CN106056236A - 一种水电站agc组合出力模型及联合运行区域计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，机组AGC控制模块根据所接收的与水电站自动发电有功出力控制相关的设备参数、动态参数数据建立水电站发电机组的组合出力模型，并计算联合运行区域、联合最优运行区域和联合限制运行区域。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AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法

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AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法。

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(Automatic Generation Control，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(Programmable LogicController，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CN102664430 A)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CN 104638681 A)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AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，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。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，机组AGC控制模块根据所接收的与水电站自动发电有功出力控制相关的设备参数、动态参数数据建立水电站发电机组的组合出力模型，并计算联合运行区域、联合最优运行区域和联合限制运行区域；

所述的组合出力模型及相应的联合运行区域的确定包括：

投入AGC发电机组的最优组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种最优分布组合方式下的联合最优运行区，确定投入AGC发电机组在联合最优运行区内各出力区间下的可用最优分布组合方式；

投入AGC发电机组的限制组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种分布组合方式下的联合运行区和联合限制运行区，确定投入AGC发电机组在联合限制运行区内各出力区间下的可用分布组合方式。

还进行全站联合最优运行区的获取：将投入AGC机组的联合最优运行区加上所有未投入AGC机组的单机AGC有功分配值，得到全站联合最优运行区。

还进行全站联合运行区和全站联合限制运行区的获取：将投入AGC机组的联合运行区和联合限制运行区加上所有未投入AGC机组的单机AGC有功分配值，得到全站联合运行区和全站联合限制运行区。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、本发明提供的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，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，并计算出水电站的联合最优运行区、联合运行区、联合限制运行区等参数，以此为运行人员提供直观性的参考。

2、本发明提供的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，在单机AGC有功分配值计算过程中依据机组出力模型，为AGC采用不同形式的分配方法提供了基础，足以满足多振动区、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。

3、本发明提供的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，综合考虑了水电站AGC、PID、一次调频的功能特点，涵盖了水电站有功出力控制的所有环节，为水电站有功控制各功能块的相互配合提供了统一算法，防止了功能内部各种策略之间产生的不匹配或冲突问题，也解决了目前经常存在的，水电站在修改AGC或PID策略时，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，从而增加了水电站自动发电控制功能无序程度的问题。

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。

本发明提供的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，机组AGC控制模块根据所接收的与水电站自动发电有功出力控制相关的设备参数、动态参数数据建立水电站发电机组的组合出力模型，并计算联合运行区域、联合最优运行区域和联合限制运行区域；

所述的组合出力模型及相应的联合运行区域的确定包括：

投入AGC发电机组的最优组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种最优分布组合方式下的联合最优运行区，确定投入AGC发电机组在联合最优运行区内各出力区间下的可用最优分布组合方式；

投入AGC发电机组的限制组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种分布组合方式下的联合运行区和联合限制运行区，确定投入AGC发电机组在联合限制运行区内各出力区间下的可用分布组合方式。

所述的AGC功能块在接收数据之后根据全站AGC有功分配值在联合最优运行区域或联合限制运行区域，启动相应的AGC分配流程获取各台投入AGC机组的单机AGC有功分配值并下发至机组。

本发明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。

AGC功能块主要是进行中间参数计算、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；

AGC功能块接收的参数包括设备参数、动态参数和中间参数。

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；

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。

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U限制运行区。

具体的，建立水电站机组的组合出力模型并计算联合运行区、联合最优运行区、联合限制运行区，包括以下步骤：

S5100)在设置设备参数时，对各机组在不同水头下的各单机振动区范围和单机限制运行区范围进行修正；

S5200)建立投入AGC机组的最优组合出力模型，并计算投入AGC机组的联合最优运行区；

S5300)建立投入AGC机组的限制组合出力模型，并计算投入AGC机组的联合运行区和联合限制运行区；

S5400)将投入AGC机组的联合最优运行区加上所有未投入AGC机组的单机AGC有功分配值，得到全站联合最优运行区，为运行人员设置全站有功设定值提供参考；

S5500)将投入AGC机组的联合运行区和联合限制运行区加上所有未投入AGC机组的单机AGC有功分配值，得到全站联合运行区和全站联合限制运行区，为运行人员设置全站有功设定值提供参考。

1、所述S5100)在设置设备参数时，对各机组在不同水头下的各单机振动区范围和单机限制运行区范围进行修正，包括：

S5110)降维修正，通过适当降低机组调节性能，达到简化有功控制策略的目的；

S5111)对机组单机振动区和单机限制运行区比较接近的不同水头进行归并处理，其中单机振动区的归并优先级高于单机限制运行区。例如电站某机组在水头204米时，单机振动区为0至120MW、210MW至420MW，单机限制运行区为120MW至210MW；在水头206米时，单机振动区为0至120MW、240MW至480MW，单机限制运行区为120MW至240MW，则在允许的情况下可以对水头204米至206米的单机振动区和单机限制运行区进行归并处理，归并后单机振动区为0至120MW、210MW至480MW，单机限制运行区为120MW至210MW；

S5112)对单机振动区和单机限制运行区比较接近的不同机组进行归并处理，方法与步骤参考S5111。

S5120)扩大修正，为了防止机组因为单机有功调节死区或一次调频产生的有功偏差滑入振动区或限制运行区，对振动区和限制运行区的范围适当扩大，其中单机振动区的扩大优先级高于单机限制运行区。例如电站某机组在水头204米时，单机振动区为0至120MW，单机限制运行区为120MW至210MW，则可扩大修正单机振动区为0至130MW，扩大修正单机限制运行区为130MW至220MW。

2、所述S5200)建立投入AGC的机组的最优组合出力模型，并计算投入AGC机组的联合最优运行区，包括：

S5210)根据机组各水头下出力上限、各单机振动区范围、各单机限制运行区范围，对投入AGC的机组进行分组，在分组时可以通过降维归并近似参数的方法将不同类型的机组归并为同一类型，也可以从简化算法(但可能降低程序执行效率)的角度出发，将每台机组单独分组；

S5220)在当前水头下，根据机组单机振动区范围、单机限制运行区范围、出力上限，计算各组机组的单机最优运行区：

单机最优运行区＝[0，出力上限]-单机限制运行区-单机振动区；

例如某机组在当前水头下出力上限700MW，单机振动区为0至120MW、210MW至420MW，单机限制运行区为120MW至210MW，则单机最优运行区为420MW至700MW。

S5230)针对各组机组，根据机组出力在各单机最优运行区的分布情况，计算各组机组在各种最优分布方式下的组合最优运行区，以某一组机组为例：

S5231)列出该组机组有功出力在各单机最优运行区的所有最优分布方式，假设该分组有n台机组，每台机组有m个单机最优运行区，则所有的最优分布方式为下列方程组的解集：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1+x_2+...+x_m=n\\ x_1,x_2,...,x_m\≤n\\ x_1,x_2,...,x_m\∈N\end{array}\right.$

其中x₁,x₂,…,x_m依次代表处于第1,2,…,m个单机最优运行区的机组台数，将方程组的解以m维列向量的形式表示，假设共有n_A种最优分布方式：

$a_1=\left[\begin{array}{c}{a}_{11}\\ a_{21}\\ .\\ .\\ .\\ a_{m1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_1^1\\ x_2^1\\ .\\ .\\ .\\ x_m^1\end{array}\right],a_2=\left[\begin{array}{c}{a}_{12}\\ a_{22}\\ .\\ .\\ .\\ a_{m2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_1^2\\ x_2^2\\ .\\ .\\ .\\ x_m^2\end{array}\right],\mathrm{...}{a}_{n_A}=\left[\begin{array}{c}{a}_{1n_A}\\ a_{2n_A}\\ .\\ .\\ .\\ a_{{\mathrm{mn}}_A}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_1^{n_A}\\ x_2^{n_A}\\ .\\ .\\ .\\ x_m^{n_A}\end{array}\right]$

则方程组的解集可以表示为矩阵a：

$a=\[a_1,a_2,...a_{n_A}\]=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \mathrm{...}& a_{1n_A}\\ a_{21}& a_{22}& \mathrm{...}& a_{2n_A}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ a_{m1}& a_{m2}& \mathrm{...}& a_{{\mathrm{mn}}_A}\end{array}\right]$

计算该组机组在每种最优分布方式下的组合最优运行区，所有的组合最优运行区可以表示为行向量A，最优运行区的集合A的向量元素与最优分布方式的集合a的向量元素互相对应：

$A=\[(\underset{\‾}{p_1},\stackrel{\‾}{p_1}),(\underset{\‾}{p_2},\stackrel{\‾}{p_2}),...,(\underset{\‾}{p_m},\stackrel{\‾}{p_m})\]\×a=\[A_1,A_2,...A_{n_A}\]$

其中p ₁ 、p ₂ 、…p _m 依次为该组机组第1、2、…m个单机最优运行区的下限，依次为该组机组第1、2、…m个单机最优运行区的上限。

S5240)针对所有投入AGC的机组，根据各组机组处于单机最优运行区的不同最优分布方式及对应的各组机组的组合最优运行区，计算各种最优分布组合方式下的所有投入AGC机组的组合最优运行区，包括：

S5241)列举投入AGC机组的所有最优分布组合方式，假设投入AGC的机组被分为a,b,c…组，最优分布方式个数分别为n_A,n_B,n_C…,包括以下步骤：

1)将a,b,c…组机组的最优分布方式的集合a、b、c…转换为最优分布方式序号的集合Δa、Δb、Δc…：

$\begin{array}{c}a=\[a_1,a_2,\mathrm{...},a_{n_A}\]\⇒\mathrm{\Δ}a=\[1,2,\mathrm{...},n_A\]\\ b=\[b_1,b_2,\mathrm{...},b_{n_B}\]\⇒\mathrm{\Δ}b=\[1,2,\mathrm{...},n_B\]\\ c=\[c_1,c_2,\mathrm{...},c_{n_C}\]\⇒\mathrm{\Δ}c=\[1,2,\mathrm{...},n_C\]\\ .\\ .\\ .\end{array}$

2)计算a组、b组的所有最优分布组合方式元素组成的矩阵δab，并展开为行向量Δab：

$\mathrm{\δ}ab={\mathrm{\Δa}}^T\[1,1,...,1\]\×10+\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]\mathrm{\Δ}b$

Δab＝{[1,0,…,0]×δab,[0,1,…,0]×δab,…,[0,0,…,1]×δab}

3)计算a组、b组、c组的所有最优分布组合方式元素组成的矩阵δabc，并展开为行向量Δabc：

$\mathrm{\δ}abc={\mathrm{\Δab}}^T\[1,1,...,1\]\×10+\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]\mathrm{\Δ}c$

Δabc＝{[1,0,…,0]×δabc,[0,1,…,0]×δabc,…,[0,0,…,1]×δabc}

4)继续以上过程，直到得出投入AGC机组的所有最优分布组合方式组成的行向量Δabc…，行向量中每个元素数字从高位到低位，依次为a、b、c、…组机组的最优分布方式序号。

S5242)计算投入AGC机组在每种最优分布组合方式下的组合最优运行区，包括：

1)计算a组、b组在所有最优分布组合方式下的组合最优运行区元素组成的矩阵δAB，并展开为行向量AB：

$\mathrm{\δ}AB=A^T\[1,1,...,1\]+\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]B$

AB＝{[1,0,…,0]×δAB,[0,1,…,0]×δAB,…,[0,0,…,1]×δAB}

2)计算a组、b组、c组在所有最优分布组合方式下的组合最优运行区元素组成的矩阵δABC，并展开为行向量ABC：

$\mathrm{\δ}ABC={\mathrm{AB}}^T\[1,1,...,1\]+\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]C$

ABC＝{[1,0,…,0]×δABC,[0,1,…,0]×δABC,…,[0,0,…,1]×δABC}

3)继续以上过程，直到得出投入AGC机组在所有最优分布组合方式下的组合最优运行区组成的行向量ω，并与最优分布组合方式组成的行向量Δabc…互相对应。

S5250)根据投入AGC机组在所有最优分布组合方式下的组合最优运行区的并集，得出投入AGC机组的联合最优运行区Ω：

$\mathrm{\ω}=\[{\mathrm{\ω}}_1,{\mathrm{\ω}}_2,{\mathrm{\ω}}_3...\]=\[(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_1},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_1}),(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_2},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_2}),(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_3},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_3}),...\]$

$\mathrm{\Ω}=(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_1},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_1})\∪(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_2},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_2})\∪(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_3},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_3})\∪\mathrm{...}$

S5260)根据投入AGC机组在各种最优分布组合方式下的组合最优运行区，确定投入AGC机组在联合最优运行区内各出力区间下的可用最优分布组合方式，包括以下步骤：

S5261)将S5242所述的每种最优分布方式对应的最优组合运行区的上下限按大小进行排序，大小相同的则进行合并；

S5262)按照排序后的上下限对投入AGC机组的联合最优运行区进行分割，得出多个出力区间，假设出力区间个数为n：

$\mathrm{\Ω}=\[(\underset{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_1},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_1}),(\underset{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_2},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_2}),...,(\underset{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_n},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_n})\]$

S5263)将各出力区间与投入AGC各种最优分布组合方式所对应的组合最优运行区进行对比，得出各出力区间下的可用最优分布组合方式，假设最优分布组合方式共有m种，对应的组合最优运行区分别为：

ω＝[ω₁,ω₂,…,ω_m]

则：

其中f_i是表示第i个出力区间下的可用最优分布组合方式的行向量，与S5241所述的行向量Δabc…相对应，当行向量f_i的元素值为1时，对应的行向量Δabc…中元素所代表的最优分布组合方式可用。

具体的，下面给出具体的机组举例说明：

1)假设所有投入AGC的机组分为2组，每组2台机组，每台机组2个单机运行区，第1组机组的单机运行区为100MW至200MW、300MW至400MW，其中前者是单机限制运行区，后者是单机最优运行区，第2组机组的单机运行区为50MW至150MW、300MW至350MW，两者都是单机最优运行区，则最优分布组合方式包括：

{[(0,2),(2,0)],[(0,2),(1,1)],[(0,2),(0,2)]}

2)每种分布组合方式对应的组合运行区为：

{(300,400)×2+(50,150)×2,(300,400)×2+(50,150)+(300,350),

(300,400)×2+(300,350)×2}＝{(700,1100),(950,1300),(1200,1500)}

3)投入AGC机组的联合运行区为所有组合运行区的并集，700MW至1500MW。

4)将投入AGC机组的所有组合最优运行区的上下限进行排序

{700,950,1100,1200,1300,1500}；

5)按照排序后的上下限对投入AGC机组的联合最优运行区进行分割，得出多个出力区间：

{(700,950),(950,1100),(1100,1200),(1200,1300),(1300,1500)}

6)将各出力区间与各种最优分布组合方式下的组合最优运行区进行比对，得出投入AGC机组在联合最优运行区各出力区间下的可用最优分布组合方式，分别为

{[(0,2),(2,0)]},{[(0,2),(2,0)],[(0,2),(1,1)]},{[(0,2),(1,1)]},

{[(0,2),(1,1)],[(0,2),(0,2)]},{(0,2),(0,2)]}

3、所述S5300)建立投入AGC机组的限制组合出力模型，并计算投入AGC机组的联合运行区和联合限制运行区，包括以下步骤：

S5310)按照S5210的分组方式，对投入AGC的机组进行分组。

S5320)在当前水头下，根据机组单机振动区、出力上限，计算各组机组的单机运行区：单机运行区＝[0，出力上限]-单机振动区

例如某机组在当前水头下出力上限700MW，单机振动区为0至120MW、210MW至420MW，则单机运行区为120MW至210MW、420MW至700MW。

S5330)针对各组机组，根据机组出力在各单机运行区的分布情况，计算各组机组在各种分布方式下的组合运行区，方法与步骤参考S5230。

S5340)针对所有投入AGC的机组，根据各组机组处于单机运行区的不同分布方式及对应的各组机组的组合运行区，计算各种分布组合方式下的所有投入AGC机组的组合运行区，方法与步骤参考S5240；

S5350)计算投入AGC机组的联合运行区和联合限制运行区，包括以下步骤：

S5351)根据投入AGC机组在所有分布组合方式下的组合运行区的并集，得出投入AGC机组的联合运行区，方法与步骤参考S5250；

S5352)从投入AGC机组的联合运行区中扣除S5250得出的联合最优运行区，得出投入AGC机组的联合限制运行区。

S5360)根据投入AGC机组在各种分布组合方式下的组合运行区，确定投入AGC机组在联合限制运行区内各出力区间下的可用分布组合方式，方法与步骤参考S5260；

具体举例如下：

1)假设所有投入AGC的机组分为2组，每组2台机组，每台机组2个单机运行区，第1组机组的单机运行区为100MW至200MW、300MW至400MW，其中前者是单机限制运行区，后者是单机最优运行区，第2组机组的单机运行区为50MW至150MW、300MW至350MW，两者都是单机最优运行区，则分布组合方式包括：

{[(2,0),(2,0)],[(2,0),(1,1)],[(2,0),(0,2)],[(1,1),(2,0)],[(1,1),(1,1)],

[(1,1),(0,2)],[(0,2),(2,0)],[(0,2),(1,1)],[(0,2),(0,2)]}

2)每种分布组合方式对应的组合运行区为：

{(100,200)×2+(50,150)×2,(100,200)×2+(50,150)+(300,350),

(100,200)×2+(300,350)×2,(100,200)+(300,400)+(50,150)×2,

(100,200)+(300,400)+(50,150)+(300,350),(100,200)+(300,400)+(300,350)×2,

(300,400)×2+(50,150)×2,(300,400)×2+(50,150)+(300,350),

(300,400)×2+(300,350)×2}＝{(300,700),(550,900),(800,1100),

(500,900),(750,1100),(1000,1300),(700,1100),(950,1300),(1200,1500)}

3)投入AGC机组的联合运行区为所有组合运行区的并集，300MW至1500MW。

4)根据S5260，投入AGC机组的联合最优运行区为700MW至1500MW。

5)从投入AGC机组的联合运行区中扣除联合最优运行区，得到投入AGC机组的联合限制运行区，300MW至700MW。

6)将投入AGC机组的所有组合运行区的上下限进行排序：

{300,500,550,700,750,800,900,950,1000,1100,1200,1300,1500}

7)按照排序后的上下限对投入AGC机组的联合限制运行区进行分割，得出多个出力区间：

{(300,500),(500,550),(550,700)}

8)将各出力区间与各种分布组合方式下的组合运行区进行对比，得出投入AGC机组在联合限制运行区各出力区间下的可用分布组合方式，分别为：

{[(2,0),(2,0)]},{[(2,0),(2,0)],[(1,1),(2,0)]},

{[(2,0),(2,0)],[(2,0),(1,1)],[(1,1),(2,0)]}

进一步的，所述S5400)将投入AGC机组的联合最优运行区加上所有未投入AGC机组的单机AGC有功分配值，得到全站联合最优运行区：

$\mathrm{\Ω}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(p_{AGC}^i\×{\mathrm{\θ}}^{|i-1|})$

所述S5500)将投入AGC机组的联合运行区和联合限制运行区加上所有未投入AGC机组的单机AGC有功分配值，得到全站联合运行区和全站联合限制运行区，计算公式参考S5400。

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，并计算出水电站的联合最优运行区、联合运行区、联合限制运行区等参数，以此为运行人员提供直观性的参考。而在获取水电站AGC组合出力模型及联合运行区域之后，根据全站AGC有功分配值处于投入AGC发电机组的联合最优运行区还是联合限制运行区，然后启动AGC分配流程；为AGC采用不同形式的分配方法提供了基础，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。

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AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，其特征在于，机组AGC控制模块根据所接收的与水电站自动发电有功出力控制相关的设备参数、动态参数数据建立水电站发电机组的组合出力模型，并计算联合运行区域、联合最优运行区域和联合限制运行区域；

所述的组合出力模型及相应的联合运行区域的确定包括：

投入AGC发电机组的最优组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种最优分布组合方式下的联合最优运行区，确定投入AGC发电机组在联合最优运行区内各出力区间下的可用最优分布组合方式；

投入AGC发电机组的限制组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种分布组合方式下的联合运行区和联合限制运行区，确定投入AGC发电机组在联合限制运行区内各出力区间下的可用分布组合方式。

2.如权利要求1所述的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，其特征在于，在机组AGC控制模块所接收的设备参数上，还对各机组在不同水头下的各单机振动区范围和单机限制运行区范围进行以下修正：

1)降维修正：对机组单机振动区和单机限制运行区相接近的不同水头，进行归并处理，其中单机振动区的归并优先级高于单机限制运行区；

对单机振动区和单机限制运行区相接近的不同机组进行归并处理，其中单机振动区的归并优先级高于单机限制运行区；

2)扩大修正：为防止机组因为单机有功调节死区或一次调频产生的有功偏差滑入振动区或限制运行区，对振动区和限制运行区的范围扩大，其中单机振动区的扩大优先级高于单机限制运行区。

3.如权利要求1所述的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，其特征在于，所述的投入AGC发电机组的最优组合出力模型，并计算相应的联合最优运行区，包括以下操作：

10)根据机组各水头下出力上限、各单机振动区范围、各单机限制运行区范围，按照数值异同对投入AGC的机组进行分组；

20)在当前水头下，根据机组单机振动区范围、单机限制运行区范围、出力上限，计算各组机组的单机最优运行区：

单机最优运行区＝[0，出力上限]-单机限制运行区-单机振动区；

30)针对各组机组，根据机组出力在各单机最优运行区的分布情况，计算各组机组在各种最优分布方式下的组合最优运行区；

40)针对所有投入AGC的机组，根据各组机组处于单机最优运行区的不同最优分布方式及对应的各组机组的组合最优运行区，计算各种最优分布组合方式下的所有投入AGC机组的组合最优运行区；

50)根据投入AGC机组在所有最优分布组合方式下的组合最优运行区的并集，得出投入AGC机组的联合最优运行区；

60)根据投入AGC机组在各种最优分布组合方式下的组合最优运行区，确定投入AGC机组在联合最优运行区内各出力区间下的可用最优分布组合方式。

4.如权利要求3所述的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，其特征在于，所述的各组机组在各种最优分布方式下的组合最优运行区的获取为：

各机组分别获取，在进行获取时列出该机组有功出力在各单机最优运行区的所有最优分布方式，设该分组有n台机组，每台机组有m个单机最优运行区，则所有的最优分布方式为下列方程组的解集：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1+x_2+...+x_m=n\\ x_1,x_2,...,x_m\≤n\\ x_1,x_2,...,x_m\∈N\end{array}\right.$

其中x₁,x₂,…,x_m依次代表处于第1,2,…,m个单机最优运行区的机组台数，将方程组的解以m维列向量的形式表示，设共有n_A种最优分布方式：

$a_1=\left[\begin{array}{c}{a}_{11}\\ a_{21}\\ .\\ .\\ .\\ a_{m1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_1^1\\ x_2^1\\ .\\ .\\ .\\ x_m^1\end{array}\right],a_2=\left[\begin{array}{c}{a}_{12}\\ a_{22}\\ .\\ .\\ .\\ a_{m2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_1^2\\ x_2^2\\ .\\ .\\ .\\ x_m^2\end{array}\right],\mathrm{...}{a}_{n_A}=\left[\begin{array}{c}{a}_{1n_A}\\ a_{2n_A}\\ .\\ .\\ .\\ a_{{\mathrm{mn}}_A}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_1^{n_A}\\ x_2^{n_A}\\ .\\ .\\ .\\ x_m^{n_A}\end{array}\right]$

则方程组的解集可以表示为矩阵a：

$a=\[a_1,a_2,...a_{n_A}\]=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \mathrm{...}& a_{1n_A}\\ a_{21}& a_{22}& \mathrm{...}& a_{2n_A}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ a_{m1}& a_{m2}& \mathrm{...}& a_{{\mathrm{mn}}_A}\end{array}\right]$

计算该组机组在每种最优分布方式下的组合最优运行区，所有的组合最优运行区的集合表示为行向量A，A的向量元素与最优分布方式的集合a的向量元素互相对应：

$A=\[(\underset{\‾}{p_1},\stackrel{\‾}{p_1}),(\underset{\‾}{p_2},\stackrel{\‾}{p_2}),...,(\underset{\‾}{p_m},\stackrel{\‾}{p_m})\]\×a=\[A_1,A_2,...A_{n_A}\]$

其中p ₁ 、p ₂ 、…p _m 依次为该组机组第1、2、…m个单机最优运行区的下限，依次为该组机组第1、2、…m个单机最优运行区的上限。

5.如权利要求3所述的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，其特征在于，所述的各种最优分布组合方式下的所有投入AGC机组的组合最优运行区的获取为：

41)列举投入AGC机组的所有最优分布组合方式，设投入AGC的机组被分为a,b,c…组，最优分布方式个数分别为n_A,n_B,n_C…，则按照以下操作进行列举：

1)将a,b,c…组机组的最优分布方式的集合a、b、c…转换为最优分布方式序号的集合Δa、Δb、Δc…：

$\begin{array}{c}a=\[a_1,a_2,\mathrm{...},a_{n_A}\]\⇒\mathrm{\Δ}a=\[1,2,\mathrm{...},n_A\]\\ b=\[b_1,b_2,\mathrm{...},b_{n_B}\]\⇒\mathrm{\Δ}b=\[1,2,\mathrm{...},n_B\]\\ c=\[c_1,c_2,\mathrm{...},c_{n_C}\]\⇒\mathrm{\Δ}c=\[1,2,\mathrm{...},n_C\]\\ .\\ .\\ .\end{array}$

2)计算a组、b组的所有最优分布组合方式元素组成的矩阵δab，并展开为行向量Δab：

$\mathrm{\δ}ab={\mathrm{\Δa}}^T\[1,1,...,1\]\×10+\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]\mathrm{\Δ}b$

Δab＝{[1,0,…,0]×δab,[0,1,…,0]×δab,…,[0,0,…,1]×δab}

3)计算a组、b组、c组的所有最优分布组合方式元素组成的矩阵δabc，并展开为行向量Δabc：

$\mathrm{\δ}abc={\mathrm{\Δab}}^T\[1,1,...,1\]\×10+\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]\mathrm{\Δ}c$

Δabc＝{[1,0,…,0]×δabc,[0,1,…,0]×δabc,…,[0,0,…,1]×δabc}

4)继续以上过程，直到得出投入AGC机组的所有最优分布组合方式组成的行向量Δabc…，行向量中每个元素数字从高位到低位，依次为a、b、c、…组机组的最优分布方式序号；

42)计算投入AGC机组在每种最优分布组合方式下的组合最优运行区，包括：

1)计算a组、b组在所有最优分布组合方式下的组合最优运行区元素组成的矩阵δAB，并展开为行向量AB：

$\mathrm{\δ}AB=A^T\[1,1,...,1\]+\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]B$

AB＝{[1,0,…,0]×δAB,[0,1,…,0]×δAB,…,[0,0,…,1]×δAB}

2)计算a组、b组、c组在所有最优分布组合方式下的组合最优运行区元素组成的矩阵δABC，并展开为行向量ABC：

$\mathrm{\δ}ABC={\mathrm{AB}}^T\[1,1,...,1\]+\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]C$

ABC＝{[1,0,…,0]×δABC,[0,1,…,0]×δABC,…,[0,0,…,1]×δABC}

3)继续以上过程，直到得出投入AGC机组在所有最优分布组合方式下的组合最优运行区组成的行向量ω＝ABC…，并与最优分布组合方式组成的行向量Δabc…互相对应；

根据投入AGC机组在所有最优分布组合方式下的组合最优运行区的并集，得出投入AGC机组的联合最优运行区Ω：

$\mathrm{\ω}=\[{\mathrm{\ω}}_1,{\mathrm{\ω}}_2,{\mathrm{\ω}}_3...\]=\[(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_1},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_1}),(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_2},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_2}),(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_3},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_3}),...\]$

$\mathrm{\Ω}=(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_1},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_1})\∪(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_2},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_2})\∪(\underset{\‾}{{\mathrm{\ω}}_3},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_3})\∪\mathrm{....}$

6.如权利要求3或5所述的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，其特征在于，确定投入AGC机组在联合最优运行区内各出力区间下的可用最优分布组合方式的获取为：

61)将每种最优分布方式对应的最优组合运行区的上下限按大小进行排序，大小相同的则进行合并；

62)按照排序后的上下限对投入AGC机组的联合最优运行区进行分割，得出多个出力区间，假设出力区间个数为n：

$\mathrm{\Ω}=\[(\underset{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_1},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_1}),(\underset{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_2},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_2}),...,(\underset{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_n},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_n})\];$

63)将各出力区间与投入AGC各种最优分布组合方式所对应的组合最优运行区进行对比，得出各出力区间下的可用最优分布组合方式；设最优分布组合方式共有m种，对应的组合最优运行区分别为ω＝[ω₁,ω₂,…,ω_m]，则得：

$\left\{\begin{array}{cc}{f}_i^j=1,& if\left(\underset{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_i},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_i}\right)\⋐{\mathrm{\ω}}_j\\ f_i^j=0,& if\left(\underset{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_i},\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Ω}}_i}\right)\⊂⃒{\mathrm{\ω}}_j\\ i\∈\left(1,2,\mathrm{...},n\right),& j\∈\left(1,2,\mathrm{...},m\right)\\ f_i=\[f_i^1,f_i^2,\mathrm{...},f_i^m\]& \end{array}\right.$

其中f_i是表示第i个出力区间下的可用最优分布组合方式的行向量，与投入AGC机组的所有最优分布组合方式组成的行向量Δabc…相对应，当行向量f_i的元素值为1时，对应的行向量Δabc…中元素所代表的最优分布组合方式可用。

7.如权利要求1、3或5所述的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，其特征在于，所述的投入AGC发电机组的限制组合出力模型，并计算及相应的联合运行区域，包括以下操作：

10)根据机组各水头下出力上限、各单机振动区范围、各单机限制运行区范围，按照数值异同对投入AGC的机组进行分组；

20)在当前水头下，根据机组单机振动区、出力上限，计算各组机组的单机运行区：单机运行区＝[0，出力上限]-单机振动区；

30)针对各组机组，根据机组出力在各单机运行区的分布情况，计算各组机组在各种各种分布方式下的组合运行区；

40)针对所有投入AGC的机组，根据各组机组处于单机运行区的不同分布方式及对应的各组机组的组合运行区，计算各种分布组合方式下的所有投入AGC机组的组合运行区；

50)根据投入AGC机组在所有分布组合方式下的组合运行区的并集，得出投入AGC机组的联合运行区；从投入AGC机组的联合运行区中扣除联合最优运行区，得出投入AGC机组的联合限制运行区；

60)根据投入AGC机组在各种分布组合方式下的组合运行区，确定投入AGC机组在联合限制运行区内各出力区间下的可用分布组合方式。

8.如权利要求1或3所述的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，其特征在于，还进行全站联合最优运行区的获取：将投入AGC机组的联合最优运行区加上所有未投入AGC机组的单机AGC有功分配值，得到全站联合最优运行区：

其中，Ω为投入AGC机组的联合最优运行区，为机组的单机AGC有功分配值，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。

9.如权利要求1或3所述的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，其特征在于，还进行全站联合运行区和全站联合限制运行区的获取：将投入AGC机组的联合运行区和联合限制运行区加上所有未投入AGC机组的单机AGC有功分配值，得到全站联合运行区和全站联合限制运行区。

10.如权利要求1所述的水电站AGC组合出力模型及联合运行区域计算方法，其特征在于，所述AGC功能模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；接收的动态参数包括：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；根据动态参数和设备参数计算所得的中间参数包括：AGC有功调节死区、AGC有功设定差限、AGC有功突变界限、不同水头下机组各单机最优运行区范围和不同水头下机组各单机运行区范围。