CN112068511A - 小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该方法包括：数据辨识的步骤；系统闭锁与控制异常判断的步骤；开关机过程信号判断的步骤；子系统调节功能使能判断的步骤；执行各子系统调节功能的步骤、水位及流速监控的步骤、异常数据监控识别的步骤。该方法将业务功能集中在数据中心，在数据中心实现管辖范围内水电站的集中控制。在水位下降到一定值后者压力到达到一定值后，AGC系统将执行自动停机操作从而提升了系统的安全性。设置了功率因数平衡模式。实现了系统功率和水量的。自动平衡，解放了人力资源，降低了运维人工成本。以机组最优发电效率为控制目标，实时监测机组发电工况，保障机组在当前工况下的相对最优出力。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法。
背景技术
我国水利资源十分丰富,水电发展十分迅速,但是其中相当一部分小水电站仍然存在运行时间长、设计保守、装置落后等问题,严重影响了小水电站的运行可靠性与经济效益，因此对小水电进行自动化改造势在必行。随着先进可靠的微机综合自动化系统的广泛的应用以及“云大物移智”等先进信息技术的不断发展成熟，云电科技在国内率先开展基于互联网大数据平台的小水电运维托管业务。云电科技以“小水电数字化改造”为基础，以“大数据平台”为核心，通过数字化升级实现小水电“安全运行、少人值守、提升电量”的业务目标，进而提升水电站的综合运行效率。
本系统在小水电数字化改造的基础上，以自动发电控制AGC系统替代传统的人工调节模式，是实现云电业务目标的重要技术手段，此项目的实施，将极大提升小水电运行的安全性，减少运维业务的人工投入，提升小水电的发电效率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法可以很好地解决上述问题。
为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法包括：
数据辨识的步骤；
系统闭锁与控制异常判断的步骤；
开关机过程信号判断的步骤；
子系统调节功能使能判断的步骤；
执行各子系统调节功能的步骤；
水位及流速监控的步骤；
异常数据监控识别的步骤；
所述水位及流速监控的步骤具体包括：检测河流的信息及信息对应的当前周围环境变化参数及河流的具体流速变化参数并通过图像处理算法对上述信息数据进行处理，得出水位及流速监控信息；
所述异常数据监控识别的步骤具体包括：将风险引起故障的概率变化定义为风险量，将使得风险量最大的事件定义为风险因素，将由底层事件到目标事件的所有关键节点的过程定义为关键路径，将上述因素带入贝叶斯风险网络模型得出风险数据。
该小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法具有的优点如下：
（1）该系统将业务功能集中在数据中心，在数据中心实现管辖范围内水电站的集中控制，这种模式依赖于通讯的高可靠性，一旦出现电站与数据中心通讯中断的情况，将导致小水电的远程调节失控状态。上线AGC系统后，由于AGC系统部署在电站本地，在水位下降到一定值后者压力到达到一定值后，AGC系统将执行自动停机操作，这极大提升了系统的安全性。
（2）AGC系统设置了功率因数平衡模式，在进行有功功率调节的时候，自动调节无功功率，保障功率因数恒定。
（3）通过AGC系统，实现了系统功率和水量的自动平衡，无需运维人员24小时参与，解放了人力资源，降低了运维人工成本。
（4）AGC系统按照自动发电控制策略，以机组最优发电效率为控制目标，实时监测机组发电工况，保障机组在当前工况下的相对最优出力。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法的工作流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
根据本申请的一个实施例，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，包括：
数据辨识的步骤；
系统闭锁与控制异常判断的步骤；
开关机过程信号判断的步骤；
子系统调节功能使能判断的步骤；
执行各子系统调节功能的步骤；
水位及流速监控的步骤；
异常数据监控识别的步骤；
所述水位及流速监控的步骤具体包括：检测河流的信息及信息对应的当前周围环境变化参数及河流的具体流速变化参数并通过图像处理算法对上述信息数据进行处理，得出水位及流速监控信息；
所述异常数据监控识别的步骤具体包括：将风险引起故障的概率变化定义为风险量，将使得风险量最大的事件定义为风险因素，将由底层事件到目标事件的所有关键节点的过程定义为关键路径，将上述因素带入贝叶斯风险网络模型得出风险数据。
根据本申请的一个实施例，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该方法的数据辨识的步骤，具体包括：
对水位和压力信号进行算法预处理，系统缓存n次测量结果，并对n次采样值进行异常数据剔除过滤算法和数据平滑算法，并将n次测量样本计算后的综合结果数据作为判定依据。
根据本申请的一个实施例，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该方法的系统闭锁与控制异常判断的步骤，具体包括：
设置运行、退出、闭锁、控制异常四种状态，所述控制异常状态包括开关机异常、有功控制异常、无功控制异常三种工况；
当通讯中断、故障闭锁信号、数据值和品质异常、频率异常、指定断路器位置分闸、人工自定义闭锁数据点异常时，系统进入闭锁状态，待数据恢复正常后，自动转入运行；
当开关机控制失败时，系统进入开关机控制异常工况，并闭锁开关机操作；
当增减有功不收敛时，系统进入有功控制异常工况，并闭锁有功控制；
当增减无功不收敛时，系统进入无功控制异常工况，并闭锁无功控制。
根据本申请的一个实施例，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该方法的子系统调节功能使能判断的步骤，具体包括：
恒水位控制的步骤；
开关机控制的步骤；
压力控制的步骤；
枯水位控制的步骤；
恒功率因数控制的步骤：根据机组功率因数设置值自动计算无功给定值，保持功率因数恒定。
根据本申请的一个实施例，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该方法的恒水位控制的步骤，具体包括：跟踪水位变化，对机组进行增减有功操作，保持水位相对恒定，系统只会进行增减有功操作进行负荷分配，不会进行开关机操作。
根据本申请的一个实施例，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该方法的开关机控制的步骤，具体包括：当已经开机机组满发后，水位连续超过上限，按优先级启动未开机机组发电，当已经开机机组发电功率均低于最优水位下限，水位连续低于下限，按优先级关闭机组。
根据本申请的一个实施例，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该方法的压力控制的步骤，具体包括：压力在正常范围之内按恒水位发电自动控制，压力小于正常值则机组减负荷直至停机，压力恢复正常后，启动水位调节模式。
根据本申请的一个实施例，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该方法的枯水位控制的步骤，具体包括：水位低于枯水位设定值时，按顺序执行停机操作。
根据本申请的一个实施例，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该方法的恒功率因数控制的步骤，具体包括：根据机组功率因数设置值自动计算无功给定值，保持功率因数恒定。
根据本申请的一个实施例，提供一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，该方法所使用到的系统包括如下模块：
数据辨识模块：用于对水位、压力信号进行预处理，过滤异常数据点并进行算法平滑；
自动发电模块：用于调度机组按照总有功设定值自动发电；
自动开停机模块：用于自动控制机组开、停机；
自动水位调节模块：用于根据水位设置值自动调节机组有功功率，保持水位恒定；
恒功率因数控制模块：用于根据机组功率因数设置值自动计算无功给定值，保持功率因数恒定；
自动压力调节模块：用于当压力在正常范围之内按恒水位发电自动控制；当压力不在正常范围之内，退出恒水位发电控制，根据压力来自动调节负荷；
枯水位停机模块：用于当水位低于枯水位时，系统执行停机操作；
闭锁功能模块：用于当频率异常自动闭锁 AGC，并指定断路器位置分闸自动闭锁 AGC；
控制异常模块：用于当开关机失败或者控制不收敛时闭锁AGC操作；
报警信号模块：用于对采集到的各实时数据进行检测，并在所检测数据与定义的正常参数状态不符合时予以报警；
历史数据记录模块：用于将系统调节过程和调节结果记录到调节日志中；
运行监视功能模块：用于实现设备的闭锁与投运，生成、修改实时数据库参数，生成、修改各种报表及画面，设备的就地控制与遥控的选择并监视系统各设备运行工况图；
权限管理模块：用于实现自定义用户及操作权限，以禁止越权操作，且所有的人工操作均具备操作日志。
自动发电控制系统AGC ( Automaic Generat ion Control system)，是指根据预先制定的条件及要求，以程序控制的方式通过计算机控制水电厂有功出力来满足电力系统负荷需要的监控技木，它是在单元水轮发电机组自动控制的基础上，实现全厂自动化的.种控制万式。开展AGC自动发电控制强统在小水电无人化方向的应用研究的主要目的是降低发电成本，提高发电量和发电效率，减少人员值守，从而达到运行资料来看，水电站厂内经济运行所带来的提升效益为05-3.0%，这无论是从电厂 效益还是社会效益来说都是十分可观的。基于上述背景，开展AGC自动发电控制系统在小水电无人化方向的应用研究是国家和行业急需，符合智能水电站发展趋势，在技术发展上具有紧迫性，具有良好的社会经济效益。本方案核心内容是构建适用于小水电的AGC系统，其核心为构建小水电站的经济运行数学模型，确定水电站自动发电控制原理中的优化准则，优化算法以及 各种约束条件，分析小水电机组动力特性、电站动力特性，确定AGC控制策略(负荷控制方式、 负荷分配原则、水位控制 策略、压力控制策略、闭锁与控制异 常策略等) ，开展小水电AGC软件的设计，结合水电站控 制流程及操作控制逻辑，对各种数据进行调节、控制和监视，优化系统界面，并对具体的小水电站进行实例计算和优化和应用。
根据本申请的一个实施例，该小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法的控制策略如下：
负荷控制方式：系统采用全厂机组联合控制方式，按优先级自动开、停机及负荷分配。
负荷分配原则：1、系统记录最优效率机组，按优先级分配负荷。2、系统记录机组最优效率区，尽量让机组在最优区运行。3、尽量减少动作次数，避免频繁开、停机，延长使用寿命。
水位控制策略如下：1、当实际水位高于设定值，系统自动增加有功功率。2、当实际水位低于设定值，但大于枯水位，自动减少有功功率。3、当水位降至枯水水位以下，下发停机令，停止所有发电机组。
压力控制策略如下：1、压力在正常范围之内按恒水位发电自动控制。2、压力小于正常值则机组减负荷，直至停机。3、压力恢复正常后，启动水位调节模式。
闭锁与控制异常策略如下：1、AGC系统有运行、退出、闭锁等三种工况，AGC机组除了以上三种状态，还有控制异常状态，控制异常状态包括“开关机异常”、“有功控制异常”、“无功控制异常”三种工况。2、运行、退出状态需要人工手动投退。3、当通讯中断、故障闭锁信号、数据值和品质异常、频率异常、指定断路器位置分闸、以及人工自定义闭锁数据点异常时，系统进入闭锁状态，待数据恢复正常后，自动转入运行。4、当开关机控制失败时，系统进入“开关机控制异常”工况，并闭锁开关机操作；当增减有功不收敛时，系统进入“有功控制异常”工况，并闭锁有功控制；当增减无功不收敛时，系统进入“无功控制异常”工况，并闭锁无功控制。5、控制异常状态需要手动复归。
根据本申请的一个实施例，该小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法的主体控制流程如下：
第一步，数据辨识：数据辨识过程也叫做数据预处理过程。水位和压力信号是AGC控制系统调节的核心判断依据，由于现场环境干扰，水位和压力信号数据质量不高，存在数据波动性以及数据可靠性的问题，系统将对水位和压力信号进行算法预处理。系统会缓存n次测量结果，并对n次采样值进行异常数据剔除过滤算法（大于3标准差剔除算法）和数据平滑算法（最小二乘数线性拟合算法）。系统用于控制的判断依据将不再依赖单次测量的实时值，而是根据n次测量样本计算后的综合结果数据进行判定。
第二步，系统闭锁与控制异常判断：AGC系统有运行、退出、闭锁等三种工况，AGC机组除了以上三种状态，还有控制异常状态，控制异常状态包括“开关机异常”、“有功控制异常”、“无功控制异常”三种工况。运行、退出状态需要人工手动投退。当通讯中断、故障闭锁信号、数据值和品质异常、频率异常、指定断路器位置分闸、以及人工自定义闭锁数据点异常时，系统进入闭锁状态，待数据恢复正常后，自动转入运行。当开关机控制失败时，系统进入“开关机控制异常”工况，并闭锁开关机操作；当增减有功不收敛时，系统进入“有功控制异常”工况，并闭锁有功控制；当增减无功不收敛时，系统进入“无功控制异常”工况，并闭锁无功控制。控制异常状态需要手动复归。
第三步，开关机过程信号判断：当系统执行开关机时，系统进入开关机过程状态，开关机过程一般耗时5到20分钟，在此过程中，系统闭锁一切其它控制操作。
第四步，子系统调节功能使能判断：系统除了恒水位功率调节功能、还具有开关机调节功能、压力控制调节功能、枯水位关机功能、恒功率因数调剂功能调节系统。除了恒水位调节功能，如需开启其它调节功能，需要设置其功能调节使能定值为“投入”。恒水位控制：跟踪水位变化，对机组进行增减有功操作，保持水位相对恒定。恒水平调节子系统只会进行增减有功操作进行负荷分配，不会进行开关机操作。如需开关机控制，则需要使能开关机控制子系统功能。开关机控制：当已经开机机组满发后，水位连续超过上限，按优先级启动未开机机组发电；当已经开机机组发电功率均低于最优水位下限，水位连续低于下限，按优先级关闭机组。压力控制：压力在正常范围之内按恒水位发电自动控制。压力小于正常值则机组减负荷，直至停机。压力恢复正常后，启动水位调节模式。枯水位控制：水位低于枯水位设定值时，按顺序执行停机操作。恒功率因数控制：系统根据机组功率因数设置值自动计算无功给定值，保持功率因数恒定。
第五步，执行各子系统调节功能：按照各调节子系统的使能情况，执行子系统调节功能。调节过程和结果会记录到系统日志中。每次的调节结果会进行成功失败验证，开关机调节失败时会记录操作异常；有功无功调解连续多次（默认三次）不收敛，会记录操作异常。操作异常会闭锁机组控制。
水位和压力信号的质量控制，水位和压力信号是AGC控制系统调节的核心判断依据，由于现场环境干扰，水位和压力信号数据质量不高，存在数据波动性以及数据可靠性的问题， 系统将对水位和压力信号进行算法预处理。
以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。
Claims (10)
1.一种小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，其特征在于，包括：
数据辨识的步骤；
系统闭锁与控制异常判断的步骤；
开关机过程信号判断的步骤；
子系统调节功能使能判断的步骤；
执行各子系统调节功能的步骤；
水位及流速监控的步骤；
异常数据监控识别的步骤；
所述水位及流速监控的步骤具体包括：检测河流的信息及信息对应的当前周围环境变化参数及河流的具体流速变化参数并通过图像处理算法对上述信息数据进行处理，得出水位及流速监控信息；
所述异常数据监控识别的步骤具体包括：将风险引起故障的概率变化定义为风险量，将使得风险量最大的事件定义为风险因素，将由底层事件到目标事件的所有关键节点的过程定义为关键路径，将上述因素带入贝叶斯风险网络模型得出风险数据。
2.根据权利要求1所述的小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，其特征在于，所述数据辨识的步骤，具体包括：
对水位和压力信号进行算法预处理，系统缓存n次测量结果，并对n次采样值进行异常数据剔除过滤算法和数据平滑算法，并将n次测量样本计算后的综合结果数据作为判定依据。
3.根据权利要求1所述的小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，其特征在于，所述系统闭锁与控制异常判断的步骤，具体包括：
设置运行、退出、闭锁、控制异常四种状态，所述控制异常状态包括开关机异常、有功控制异常、无功控制异常三种工况；
当通讯中断、故障闭锁信号、数据值和品质异常、频率异常、指定断路器位置分闸、人工自定义闭锁数据点异常时，系统进入闭锁状态，待数据恢复正常后，自动转入运行；
当开关机控制失败时，系统进入开关机控制异常工况，并闭锁开关机操作；
当增减有功不收敛时，系统进入有功控制异常工况，并闭锁有功控制；
当增减无功不收敛时，系统进入无功控制异常工况，并闭锁无功控制。
4.根据权利要求1所述的小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，其特征在于，所述子系统调节功能使能判断的步骤，具体包括：
恒水位控制的步骤；
开关机控制的步骤；
压力控制的步骤；
枯水位控制的步骤；
恒功率因数控制的步骤：根据机组功率因数设置值自动计算无功给定值，保持功率因数恒定。
5.根据权利要求4所述的小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，其特征在于，所述恒水位控制的步骤，具体包括：跟踪水位变化，对机组进行增减有功操作，保持水位相对恒定，系统只会进行增减有功操作进行负荷分配，不会进行开关机操作。
6.根据权利要求4所述的小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，其特征在于， 所述开关机控制的步骤，具体包括：当已经开机机组满发后，水位连续超过上限，按优先级启动未开机机组发电，当已经开机机组发电功率均低于最优水位下限，水位连续低于下限，按优先级关闭机组。
7.根据权利要求4所述的小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，其特征在于，所述压力控制的步骤，具体包括：压力在正常范围之内按恒水位发电自动控制，压力小于正常值则机组减负荷直至停机，压力恢复正常后，启动水位调节模式。
8.根据权利要求4所述的小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，其特征在于，所述枯水位控制的步骤，具体包括：水位低于枯水位设定值时，按顺序执行停机操作。
9.根据权利要求4所述的小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，其特征在于，所述恒功率因数控制的步骤，具体包括：根据机组功率因数设置值自动计算无功给定值，保持功率因数恒定。
10.根据权利要求1所述的小型水电站自动控制水位及压力信号数据识别筛选方法，其特征在于，该方法所使用到的系统包括如下模块：
数据辨识模块：用于对水位、压力信号进行预处理，过滤异常数据点并进行算法平滑；
自动发电模块：用于调度机组按照总有功设定值自动发电；
自动开停机模块：用于自动控制机组开、停机；
自动水位调节模块：用于根据水位设置值自动调节机组有功功率，保持水位恒定；
恒功率因数控制模块：用于根据机组功率因数设置值自动计算无功给定值，保持功率因数恒定；
自动压力调节模块：用于当压力在正常范围之内按恒水位发电自动控制；当压力不在正常范围之内，退出恒水位发电控制，根据压力来自动调节负荷；
枯水位停机模块：用于当水位低于枯水位时，系统执行停机操作；
闭锁功能模块：用于当频率异常自动闭锁 AGC，并指定断路器位置分闸自动闭锁 AGC；
控制异常模块：用于当开关机失败或者控制不收敛时闭锁AGC操作；
报警信号模块：用于对采集到的各实时数据进行检测，并在所检测数据与定义的正常参数状态不符合时予以报警；
历史数据记录模块：用于将系统调节过程和调节结果记录到调节日志中；
运行监视功能模块：用于实现设备的闭锁与投运，生成、修改实时数据库参数，生成、修改各种报表及画面，设备的就地控制与遥控的选择并监视系统各设备运行工况图；
权限管理模块：用于实现自定义用户及操作权限，以禁止越权操作，且所有的人工操作均具备操作日志。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114908716A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-08-16 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种基于高水头、大削落深度条件下的水利枢纽系统 |
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| CN114908716B (zh) * | 2022-06-17 | 2024-06-14 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种基于高水头、大削落深度条件下的水利枢纽系统 |
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