取具体包括以下操作：

1)对机组多个有功测量源的优先级进行排序，如果优先级最高的有功测量源的测值品质为好，取优先级最高的有功测量源的测值作为单机有功实发值；

2)如果优先级最高的有功测量源的测值品质为坏，则对优先级第二高的有功测量源的测值品质进行判断；

3)如果优先级第二高的有功测量源的测值品质为好，取优先级第二高的有功测量源的测值作为单机有功实发值，否则继续判断优先级第三高的有功测量源的测值品质，并按照有功测量源优先级从高至低的顺序依次递推；

4)当递推至优先级最低的有功测量源时，对测量源的测值品质不进行判断，直接取该有功测量源的测值作为单机有功实发值。

4.如权利要求2所述的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，其特征在于，所述对水头值的预处理的获取具体包括以下操作：

10)确定自动水头值，有以下步骤：

1)对所有水位测量装置的测值h_i进行过滤，如果h_i>h_max或者h_i<h_min则将该测值的排除标记γ_i置0，反之γ_i值为1，其中h_max为最高可能水位，h_min为最低可能水位；

2)求未被排除的所有水头测值的平均值

3)求未被排除的所有水头测值与差值绝对值的最大值Δh：

$\mathrm{\&Delta;}h=max\&lsqb;|h_1-\stackrel{\&OverBar;}{h}|\&times;{\mathrm{\&gamma;}}_1,|h_2-\stackrel{\&OverBar;}{h}|\&times;{\mathrm{\&gamma;}}_2,...|h_n-\stackrel{\&OverBar;}{h}|\&times;{\mathrm{\&gamma;}}_n\&rsqb;;$

4)如果Δh大于可接受的水头测量误差范围h_err，则将差异程度最高的水头测值的排除标记γ_i置0；

5)重复执行2至4步骤，直到Δh<＝h_err；

6)取所有未被排除的水头测值的中值作为自动水头值；

20)确定手动水头值，包括以下步骤：

1)当水头设定方式为手动时，取运行人员的人工设定值作为手动水头值；

2)当水头设定方式为自动时，取最终水头值作为手动水头值；

30)确定最终水头值，包括以下步骤：

1)当水头设定方式为手动时，取手动水头值作为最终水头值；

2)当水头设定方式为自动时，如果所有水头测值都不在有效范围内，则自动将水头设定方式切为手动；

3)当水头设定方式为自动时，将自动水头值与最终水头值进行比较，如果差值在正常波动范围内，则取自动水头值作为最终水头值，反之，则将水头设定方式切换为手动；

4)最终水头值变化后，若在该水头下的全站有功出力上限低于全站有功实发值，或有机组出力上限低于该机组单机有功实发值，则恢复到变化前的最终水头值。

5.如权利要求2所述的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，其特征在于，所述对全站有功目标值的预处理值的获取具体包括以下操作：

1)当AGC功能退出时，取所有机组单机AGC有功分配值总和作为全站有功目标值、电网有功设定值、集控有功设定值、电厂有功设定值；

2)当AGC功能投入且调节源在电网时，取全站有功目标值作为集控有功设定值和电厂有功设定值，如果电网有功设定值与所有机组单机有功实发值总和的差值在AGC有功设定差限范围内且处于全站联合运行区，则取电网有功设定值作为全站有功目标值，反之则保持全站有功目标值不变；

3)当AGC功能投入且调节源在集控时，取全站有功目标值作为电网有功设定值和电厂有功设定值，如果集控有功设定值与所有机组单机有功实发值总和的差值在AGC有功设定差限范围内且处于全站联合运行区，则取集控有功设定值作为全站有功目标值，反之则保持全站有功目标值不变；

4)当AGC功能投入且调节源在电厂时，取全站有功目标值作为电网有功设定值和集控有功设定值，如果电厂有功设定值与所有机组单机有功实发值总和的差值在AGC有功设定差限范围内且处于全站联合运行区，则取电厂有功设定值作为全站有功目标值，反之则保持全站有功目标值不变；

5)当AGC功能投入且调节源在电网时，若电厂与电网通信中断，或者电网无设定值下发超过一定时间T₁，则AGC调节源自动切换至电厂，T₁不小于有功设定值曲线下发方式下曲线上相邻两点的时间间隔；

6)当AGC功能投入且调节源在集控时，若电厂与集控通信中断，或者集控无设定值下发超过一定时间T₂，T₂＝T₁，则AGC调节源自动切换至电厂。

6.如权利要求2所述的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，其特征在于，所述对单机有功设定值的预处理的获取具体包括以下操作：

1)当单机PID功能退出时，取机组单机有功实发值作为单机有功设定值，取单机有功设定值作为单机AGC有功分配值；

2)当单机PID功能投入且机组未投入AGC时，取单机有功设定值作为单机AGC有功分配值，如果运行人员手动设值与单机有功实发值的差值在单机有功设定差限范围内且小于或等于机组出力上限，则取运行人员手动设值作为单机有功设定值，反之则保持单机有功设定值不变；

3)当单机PID功能投入且机组投入AGC时，若单机AGC有功分配值与单机有功实发值的差值在单机有功设定差限范围内且小于或等于机组出力上限，则取单机AGC有功分配值作为单机有功设定值，反之则保持单机有功设定值不变。

7.如权利要求1所述的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，其特征在于，所述的设备参数为水电站各发电机组的参数特性，AGC功能块接收的设备参数包括：不同水头下机组出力上限、不同水头下机组各单机振动区范围、不同水头下机组各单机限制运行区范围；PID功能块接收的设备参数包括：单机有功调节死区、单机有功设定差限、单机有功突变界限、调频系数；

所述的动态参数为设备实时状态或运行状况实时参数，包括：各台机组的状态、各台机组有无事故、全厂有无事故、频率偏差、各机组不良工况运行优先级；

所述的中间参数的计算包括：AGC有功调节死区、AGC有功设定差限、AGC有功突变界限、单机AGC有功分配步长、单机调频修正有功和不同水头下机组各单机运行区。

8.如权利要求7所述的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，其特征在于，所述的设备参数的获取为：

1)不同水头下机组出力上限，根据不同水头下机组的有功调节特性确定或由试验得出；

2)不同水头下机组各单机振动区范围，根据不同水头下机组的运行稳定特性确定或由试验得出；

3)不同水头下机组各单机限制运行区范围，根据不同水头下机组的运行稳定特性确定或由试验得出；

4)机组单机有功调节死区与机组出力上限的比值必须小于或等于电网的AGC考核精度，再根据水轮机组的有功调节特性予以确定，即机组单机有功调节死区满足：其中ε为电网AGC考核精度，i为机组号，为机组出力上限；

5)机组单机有功设定差限必须远大于单机有功调节死区：机组单机有功设定差限满足：

6)机组单机有功突变界限必须大于单机有功调节差限：机组单机有功突变界限满足：

7)调频系数应大于或等于电网一次调频积分电量考核公式的对应系数，以保证PID闭环调节可以兼容一次调频产生的有功开环调节偏差。

9.如权利要求7所述的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，其特征在于，所述的中间参数的获取为：

1)AGC有功调节死区大于或等于所有投入AGC机组单机有功调节死区的最大值，小于或等于所有投入AGC机组单机有功调节死区的总和；即AGC有功调节死区p_d满足：

其中θⁱ为机组投入AGC变量，当机组投入AGC时，θ值为1，当机组退出AGC时，θ值为0；

2)AGC有功设定差限大于或等于所有投入AGC机组单机有功设定差限的最大值，小于或等于所有投入AGC机组单机有功设定差限的总和，远大于AGC有功调节死区，即AGC有功设定差限p_sp满足：

$\left\{\begin{array}{c}max\&lsqb;p_{sp}^1\&times;{\mathrm{\&theta;}}^1,p_{sp}^2\&times;{\mathrm{\&theta;}}^2,...p_{sp}^n\&times;{\mathrm{\&theta;}}^n\&rsqb;\&le;p_{sp}=f\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(p_{sp}^i\&times;{\mathrm{\&theta;}}^i)\&rsqb;\&le;\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(p_{sp}^i\&times;{\mathrm{\&theta;}}^i)\\ p_{sp}>>p_d\end{array}\right.;$

3)AGC有功突变界限大于或等于所有发电机组单机有功突变界限的最大值，小于或等于所有发电机组单机有功突变界限的总和，大于AGC有功设定差限；即AGC有功突变界限p_err满足：

$\left\{\begin{array}{c}max\&lsqb;p_{err}^1,p_{err}^2,...p_{err}^n\&rsqb;\&le;p_{err}=f\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{p}_{err}^i\right)\&le;\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{p}_{err}^i\\ p_{err}>p_{sp}\end{array}\right.;$

4)单机AGC有功分配步长小于单机有功设定差限减去单机有功调节死区，即单机AGC有功分配步长满足：

5)当机组一次调频动作且单机PID功能投入时，单机调频修正有功等于频率偏差与调频系数的乘积与当前水头下该机组出力上限减单机有功设定值所得差值中的最小值，否则单机调频修正有功为0，即单机调频修正有功满足：其中Δf为频率偏差，kⁱ为机组调频系数、为当前水头下机组出力上限，为机组单机有功设定值，μⁱ为机组一次调频动作变量，当机组一次调频动作时，μ值为1，当一次调频未动作时，μ值为0，σⁱ为机组单机PID投入变量，当机组单机PID投入时，σ值为1，当机组单机PID退出时，σ值为0；

6)不同水头下机组各单机运行区范围为不同水头下机组各单机最优运行区和不同水头下机组各单机限制运行区的并集：

运行区＝最优运行区∪限制运行区。

10.根据权利要求4所述的水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法，其特征在于，所述的AGC功能块、PID功能块中还设有各功能块的异常退出策略，包括：

100)确定导致机组PID功能退出的异常状态，包括：

110)单机有功设定值和单机调频修正有功的叠加值与单机有功实发值的差值超出单机有功调节死区，并持续一段时间t₁；

120)单机有功设定值与单机有功实发值的差值超出单机有功突变界限；

130)单机有功实发值发生跳变，跳变值超出单机有功突变界限；

140)机组处于非发电态；

150)机组所有有功测量源测值品质为坏；

160)机组有事故；

200)确定导致电站AGC功能退出的异常状态，包括：

210)AGC执行设备与某机组PID执行设备通信异常或中断；

220)全站有功目标值和所有机组调频修正有功总和的叠加值与所有机组单机有功实发值总和的差值超出AGC有功调节死区，并持续一段时间t₂，t₂>＝t₁；

230)全站有功目标值与所有机组单机有功实发值总和的差值超出AGC有功突变界限；

240)所有机组单机有功实发值总和发生跳变，跳变值超出AGC有功突变界限；

250)全站有功目标值不处于全站联合运行区内；

260)某机组所有有功测量源测值品质为坏；

270)全厂有事故；

300)确定导致机组退出AGC的异常状态，包括：

310)电站AGC功能处于退出状态；

320)机组PID功能处于退出状态；

330)单机有功设定值不等于单机AGC有功分配值，并持续一段时间t₃；

340)单机有功实发值处于单机振动区超过一定时间t₄；

350)单机有功实发值处于单机限制运行区超过一定时间t₅，t₅>>t₄。