CN110989548B - 一种水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法 - Google Patents

Abstract

一种水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法，包括以下操作：S1000)设置对机组有功功率是否处于正常区间进行监测的模块；S2000)设置对机组有功功率采集是否正常进行监测的模块；S3000)设置对机组有功功率是否正常调节进行监测的模块；S4000)设置对机组有功功率是否能够调节到位进行监测的模块；S5000)当机组单机有功功率闭环调节功能投入时，启动以上S1000至S4000设置的监测模块，如果S3000、S4000两个模块中的任何一个监测到异常，或者S1000、S2000两个模块中的任何一个连续若干运算周期或连续若干时间均监测到异常，则退出单机有功功率闭环调节功能。本发明采用了四种异常监测模块对单机有功功率闭环调节功能的异常进行综合判定，可以有效防止漏判情况的产生。

Description

一种水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法

技术领域

本发明涉及水力发电自动控制技术领域，特别涉及一种水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法。

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)或调速器进行闭环调节的方式，其中各机组分别自行对单机有功功率进行闭环调节的功能是水电站有功出力控制的基础与核心。

在部分异常情况下，例如当机组有功功率采样反馈装置故障，或机组调节机构失效时，会导致该机组单机有功功率闭环调节功能异常，如果此时不能正确对异常状态进行判断，而是继续按照预设逻辑对该机组或水电站其它设备进行控制，可能会导致事件的进一步恶化，危及电网稳定，甚至危害到设备和人身安全。因此各水电站均设置了针对单机有功功率闭环调节功能异常的判定策略，在判断单机有功功率闭环调节功能无法正常工作或可能无法正常工作时，将单机有功功率闭环调节功能退出，从而防止运行工况的进一步恶化。

目前行业内普遍采用应对单机有功功率闭环调节功能异常的策略主要包括两条：1)当机组有功功率瞬时发生突变时，即连续两次采样的有功功率测值差值绝对值过大，则退出该机组单机有功功率闭环调节；2)当机组有功功率长期无法调节到位时，即在机组有功功率设定值保持不变的前提下，机组有功功率实发值与有功功率设定值的差值绝对值大于单机有功功率调节死区，且该状态持续时间超过预定时间，则退出该机组单机有功功率闭环调节功能。

水电站实际运行经验表明，以上两条策略虽然可以实现对大部分单机有功功率调节闭环功能异常的有效判定，但仍然存在漏判的可能性，单机有功功率调节异常导致的电站、电网稳定性事件仍然时有发生。例如：

1)案例1，2018年南方电网某水电站1号机发电过程中，进水口事故门异常下落，导致1号机有功功率持续下降，由于机组有功功率降低是一个缓慢逐渐的过程，因此没有触发机组有功功率突变退出单机有功功率闭环调节功能的逻辑。

为弥补该水电站损失的有功功率，电网多次对包括该水电站在内的多个并网电站重新进行有功功率分配，在将该电站损失出力部分转移至其它电站的同时，也对该电站的全站有功功率设定值进行修正，修正后的全站有功功率设定值低于原全站有功功率设定值但高于全站有功功率实发值。

由于全站有功功率设定值改变，触发了水电站AGC分配条件，电站AGC重新对各机组有功功率设定值进行分配，由于1号机组有功功率设定值多次发生改变，因此也未能触发机组有功功率长期无法调节到位退出单机有功功率闭环调节功能的逻辑。同时受电站AGC重新分配的影响，除1号机组外其它机组有功功率设定值也在不断降低，从而进一步恶化了该水电站的有功功率损失情况，最终导致3分钟内全站功率降低约745MW(1458MW至713MW)，其中1号机功率降低约360MW(297MW至-65MW)，约占电站功率损失总量的50％。

2)案例2，假设水电站某机组在单机有功功率调节过程中，有功功率测量装置卡死，导致调节机构收到的机组有功功率反馈值不再发生变化，从而持续根据错误的机组有功功率测值与机组有功功率设定值之差进行调节，直至严重超调。虽然最终会触发机组有功功率长期无法调节到位退出单机有功功率闭环调节功能的逻辑，但由于在退出单机有功功率闭环调节功能前，已经经历了长时间的调节过程，因此仍然无法避免水电站实发有功功率在长时间内大幅偏离水电站有功功率设定值的结果，从而给电网的安全稳定造成严重威胁。

由于水力发电领域内，长期以来对有功功率调节功能的重视程度有所欠缺，且将主要精力集中在调节、分配等环节的性能优化方面，忽视了对有功功率调节功能异常监测和安全策略的研究，导致以上提出的两个问题，以及其它类似问题，均尚未得到妥善解决。

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水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法，能够在水轮发电机单机有功功率闭环调节功能失效或无法正常工作的情况下，及时对异常情况进行判定，并退出该机组的单机有功功率闭环调节功能，从而使水电站的有功功率输出和发电设备运行尽量保持在一个较为稳定的状态。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法，包括以下操作：

S1000)设置对机组有功功率是否处于正常区间进行监测的模块；

S2000)设置对机组有功功率采集是否正常进行监测的模块；

S3000)设置对机组有功功率是否正常调节进行监测的模块；

S4000)设置对机组有功功率是否能够调节到位进行监测的模块；

S5000)当机组单机有功功率闭环调节功能投入时，启动以上S1000至S4000设置的监测模块，如果S3000、S4000设置两个模块中的任何一个监测到异常，或者S1000、S2000设置两个模块中的任何一个连续若干运算周期或连续若干时间均监测到异常，则退出单机有功功率闭环调节功能。

所述的步骤S1000)具体包括以下操作：

S1100)根据不同时刻机组处于发电态下的有功功率、导叶开度、水头(可选)的历史数据，进行机组有功功率的正常区间建模。

S1110)如果机组水头数据不可靠，测值采集的准确性、稳定性较低，则仅根据不同时刻机组有功功率、导叶开度的历史数据，进行机组有功功率正常区间的二维建模：

S1111)由于固定水头下，水轮发电机组有功功率基本随导叶开度等比例增加，因此构建β₁×d+β₂(1)作为有功功率正常区间上下限的预测方程，其中β₁、β₂为方程系数，d为机组导叶开度，并估计β₁、β₂的大致区域；

S1112)按照间隔密度，在S1111估计的β₁、β₂的大致区域内，选取所有不同的方程系数组合，并将不同时刻机组有功功率、导叶开度的历史数据代入方程β₁×d+β₂-p(2)，其中p为机组有功功率；

S1113)选取使式(2)所有计算结果均大于0，且所有结果总和最小的β₁、β₂作为机组有功功率正常区间上限的方程系数，代入式(1)后即得到正常区间的上限方程

其中

为机组有功功率的正常区间上限；

S1114)选取使式(2)所有计算结果均小于0，且所有结果总和最大的β₁、β₂作为机组有功功率正常区间下限的方程系数，代入式(1)即得到正常区间的下限方程p＝f₂(d)，其中p为机组有功功率的正常区间下限；

S1115)按照有功功率不小于0，不显著超过额定功率的规律对S1113所得的正常区间上限方程和S1114所得的正常区间下限方程进行修正，得到修正后的有功功率正常区间上限方程

和下限方程p＝f₄(d)。

S1120)如果机组水头数据可靠，测值采集的准确性、稳定性较高，则根据不同时刻机组有功功率、导叶开度、水头的历史数据，进行机组有功功率正常区间的三维建模；

S1121)根据不同时刻机组有功功率、导叶开度、水头的历史数据，利用最小二乘法构建拟合方程p'＝f(d,h)，其中h为水头；

S1122)将不同时刻机组有功功率、导叶开度的历史数据代入方程p-f(d,h)(3)，并取所有计算结果中的最大值Δp_max、Δp_min；

S1123)

即为机组有功功率正常区间的上限方程；

S1124)p＝f(d,h)+Δp_min即为机组有功功率正常区间的下限方程。

S1125)按照有功功率不小于0，不显著超过额定功率的规律，对S1123所得的正常区间上限方程和S1124所得的正常区间下限方程进行修正，得到修正后的有功功率正常区间上限方程

和下限方程p＝f₆(d)。

S1200)根据S1100建立的机组有功功率正常区间模型，将当前的导叶开度、水头测值，代入S1115或S1125所得的机组有功功率正常区间的上限方程和下限方程，分别对有功功率正常区间的上下限进行计算；

S1300)如果机组处于发电态，则将机组有功功率实发值与S1200计算得出的有功功率正常区间的上下限进行比较，如果有功功率实发值低于有功功率正常区间下限，或者高于有功功率正常区间上限，则判定有功功率实发值不处于正常区间，模块监测到异常。

S2000)具体包括以下操作：

S2100)对机组有功功率测量装置的状态进行监测，当监测到装置告警、通信中断、模拟量超过工程值上下限、信号突变等状态时，判断该有功功率测量装置异常；

S2200)当机组主用有功功率测量装置与备用有功功率测量装置均监测到异常时，模块监测到异常；

S2300)当机组主用有功功率测量装置与备用有功功率测量装置均未监测到异常，但两个测量装置所采集的有功功率测值的差值绝对值大于正常阈值，模块监测到异常。

S3000)具体包括以下操作：

S3100)设置计时器t₁；

S3200)如果计时器t₁未启动，则当机组有功功率设定值与机组有功功率实发值的差值绝对值大于有功功率调节死区后，记录当前有功功率实发值p_old，并启动计时器t₁；

S3300)如果计时器t₁已经启动，当以下条件触发时，终止计时器t₁并将其复位：

S3310)有功功率实发值相比记录的有功功率实发值p_old向有功功率设定值方向变动超过预设的调节量参数；

S3320)有功功率实发值与有功功率设定值的差值绝对值小于等于调节死区；

S3330)检测到新的机组有功功率设定值，且新的有功功率设定值与原有功功率设定值处于机组有功功率实发值的不同方向，即原有功功率设定值大于(小于)有功功率实发值，而新有功功率设定值小于(大于)有功功率实发值；

S3400)计时器t₁的计时超过判断阈值T₁后，模块监测到异常。

S4000)具体包括以下操作：

S4100)设置计时器t₂；

S4200)如果计时器t₂未启动，当机组有功功率设定值与机组有功功率实发值的差值绝对值大于有功功率调节死区后，启动计时器t₂：

S4300)如果计时器t₂已经启动，当以下条件触发时，终止计时器t₂并将其复位：

S4310)有功功率实发值进入并稳定在有功功率设定值调节死区范围内；

S4320)检测到新的机组有功功率设定值，且新的有功功率设定值同时大于机组有功功率实发值和原机组有功功率设定值，或新的有功功率设定值同时小于机组有功功率实发值和原机组有功功率设定值。

S4400)计时器t₂的计时超过判断阈值T₂后，模块监测到异常。

本发明的有益效果：

1)本发明采用了四种异常监测模块对单机有功功率闭环调节功能的异常进行综合判定，可以有效防止漏判情况的产生。

2)本发明对于单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法，均未将导致功能异常的各种诱发因素作为判断条件，如进水口事故门关闭、主阀下落、导叶卡死等，而主要将单机有功功率闭环调节功能的各项正常特征作为判断条件，如有功功率与导叶开度和水头的物理匹配性、所有有功功率测量装置的基本一致性、有功功率实发值应趋向有功功率设定值发生变化、有功功率调节应在一定时间内调节完成等，从而使本发明具有了广泛了适用性，可以对多种异常因素导致的单机有功功率闭环调节功能异常事件进行准确判定。

3)本发明对于不同模块监测到的异常采用了不同的处理方式，对于S1000、S2000等可能因为信号扰动、测值抖动等因素导致在一两个周期内错误监测到异常的模块，仅当连续若干运算周期均监测到异常时，才退出单机有功功率闭环调节功能，有效避免了将正常工作的单机有功功率闭环调节功能误退出的可能性。

4)本发明对于单机有功功率闭环调节进行过程中的机组有功功率设定值发生改变这一扰动因素采取了分别对待的方法，在对有功功率实发值是否向有功功率设定值发生变化进行监测的S3000模块中，仅当有功功率设定值改变导致单机有功功率闭环调节方向改变时，才对模块计时器进行复位操作；在对有功功率实发值是否调节到位进行监测的S4000模块中，则仅当有功功率设定值改变导致单机有功功率闭环调节方向改变，或者扩大单机有功功率闭环调节距离时，才对模块计时器进行复位操作。与现有技术对这一扰动因素的一概而论的方法相比，本发明无疑更符合单机有功功率闭环调节的客观规律。

附图说明

图1为本发明水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法的主流程图。

图2为本发明实施例中机组导叶开度、水头、有功功率历史数据的散点分布图。

图3为本发明实施例中机组有功功率与导叶开度拟合方程曲线图。

图4为本发明实施例中根据机组导叶开度、有功功率历史数据建模的机组有功功率正常区间示意图。

图5为本发明实施例中根据机组导叶开度、水头、有功功率历史数据在第一种建模方式下生成的机组有功功率正常区间示意图。

图6为本发明实施例中根据机组导叶开度、水头、有功功率历史数据在第二种建模方式下生成的机组有功功率正常区间示意图。

图7为本发明S3000监测模块的逻辑流程图。

图8为本发明S4000监测模块的逻辑流程图。

图9为本发明实施例中案例1事件过程的数据趋势图。

图10为本发明S1000模块作用于案例1的示意图。

图11为本发明S3000、S4000模块作用于案例1的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

下面结合背景技术中案例1所述的南方电网某水电站1号发电机组(额定容量300MW、有功功率调节死区5MW)以及附图对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明提供的水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1000)设置对机组有功功率是否处于正常区间进行监测的模块。

S1100)根据不同时刻机组处于发电态下的有功功率、导叶开度、水头(可选)的历史数据，进行机组有功功率的正常区间建模，本实施例选用该机组3到9月份的3万余点数据进行建模，数据涵盖水头178、181、183、194、206、214、218m下，导叶开度0％到100％所对应的有功功率测值，数据三维散点分布如图2所示，根据是否将水头参数引入正常区间模型，采用以下不同的建模方法：

S1110)假设机组水头数据不可靠，测值采集的准确性、稳定性较低，则仅根据不同时刻机组有功功率、导叶开度的历史数据，进行机组有功功率正常区间的二维建模：

S1111)由于固定水头下，水轮发电机组有功功率基本随导叶开度等比例增加，因此构建β₁×d+β₂(1)作为有功功率正常区间上下限的预测方程，其中β₁、β₂为方程系数，d为机组导叶开度，并估计β₁、β₂的大致区域，在本实施中包括以下步骤：

1)对历史数据进行清洗，排除非发电态或有功功率小于发电机并网基荷的数据；

2)使用最小二乘法，对历史数据进行拟合，同样选用式(1)作为预测方程，得到拟合方程p'＝3.17×d-56.19；

3)根据拟合方程，以及历史数据的二维散点分布，如图3所示，估计β₁的大致区域为1到6，β₂的大致区域为-120到0。

S1112)按照β₁从1到6间隔0.1取值，β₂从-120到0间隔1取值，选取所有的方程系数组合，并将不同时刻机组有功功率、导叶开度的历史数据代入方程β₁×d+β₂-p(2)；

S1113)选取使式(2)所有计算结果均大于0，且所有结果总和最小的β₁、β₂作为机组有功功率正常区间上限的方程系数，代入式(1)后即得到正常区间的上限方程

S1114)选取使式(2)所有计算结果均小于0，且所有结果总和最大的β₁、β₂作为机组有功功率正常区间下限的方程系数，代入式(1)即得到正常区间的下限方程p＝2.8×d-72；

S1115)按照有功功率不小于0，不显著超过额定功率的规律，对S1113所得的正常区间上限方程和S1114所得的正常区间下限方程进行修正，得到修正后的有功功率正常区间上限方程

和下限方程p＝1max(2.8×d-72，0)，所得区间如图4所示。

S1120)假设机组水头数据可靠，测值采集的准确性、稳定性较高，则根据不同时刻机组有功功率、导叶开度、水头的历史数据，进行机组有功功率正常区间的三维建模；

对历史数据进行清洗，排除非发电态或有功功率小于发电机并网基荷的数据后，根据本模块部署的自动化系统或平台是否具有开根号运算功能，可选用以下两种建模思路：

1、对于具备开根号运算功能的自动化系统或平台，机组有功功率正常区间的三维建模主要包括如下步骤：

S1121)根据不同时刻机组有功功率、导叶开度、水头的历史数据，利用最小二乘法构建拟合方程，由于固定水头下，水轮发电机组有功功率基本随导叶开度以及水头的二分之三次方等比例增加，因此构建预测方程

并得到拟合方程

根据方程系数以乃误差控制范围对拟合方程适当简化得到

S1122)将不同时刻机组有功功率、导叶开度的历史数据代入方程

并取所有计算结果中的最大值Δp_max、Δp_min，其中Δp_max为26.9232，向上取整得27，Δp_min为-32.1656，向下取整得-33；

S1123)

即为机组有功功率正常区间的上限方程；

S1124)

即为机组有功功率正常区间的下限方程。

S1125)按照有功功率不小于0，不显著超过额定功率的规律对S1123所得的正常区间上限方程和S1124所得的正常区间下限方程进行修正，得到修正后的有功功率正常区间上限方程

和下限方程

所得区间如图5所示。

2、对于仅具备简单四则运算功能的自动化系统或平台，机组有功功率正常区间的三维建模主要包括如下步骤：

S1121)根据不同时刻机组有功功率、导叶开度、水头的历史数据，利用最小二乘法构建拟合方程，构建预测方程p'＝β₁×d×h+β₂×d+β₃×h+β₄，其中β₃、β₄同样为方程系数，并得到拟合方程

根据方程系数以及误差控制范围适当简化得到p′≈0.03007×d×h-2.599×d-0.355×h+4；

S1122)将不同时刻机组有功功率、导叶开度的历史数据代入方程p-(0.03007×d×h-2.599×d-0.355×h+4)，并取所有计算结果中的最大值Δp_max、Δp_min，其中Δp_max为26.9011，向上取整得27，Δp_min为-33.0779，向下取整得-34；

S1123)

即为机组有功功率正常区间的上限方程；

S1124)

即为机组有功功率正常区间的下限方程。

S1125)按照有功功率不小于0，不显著超过额定功率的规律对S1123所得的正常区间上限方程和S1124所得的正常区间下限方程进行修正，得到修正后的有功功率正常区间上限方程

和下限方程p＝max(0.03007×d×h-2.599×d-0.355×h-30，0)，如图6所示。

S1200)根据S1100建立的机组有功功率正常区间模型，将当前的导叶开度、水头测值，代入S1115或S1125所得的机组有功功率正常区间的上限方程和下限方程，分别对有功功率正常区间的上下限进行计算；

S1300)如果机组处于发电态，则将机组有功功率实发值与S1200计算得出的有功功率正常区间的上下限进行比较，如果有功功率实发值低于有功功率正常区间下限，或者高于有功功率正常区间上限，则判定有功功率不处于正常区间，模块监测到异常。

S2000)设置对机组有功功率采集是否正常进行监测的模块。

S2100)对机组有功功率测量装置的状态进行监测，当监测到装置告警、通信中断、模拟量超过工程值上下限、信号突变等状态时，判断该有功功率测量装置异常；

S2200)当机组主用有功功率测量装置与备用有功功率测量装置均监测到异常时，模块监测到异常；

S2300)当机组主用有功功率测量装置与备用有功功率测量装置均未监测到异常，但两个测量装置所采集的有功功率测值的差值绝对值大于正常阈值，模块监测到异常，在本实施例中选用有功功率调节死区5MW作为正常阈值。

S3000)设置对机组有功功率是否正常调节进行监测的模块，包括以下操作，逻辑流程如图7所示。

S3100)设置计时器t₁；

S3200)如果计时器t₁未启动，则当机组有功功率设定值与机组有功功率实发值的差值绝对值大于有功功率调节死区后，记录当前有功功率实发值p_old，并启动计时器t₁；

S3300)如果计时器t₁已经启动，当以下条件触发时，终止计时器t₁并将其复位：

S3310)有功功率实发值相比记录的有功功率实发值p_old向有功功率设定值方向变动超过预设的调节量参数，在本实施例中选用有功功率调节死区5MW作为用于判断的调节量参数；

S3320)有功功率实发值与有功功率设定值的差值绝对值小于等于调节死区5MW；

S3330)检测到新的机组有功功率设定值，且新的有功功率设定值与原有功功率设定值处于机组有功功率实发值的不同方向，即原有功功率设定值大于(小于)有功功率实发值，而新有功功率设定值小于(大于)有功功率实发值；

S3400)计时器t₁的计时超过判断阈值T₁后，模块监测到异常，在本实施例中设置判断阈值T₁为20秒。

S4000)设置对机组有功功率是否能够调节到位进行监测的模块，包括以下步骤，其逻辑流程如图8所示。

S4100)设置计时器t₂；

S4200)如果计时器t₂未启动，当机组有功功率设定值与机组有功功率实发值的差值绝对值大于有功功率调节死区后，启动计时器t₂：

S4300)如果计时器t₂已经启动，当以下条件触发时，终止计时器t₂并将其复位：

S4310)有功功率实发值进入并稳定在有功功率设定值调节死区范围内；

S4320)检测到新的机组有功功率设定值，且新的有功功率设定值同时大于机组有功功率实发值和原机组有功功率设定值，或新的有功功率设定值同时小于机组有功功率实发值和原机组有功功率设定值。

S4400)计时器t₂的计时超过判断阈值T₂后，模块监测到异常，在本实施例中设置判断阈值T₂为90秒。

S5000)当机组单机有功功率闭环调节功能投入时，启动以上S1000至S4000设置的监测模块，如果S3000、S4000设置两个模块中的任何一个监测到异常，或者S1000、S2000设置两个模块中的任何一个连续5秒均监测到异常，则退出单机有功功率闭环调节功能。

结合背景技术部分列举的两个案例，S5000包括以下步骤：

1、案例1，在事件过程中该电站1号机组水头为210m，导叶开度始终保持全开100％，机组有功功率设定值、有功功率实发值、进水口事故门开度如图9所示。

1)在S1000监测模块中，将机组水头210m、机组导叶开度100％引入本发明实施例列举的三种建模方式中，分别得到机组有功功率的正常区间为208至300MW，267.1至300MW，267.0至300MW，可以看到后两种建模方式所得机组有功功率的正常区间极为接近，则根据事件过程的案例数据，监测模块分别在9:58:56、9:58:11、9:58:11监测到异常，如图10所示，并在异常保持5秒后，即9:59:01、9:58:16、9:58:16退出机组单机有功功率闭环调节功能。可以很明显的看出，由于增加引入水头作为有功功率正常区间的建模参数，采用后两种建模方式的S1000监测模块的灵敏性要好于采用第一种建模方式的S1000监测模块。

2)对于S2000监测模块，由于本案例不涉及有功功率采集异常问题，因此S2000监测模块不发生作用。

3)在S3000模块中，根据案例数据，9:57:17机组有功功率实发值与机组有功功率设定值的差值绝对值大于5MW，触发计时器t₁，且在之后较长一段时间内，有功功率实发值继续下降，向远离有功功率设定值的方向变化，而且期间机组有功功率设定值也未发生改变，因此在20秒后9:57:37，模块监测到异常，并退出机组单机有功功率闭环调节功能，过程如图11所示。

4)在S4000模块中，根据案例数据，9:57:17机组有功功率实发值与机组有功功率设定值的差值绝对值大于5MW，触发计时器t₂，之后90秒内虽然机组有功功率设定值发生改变，但新机组有功功率设定值始终小于原有功功率设定值，并大于机组有功功率实发值，因此不触发终止计时器t₂并将其复位的条件，于是在90秒后的9:58:47，退出机组单机有功功率闭环调节功能，过程如图11所示。

对于案例1，当1号机组单机有功功率闭环调节功能退出后，1号机不再参与AGC分配运算，AGC将水电站有功功率设定值扣除1号机有功功率实发值后分配至其它机组，因此其它机组会由于1号机有功功率实发值的降低而增加机组有功功率设定值，从而缓解1号机有功功率实发值降低带来的水电站有功功率损失情况，可以极大抑制该异常事件给电网稳定性带来的不良影响。

2、案例2，在事件过程中S1000到S4000的监测模块均可发挥作用，但由于功率误调节导致的功率变化速度非常快，因此在防止水电站有功功率偏离上，S4000模块由于较高的监测延时不能起到很好的效果，剩下3个模块中，最快监测到异常并退出单机有功功率闭环调节功能的是S2000模块，其次为S1000、S3000模块，为了节省篇幅，本发明不再对其中的机制进行赘述。

以上实施例均为保密实验。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。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说明本发明的原理，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，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法，其特征在于，包括以下操作：

S1000)设置对机组有功功率是否处于正常区间进行监测的模块；

S2000)设置对机组有功功率采集是否正常进行监测的模块；

S3000)设置对机组有功功率是否正常调节进行监测的模块；

S4000)设置对机组有功功率是否能够调节到位进行监测的模块；

S5000)当机组单机有功功率闭环调节功能投入时，启动以上S1000至S4000设置的监测模块，如果S3000、S4000设置两个模块中的任何一个监测到异常，或者S1000、S2000设置两个模块中的任何一个连续若干运算周期或连续若干时间均监测到异常，则退出单机有功功率闭环调节功能；

所述S1000)具体包括以下操作：

S1100)根据不同时刻机组处于发电态下的有功功率、导叶开度、水头的历史数据，进行机组有功功率的正常区间建模；

S1200)根据S1100建立的机组有功功率正常区间模型，将当前的导叶开度、水头测值，代入S1100)所得的机组有功功率正常区间的上限方程和下限方程，分别对有功功率正常区间的上下限进行计算；

S1300)如果机组处于发电态，则将机组有功功率实发值与S1200计算得出的有功功率正常区间的上下限进行比较，如果有功功率实发值低于有功功率正常区间下限，或者高于有功功率正常区间上限，则判定有功功率实发值不处于正常区间，模块监测到异常。

2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法，其特征在于，所述的S1100)包括；

S1110)如果机组水头数据不可靠，测值采集的准确性、稳定性较低，则仅根据不同时刻机组有功功率、导叶开度的历史数据，进行机组有功功率正常区间的二维建模：

S1111)由于固定水头下，水轮发电机组有功功率随导叶开度等比例增加，因此构建β₁×d+β₂(1)作为有功功率正常区间上下限的预测方程，其中β₁、β₂为方程系数，d为机组导叶开度，并估计β₁、β₂的大致区域；

S1112)按照间隔密度，在S1111估计的β₁、β₂的大致区域内，选取所有不同的方程系数组合，并将不同时刻机组有功功率、导叶开度的历史数据代入方程β₁×d+β₂-p(2)，其中p为机组有功功率；

S1113)选取使式(2)所有计算结果均大于0，且所有结果总和最小的β₁、β₂作为机组有功功率正常区间上限的方程系数，代入式(1)后即得到正常区间的上限方程

其中

为机组有功功率的正常区间上限；

S1114)选取使式(2)所有计算结果均小于0，且所有结果总和最大的β₁、β₂作为机组有功功率正常区间下限的方程系数，代入式(1)即得到正常区间的下限方程p＝f₂(d)，其中p为机组有功功率的正常区间下限；

S1115)按照有功功率不小于0，不显著超过额定功率的规律对S1113所得的正常区间上限方程和S1114所得的正常区间下限方程进行修正，得到修正后的有功功率正常区间上限方程

和下限方程p＝f₄(d)；

S1120)如果机组水头数据可靠，测值采集的准确性、稳定性较高，则根据不同时刻机组有功功率、导叶开度、水头的历史数据，进行机组有功功率正常区间的三维建模；

S1121)根据不同时刻机组有功功率、导叶开度、水头的历史数据，利用最小二乘法构建拟合方程p'＝f(d,h)，其中h为水头；

S1122)将不同时刻机组有功功率、导叶开度的历史数据代入方程p-f(d,h)(3)，并取所有计算结果中的最大值Δp_max、Δp_min；

S1123)

即为机组有功功率正常区间的上限方程；

S1124)p＝f(d,h)+Δp_min即为机组有功功率正常区间的下限方程；

S1125)按照有功功率不小于0，不显著超过额定功率的规律，对S1123所得的正常区间上限方程和S1124所得的正常区间下限方程进行修正，得到修正后的有功功率正常区间上限方程

和下限方程p＝f₆(d)。

3.根据权利要求1所述的一种水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法，其特征在于，S2000)具体包括以下操作：

S2100)对机组有功功率测量装置的状态进行监测，当监测到装置告警、通信中断、模拟量超过工程值上下限、信号突变状态时，判断该有功功率测量装置异常；

S2200)当机组主用有功功率测量装置与备用有功功率测量装置均监测到异常时，模块监测到异常；

S2300)当机组主用有功功率测量装置与备用有功功率测量装置均未监测到异常，但两个测量装置所采集的有功功率测值的差值绝对值大于正常阈值，模块监测到异常。

4.根据权利要求1所述的一种水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法，其特征在于，S3000)具体包括以下操作：

S3100)设置计时器t₁；

S3200)如果计时器t₁未启动，则当机组有功功率设定值与机组有功功率实发值的差值绝对值大于有功功率调节死区后，记录当前有功功率实发值p_old，并启动计时器t₁；

S3300)如果计时器t₁已经启动，当以下条件触发时，终止计时器t₁并将其复位：

S3310)有功功率实发值相比记录的有功功率实发值p_old向有功功率设定值方向变动超过预设的调节量参数；

S3320)有功功率实发值与有功功率设定值的差值绝对值小于等于调节死区；

S3330)检测到新的机组有功功率设定值，且新的有功功率设定值与原有功功率设定值处于机组有功功率实发值的不同方向，即原有功功率设定值大于(小于)有功功率实发值，而新有功功率设定值小于(大于)有功功率实发值；

S3400)计时器t₁的计时超过判断阈值T₁后，模块监测到异常。

5.根据权利要求1所述的一种水轮发电机单机有功功率闭环调节功能异常判定的方法，其特征在于，S4000)具体包括以下操作：

S4100)设置计时器t₂；

S4200)如果计时器t₂未启动，当机组有功功率设定值与机组有功功率实发值的差值绝对值大于有功功率调节死区后，启动计时器t₂：

S4300)如果计时器t₂已经启动，当以下条件触发时，终止计时器t₂并将其复位：

S4310)有功功率实发值进入并稳定在有功功率设定值调节死区范围内；

S4320)检测到新的机组有功功率设定值，且新的有功功率设定值同时大于机组有功功率实发值和原机组有功功率设定值，或新的有功功率设定值同时小于机组有功功率实发值和原机组有功功率设定值；

S4400)计时器t₂的计时超过判断阈值T₂后，模块监测到异常。

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