CN109888841A - 一种发电机组负荷优化分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机组负荷优化分配方法，该方法为：依据机组实际效率特性曲线，考虑机组临界振动区的持续累计运行时间，采用逐次逼近法，按照给定的可分配机组集合不穿越振动区条件、穿越振动区条件、调整可分配机组集合等阶段进行综合耗水率最小寻优分配机组负荷。本发明能够解决目前水电机组负荷分配优化时未考虑机组的实际效率特性变化、未考虑机组临界振动区持续累计运行时间等问题。

Description

一种发电机组负荷优化分配方法

技术领域

本发明属于小水电技术领域，具体涉及一种发电机组负荷优化分配方法。

背景技术

小水电是清洁的可再生能源，近年得到了迅速发展。对于运行中的多台机组可以根据其效率曲线，充分利用机组高效率工况运行，进行优化负荷分配，能够提升水能利用率。

小水电机组负荷优化分配是找到在给定总负荷下寻找到全厂流量最小这个目标。但是在目前实际的实施中，采用的“水头-负荷-效率”模型大部分基于主机厂给出的理论数据或者模型试验给出的数据，因为模型数据都是静态设定的，当机组的真实效率(在同一个水头-负荷条件下)已经发生改变时，负荷分配算法将不能达到最优。而且目前负荷分配仅考虑避开振动区，在负荷分配时可以将避开振动区作为一个约束条件，对于临界振动区运行状况及持续时间没有考虑：临界振动区是临近振动区的负荷区，包括上临界区和下临界区。机组运行在临界区的特点是，机组运行稳定性尚可，但不能在此负荷区域长时间运行，应属于受控运行，当机组在临界振动区运行一段时间后，负荷分配程序应主动重新进行负荷分配，将该机组调整离开临界振动区。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种发电机组负荷优化分配方法，以解决现有技术水电机组负荷分配优化时未考虑机组的实际效率特性变化、未考虑机组临界振动区持续累计运行时间等问题。

本发明采取的技术方案为：一种发电机组负荷优化分配方法，其特征在于：该方法为：依据机组实际效率特性曲线，考虑机组临界振动区的持续累计运行时间，采用逐次逼近法，按照给定的可分配机组集合不穿越振动区条件、穿越振动区条件、调整可分配机组集合的阶段进行综合耗水率最小寻优分配机组负荷，具体步骤如下：

第一步：与电站水情监测系统通讯获得电站水头H测值，人工输入振动区/临界振动区设定，从电站计算机监控系统通讯读取全厂负荷给定值P_{st_e}，或者通过人工给定全厂负荷；从电站效率测量监测系统中读取当前各机组运行状态以及当前负荷值,并计算当前全厂实际总负荷P_{st_r}；

第二步：设定负荷调节死区值ΔP_d，如果|P_{st_r}-P_{st_e}|≤ΔP_d，那么不做任何负荷调整，直接返回第一步，准备下一个周期的负荷分配；

设定P_{st_av}为全厂最大总可用有功，P_res为全厂备用有功，如果P_{st_e}＞P_{st_av}-P_res，那么拒绝执行负荷分配，直接返回第一步，准备下一个周期的负荷分配；

第三步：根据时间最优原则，首先应该从已经在运行的机组中进行负荷分配，根据当前已经在运行的机组构造参与重新负荷分配的机组集合如下：

G_i∈{G_{r_1},G_{r_2}....G_{r_m}}，其中G_{r_1}、G_{r_2}…G_{r_m}为当前已经在运行的机组；

第四步：对参与重新负荷分配的机组集合G_i中的每一台机组设定初始可分配负荷范围(P_{i_min},P_{i_max})，P_{i_min}为可分配负荷下限，P_{i_max}为可分配负荷上限，即首先考虑不穿越振动区条件下进行尝试分配，确定该可分配负荷区的算法如下：

对于正在运行的机组，从效率在线监测系统中读取当前机组的实际负荷P，确定该机组的包含P的稳定负荷区和临界振动区，并根据该范围设定初试可调节负荷范围(P_{i_min},P_{i_max})；

第五步：调用效率采集/智能曲线拟合系统拟合获得的各机组的“水头-负荷-效率”模型，并根据水头，获得当前各机组负荷-效率拟合曲线如下公式：ξ＝a₁H ²P²+a₂H ²P+a₃H ²+a₄HP²+a₅HP+a₆H+a₇P²+a₈P+a₉

式中ξ为机组效率；

采用逐次逼近法，在给定的可分配机组集合、在给定的可调节负荷范围下根据综合耗水率最小寻优分配：

目标函数为：

式中：Q_{st_v}为名义全厂流量，h_i＝h(P_i)是第i台机组在负荷P_i下的惩罚系数函数，定义如下：

T_i是临界振动区单次持续运行的控制时间，惩罚系数函数主要用于在对目标函数寻优时，控制避免进入振动区以及临界振动区尝试间持续运行；

Q_i＝Q(P_i)为第i台机组的过机流量，P_i为第i台机组的有功功率，n为电站总可用机组数；

第六步：如寻优成功，则执行第九步，如不成功则判断当前分配的模式是否部分负荷分配(部分负荷分配就是指不穿越振动区条件下分配)，如果不是部分负荷分配，则执行第八步；

第七步：调整参与重新负荷分配的机组集合G_i中的每一台机组的可分配负荷范围(P_{i_min},P_{i_max})为该机组的全部可调节负荷范围(即考虑穿越振动区)，然后再执行第五步，重新进行负荷分配；

第八步：检查是否所有允许参与分配的机组都已经参与了分配(包括正在停止运行的机组)，如果是，则说明本次要求的负荷在现有约束条件下无法分配，直接返回，执行第一步,准备下一个周期的负荷分配；

调整可分配机组集合G_i，从停机态的机组中选择一台机组进入可分配机组集合G_i∈{G_{r_1},G_{r_2}....G_{r_n}}，在选择停机态的机组时，按照以下优先原则确定的顺序进行选择：

从当前时刻计算的停止运行时间T_i,off越长，越优先选择；

开机时间T_i,up越小(开机越快)，越优先选择；

然后跳转执行第四步，重新在新的机组集合中进行尝试负荷分配；

第九步：得到各机组的优化分配负荷P_i，将各机组的P_i通过数据通讯，发送给电站负荷控制系统。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的负荷优化分配方法在水电机组负荷分配优化时考虑到了实际效率特性变化和机组临界振动区持续累计运行时间，使得水电机组负荷分配更加精确合理和科学，有效解决目前水电机组负荷分配优化时未考虑机组的实际效率特性变化、未考虑机组临界振动区持续累计运行时间等问题。

附图说明

图1为本发明的系统流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1所示，一种发电机组负荷优化分配方法，该方法为：依据机组实际效率特性曲线，考虑机组临界振动区的持续累计运行时间，采用逐次逼近法，按照给定的可分配机组集合不穿越振动区条件、穿越振动区条件、调整可分配机组集合等阶段进行综合耗水率最小寻优分配机组负荷，具体步骤如下：

第一步：与电站水情监测系统通讯获得电站水头H测值，人工输入振动区/临界振动区设定，从电站计算机监控系统通讯读取全厂负荷给定值P_{st_e}，或者通过人工给定全厂负荷；从电站效率测量监测系统中读取当前各机组运行状态以及当前负荷值,并计算当前全厂实际总负荷P_{st_r}；

第二步：设定负荷调节死区值ΔP_d，如果|P_{st_r}-P_{st_e}|≤ΔP_d，那么不做任何负荷调整，直接返回第一步，准备下一个周期的负荷分配；

设定P_{st_av}为全厂最大总可用有功，P_res为全厂备用有功，如果P_{st_e}＞P_{st_av}-P_res，那么拒绝执行负荷分配，直接返回第一步，准备下一个周期的负荷分配；

第三步：根据时间最优原则,首先应该从已经在运行的机组中进行负荷分配。根据当前已经在运行的机组构造参与重新负荷分配的机组集合如下:

G_i∈{G_{r_1},G_{r_2}....G_{r_m}}，其中G_{r_1}、G_{r_2}…G_{r_m}为当前已经在运行的机组；

第四步：对参与重新负荷分配的机组集合G_i中的每一台机组设定初始可分配负荷范围(P_{i_min},P_{i_max})，P_{i_min}为可分配负荷下限，P_{i_max}为可分配负荷上限，即首先考虑不穿越振动区条件下进行尝试分配。确定该可分配负荷区的算法如下：

对于正在运行的机组，从效率在线监测系统中读取当前机组的实际负荷P，确定该机组的包含P的稳定负荷区和临界振动区，并根据该范围设定初试可调节负荷范围(P_{i_min},P_{i_max})；

第五步：调用效率采集/智能曲线拟合系统拟合获得的各机组的“水头-负荷-效率”模型，并根据水头，获得当前各机组负荷-效率拟合曲线如下公式：ξ＝a₁H ²P²+a₂H ²P+a₃H ²+a₄HP²+a₅HP+a₆H+a₇P²+a₈P+a₉

式中ξ为机组效率；

采用逐次逼近法，在给定的可分配机组集合、在给定的可调节负荷范围下根据综合耗水率最小寻优分配。

1)目标函数为：

式中：Q_{st_v}为名义全厂流量，h_i＝h(P_i)是第i台机组在负荷P_i下的惩罚系数函数，定义如下：

T_i是临界振动区单次持续运行的控制时间；

T_i是临界振动区单次持续运行的控制时间，上述惩罚系数函数主要用于在对目标函数寻优时，控制避免进入振动区以及临界振动区尝试间持续运行；

Q_i＝Q(P_i)为第i台机组的过机流量，P_i为第i台机组的有功功率，n为电站总可用机组数；

采用名义总流量作为寻优的目标函数的目的是寻优时避开振动区运行以及避免机组在临界振动区长时间运行，当给定负荷P_i位于振动去或者在临界振动区而且运行时间已经超过最长允许时间时，那么该机组的惩罚系数h_i＝h(P_i)是个无穷大的数，对应的Q_{st_v}也必然无穷大，那么在寻优过程中该负荷一定会被丢弃，在P_i位于稳定区或者在临界区段时间运行情况下，h_i＝h(P_i)＝1，Q_{st_v}＝Q_st；

2)负荷响应速度指标，以最快速响应为指标，在同样条件下优选已经在运行的机组；

3)电站功率平衡：

其中：P_st为电站全厂所需总有功；

4)机组有功限制：P_{i_min}≤P_i≤P_{i_max}

5)电站备用容量限制：

6)其中P_{av_i}为第i台机组的可用有功，P_res为全厂最低备用容量限制。

7)下泄流量限制：Q_st≥Q_min

其中Q_st全厂总流量，Q_min为全厂最低下泄总流量；

第六步：如寻优成功，则执行第九步，如不成功则判断当前分配的模式是否部分负荷分配(部分负荷分配就是指不穿越振动区条件下分配)，如果不是部分负荷分配，则执行第八步；

第七步：调整参与重新负荷分配的机组集合G_i中的每一台机组的可分配负荷范围(P_{i_min},P_{i_max})为该机组的全部可调节负荷范围(即考虑穿越振动区)，然后再执行第五步，重新进行负荷分配；

第八步：检查是否所有允许参与分配的机组都已经参与了分配(包括正在停止运行的机组)，如果是，则说明本次要求的负荷在现有约束条件下无法分配，直接返回，执行第一步，准备下一个周期的负荷分配；

调整可分配机组集合G_i，从停机态的机组中选择一台机组进入可分配机组集合G_i∈{G_{r_1},G_{r_2}....G_{r_n}}，在选择停机态的机组时，按照以下优先原则确定的顺序进行选择：

从当前时刻计算的停止运行时间T_i,off越长，越优先选择；

开机时间T_i,up越小(开机越快)，越优先选择；

然后跳转执行第四步，重新在新的机组集合中进行尝试负荷分配；

第九步：得到各机组的优化分配负荷P_i，将各机组的P_i通过数据通讯，发送给电站负荷控制系统。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式实例，本发明的保护范围并不局限于此。熟悉该技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易找到变化或替换方式，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。为此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种发电机组负荷优化分配方法，其特征在于：该方法为：依据机组实际效率特性曲线，考虑机组临界振动区的持续累计运行时间，采用逐次逼近法，按照给定的可分配机组集合不穿越振动区条件、穿越振动区条件、调整可分配机组集合的阶段进行综合耗水率最小寻优分配机组负荷，具体步骤如下：

第一步：与电站水情监测系统通讯获得电站水头H测值，人工输入振动区/临界振动区设定，从电站计算机监控系统通讯读取全厂负荷给定值P_{st_e}，或者通过人工给定全厂负荷；从电站效率测量监测系统中读取当前各机组运行状态以及当前负荷值,并计算当前全厂实际总负荷P_{st_r}；

第二步：设定负荷调节死区值ΔP_d，如果|P_{st_r}-P_{st_e}|≤ΔP_d，那么不做任何负荷调整，直接返回第一步，准备下一个周期的负荷分配；

设定P_{st_av}为全厂最大总可用有功，P_res为全厂备用有功，如果P_{st_e}＞P_{st_av}-P_res，那么拒绝执行负荷分配，直接返回第一步，准备下一个周期的负荷分配；

第三步：根据时间最优原则，首先应该从已经在运行的机组中进行负荷分配，根据当前已经在运行的机组构造参与重新负荷分配的机组集合如下：

G_i∈{G_{r_1},G_{r_2}....G_{r_m}}，其中G_{r_1}、G_{r_2}…G_{r_m}为当前已经在运行的机组；

第四步：对参与重新负荷分配的机组集合G_i中的每一台机组设定初始可分配负荷范围(P_{i_min},P_{i_max})，P_{i_min}为可分配负荷下限，P_{i_max}为可分配负荷上限，即首先考虑不穿越振动区条件下进行尝试分配，确定该可分配负荷区的算法如下：

对于正在运行的机组，从效率在线监测系统中读取当前机组的实际负荷P，确定该机组的包含P的稳定负荷区和临界振动区，并根据该范围设定初试可调节负荷范围(P_{i_min},P_{i_max})；

第五步：调用效率采集/智能曲线拟合系统拟合获得的各机组的“水头-负荷-效率”模型，并根据水头，获得当前各机组负荷-效率拟合曲线如下公式：ξ＝a₁H²P²+a₂H²P+a₃H²+a₄HP²+a₅HP+a₆H+a₇P²+a₈P+a₉

式中ξ为机组效率；

采用逐次逼近法，在给定的可分配机组集合、在给定的可调节负荷范围下根据综合耗水率最小寻优分配：

目标函数为：

式中：Q_{st_v}为名义全厂流量，h_i＝h(P_i)是第i台机组在负荷P_i下的惩罚系数函数，定义如下：

T_i是临界振动区单次持续运行的控制时间；

Q_i＝Q(P_i)为第i台机组的过机流量，P_i为第i台机组的有功功率，n为电站总可用机组数；

第六步：如寻优成功，则执行第九步，如不成功则判断当前分配的模式是否部分负荷分配，如果不是部分负荷分配，则执行第八步；

第七步：调整参与重新负荷分配的机组集合G_i中的每一台机组的可分配负荷范围(P_{i_min},P_{i_max})为该机组的全部可调节负荷范围，然后再执行第五步，重新进行负荷分配；

第八步：检查是否所有允许参与分配的机组都已经参与了分配，如果是，直接返回，执行第一步，准备下一个周期的负荷分配；

调整可分配机组集合G_i，从停机态的机组中选择一台机组进入可分配机组集合G_i∈{G_{r_1},G_{r_2}....G_{r_n}}，在选择停机态的机组时，按照以下优先原则确定的顺序进行选择：

从当前时刻计算的停止运行时间T_i,off越长，越优先选择；

开机时间T_i,up越小，越优先选择；

然后跳转执行第四步，重新在新的机组集合中进行尝试负荷分配；

第九步：得到各机组的优化分配负荷P_i，将各机组的P_i通过数据通讯，发送给电站负荷控制系统。