CN107939590B - 一种按水位发电的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种按水位发电的控制方法，应用于水电站的发电系统，发电系统包括依次开机的第一发电机，第二发电机直至第N发电机，N为正整数，第i发电机执行以下步骤：判断采集到的第一水位是否达到第i发电机的上限水位，若是，启动第i发电机，并控制第i发电机输出闭锁信号，使除第i发电机外的其他已启动的发电机闭锁，其中，i＝1，2，…N；根据第一水位得到当前调节脉冲宽度；控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i。本发明只需要采集水位信息，就能使发电机在经济水位线上运行，设备成本投入较低，而且可以根据水位变化使各个发电机依次启动，不需要额外的控制设备，从而减少了故障环节。

Description

一种按水位发电的控制方法

技术领域

本发明涉及水电站发电领域，特别是涉及一种按水位发电的控制方法。

背景技术

水电站的前池或大坝的水位高低反映了蓄水的水平面至水轮机入口的垂直高度，代表了水的位能，水位越高，位能越大，同等流量能发的电也就越多。在现有的按水位发电技术中，一般是通过判别浮子开关发出几个位置信号来调节水位的，由于浮子开关易受到外界环境因素的影响，比如被杂物卡主等情况，使得发出的位置信号并不准确，从而导致对水位的控制不精细，且水电站的发电系统一般是通过多台发电机联合控制的，还需要增加上位机监控系统或联合调节控制装置，从而导致了按水位自动发电设备的成本大幅增加，同时还增加了故障环节。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种按水位发电的控制方法，只需要采集水位信息，就能使发电机在经济水位线上运行，设备成本投入较低，而且可以根据水位变化使各个发电机依次启动，不需要额外的控制设备，从而减少了故障环节。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种按水位发电的控制方法，应用于水电站的发电系统，所述发电系统包括依次开机的第一发电机，第二发电机直至第N发电机，N为正整数，第i发电机执行以下步骤：

判断采集到的第一水位是否达到所述第i发电机的上限水位，若是，启动所述第i发电机，并控制所述第i发电机输出闭锁信号，使除第i发电机外的其他已启动的发电机闭锁，其中，i＝1，2，…N；

根据所述第一水位得到当前调节脉冲宽度；

控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i。

优选的，所述控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i的过程具体为：

通过调节开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，以控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i，其中，所述调节开度出口包括增大开度出口和减小开度出口。

优选的，所述根据所述第一水位得到当前调节脉冲宽度的过程具体为：

通过第一关系式计算与所述第一水位对应的初始有功功率，其中，所述第一关系式为

P_i0为所述初始有功功率，P_N为所述第i发电机的额定有功功率，h为所述第一水位，h₁为下限水位，h₂为所述上限水位；

测量所述第i发电机的当前实发有功功率P_g，并将所述初始有功功率和当前实发有功功率P_g作差得到当前初始有功偏差ΔP₀，并判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否大于整定有功最大调节步长P_Tm；

若是，则根据第二关系式计算当前调节脉冲宽度，其中，所述第二关系式为

t_TPm为当前调节脉冲宽度，K_TP为整定有功调节脉冲宽度系数；

若否，则根据第三关系式计算当前调节脉冲宽度，其中，所述第三关系式为

t_TP为当前调节脉冲宽度。

优选的，所述将所述初始有功功率和当前实发有功功率P_g作差得到当前初始有功偏差ΔP₀之后，判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否大于整定有功最大调节步长P_Tm之前，该控制方法还包括：

判断当前初始有功偏差ΔP₀是否大于零；

若是，则通过调节开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲的过程具体为：

通过所述增大开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲；

若否，则通过调节开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲的过程具体为：

通过所述减小开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲。

优选的，所述根据第二关系式计算当前调节脉冲宽度之后，该控制方法还包括：

每隔第一预设时间，重新计算当前初始有功偏差ΔP₀，并判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否小于所述整定有功最大调节步长P_Tm，若是，则根据所述第三关系式计算当前调节脉冲宽度；若否，则重复本步骤直至当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值小于所述整定有功最大调节步长P_Tm。

优选的，所述根据第三关系式计算当前调节脉冲宽度之后，该控制方法还包括：

每隔所述第一预设时间，重新计算当前初始有功偏差ΔP₀，并判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否小于调节有功死区P_sq，若是，则按所述第三关系式计算当前调节脉冲宽度，并停止后续步骤，若否，则重复本步骤直至当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值小于调节有功死区P_sq。

优选的，所述控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i之后，该控制方法还包括：

经过第二预设时间后，判断采集到的第二水位是否大于下降水位，其中，所述下降水位小于所述上限水位；

若是，则当所述第二水位达到预设水位范围的下限值且所述第二水位的上升量满足第一预设规则时，根据所述第二水位得到当前调节脉冲宽度，并通过增大开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，以控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i1，其中，P_i1≠P_i；

若否，则当所述第二水位达到预设水位范围的下限值且所述第二水位的下降量满足第二预设规则时，根据所述第二水位得到当前调节脉冲宽度，并通过减小开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，以控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i1，其中，P_i1≠P_i。

优选的，所述根据所述第二水位得到当前调节脉冲宽度的过程具体为：

根据第四关系式计算与所述第二水位对应的当前有功偏差，其中，所述第四关系式为

ΔP₁为当前有功偏差，h_p为所述第二水位和所述下限水位的差，Δh为所述上限水位和所述下限水位的差，k_sx为水库面积系数，h₁₂为所述第二水位，k_pw为所述水库的功率系数，

为所述第二水位的水位上升率；

判断当前有功偏差的绝对值是否大于整定有功最大调节步长P_Tm；

若是，则根据所述第二关系式计算当前调节脉冲宽度；

若否，则根据第五关系式计算当前调节脉冲宽度，其中，所述第五关系式为

优选的，所述控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与所述调节脉冲宽度对应的有功功率P_i之后，该控制方法还包括：

实时监测所述第i发电机的运行参数，当所述运行参数达到报警值时，控制报警模块发出警报，以提醒运行人员查找并排除故障。

优选的，所述运行参数包括所述第i发电机的定子温度；

则所述控制报警模块发出警报之后，该控制方法还包括：

判断所述定子温度是否达到预设停止温度，若是，则自动关闭所述第i发电机。

本发明提供了一种按水位发电的控制方法，应用于水电站的发电系统，发电系统包括依次开机的第一发电机，第二发电机直至第N发电机，N为正整数，第i发电机执行以下步骤：判断采集到的第一水位是否达到第i发电机的上限水位，若是，启动第i发电机，并控制第i发电机输出闭锁信号，使除第i发电机外的其他已启动的发电机闭锁，其中，i＝1，2，…N；根据第一水位得到当前调节脉冲宽度；控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i。

可见，在实际应用中，采用本发明的方案，通过预先确定各发电机的经济水位线即上限水位，根据上限水位和采集到的第一水位计算调节脉冲宽度，从而控制发电机的有功功率P_i，有功功率P_i即为保证发电机在经济水位线上运行的有功负荷，本方案只需要采集水位信息，就能使发电机在经济水位线上运行，设备成本投入较低，而且可以根据水位变化使各个发电机依次启动，不需要额外的控制设备，从而减少了故障环节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种按水位发电的控制方法的步骤流程图；

图2为本发明所提供的一种按水位发电的控制方法的一种实施例的步骤流程图；

图3为本发明所提供的一种按水位发电的控制方法的一种实施例的步骤流程图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种按水位发电的控制方法，只需要采集水位信息，就能使发电机在经济水位线上运行，设备成本投入较低，而且可以根据水位变化使各个发电机依次启动，不需要额外的控制设备，从而减少了故障环节。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。

请参照图1，图1为本发明所提供的一种按水位发电的控制方法的步骤流程图，应用于水电站的发电系统，发电系统包括依次开机的第一发电机，第二发电机直至第N发电机，N为正整数，图1中只表示出了对第i发电机的控制流程，对其他发电机的控制流程和图1中所示的对第i发电机的控制流程相同，包括：

步骤S11：判断采集到的第一水位是否达到第i发电机的上限水位，若是，启动第i发电机，并控制第i发电机输出闭锁信号，使除第i发电机外的其他已启动的发电机闭锁，其中，i＝1，2，…N；

具体的，在水电站的发电系统中包括多台发电机组，每台发电机组包括一台发电机，每台发电机的上限水位是不同的，要实现多台发电机按水位开机并调节其各自的有功负荷，需要通过硬件和软件两方面的配合，在硬件配置方面，各个发电机组需要一个开关量输入和一个开关量输出进行各发电机组之间的闭锁调节，首先需要将发电机组的开/停进行排序，然后将后启动的发电机组的一个开关量输出连接到先启动的发电机组的开关量输入，当先启动的发电机组接收到这个开关量后，将不再调节其发电机运行的有功负荷；在软件配置方面，根据硬件设计的开机顺序，保证先启动的发电机组的上限水位低于后启动的发电机组的上限水位，同时还要保证先启动的发电机组的下限水位低于后启动的发电机组的下限水位，各个发电机组之间的水位设置可以依次相差

0.02Δh，具体的差值以水位测量的分辨率而定，本发明在此不做限定。

举例说明，若设置的发动机组的开机顺序分别为1号机、2号机、3号机，当水位由低到高上升时，由于1号机的上限水位较低，所以水位上升量会先满足1号机的上限水位即开机水位，当1号机启动后，按1号机的额定功率运行。当1号机启动并网运行于额定功率后，水位开始上升，此时开始调节1号机的有功负荷，当1号机的有功负荷调到其最大有功功率P_sx后，若水位仍上涨，则当水位上升到2号机的上限水位时，启动2号机，由2号机输出闭锁开关量，闭锁1号机的有功负荷调节，由2号机开始进行有功负荷调节，当2号机的有功负荷调到其最大有功功率P_sx后，若水位仍上涨，当水位上升到3号机的上限水位时，启动3号机，由3号机输出闭锁开关量，闭锁2号机的有功负荷调节，由3号机开始进行有功负荷调节，以此类推，保证在自动发电运行过程中，只有一台发电机组按水位变化进行有功负荷调节。可以理解的是，当3号机开启后，如果因来水量减少，导致水位下降，则将相应的减小3号机运行的有功负荷，如水位仍下降，当水位下降到预设值时，将3号机停机，在3号机解列后将闭锁开关量撤销，由2号机进行有功负荷调节，以此类推。

具体的，第i发电机为水电站的发电系统中任意一台发电机，本方案对每台发电机进行的控制都是相同，由于水位是从低到高上升的，在确定好各个发电机的开机顺序后，只需要判断当前水位即第一水位是否满足最后开启的发电机的后一台发电机的上限水位即可。举例说明，1号机、2号机按水位依次开机，由于水位由低到高上升，所以会先满足1号机的上限水位，1号机开机，若1号机开机后水位上涨，判断水位高度是否达到2号机的开机条件，若达到，开启2号机。上限水位可以理解为第i发电机的经济运行水位，也可以理解为第i发电机的开机水位，这样可以保证发电机在高水位区运行，更加充分的利用水力资源。

其中，上限水位是根据每台发电机自身性能设置的经济运行的水位线，本发明在此对上限水位的值不做限定。

步骤S12：根据第一水位得到当前调节脉冲宽度；

步骤S13：控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i。

具体的，一般来说采集到的第i发电机的第一水位是大于第i发电机的上限水位的，即高于使第i发电机经济运行的水位线，因此要对发电机的有功功率进行调节，使其满足第i发电机经济运行的水位线，根据调节脉冲宽度可以控制第i发电机的有功负荷，也可理解为，一个调节脉冲宽度对应一个有功功率，通过当前水位即第一水位计算出的当前调节脉冲宽度来调节水轮机的导叶开度从而控制第i发电机的有功功率，从而使当前水位上升/下降到满足第i发电机经济运行的水位线，因此本发明所提供的控制方法更精细，又因为第一水位是实时采集的，所以本发明所提供的控制方法更可靠，且不需要增加测量设备，设备成本投入较低。

可以理解的是，水轮机的导叶开度增大，可以使当前水位降低，水轮机的导叶开度减小，可以使当前水位升高。

本发明提供了一种按水位发电的控制方法，应用于水电站的发电系统，发电系统包括依次开机的第一发电机，第二发电机直至第N发电机，N为正整数，第i发电机执行以下步骤：判断采集到的第一水位是否达到第i发电机的上限水位，若是，启动第i发电机，并控制第i发电机输出闭锁信号，使除第i发电机外的其他已启动的发电机闭锁，其中，i＝1，2，…N；根据第一水位得到当前调节脉冲宽度；控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i。

可见，在实际应用中，采用本发明的方案，通过预先确定各发电机的经济水位线即上限水位，根据上限水位和采集到的第一水位计算调节脉冲宽度，从而控制发电机的有功功率P_i，有功功率P_i即为保证发电机在经济水位线上运行的有功负荷，本方案只需要采集水位信息，就能使发电机在经济水位线上运行，设备成本投入较低，而且可以根据水位变化使各个发电机依次启动，不需要额外的控制设备，从而减少了故障环节。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i的过程具体为：

通过调节开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，以控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i，其中，调节开度出口包括增大开度出口和减小开度出口。

具体的，由调节开度出口发送调节脉冲来控制第i发电机运行的有功负荷，可靠性更高，且抗干扰能力强。具体的，调节开度出口包括增大开度出口和减小开度出口，若想增大水轮机导叶开度就从增大开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，若想减小水轮机导叶开度就从减小开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲。

请参照图2，图2为本发明所提供的一种按水位发电的控制方法的一种实施例的步骤流程图，该控制方法在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，根据第一水位得到当前调节脉冲宽度的过程具体为：

步骤S121：通过第一关系式计算与第一水位对应的初始有功功率，其中，第一关系式为

P_i0为初始有功功率，P_N为第i发电机的额定有功功率，h为第一水位，h₁为下限水位，h₂为上限水位；

步骤S122：测量第i发电机的当前实发有功功率P_g，并将初始有功功率和当前实发有功功率P_g作差得到当前初始有功偏差ΔP₀；

步骤S123：判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否大于整定有功最大调节步长P_Tm，若是，进入步骤S124，若否，进入步骤S125；

步骤S124：根据第二关系式计算当前调节脉冲宽度，其中，第二关系式为

t_TPm为当前调节脉冲宽度，K_TP为整定有功调节脉冲宽度系数；

步骤S125：根据第三关系式计算当前调节脉冲宽度，其中，第三关系式为

t_TP为当前调节脉冲宽度。

具体的，第i发电机开机并网后将其转换为按水位调节有功负荷的方式，首先根据当前水位即第一水位和第i发电机的额定有功功率计算第i发电机开机启动后的初始有功功率P_i0(理论值)，然后测出此时第i发电机的实发有功功率P_g(实际值)，将初始有功功率P_i0和当前实发有功功率P_g作差得到当前初始有功偏差ΔP₀，判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否大于整定有功最大调节步长P_Tm，若是，则有功负荷的调节量就按固定的整定有功最大调节步长P_Tm来调节，即当前调节脉冲宽度是固定的，每次调节都按第二关系式计算得到的当前调节脉冲宽度来调节水轮机的导叶开度，可以理解为这是一种大范围调节；若否，当第i发电机运行的当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值大于给定调节有功死区P_sq时，对第i发电运行的有功负荷进行小范围的调节，此时当前调节脉冲宽度就可以根据当前初始有功偏差ΔP₀来进行计算。其中，K_TP为整定有功调节脉冲宽度系数，即对有功负荷进行调节1s有功负荷的变化量，是由工程人员现场测定得到的。

作为一种优选的实施例，将初始有功功率和当前实发有功功率P_g作差得到当前初始有功偏差ΔP₀之后，判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否大于整定有功最大调节步长P_Tm之前，该控制方法还包括：

判断当前初始有功偏差ΔP₀是否大于零；

若是，则通过调节开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲的过程具体为：

通过增大开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲；

若否，则通过调节开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲的过程具体为：

通过减小开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲。

具体的，将第i发电机的实发有功功率(实际值)和按理论计算的初始有功功率(理论值)进行比较，如果理论值大于实际值，也就说明第i发电机运行的实际水位比其经济水位线要高，说明需要要增大第i发电机的有功负荷，那么由增大开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，增大水轮机的导叶开度，来控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i；相应的，如果理论值小于实际值，也就说明第i发电机运行的实际水位比其经济水位线要低，需要要减小第i发电机的有功负荷，那么由减小开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，减小水轮机的导叶开度，来控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i。

作为一种优选的实施例，根据第二关系式计算当前调节脉冲宽度之后，该控制方法还包括：

每隔第一预设时间，重新计算当前初始有功偏差ΔP₀，并判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否小于整定有功最大调节步长P_Tm，若是，则根据第三关系式计算当前调节脉冲宽度；若否，则重复本步骤直至当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值小于整定有功最大调节步长P_Tm。

具体的，在第一次调节脉冲结束后，即对水轮机的导叶开度进行第一次调整后，第i发电机的当前实发有功功率及运行的水位线都会进行相应的变化和调整，经过第一预设时间再测第i发电机的实发有功功率，然后重新计算当前初始有功偏差ΔP₀，判断此时初始有功偏差ΔP₀是否仍大于最大调节步长P_Tm，如果是，仍通过整定有功最大调节步长P_Tm计算得当前调节脉冲宽度，来调整增大水轮机的导叶开度，每隔第一预设时间都对第i发电机的当前实发有功功率进行重新测量，得到当前时刻的初始有功偏差ΔP₀，直到当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值小于整定有功最大调节步长P_Tm，实现从大范围调节转换到小范围调节，使得调节更精细，从而保证了第i发电机始终在经济水位线上运行。

作为一种优选的实施例，根据第三关系式计算当前调节脉冲宽度之后，该控制方法还包括：

每隔第一预设时间，重新计算当前初始有功偏差ΔP₀，并判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否小于调节有功死区P_sq，若是，则按第三关系式计算当前调节脉冲宽度，并停止后续步骤，若否，则重复本步骤直至当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值小于调节有功死区P_sq。

具体的，本实施例介绍的是小范围调节，在第一次调节脉冲结束后，即对水轮机的导叶开度进行第一次调整后，第i发电机的当前实发有功功率及运行的水位线都会进行相应的变化和调整，经过第一预设时间再测第i发电机的实发有功功率，然后重新计算当前初始有功偏差ΔP₀，判断此时初始有功偏差ΔP₀是否小于调节有功死区P_sq，如果小于则说明第i发电机的实发有功功率和理论计算得到的初始有功功率已经非常接近了，此时第i发电机输出的有功功率P_i就已经可以满足使第i发电机保持运行在经济水位线上的要求，不需要再对水轮机的导叶开度进行调整；如果大于，就按照重新计算当前初始有功偏差ΔP₀再计算一次当前调节脉冲宽度，按此时的当前调节脉冲宽度再调节一次水轮机的导叶开度，因为本实施例是在小范围调节的基础上进行的，基本可以保证调节一次，就能使第i发电机保持运行在经济水位线上。

其中，第一预设时间根据实际工程需要而定，本发明在此不做限定。

请参照图3，图3为本发明所提供的一种按水位发电的控制方法的一种实施例的步骤流程图，该控制方法在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i之后，该控制方法还包括：

步骤S14：经过第二预设时间后，判断采集到的第二水位是否大于下降水位，其中，下降水位小于上限水位，若是，进入步骤S15，若否，进入步骤S16；

步骤S15：当第二水位达到预设水位范围的下限值且第二水位的上升量满足第一预设规则时，根据第二水位得到当前调节脉冲宽度，并通过增大开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，以控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i1，其中，P_i1≠P_i；

步骤S16：当第二水位达到预设水位范围的下限值且第二水位的下降量满足第二预设规则时，根据第二水位得到当前调节脉冲宽度，并通过减小开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，以控制第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i1，其中，P_i1≠P_i。

具体的，当第i发电机运行于有功功率P_i后，当前水位会有短暂的下降达到下降水位，然后经过第二预设时间后，重新采集得到的水位数据就是第二水位，判断第二水位是否大于下降水位，也就是判断第i发电机运行于有功功率P_i后，水位在短暂下降后是上升还是继续下降，如果经过第二预设时间后，水位上升，那么首先判断采集到的第二水位是否满足预设水位范围，预设水位范围也可以理解为使第i发电机经济运行的一个优选的水位范围，如果是，为了保证第二水位的上升量不超过预设水位范围，需要对第i发电机的有功负荷进行调节。具体的，当采集到的第二水位满足预设水位范围，或者说采集到的第二水位大于预设水位下限时开始计时，再启动计时后若第二水位的上升量达到预设水位范围的上限水位时，通过第二水位得到当前调节脉冲宽度，根据当前调节脉冲宽度，由增大开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，增大水轮机导叶开度，从而控制第i发电机的有功功率增大以便使当前水位满足预设水位范围，从而控制第i发电机运行在经济水位线上。

相应的，如果经过第二预设时间后，水位下降，那么首先判断采集到的第二水位是否满足预设水位范围，如果是，为了保证第二水位的下降量不超过预设水位范围，需要对第i发电机的有功负荷进行调节。具体的，如果当前水位低于下降水位，则立刻开始计时，如果采集到的第二水位满足预设水位范围，或者说采集到的第二水位大于预设水位下限，那么当第二水位下降到预设水位范围的下限值时，计算当前调节脉冲宽度，由减小开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，来减小水轮机导叶开度，从而控制第i发电机的有功功率减小，使当前水位上升；如果采集到的第二水位小于预设水位下限值，那么当第二水位的下降量达到0.1Δh时，计算当前调节脉冲宽度，由减小开度出口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，来减小水轮机导叶开度，从而控制第i发电机的有功功率减小，使当前水位上升，当水位上升到预设水位范围的下限值时，开始计时，再按前面所介绍的方法重新计算当前调节脉冲宽度，调节水轮机的导叶开度，来控制第i发电机的有功功率，从而保证第i发电机始终运行在经济水位线上。

其中，预设水位范围可以定为h₁+0.9Δh～h₂，Δh为上限水位h₂和下限水位h₁的差值，当然，预设水位范围根据实际工程情况而定，本发明在此不做限定。

当然，下降水位可能处于预设水位范围之间，也有可能低于预设水位范围的下限值，本发明对此不做限定。

作为一种优选的实施例，根据第二水位得到当前调节脉冲宽度的过程具体为：

根据第四关系式计算与第二水位对应的当前有功偏差，其中，第四关系式为

ΔP₁为当前有功偏差，h_p为第二水位和下限水位的差，Δh为上限水位和下限水位的差，k_sx为水库面积系数，h₁₂为第二水位，k_pw为水库的功率系数，

为第二水位的水位上升率；

判断当前有功偏差的绝对值是否大于整定有功最大调节步长P_Tm；

若是，则根据第二关系式计算当前调节脉冲宽度；

若否，则根据第五关系式计算当前调节脉冲宽度，其中，第五关系式为

具体的，第四关系式中的k_sx为水库面积系数，即水库在不同水位时面积的不同对当前有功偏差ΔP₁的影响。由于水库面积随水位的变化是非线性的，为较准确地反映水位变化对水库面积的影响，以水位在0.5Δh附近的水库面积随水位的变化率来修正面积对当前有功偏差ΔP₁的影响。因此考虑水库面积变化的有功偏差修正项为

考虑因水位变化引起水头变化而造成的对有功偏差的影响增加了修正项

其中h₁₂为采集到的第二水位；k_pw为水库的功率系数，与水库的水头和面积有关，本公式中的k_pw系在水位为h＝h₁+0.5Δh时，水位变化率为

时的发电机有功偏差，单位为

或

具体的，假设第i发电机运行于有功功率P_i下，经过第二预设时间，如果水位上涨，那么可以设置P_i1＝P_i+ΔP₁，如果P_i1＞P_sx，那么第i发电机按最大有功功率P_sx运行；如果水位下降，且低于预设水位范围的下限值，那么可以设置P_i1＝P_i-2ΔP₁，如果水位下降，且满足预设水位范围，那么可以设置P_i1＝P_i-ΔP₁。

可以理解的是，经过上述调节后，第i发电机的用水量和来水量相差很小，当第二水位上升到上限水位或降到预设水位范围的下限值时，再计算一次当前有功偏差ΔP₁，此时的当前有功偏差ΔP₁可能小于有功死区P_sq，此时按有功死区P_sq来计算调节脉冲宽度，对第i发电机的有功功率进行调节。

综上所述，本发明根据自动控制原理，由自动控制装置采集水电站前池或大坝的实时水位数据，与人为给定的经济运行条件下的水位数据即上限水位进行比较，根据实时采集的当前水位计算当前调节脉冲宽度，来调节水轮机导叶开度，从而控制第i发电机的有功功率，当第i发电机在某一有功负荷下运行时其水位高度不满足设定的预设水位范围时进行校正，从而达到水电站自动发电运行的要求，本发明可根据每台发电机组根据自身性能设置经济运行的水位线，促使发电机始终在经济水位线上运行，且在原有控制设备中起用按水位发电自动功能就能实现，减少了故障环节及设备成本投入，同时本发明还提升了水电站的智能化水平和经济效益，达到了无人值班目的，降低了企业的运营成本。

作为一种优选的实施例，控制第i发电机运行的有功负荷达到与调节脉冲宽度对应的有功功率P_i之后，该控制方法还包括：

实时监测第i发电机的运行参数，当运行参数达到报警值时，控制报警模块发出警报，以提醒运行人员查找并排除故障。

具体的，在水电站自动发电运行过程中，最重要的是保证各个发电机组的安全，特别是发电机的安全。要保证发电机的安全，其各运行参数均不能超过厂家给定的极限值，任一参数长期超过允许值，均会对发电机造成损害，可能减短发电机寿命甚至损坏。具体的，以下参数应严格按厂家给定参数设置：定子电流需要按允许长期过负荷电流设置报警值；转子电流即励磁电流，按比额定励磁电流大20％～80％设定报警值；机端电压，机端电压过高会导致绝缘老化快，缩短发电机寿命，按120％UN设置报警值；设置定子温度的的报警值；以上任意参数超过报警值后，报警模块均会发出警报，以提醒运行人员查找并排除故障。

作为一种优选的实施例，运行参数包括第i发电机的定子温度；

则控制报警模块发出警报之后，该控制方法还包括：

判断定子温度是否达到预设停止温度，若是，则自动关闭第i发电机。

具体的，发电机组的定子温度是发电机安全运行的最重要的参数，只要发电机组的温度高于报警值时，应立刻控制报警模块发出警报，且不再向增大定子电流的方向调节有功负荷。当定子温度达到设定停止温度时，该发电机组的发电机应自动停机。

可以理解的是，在无定子测温的条件下，三相电流应采用全电流，测量5次及以下谐波电流，以全电流有效值与给定定子限制电流进行比较，以防止中性点直接接地的发电机，因三次谐波电流过大造成定子过热而损坏发电机。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种按水位发电的控制方法，应用于水电站的发电系统，所述发电系统包括依次开机的第一发电机，第二发电机直至第N发电机，N为正整数，其特征在于，第i发电机执行以下步骤：

判断采集到的第一水位是否达到所述第i发电机的上限水位，若是，启动所述第i发电机，并控制所述第i发电机输出闭锁信号，使除第i发电机外的其他已启动的发电机闭锁，其中，i＝1，2，…N；

根据所述第一水位得到当前调节脉冲宽度；

控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i的过程具体为：

向水轮机调速器的调节开度入口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，以控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i，其中，所述调节开度入口包括增大开度入口和减小开度入口。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一水位得到当前调节脉冲宽度的过程具体为：

通过第一关系式计算与所述第一水位对应的初始有功功率，其中，所述第一关系式为

P_i0为所述初始有功功率，P_N为所述第i发电机的额定有功功率，h为所述第一水位，h₁为下限水位，h₂为所述上限水位；

测量所述第i发电机的当前实发有功功率P_g，并将所述初始有功功率和当前实发有功功率P_g作差得到当前初始有功偏差ΔP₀，并判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否大于整定有功最大调节步长P_Tm；

若是，则根据第二关系式计算当前调节脉冲宽度，其中，所述第二关系式为

t_TPm为当前调节脉冲宽度，K_TP为整定有功调节脉冲宽度系数；

若否，则根据第三关系式计算当前调节脉冲宽度，其中，所述第三关系式为

t_TP为当前调节脉冲宽度。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述将所述初始有功功率和当前实发有功功率P_g作差得到当前初始有功偏差ΔP₀之后，判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否大于整定有功最大调节步长P_Tm之前，该控制方法还包括：

判断当前初始有功偏差ΔP₀是否大于零；

若是，则向水轮机调速器的调节开度入口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲的过程具体为：

向所述增大开度入口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲；

若否，则向水轮机调速器的调节开度入口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲的过程具体为：

向所述减小开度入口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据第二关系式计算当前调节脉冲宽度之后，该控制方法还包括：

每隔第一预设时间，重新计算当前初始有功偏差ΔP₀，并判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否小于所述整定有功最大调节步长P_Tm，若是，则根据所述第三关系式计算当前调节脉冲宽度；若否，则重复本步骤直至当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值小于所述整定有功最大调节步长P_Tm。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据第三关系式计算当前调节脉冲宽度之后，该控制方法还包括：

每隔所述第一预设时间，重新计算当前初始有功偏差ΔP₀，并判断当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值是否小于调节有功死区P_sq，若是，则按所述第三关系式计算当前调节脉冲宽度，并停止后续步骤，若否，则重复本步骤直至当前初始有功偏差ΔP₀的绝对值小于调节有功死区P_sq。

7.根据权利要求3-6任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i之后，该控制方法还包括：

经过第二预设时间后，判断采集到的第二水位是否大于下降水位，其中，所述下降水位小于所述上限水位；

若是，则当所述第二水位达到预设水位范围的下限值且所述第二水位的上升量满足第一预设规则时，根据所述第二水位得到当前调节脉冲宽度，并向水轮机调速器的增大开度入口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，以控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i1，其中，P_i1≠P_i；

若否，则当所述第二水位达到预设水位范围的下限值且所述第二水位的下降量满足第二预设规则时，根据所述第二水位得到当前调节脉冲宽度，并向所述水轮机调速器的减小开度入口发送包括当前调节脉冲宽度的调节脉冲，以控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与当前调节脉冲宽度对应的有功功率P_i1，其中，P_i1≠P_i。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第二水位得到当前调节脉冲宽度的过程具体为：

根据第四关系式计算与所述第二水位对应的当前有功偏差，其中，所述第四关系式为

ΔP₁为当前有功偏差，h_p为所述第二水位和所述下限水位的差，Δh为所述上限水位和所述下限水位的差，k_sx为水库面积系数，h₁₂为所述第二水位，k_pw为所述水库的功率系数，

为所述第二水位的水位上升率；

判断当前有功偏差的绝对值是否大于整定有功最大调节步长P_Tm；

若是，则根据所述第二关系式计算当前调节脉冲宽度；

若否，则根据第五关系式计算当前调节脉冲宽度，其中，所述第五关系式为

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述第i发电机运行的有功负荷达到与所述调节脉冲宽度对应的有功功率P_i之后，该控制方法还包括：

实时监测所述第i发电机的运行参数，当所述运行参数达到报警值时，控制报警模块发出警报，以提醒运行人员查找并排除故障。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述运行参数包括所述第i发电机的定子温度；

则所述控制报警模块发出警报之后，该控制方法还包括：

判断所述定子温度是否达到预设停止温度，若是，则自动关闭所述第i发电机。

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