CN110661302B - 一种基于穷举的水电站agc有功分配方法 - Google Patents

Abstract

一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法，包括以下步骤：针对AGC分配后各机组分布于不同运行区的机组分布方式，构建量化函数f，以反映不同AGC分配结果的优劣性；对AGC分配后所有可能的机组分布方式进行穷举，共有2ⁿ种分布方式，式中n为参与AGC运算的机组数量；计算所有机组分布方式对应的全站有功调节区域的上限值和下限值，并从中筛选出对全站有功目标值而言可行的机组分布方式；对筛选出的机组分布方式，使用构建的量化函数f对其优劣性进行计算，并从中选择计算结果最优的一种机组分布方式；以选择的机组分布方式为基础，计算各机组的单机AGC有功分配值，本发明可以满足多振动区、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。

Description

一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法

技术领域

本发明涉及水力发电控制技术领域，特别涉及一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法。

背景技术

水电站对于有功出力的控制普遍采用先将全站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)，然后由各台机组功率调节机构根据单机AGC有功分配值分别进行闭环调节的方式。但目前在各水电站的实际应用中，自动发电控制功能仍然存在算法粗糙、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。

基于以上原因，文献1《一种水电站自动发电有功出力控制方法》(申请公布号CN105914795A)、文献2《一种水电站自动发电有功出力控制参数预处理方法》(申请公布号CN105811473A)、文献3《一种基于机组组合出力模型的水电站AGC有功分配方法》(申请公布号CN105870979A)、文献4《一种面向具有多运行区水电机组的多机组合建模方法》(申请公布号CN106056236A)、文献5《考虑复杂约束的水电站AGC控制策略》(电机工程学报第37卷第19期)、文献6《南方电网水电厂AGC算法设计及调节性能评估》(水电与抽水蓄能第3卷第5期)共同提出了一种水电站自动发电有功出力控制方法，能根据水电站的全站有功目标值计算各台机组的单机有功设定值，并对各台机组分别进行闭环反馈调节，同时满足机组规避振动区和电网一次调频的运行要求。

但文献1-6为了保证所提出方法的通用性，采用了由联合建模、单机分布方式计算、有功分配计算三个步骤组成的AGC分配方法。该方法虽然对任意复杂工况的水电站均有较好的适用性，并通过预先建模和快速收敛的方法精简了实际功率调节过程中的计算量，控制了AGC调节的响应时间，但其算法设计较为繁琐，于是必然导致AGC程序的复杂性较高，从而不可避免带来AGC程序编写、调试、维护、修改、优化等环节的繁琐性，以及由此而来的客观上的安全风险。

考虑到目前国内绝大部分水电站的工况复杂性有限，主要体现在两个方面：1)机组的可用运行区均不超过2个，且有明显的优先级区分，例如限制运行区、建议运行区；2)机组数量不超过10台(如澜沧江流域目前规模最大的水电站糯扎渡电站有9台机组)，或参与AGC运算的机组数量不超过10台(如国内第二大电站溪洛渡电站虽然有18台机组，但分别参与左、右岸AGC运算，左岸AGC和右岸AGC分别对所属的9台机组进行有功分配)。因此即使在一定程度上放弃对任意复杂工况水电站的兼容性，采用一种基于穷举、量化、比较的计算量较大的AGC分配方法，也可以保证在AGC调节响应时间满足要求的前提下，适用于国内绝大部分水电站。并且从降低AGC程序复杂性、控制AGC程序开发维护工作量、抑制安全风险、压缩成本投入等方面来看，提出一种较为简单的AGC分配方法，使其相比文献1-6提出的AGC分配方法具有更强的实用性，是完全必要的。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法，能根据水电站的全站有功目标值计算各台机组的单机AGC有功分配值，从而给出各台机组有功功率闭环反馈调节的调节目标。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法，包括以下步骤：

S1000)针对AGC分配后各机组分布于不同运行区的机组分布方式，构建量化函数f，以反映不同AGC分配结果的优劣性；

S2000)对AGC分配后所有可能的机组分布方式进行穷举，共有2ⁿ种分布方式，式中n为参与AGC运算的机组数量；

S3000)计算所有机组分布方式对应的全站有功调节区域的上限值和下限值，并从中筛选出对全站有功目标值而言可行的机组分布方式；

S4000)对S3000筛选出的机组分布方式，使用S1000构建的量化函数f对其优劣性进行计算，并从中选择计算结果最优的一种机组分布方式；

S5000)以S4000选择的机组分布方式为基础，计算各机组的单机AGC有功分配值，计算方法可采用或借鉴已有的方法，例如文献1-6所提出的AGC分配方法。

所述的S1000包括：

S1100)构建适用于全站有功目标值不会在短时间内往复变化的水电站的量化函数

式中x为该种机组分布方式下处于限制运行区的机组数量，y为该种机组分布方式下需要穿越振动区的机组数量，z为该种机组分布方式下处于限制运行区的机组加权数量；

S1200)构建适用于由于参与电网二次调频等原因，导致全站有功目标值可能会在短时间内往复变化的水电站的量化函数

式中△z为该种机组分布方式下需要穿越振动区的机组加权数量，ε为反映全站有功目标值在未来短时间内往复变化而导致机组频繁穿越振动区的可能性的变量，可能性较大时ε为1，否则为0。

所述的S3000包括：

S3100)分别对当前水头，各种机组分布方式下，每台机组所处运行区的下限值，求其总和，得到该种机组分布方式对应的全站有功调节区域的下限值；

S3200)分别对当前水头，各种机组分布方式下，每台机组所处运行区的上限值，求其总和，得到该种机组分布方式对应的全站有功调节区域的上限值；

S3300)将全站有功目标值分别与各种机组分布方式下的全站有功调节区域进行比较，若全站有功目标值大于等于某种机组分布方式的全站有功调节区域的下限值，并小于等于其全站有功调节区域的上限值，则对全站有功目标值而言，该种机组分布方式可行。

所述的S4000包括：

S4100)对于全站有功目标值不会在短时间内往复变化的水电站，使用量化函数f₁对S3000筛选出的各种机组分布方式的优劣性进行计算，并从中选择计算结果最优的一种机组分布方式，包括：

S4110)计算量化函数f₁的自变量

式中θⁱ为该种机组分布方式下，机组i是否处于限制运行区的标识，处于限制运行区时为1，处于建议运行区时为0；

S4120)计算量化函数f₁的自变量

式中σⁱ为机组i是否需要穿越振动区的标识，即在该种机组分布方式下，机组i所处的运行区与当前工况下(即AGC重新分配前)该机组所处的运行区是否一致，如果一致则为0，否则为1；

S4130)计算量化函数f₁的自变量

式中ηⁱ为机组i进入不良区间运行的优先级参数，根据机组实际运行工况或历史运行工况进行整定；

S4140)将自变量x、y、z代入量化函数f₁得出计算结果；

S4150)将以上步骤S4110至S4140应用于S3000筛选出的各种机组分布方式，对所有结果进行比较，取其最小值，并选择该最小值所对应的机组分布方式。

S4200)对于由于参与电网二次调频等原因，导致全站有功目标值可能会在短时间内往复变化的水电站，使用量化函数f₂对S3000筛选出的各种机组分布方式的优劣性进行计算，并从中选择计算结果最优的一种机组分布方式，包括：

S4210)计算量化函数f₂的自变量

S4220)计算量化函数f₂的自变量

S4230)计算量化函数f₂的自变量

S4240)计算量化函数f₂的自变量

S4250)计算量化函数f₂的自变量ε，其可选的赋值规则包括：

1)从因果性出发，当水电站接受电网二次调频控制时，ε倾向于取1，反之则倾向于取0，例如可采用公式ε＝μ，式中μ为电站接受电网二次调频控制的标识，电站接受电网二次调频控制时为1，否则为0；

2)从相关性出发，若过去一段时间内全站有功目标值频繁往复变化，则ε倾向于取1，反之则倾向于取0，可采用公式

式中a为过去一段时间内全站有功目标值变化的次数，b为过去一段时间内全站有功目标值增加的次数，c为过去一段时间内全站有功目标值减少的次数，d、ε'为人工设置的经验参数；

3)同时从因果性和相关性出发，可采用公式

S4260)将自变量x、y、z、△z、ε代入量化函数f₂得出计算结果；

S4270)将以上步骤S4210至S4260应用于S3000筛选出的各种机组分布方式，对所有结果进行比较，取其最小值，并选择该最小值所对应的机组分布方式。

本发明的有益效果：

1.本发明在单机AGC有功分配值计算过程中，穷举所有机组分布方式并对其优劣性进行量化，以此获得最佳的AGC有功分配方法，可以满足多振动区、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。

2.本发明将全站有功目标值在未来短时间内往复变化的可能性引入量化函数，可以有效防止由于全站有功目标值往复变化而导致机组频繁来回穿越振动区的问题。

3.本发明相比已有的技术或发明，在尽量不降低算法适用性的前提下，以适当增加运算量为代价，大幅降低了AGC有功分配环节的逻辑复杂性，与文献1-6所提出的方法相比，本发明大致相当于文献1所提出方法的S5100至S6100步骤，以及文献5的2.2至2.4节步骤，并且可以替代文献3以及文献4的绝大部分内容，两相比较可以看出，本发明是对文献1-6提出方法的极大精简。

虽然增加了运算量，但由于程序复杂性降低，本发明方法的运算时间有可能反而低于文献1-6提出的方法，使用MATLAB对两种方法进行仿真比较发现：1)本发明方法的代码长度大幅精简到文献1-6提出方法的50％左右；2)在机组数量不大于10台的情况下，本发明方法的运算时间远低于文献1-6提出的方法，例如使用CPU为Intel core i7-77003.60GHz、内存为8GB的电脑通过MATLAB R2018a对9台机组进行1次AGC分配的时间，本发明方法平均约为0.13秒，其中确定最优机组分布方式环节用时约0.11秒；而文献1-6提出的方法平均约为0.16秒，其中确定最优机组分布方式环节用时约0.14秒。

附图说明

图1为本发明基于穷举的水电站AGC有功分配方法的主流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

为了更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合华能澜沧江水电股份有限公司糯扎渡式电站工程背景，并附图为例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此，所述是对本发明的解释而不是限定。糯扎渡电站是澜沧江下游核心工程，也是实施云电外送的骨干电源。电站安装9台650MW机组，总装机容量5850MW，其中1至6号水轮机由哈尔滨电机厂有限责任公司提供；7至9号水轮机由上海福伊特水电设备有限公司提供。本发明所使用的9台机组在6个水头下的运行区域划分，来自于电站2015年的运行稳定性试验数据，如表1所示。本发明以糯扎渡电站全站有功目标值从2000MW调整为2500MW为例，当时电站水头为204m，1、2、3、4、7、8号机组处于发电态且投入AGC控制，AGC分配值分别为200、550、220、200、230、600MW，穿越振动区或进入限制运行区的优先级参数分别为1、2、3、4、5、6，其中2号机、8号机处于建议运行区，其它机组处于限制运行区。

表1机组运行区域

本发明提供的基于穷举的水电站AGC有功分配方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1000)针对AGC分配后各机组分布于不同运行区的机组分布方式，构建量化函数f，以反映不同的AGC分配结果的优劣性，在本实施方式中使用函数

当自变量ε为0时，函数f₂的计算结果与函数f₁相同，因此相比函数f₁而言，函数f₂更具有代表性。

S2000)对AGC分配后所有可能的机组分布方式进行穷举，共有2ⁿ种分布方式，式中n为参与AGC运算的机组数量，在本实施例中共有64(2⁶)种机组分布方式。

S3000)计算所有的机组分布方式对应的全站有功调节区域的上限值和下限值，并从中筛选出对全站有功目标值而言可行的机组分布方式。为便于描述在本实施例中采用6位2进制数代表机组分布方式，从高位到低位分别代表1、2、3、4、7、8所处的运行区，当机组处于限制运行区时为0，处于建议运行区时为1，于是得到表2，其中的可行的机组分布方式以加粗斜体表示：

表2各种机组分布方式及对应的全站有功调节区域

S4000)对S3000筛选出的机组分布方式，使用S1000构建的量化函数f对其优劣性进行计算，并从中选择计算结果最优的一种机组分布方式，由于本实施方式使用函数

因此包括以下步骤：

S4210)计算量化函数f₂的自变量

S4220)计算量化函数f₂的自变量

S4230)计算量化函数f₂的自变量

S4240)计算量化函数f₂的自变量

S4250)计算量化函数f₂的自变量ε，本实施例采用公式

其中d＝2，ε'＝0.5，假设有以下4种情况：

1)水电站未接受电网二次调频控制，则ε＝0；

2)电站接受电网二次调频控制，且在给定的过去一段时间内，全站有功目标值没有发生过变化，则

ε＝0；

3)水电站接受电网二次调频控制，且在给定的过去一段时间内，全站有功目标值变化5次，其中1次为全站目标有功值增加，4次为全站有功目标值减小，则

ε＝0；

4)水电站接受电网二次调频控制，且在给定的过去一段时间内，全站有功目标值变化5次，其中3次为全站目标有功值增加，2次为全站有功目标值减小，则

ε＝1。

S4260)将自变量x、y、z、△z、ε代入量化函数f₂得出计算结果；

S4270)将以上步骤S4210至S4260应用于S3000筛选出的各种机组分布方式，对所有结果进行比较，得到表3，取其最小值(以加粗斜体表示)，并选择该最小值所对应的机组分布方式：当ε为0时(对应S4250列举4种情况的前3种)，即全站有功目标值在未来短时间内往复变化的可能性较小时，采用1号机组处于限制运行区，其余机组处于建议运行区的分布方式；当ε为1时(对应S4250列举4种情况的第4种)，即全站有功目标值在未来短时间内往复变化的可能性较大时，采用3、4、7号机组处于限制运行区，1、2、8号机组处于建议运行区的分布方式。

表3各机组分布方式所对应的量化函数计算结果

S5000)以S4000选择的机组分布方式为基础，计算各机组的单机AGC有功分配值，若按文献1-6所提出的AGC分配方法(单机AGC有功分配步长为30MW)，则当ε取不同值时，各机组单机AGC有功分配值分别为(为节省篇幅具体计算过程不再赘述)：

1)ε为0时，1号机170MW、2号机500MW、3号机460MW、4号机460MW、7号机430MW、8号机480MW；

2)ε为1时，1号机610MW、2号机610MW、3号机220MW、4号机200MW、7号机260MW、8号机600MW。

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，例如：对本发明的实施步骤进行一定调整，根据当前运行工况预先对所有可能的机组分布方式进行穷举，并计算各种机组分布方式对应的全站有功调节区域和量化函数，当全站有功目标值变化后，只需将全站有功目标值与各种机组分布方式对应的全站有功调节区域进行匹配，并检索最小的量化函数计算结果，从而减少计算量以达到降低AGC分配运算时间的作用，这些变化和改进都在要求保护的本发明范围内。

以上实验均为内部保密试验。

Claims (6)

1.一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1000)针对AGC分配后各机组分布于不同运行区的机组分布方式，构建量化函数f，以反映不同AGC分配结果的优劣性；

S2000)对AGC分配后所有可能的机组分布方式进行穷举，共有2ⁿ种分布方式，式中n为参与AGC运算的机组数量；

S3000)计算所有机组分布方式对应的全站有功调节区域的上限值和下限值，并从中筛选出对全站有功目标值而言可行的机组分布方式；

S4000)对S3000筛选出的机组分布方式，使用S1000构建的量化函数f对其优劣性进行计算，并从中选择计算结果最优的一种机组分布方式；

S5000)以S4000选择的机组分布方式为基础，计算各机组的单机AGC有功分配值。

2.根据权利要求1所述的一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法，其特征在于，所述的S1000包括：

S1100)构建适用于全站有功目标值不会在短时间内往复变化的水电站的量化函数

式中x为该种机组分布方式下处于限制运行区的机组数量，y为该种机组分布方式下需要穿越振动区的机组数量，z为该种机组分布方式下处于限制运行区的机组加权数量；

S1200)构建适用于由于参与电网二次调频的原因，导致全站有功目标值可能会在短时间内往复变化的水电站的量化函数

式中△z为该种机组分布方式下需要穿越振动区的机组加权数量，ε为反映全站有功目标值在未来短时间内往复变化而导致机组频繁穿越振动区的可能性的变量，可能性较大时ε为1，否则为0。

3.根据权利要求1所述的一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法，其特征在于，所述的S3000包括：

S3100)分别对当前水头，各种机组分布方式下，每台机组所处运行区的下限值，求其总和，得到该种机组分布方式对应的全站有功调节区域的下限值；

S3200)分别对当前水头，各种机组分布方式下，每台机组所处运行区的上限值，求其总和，得到该种机组分布方式对应的全站有功调节区域的上限值；

S3300)将全站有功目标值分别与各种机组分布方式下的全站有功调节区域进行比较，若全站有功目标值大于等于某种机组分布方式的全站有功调节区域的下限值，并小于等于其全站有功调节区域的上限值，则对全站有功目标值而言，该种机组分布方式可行。

4.根据权利要求2所述的一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法，其特征在于，所述的S4000包括：

S4100)对于全站有功目标值不会在短时间内往复变化的水电站，使用量化函数f₁对S3000筛选出的各种机组分布方式的优劣性进行计算，并从中选择计算结果最优的一种机组分布方式；

S4200)对于由于参与电网二次调频，导致全站有功目标值可能会在短时间内往复变化的水电站，使用量化函数f₂对S3000筛选出的各种机组分布方式的优劣性进行计算，并从中选择计算结果最优的一种机组分布方式。

5.根据权利要求4所述的一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法，其特征在于，所述的S4100)包括：

S4110)计算量化函数f₁的自变量

式中θⁱ为该种机组分布方式下，机组i是否处于限制运行区的标识，处于限制运行区时为1，处于建议运行区时为0；

S4120)计算量化函数f₁的自变量

式中σⁱ为机组i是否需要穿越振动区的标识，即在该种机组分布方式下，机组i所处的运行区与当前工况下该机组所处的运行区是否一致，如果一致则为0，否则为1；

S4130)计算量化函数f₁的自变量

式中ηⁱ为机组i进入不良区间运行的优先级参数，根据机组实际运行工况或历史运行工况进行整定；

S4140)将自变量x、y、z代入量化函数f₁得出计算结果；

S4150)将以上步骤S4110至S4140应用于S3000筛选出的各种机组分布方式，对所有结果进行比较，取其最小值，并选择该最小值所对应的机组分布方式。

6.根据权利要求5所述的一种基于穷举的水电站AGC有功分配方法，其特征在于，所述的S4200)包括：

S4210)计算量化函数f₂的自变量

S4220)计算量化函数f₂的自变量

S4230)计算量化函数f₂的自变量

S4240)计算量化函数f₂的自变量

S4250)计算量化函数f₂的自变量ε，其可选的赋值规则包括：

1)从因果性出发，当水电站接受电网二次调频控制时，ε取1，反之则取0，采用公式ε＝μ，式中μ为电站接受电网二次调频控制的标识，电站接受电网二次调频控制时为1，否则为0；

2)从相关性出发，若过去一段时间内全站有功目标值频繁往复变化，则ε取1，反之则取0，可采用公式

式中a为过去一段时间内全站有功目标值变化的次数，b为过去一段时间内全站有功目标值增加的次数，c为过去一段时间内全站有功目标值减少的次数，d、ε'为人工设置的经验参数；

3)同时从因果性和相关性出发，可采用公式

S4260)将自变量x、y、z、△z、ε代入量化函数f₂得出计算结果；

S4270)将以上步骤S4210至S4260应用于S3000筛选出的各种机组分布方式，对所有结果进行比较，取其最小值，并选择该最小值所对应的机组分布方式。

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