CN109026758B - 一种用于控制抽蓄机组水泵工况启动过程的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制抽蓄机组水泵工况的启动过程的方法，包括：根据抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线，获取所述抽蓄机组在水泵工况下可进行短暂停留的最小导叶开度和所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度，根据所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度，将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程划分为多个启动阶段，依次完成多个启动阶段中的每个启动阶段，以使得最后一个启动阶段完成后，所述导叶开度等于所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度。解决抽蓄机组在抽水开机时，导叶开度在短时间内开到最大，造成联络线功率和频率波动过大，不利于电网稳定运行的问题。

Description

一种用于控制抽蓄机组水泵工况启动过程的方法及装置

技术领域

本申请涉及水力水电领域，具体涉及一种用于控制抽蓄机组水泵工况的启 动过程的方法，同时涉及一种用于控制抽蓄机组水泵工况的启动过程的装置。

背景技术

抽水蓄能电站在用电低谷时采用水泵抽水到上游水库蓄能，在用电高峰时 段，则放水发电，支撑电网功率和负荷的平衡，并稳定电网频率。同时它可将 电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能。

抽水蓄能机组运行过程中存在一个非常大的问题是机组启动时对电网运 行产生很大扰动。在发电时，一般可以按照需要灵活调整抽蓄机组发电量，扰 动可以尽量降低；但是，在抽水开机时，目前常用的开机规律是直接以线性策 略将水泵的导叶尽快开到最大，由于速度过快，且消耗功率非常大，相当于瞬 间给电网增加了一个巨大的负荷扰动，造成电网间联络线功率和频率波动过 大，严重影响各区域电网CPS指标，不利于电网稳定运行。

发明内容

本申请提供一种用于控制抽蓄机组水泵工况启动过程的方法，用于解决抽 蓄机组水泵工况在抽水开机时，水泵的导叶开度在短时间内开到最大，造成电 网间联络线功率和频率波动过大，不利于电网稳定运行的问题。

本申请提供一种用于控制抽蓄机组水泵工况启动过程的方法，包括：

根据抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线，获取所述抽蓄机组在水泵工况下 的水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开度α和扬程H的关系曲线， 以及所述抽蓄机组在水泵工况下可进行短暂停留的最小导叶开度α_min；

根据水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开度α和扬程H的关 系曲线确定所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max；

根据所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max，将 所述抽蓄机组水泵工况的启动过程划分为多个启动阶段，依次完成多个启动阶 段中的每个启动阶段，以使得最后一个启动阶段完成后，所述导叶开度等于所 述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max。

优选的，在最后一个启动阶段完成后，还包括：

将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程进行全数字仿真计算，获得所述启动 过程对抑制电网联络线CPS指标越限的效果数据。

优选的，所述水泵工况下可进行短暂停留的最小导叶开度α_min，是指用于 保证所述抽蓄机组在水泵工况下，可短时间内安全抽水运行的最小导叶开度。

优选的，所述根据水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开度α 和扬程H的关系曲线确定所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大 导叶开度α_max，包括：

所述抽蓄机组在水泵工况下，获取所述水泵流量Q与所述导叶开度α和设 定的扬程H的关系、所述水泵轴功率P与所述导叶开度α和设定的扬程H的 关系以及所述水泵效率η与所述导叶开度α和设定的扬程H的关系；

对获取的三种关系进行分析，确定所述三种关系为非线性函数关系；

根据所述非线性函数关系、以及设定的扬程H，获取所述非线性函数关系 的极值点；

将所述非线性函数关系的极值点对应的导叶开度作为所述抽蓄机组水泵 工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max。

优选的，所述根据所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶 开度α_max，将所述抽蓄机组水泵的启动过程划分为多个启动阶段，依次完成多 个启动阶段中的每个启动阶段，具体的方法为：

将所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max划分为 k个阶段，并获取每个阶段的导叶开度，依次完成多个启动阶段中的每个启动 阶段，最后一个阶段的导叶开度α_k＝α_max。

优选的，还包括：

在每个启动阶段完成后，保持当前导叶开度持续运行指定的时间后，进入 下一个启动阶段。

优选的，还包括：

根据每个阶段导叶开度的变化，获取导叶开度的变化对应的每个阶段i的 电动机功率变化量，ΔP_i＝P_i(α_i)-P_i-1(α_i-1)＜P(α_max)，1≤i≤k，其中P₀(0)为导叶 关闭时机组克服旋转阻力所需的电动机功率。

优选的，所述将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程进行全数字仿真计算， 包括：

建立与所述抽蓄机组水泵工况在常态运行条件下相同的电网仿真环境；

在所述电网仿真环境下，分别对所述启动过程和常规启动过程进行全数字 仿真计算，获得所述启动过程和常规启动过程下电网联络线功率和频率的波动 数据。

优选的，所述启动过程对抑制电网联络线CPS指标越限的效果数据，包括：

对比所述启动过程和常规启动过程的计算结果；

若所述启动过程的计算结果优于常规启动过程的计算结果，则获取所述启 动过程对抑制电网联络线CPS指标越限的效果数据。

本申请同时提供一种用于控制抽蓄机组水泵工况的启动过程的装置，包 括：

数据获取单元，用于根据抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线，获取所述抽 蓄机组在水泵工况下的水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开度α 和扬程H的关系曲线，以及所述抽蓄机组在水泵工况下可进行短暂停留的最小 导叶开度α_min；

最大导叶开度获取单元，用于根据水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率 η与导叶开度α和扬程H的关系曲线确定所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行 状态时的最大导叶开度α_max；

启动单元，用于根据所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导 叶开度α_max，将所述抽蓄机组水泵的启动过程划分为多个启动阶段，依次完成 多个启动阶段中的每个启动阶段，以使得最后一个启动阶段完成后，所述导叶 开度等于所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max。

优选的，所述装置还包括：

抑制CPS指标越限的效果数据获取单元，用于将所述抽蓄机组水泵工况的 启动过程进行全数字仿真计算，获得所述启动过程对抑制电网联络线CPS指标 越限的效果数据。

优选的，所述数据获取单元，包括：

数据关系获取子单元，用于所述抽蓄机组在水泵工况下，获取所述水泵流 量Q与所述导叶开度α和设定的扬程H的关系、所述水泵轴功率P与所述导 叶开度α和设定的扬程H的关系以及所述水泵效率η与所述导叶开度α和设定 的扬程H的关系；

函数关系确定子单元，用于对获取的三种关系进行分析，确定所述三种关 系为非线性函数关系；

极值点获取子单元，用于根据所述非线性函数关系、以及设定的扬程H， 获取所述非线性函数关系的极值点；

最大导叶开度确定子单元，用于将所述非线性函数关系的极值点对应的导 叶开度作为所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max。

优选的，所述启动单元还包括：

导叶开度划分子单元，用于将所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时 的最大导叶开度α_max划分为k个阶段，并获取每个阶段的导叶开度，依次完成 多个启动阶段中的每个启动阶段，最后一个阶段的导叶开度α_k＝α_max。

优选的，还包括：

持续运行子单元，用于在每个启动阶段完成后，保持当前导叶开度持续运 行指定的时间后，进入下一个启动阶段。

优选的，所述启动单元，还包括：

电动机功率变化量获取子单元，用于根据每个阶段导叶开度的变化，获取 导叶开度的变化对应的每个阶段i的电动机功率变化量， ΔP_i＝P_i(α_i)-P_i-1(α_i-1)＜P(α_max)，1≤i≤k，其中P₀(0)为导叶关闭时机组克服旋转 阻力所需的电动机功率。

优选的，所述抑制CPS指标越限的效果数据获取单元，包括：

仿真环境建立子单元，用于建立与所述抽蓄机组水泵工况在常态运行条件 下相同的电网仿真环境；

波动数据获取子单元，用于在所述电网仿真环境下，分别对所述启动过程 和常规启动过程进行全数字仿真计算，获得所述启动过程和常规启动过程下的 电网联络线功率和频率的波动数据。

优选的，所述抑制CPS指标越限的效果数据获取单元，还包括：

计算结果对比子单元，用于对比所述启动过程和常规启动过程的计算结 果；

抑制CPS指标越限的效果数据获取子单元，用于若所述启动过程的计算结 果优于常规启动过程的计算结果，则获取所述启动过程对抑制电网联络线CPS 指标越限的效果数据。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

本申请提供的用于控制抽蓄机组水泵工况启动过程的方法，根据抽蓄机组 水泵水轮机的全特性曲线，获取抽蓄机组水泵工况可进行短暂停留的最小导叶 开度和达到目标运行状态时的最大导叶开度，然后将启动过程划分为多个启动 阶段，在最后一个启动阶段完成后，所述导叶开度等于所述抽蓄机组水泵工况 达到目标运行状态时的最大导叶开度。从而解决抽蓄机组在抽水开机时，导叶 开度在短时间内开到最大，造成联络线功率和频率波动过大，不利于电网稳定 运行的问题。

附图说明

图1是本申请第一实施例提供的用于控制抽蓄机组水泵工况启动过程的方 法示意图；

图2是本申请第一实施例涉及的抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线示意 图；

图3是本申请第一实施例涉及的抽蓄机组在水泵工况下水泵流量、轴功率、 效率与导叶开度和扬程的关系曲线；

图4是本申请第一实施例涉及的抽蓄机组水泵水轮机转轮试验全特性中的 水泵工况特性曲线；

图5是本申请第一实施例涉及的抽蓄机组水泵分阶段启动方法；

图6是本申请第一实施例涉及的抽蓄机组水泵两种启动方法对应的联络线 功率偏差以及CPS指标对比；

图7是本申请第一实施例提供的用于控制抽蓄机组水泵启动过程的装置示 意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请 能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背 本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限 制。

请参看图1，图1是本申请第一实施例提供的一种用于控制抽蓄机组水泵 工况启动过程的方法示意图，以下结合图1进行详细说明。

步骤S101，根据抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线，获取所述抽蓄机组在 水泵工况下的水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开度α和扬程H 的关系曲线，以及所述抽蓄机组在水泵工况下可进行短暂停留的最小导叶开度 α_min。

抽蓄机组在水泵工况下抽水开机时，常用的启动过程是直接以线性策略将 水泵的导叶尽快开到最大，水泵导叶在短时间内开到最大时，水泵在短时间内 消耗功率也很大。例如，在一些抽水蓄能电站实测发现，抽蓄机组在水泵工况 开机启动过程中，电动机功率从50MW到300MW的时间仅为18秒左右，由 此可见，常规开机方法在短时间内给电网增加了一个巨大的负荷扰动，造成联 络线功率和频率波动过大，不利于电网的稳定运行。所以需要一种更加科学合 理的用于控制抽蓄机组水泵工况启动过程的方法。

为了获取更加科学合理的用于控制抽蓄机组水泵工况启动过程的方法，首 先对抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线进行分析，如图2所示，全特性曲线是 表示抽蓄机组水泵水轮机在各种运行条件下，各个参数之间相互关系的曲线。 其主要参数包括：单位流量Q、单位转矩M、导叶开度α、单位转速n。全特 性曲线通常由流量四象限特性曲线和力矩四象限特性曲线进行表示。如图2中 的(a)图为流量特性曲线，(b)图为力矩特性曲线。水泵水轮机均设有活动导叶， 通过导叶调节流量，所以抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线一般为一组不同导 叶开度下的全特性曲线。从图2中可以看出，可以将全特性曲线分为不同的区域，这些区域包括：水泵工况区、水泵制动工况区、水轮机工况区、水轮机制 动工况区、以及反水泵工况区等。本申请提供的方法，主要分析抽蓄机组在水 泵工况抽水时，水泵的导叶从关闭到最终稳态运行的过程，也就对应图2全特 性曲线中的水泵工况区。

在抽蓄机组水泵常态运行条件下，将扬程H设定为一个固定值，然后获得 水泵流量Q与导叶开度α和扬程H的关系、水泵轴功率P与导叶开度α和扬 程H的关系，以及水泵效率η与导呀开度α和扬程H的关系，通过上述三种 关系分别绘制表示这三种关系的曲线。图3为绘制好的用于表示这三种关系的 曲线，也就是水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η分别与导叶开度α和扬 程H的关系曲线图。

抽蓄机组在水泵工况下可进行短暂停留的最小导叶开度α_min，是水泵运行 时，可以进行安全抽水的最小导叶开度，对如图4所示的抽蓄机组水泵水轮机 转轮试验全特性中的水泵工况特性曲线进行分析，其中虚线区域是额定转速时 的正常运行区域，而参数Q′₁和n′₁为负表示水泵工况正在运行。对于高扬程水泵 水轮机，在转轮室由抽水调相运行状态转抽水运行状态的造压和排气过程中， 转速为额定转速，同时导叶处于完全关闭状态，输水系统流量为零，即Q′₁＝0。 实际上，当机组转速变化时，任一开度α都存在Q′₁＝0的运行状态，习惯上， 称对应Q′₁＝0的水泵扬程为零流量扬程H₀。

观察图4，可以得出如下结论：

水泵在额定转速下导叶启动的过程中，对不同的目标导叶开席α₁，机组运 行的稳定性不一样：

当α₁＝4.15°或5°、8°、10.5°、14°、22°、30°时，Q′₁和M′₁与n′₁一一对应，并 且对应Q′₁＝0的|n′₁|(绝对值)最小，因此，零流量扬程H₀比Q′₁＜0时的扬程H大， 即H₀>H。一旦转轮室造压和排气过程结束，机组在额定转速下α由零迅速增加 到α₁，然后保持不变，这时Q将逐渐增加，而水泵扬程将由H₀逐渐下降到水泵 正常工作区的扬程H，水泵能够稳定运行，且水压的变化比较平稳。

当α₁＝6.05°或6.95°时，Q′₁和M′₁与n′₁不是一一对应，在-42<n′₁<-40的范围 内，出现一个n′₁值对应两个Q′₁值和M′₁值的情况，H₀不会总是比Q′₁＜0时的扬程H 大。换句话说，同一开度α₁的H-Q关系曲线呈驼峰型。一旦转轮室造压和排气 过程结束，机组在额定转速下α由零瞬时增加到α₁，然后保持不变，这时，当 H>H₀时，水流将反向流入水泵，引起水压的强烈波动，甚至运行不稳定。

综上所述，可以得出，在额定转速下，当选取水泵工况启动输水的阶段目 标开度α_i＝4.15°、5°、8°、10.5°、14°、22°、30°时，水泵的运行是稳定的，流 量将逐渐增加，且水压的变化平缓。其中，可取的最小导叶开度α₁＝α_min＝4.15°。

步骤S102，根据水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开度α和 扬程H的关系曲线确定所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导 叶开度α_max。

由图3的水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η分别与导叶开度α和扬 程H的关系曲线图可以得出，在扬程H为一个固定值的情况下，纵坐标代表 的水泵流量Q、水泵轴功能P、水泵效率η与横坐标代表的导叶开度α是非单 调函数的关系，在不同的扬程H下，纵坐标代表的水泵流量Q、水泵轴功能P、 水泵效率η与横坐标代表的导叶开度α的每条曲线都会先上扬，在达到一定高 度时，就开始下降，而且，不同扬程对应的多条曲线都会在横坐标代表的导叶 开度α为14°时，开始下降，那么，水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η 分别与导叶开度α和扬程H的关系曲线的最高点就为上述几个参数组成的非单 调函数的极值点，极值点对应的导叶开度是水泵工况运行时的最佳的最大导叶 开度，但通常情况下，不是水泵水轮机的物理最大导叶开度。水泵以最佳的最 大导叶开度运行时可以保证水泵高效的完成抽水工作。所以将水泵工况运行时 最佳的最大导叶开度作为抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶 开度α_max。

步骤S103，根据所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开 度α_max，将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程划分为多个启动阶段，依次完成 多个启动阶段中的每个启动阶段，以使得最后一个启动阶段完成后，所述导叶 开度等于所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max。

在上一步骤中，根据抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线获得了水泵工况可 进行短暂停留的最小导叶开度α_min，以及达到目标运行状态时的最大导叶开度 α_max，虽然目标运行状态的最大导叶开度α_max，通常不是水轮机的最大导叶开度， 但是如果目前还是根据常规的启动方法，在短时间内将水泵水轮机的导叶开度 达到目标运行状态的最大导叶开度α_max，其水泵的功率也会在短时间内变化很 大，同样不利于电网的稳定运行，所以，本申请提供的方法，将抽蓄机组水泵 工况的启动过程划分为多个启动阶段来完成。

具体的启动方法是，将抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶 开度α_max划分为k个阶段，并获取每个阶段的导叶开度，依次完成多个启动阶 段中的每个启动阶段，最后一个阶段的导叶开度α_k＝α_max。例如，将最大导叶 开度α_max划分为k个阶段，分别为α₁，α₂，...α_k，其中第一个阶段的导叶开度α₁＝ α_min。这样就确定了每个阶段完成时的导叶开度，然后依次完成每个启动阶段， 当第一个启动阶段完成后，水轮机的导叶开度为α₁，接下来就进入第二个启动 阶段，第二个启动阶段完成后，水轮机的导叶开度就为α₂，这样依次完成每个 启动阶段，当最后一个启动阶段完成后，导叶开度α_k＝α_max。这样就完成了抽蓄机组水泵工况的启动过程。为了尽量避免抽蓄机组水泵工况的启动过程消耗 的功率对电网间联络线功率和频率波动的影响过大，同时也为了更方便的观察 或获得每个启动阶段中的相关性能参数，所以，在每一个启动阶段完成时，不 会立即进入下一个启动阶段，而是保持当前阶段的导叶开度持续运行一段时间 后，例如100秒，再进入下一个启动阶段。持续运行时间，首先要考虑的是电 网的稳定性和水力过度过程的稳定性，主要包括电网联络线间功率和频率的稳 定性以及电站输水系统水力过度过程稳定性，一般来说，100秒的持续运行时 间，电网联络线间功率和频率及输水系统均能达到稳定状态。针对电网联络线间功率和频率的稳定性还可以进一步进行仿真计算，通过使用全数字仿真计算 平台，得出持续运行时间越长，则功能波动越平缓，越有利于CPS指标优化， 但是，过长的持续运行时间，会导致水泵的效率降低，不利于经济运行。所以， 在全数字仿真环境下，将持续运行时间从小到大不断调整，从中获取一个最合 理的数值即可。在本实施例中，100秒的持续运行时间，基本可以满足稳定性 和经济性的要求，所以可以选择100秒作为持续运行时间。

在抽蓄机组水泵工况的启动过程中，根据每个阶段导叶开度的变化，获取 导叶开度的变化对应的每个阶段i的电动机功率变化量， ΔP_i＝P_i(α_i)-P_i-1(α_i-1)＜P(α_max)，1≤i≤k，其中P₀(0)为导叶关闭时机组克服旋转 阻力所需的电动机功率。例如，抽蓄机组启动时导叶从关闭到α_max的 ΔP＝P₁(α_max)-P₀(0)＝300-50＝250(MW)。将导叶开启过程划分为多个阶段，可按 照水泵工况常态下电动机功率近似三等分的方法进行分段，将α_max等分为3部分，则ΔP_i＝250/3(MW)，1≤i≤3。如图5所示，抽蓄机组水泵工况达到目标运 行状态时的最大导叶开度为14°，然后将水泵的启动过程分为3个阶段，第一 阶段启动完成后，水泵的导叶开度α₁＝α_min＝4.15°，然后保持当前阶段运行状态 持续运行100秒后，进入第二阶段的运行，第二阶段启动完成后，水泵的导叶 开度为8°，然后还是保持当前阶段运行状态持续运行100秒后，进行第三阶段 的运行，第三阶段启动完成后，水泵的导叶开度为14°，达到了目标运行状态 时的最大导叶开度。此时，完成了抽蓄机组水泵工况的启动过程，接下来就一 直保持导叶开度为14°来完成抽蓄机组的抽水工作。

抽蓄机组水泵工况分阶段启动的方法与常规方法相比，其效果还需要通过 具体的数据进行体现，所以接下来就通过具体的数据来对比本申请提供的方法 与常规的方法的优劣。

将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程进行全数字仿真计算，获得所述启动 过程对抑制电网联络线CPS指标越限的效果数据。全数字仿真计算，基于电力 系统全过程动态仿真程序(Full-time Dynamical Simulation，简称PSD-FDS)仿 真平台，包含锅炉模型、锅炉汽机协调控制模型、水力系统模型、水轮机模型、 调速器模型、核反应堆模型、自动发电控制(AGC)模型、有载调压变压器模 型、发电机的低励和过励限制和保护模型等。

进行全数字仿真计算之前，首先要建立与抽蓄机组水泵工况在常态运行条 件下相同的电网仿真环境，然后在电网仿真环境下，分别使用本申请提供的方 法和常规方法对抽蓄机组水泵工况的启动过程进行全数字仿真计算，通过仿真 计算获得了这两种启动方法下电网联络线功率和频率的波动数据，如图6所示。 图6中左图为这两种方法下电网联络线功率的波动数据。将这两种方法下电网 联络线功率的波动数据仿真结果进行对比，从图6中可见，优化后的，也就是 使用本申请提供的方法，电网联络线功率数据的波动明显小于优化前的，优化 前的指的是常规方法。通常情况下，电网联络线功率大量消耗时，频率同时会 大幅下降，所以电网联络线功率的波动，同时会引起频率的波动。从图中可以 看出使用本申请提供的方法获得的计算结果优于常规方法的计算结果，那么接 下来就进一步对比本申请提供的方法和常规方法对抑制电网联络线CPS指标 越限的效果，图6中的右图为这两种方法对抑制电网联络线CPS指标越限的仿 真结果，CPS指标简单的说是评价互联电网各区域对频率控制的贡献或责任的 一种标准。从数据上来说，在本申请中可以将数值200定义为较优的指标数据， 数值越是接近于200，其指标越好。从图中可以看出，本申请提供的方法，其 CPS指标的波动较小，既使在CPS数值波动最大时，数值大约为50，而常规 的方法，其CPS指标的波动非常大，在CPS数值波动最大时，数值大约为-500， 由此可见，本申请提供的方法抑制电网联络线CPS指标越限的效果非常明显。

其中，CPS指标的要求如下：

式中：AVG_period[]为对括号中的值求平均值；

ACE_AVE-min为1分钟ACE的平均值，单位MW，要求每2s采样一次，然后 30个值取平均。

ΔF_AVE-min为1分钟频率偏差的平均值，单位Hz，要求1s采样一次，然后60 个值取平均。

B_i为控制区域的偏差系数，单位MW/0.1Hz，取正号。

ε₁为互联电网对全年1分钟频率平均偏差的均方根的控制目标值，这是一 个全网统一的量，单位为Hz，如0.03Hz。

对比本申请提供的方法和常规方法的仿真计算结果，可以得出本申请提供 的方法可有效降低电网联络线功率波动和抑制电网联络线CPS指标越限程度， 从而可以得到抽蓄机组水泵工况启动过程的最佳曲线。

本申请同时提供一种用于用于控制抽蓄机组水泵工况的启动过程的装置， 如图7所示，包括：

数据获取单元701，用于根据抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线，获取所 述抽蓄机组在水泵工况下的水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开 度α和扬程H的关系曲线，以及所述抽蓄机组在水泵工况下可进行短暂停留的 最小导叶开度α_min；

最大导叶开度获取单元702，用于根据水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵 效率η与导叶开度α和扬程H的关系曲线，确定所述抽蓄机组水泵工况达到目 标运行状态时的最大导叶开度α_max；

启动单元703，用于根据所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最 大导叶开度α_max，将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程划分为多个启动阶段； 依次完成多个启动阶段中的每个启动阶段，以使得最后一个启动阶段完成后， 所述导叶开度等于所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开 度α_max。

可选的，所述装置还包括：

抑制CPS指标越限的效果数据获取单元，用于将所述抽蓄机组水泵工况的 启动过程进行全数字仿真计算，获得所述启动过程对抑制电网联络线CPS指标 越限的效果数据。

可选的，所述数据获取单元，包括：

数据关系获取子单元，用于所述抽蓄机组水泵工况下，获取所述水泵流量 Q与所述导叶开度α和设定的扬程H的关系、所述水泵轴功率P与所述导叶开 度α和设定的扬程H的关系以及所述水泵效率η与所述导叶开度α和设定的扬 程H的关系；

函数关系确定子单元，用于对获取的三种关系进行分析，确定所述三种关 系为非线性函数关系；

极值点获取子单元，用于根据所述非线性函数关系、以及设定的扬程H， 获取所述非线性函数关系的极值点；

最大导叶开度确定子单元，用于将所述非线性函数关系的极值点对应的导 叶开度作为所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max。

可选的，所述启动单元还包括：

导叶开度划分子单元，用于将所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时 的最大导叶开度α_max划分为k个阶段，并获取每个阶段的导叶开度，依次完成 多个启动阶段中的每个启动阶段，最后一个阶段的导叶开度α_k＝α_max。

可选的，所述装置还包括：

持续运行子单元，用于在每个启动阶段完成后，保持当前导叶开度持续运 行指定的时间后，进入下一个启动阶段。

可选的，所述启动单元，还包括：

电动机功率变化量获取子单元，用于根据每个阶段导叶开度的变化，获取 导叶开度的变化对应的每个阶段i的电动机功率变化量， ΔP_i＝P_i(α_i)-P_i-1(α_i-1)＜P(α_max)，1≤i≤k，其中P₀(0)为导叶关闭时机组克服旋转 阻力所需的电动机功率；

可选的，所述抑制CPS指标越限的效果数据获取单元，包括：

仿真环境建立子单元，用于建立与所述抽蓄机组水泵工况在常态运行条件 下相同的电网仿真环境；

波动数据获取子单元，用于在所述电网仿真环境下，分别对所述启动过程 和常规启动过程进行全数字仿真计算，获得所述启动过程和常规启动过程下电 网联络线功率和频率的波动数据。

可选的，所述抑制CPS指标越限的效果数据获取单元，还包括：

计算结果对比子单元，用于对比所述启动过程和常规启动过程的计算结 果；

抑制CPS指标越限的效果数据获取子单元，用于若所述启动过程的计算结 果优于常规启动过程的计算结果，则获取所述启动过程对抑制电网联络线CPS 指标越限的效果数据。

本申请虽然实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技 术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此 本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输 出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。 内存是计算机可读介质的示例。

1、计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以 由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、 程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其 他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读 存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器 (CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁 磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算 设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读 媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

2、本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算 机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软 件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有 计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

Claims (15)

1.一种用于控制抽蓄机组水泵工况的启动过程的方法，其特征在于，包括：

根据抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线，获取所述抽蓄机组在水泵工况下的水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开度α和扬程H的关系曲线，以及所述抽蓄机组在水泵工况下可进行短暂停留的最小导叶开度α_min；

根据水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开度α和扬程H的关系曲线确定所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max，包括：所述抽蓄机组在水泵工况下，获取所述水泵流量Q与所述导叶开度α和设定的扬程H的关系、所述水泵轴功率P与所述导叶开度α和设定的扬程H的关系以及所述水泵效率η与所述导叶开度α和设定的扬程H的关系；对获取的三种关系进行分析，确定所述三种关系为非线性函数关系；根据所述非线性函数关系、以及设定的扬程H，获取所述非线性函数关系的极值点；将所述非线性函数关系的极值点对应的导叶开度作为所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max；

根据所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max，将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程划分为多个启动阶段，依次完成多个启动阶段中的每个启动阶段，以使得最后一个启动阶段完成后，所述导叶开度等于所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在最后一个启动阶段完成后，还包括：

将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程进行全数字仿真计算，获得所述启动过程对抑制电网联络线CPS指标越限的效果数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水泵工况下可进行短暂停留的最小导叶开度α_min，是指用于保证所述抽蓄机组在水泵工况下，可短时间内安全抽水运行的最小导叶开度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max，将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程划分为多个启动阶段，依次完成多个启动阶段中的每个启动阶段，具体为：

将所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max划分为k个阶段，并获取每个阶段的导叶开度，依次完成多个启动阶段中的每个启动阶段，最后一个阶段的导叶开度α_k＝α_max。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在每个启动阶段完成后，保持当前导叶开度持续运行指定的时间后，进入下一个启动阶段。

6.根据权利要求1或5所述的方法，还包括：

根据每个阶段导叶开度的变化，获取导叶开度的变化对应的每个阶段i的电动机功率变化量，ΔP_i＝P_i(α_i)-P_i-1(α_i-1)＜P(α_max)，1≤i≤k，其中P₀(0)为导叶关闭时机组克服旋转阻力所需的电动机功率。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程进行全数字仿真计算，包括：

建立与所述抽蓄机组水泵工况在常态运行条件下相同的电网仿真环境；

在所述电网仿真环境下，分别对所述启动过程和常规启动过程进行全数字仿真计算，获得所述启动过程和常规启动过程下电网联络线功率和频率的波动数据。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述启动过程对抑制电网联络线CPS指标越限的效果数据，包括：

对比所述启动过程和常规启动过程的计算结果；

若所述启动过程的计算结果优于常规启动过程的计算结果，则获取所述启动过程对抑制电网联络线CPS指标越限的效果数据。

9.一种用于控制抽蓄机组水泵工况的启动过程的装置，其特征在于，包括：

数据获取单元，用于根据抽蓄机组水泵水轮机的全特性曲线，获取所述抽蓄机组在水泵工况下的水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开度α和扬程H的关系曲线，以及所述抽蓄机组在水泵工况下可进行短暂停留的最小导叶开度α_min；

最大导叶开度获取单元，用于根据水泵流量Q、水泵轴功率P、水泵效率η与导叶开度α和扬程H的关系曲线确定所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max，包括：所述抽蓄机组在水泵工况下，获取所述水泵流量Q与所述导叶开度α和设定的扬程H的关系、所述水泵轴功率P与所述导叶开度α和设定的扬程H的关系以及所述水泵效率η与所述导叶开度α和设定的扬程H的关系；对获取的三种关系进行分析，确定所述三种关系为非线性函数关系；根据所述非线性函数关系、以及设定的扬程H，获取所述非线性函数关系的极值点；将所述非线性函数关系的极值点对应的导叶开度作为所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max；

启动单元，用于根据所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max，将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程划分为多个启动阶段，依次完成多个启动阶段中的每个启动阶段，以使得最后一个启动阶段完成后，所述导叶开度等于所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

抑制CPS指标越限的效果数据获取单元，用于将所述抽蓄机组水泵工况的启动过程进行全数字仿真计算，获得所述启动过程对抑制电网联络线CPS指标越限的效果数据。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述启动单元还包括：

导叶开度划分子单元，用于将所述抽蓄机组水泵工况达到目标运行状态时的最大导叶开度α_max划分为k个阶段，并获取每个阶段的导叶开度，依次完成多个启动阶段中的每个启动阶段，最后一个阶段的导叶开度α_k＝α_max。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

持续运行子单元，用于在每个启动阶段完成后，保持当前导叶开度持续运行指定的时间后，进入下一个启动阶段。

13.根据权利要求9或12所述的装置，其特征在于，所述启动单元，还包括：

电动机功率变化量获取子单元，用于根据每个阶段导叶开度的变化，获取导叶开度的变化对应的每个阶段i的电动机功率变化量，ΔP_i＝P_i(α_i)-P_i-1(α_i-1)＜P(α_max)，1≤i≤k，其中P₀(0)为导叶关闭时机组克服旋转阻力所需的电动机功率。

14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述抑制CPS指标越限的效果数据获取单元，包括：

仿真环境建立子单元，用于建立与所述抽蓄机组水泵工况在常态运行条件下相同的电网仿真环境；

波动数据获取子单元，用于在所述电网仿真环境下，分别对所述启动过程和常规启动过程进行全数字仿真计算，获得所述启动过程和常规启动过程下的电网联络线功率和频率的波动数据。

15.根据权利要求10所述的装置，所述抑制CPS指标越限的效果数据获取单元，还包括：

计算结果对比子单元，用于对比所述启动过程和常规启动过程的计算结果；

抑制CPS指标越限的效果数据获取子单元，用于若所述启动过程的计算结果优于常规启动过程的计算结果，则获取所述启动过程对抑制电网联络线CPS指标越限的效果数据。

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