CN112085360A - 一种可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，该矩阵模型在明确参与智能开停机的水电站各项参数的情况下，以当前投入智能开停机的所有机组的运行状态为基础，以改变一台机组的开停机状态后的运行工况作为一种开停机策略；针对当前模式和不同开停机策略，建立2行、n+1列的智能开停机矩阵模型S^j对所有参与的机组采用循环运算方式判断是否进行智能开停机。本发明适用于包括常规类型机组、单建议运行区机组、双建议运行区机组在内的不同类型水电机组的水电站；可在该矩阵模型上生成开停机策略，对运行人员进行辅助提示，或自动生成开停机指令；从而使机组类型的差异不再构成应用障碍，进而使本发明具备了广泛的适用性。

Description

一种可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型

技术领域

本发明属于水力发电控制技术领域，涉及一种可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型。

背景技术

目前，绝大部分水电站的机组开停机操作均由计算机监控系统现地控制单元(LCU)的可编程逻辑控制器(PLC)通过预先设置的顺控流程在无人干预的情况自动完成。自动开停机功能大大降低了运行人员的工作负担，杜绝了人为误操作的可能性，并提高了开停机的成功率，但仍然需要运行人员手动触发启动开机流程或停机流程，于是存在以下问题：

1)通过流域集控中心或梯调中心对多个水电站进行远程集中控制日渐成为主流的水电站运行管理模式，在大规模集中控制模式下，由于次数频繁，即使是简单的开停机触发操作也对运行人员构成了一项沉重的工作负担。以澜沧江集控中心管辖的功果桥、小湾、漫湾、糯扎渡、景洪五个水电站为例，合计年度自动开停机次数从2014年到2017年分别为5538、6292、5825、7414次，严重影响运行人员的工作效率；

2)目前总调、省调的直调大型水电站普遍采用有功功率的计划曲线控制方式，即至少提前一天将全天24小时的水电站计划总有功设定值按96点计划曲线(间隔15分钟)或288点计划曲线(间隔5分钟)的形式下发到水电站、流域集控中心或梯调中心，然后由水电站自动发电控制功能(AGC)对计划曲线进行线性填充，生成分钟级的水电站计划总有功设定值，进而在对应时刻对各水电机组的有功功率进行调节。但是AGC能否实现电站功率的有效调节依赖于发电状态机组数量与水电站计划总有功设定值的匹配性，从而经常出现运行人员因为工作疏漏没有及时开机或停机，进而导致水电站总有功设定值无法执行到位的情况。

3)多运行区水电机组的出现进一步增加了问题的复杂性，按照水电机组在额定容量范围内运行区间从低到高的划分排列，除了较为常见的振动区→建议运行区机组(常规类型机组)外，还出现了以糯扎渡、小湾等电站为代表的振动区1→限制运行区→振动区2→建议运行区机组(单建议运行区机组)；以及以苗尾电站为代表的较为少见的振动区→建议运行区1→限制运行区→建议运行区2机组(双建议运行区机组)。对于后两类具有多个运行区间的水电机组，即使发电状态机组数量能够与水电站计划总有功设定值匹配，也仍然存在寻找最优开机数量以保证最少机组处于限制运行区的问题，于是如何更恰当地对机组开停进行统筹，以尽量避免机组处于限制运行区运行，成为运行人员需要面临的一项重大挑战。

4)个别电站如糯扎渡水电站，除了满足对调度计划有功曲线的响应性约束，以及满足机组规避限制运行区运行的稳定性约束外，在部分工况下还需要保证不少于一定数量的机组处于发电状态，以此为电网的安全稳定运行提供充足的备用可调容量。以上3种约束，即响应性约束、稳定性约束、安全性约束，在不同的优先级权重下互相冲突，从而进一步增加了集控和电站运行人员统筹开停机工作的复杂性和安全风险。

5)此外为了进一步提高电网的运行稳定性，激励发电企业提供更优质的调频辅助服务，充分发挥市场在资源配置中的决定性作用，近两年来各电网广泛建立调频辅助服务市场。以南方各电网为例，目前广东电网调频市场已正式投入运行，云南等省份电网的调频市场也将在2020年投入运行。在调频市场机制下，水电站除满足水电站计划总有功设定值外，还需要根据二次调频中标量，预留充分的二次调频调节容量，且向上和向下的二次调频预留调节容量相等，从而使水电站计划总有功设定值从一个点的匹配性问题扩展为一个区间的匹配性问题，于是对发电状态机组数量安排的合理性提出了更为苛刻的要求，这一问题无疑极大增加了运行人员的工作负担。

公开号为CN110020965A的中国专利《一种巨型水电厂智能开停机指导策略及系统》，提出了一种巨型水电厂智能开停机指导策略及系统，能根据发电机组运行情况给出各台机组开停机及相关定期工作建议，以提高运行人员监测的效率和电厂自动开停机成功率。但该文献主要围绕“根据发电机组主辅机设备的监测点对机组是否具备发电条件进行判断”这一常规问题展开，并未涉及发电状态机组数量与电站总有功设定值的匹配性问题。

公开号为CN 107591846A的中国专利《基于自动发电控制的抽蓄机组自动开停机控制方法》，提出了一种基于自动发电控制的抽蓄机组自动开停机控制方法，能根据计划曲线、系统频率等自动计算开机容量值，并计算开停机指令。但该方法并未考虑到高水头巨型水电机组规避限制运行区的问题，也没有考虑二次调频预留容量、机组运行区组合方式多样性等因素带来的复杂化问题，因此难以满足常规水电站的自动化控制要求。

因此，如何在满足有功功率计划值、机组规避限制运行区等不同需求的前提下，对不同类型水电站的最优发电状态机组数量进行计算，并根据计算结果对运行人员进行辅助提示，或自动生成开停机指令，尚是一项有待解决的迫切问题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，在该矩阵模型上生成开停机策略，对运行人员进行辅助提示，或自动生成开停机指令。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，是该矩阵模型在明确参与智能开停机的水电站各项参数的情况下，以当前投入智能开停机的所有机组的运行状态为基础，以改变一台机组的开停机状态后的运行工况作为一种开停机策略；

为满足电站有功功率考虑未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，通过设定智能开停机的预判时间t₁，并根据水电站计划总有功值设定时间间隔t，计算参与智能开停机运算的数据点数量n，n＝t₁/t；并构建表示未来一段时间的水电站计划总有功设定值的向量P_set’，并构建与其对应的表示未来某时刻的二次调频预留容量的向量P_f、以及表示未来某时刻的有功功率调节范围的下限值和上限值的矩阵P_set；

再考虑不同数量机组处于限制运行区时，分别对应的联合运行区域F_i ⁰、F_i ^j；其中F_i ⁰表示当前模式下有i台机组处于限制运行区所对应的联合运行区域，F_i ^j表示j号机组改变开停机状态的开停机策略并执行后有i台机组处于限制运行区所对应的联合运行区域；

针对当前模式和不同开停机策略，建立2行、n+1列的智能开停机矩阵模型S^j对所有参与的机组采用循环运算方式判断是否进行智能开停机；其中j为改变开停机状态的机组，当j＝0时，S^j是当前模式下的矩阵模型；

矩阵S^j的第1行各元素是不同时刻下水电站有功功率调节范围与该模式下发电状态机组数量的匹配度参数，其值越大则匹配性越差；

矩阵S^j的第2行各元素是不同时刻下为了满足水电站有功功率调节范围，该模式最少必须处于限制运行区机组的加权数量。

该矩阵模型的元素运算为：

对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；

当j＝0时，参数β⁰衡量了需要通过开机或停机改变当前机组运行模式，以满足有功计划曲线和二次调频预留容量的紧迫程度；否则，参数β^j衡量了不同开停机策略下，发电状态机组数量与有功计划曲线和二次调频预留容量的匹配度；对得到的β^j进行排序，得到最大值β^max；

设置t₂为开停机紧迫程度的判断阈值时间，并设对参数m，m＝t₂/t，t₂远小于t₁；根据β⁰与m的比较结果，以满足有功计划曲线和二次调频预留容量的紧迫程度的不同，进入相应的紧迫或不紧迫的运算流程；

若紧迫时，则判断改变投入智能开停机机组的开停机状态是否能够更好匹配未来有功计划曲线和二次调频预留容量；若不紧迫时则判断改变投入智能开停机机组的开停机状态是否明显更好匹配未来有功计划曲线和二次调频预留容量，或有利于减少限制运行区运行的机组数量；

综合考虑不同开停机策略与未来有功计划曲线和二次调频预留容量的匹配程度，以及不同开停机策略下最少处于限制运行区机组的加权数量，结合投入智能开停机机组的开停机优先级，锁定需要改变开停机状态的机组。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的矩阵模型，以当前机组的运行状态为基础，分别与开一台机或停一台机后的多种运行工况进行对比，从而避免了求解范围过于发散的问题，假设有k台机组投入智能开停机功能，则本发明仅对k+1种工况(k台机组中的一台依序改变开停机状态的k种工况，以及所有机组均不改变开停机状态的工况)进行对比，而不是对2^k种工况(k台机组分别处于发电状态和非发电状态的不同组合)进行对比。进一步，还设置了t₁、t₂、t₃为可调时间参数，其中t₁为智能开停机的预判时间，如果一种模式(保持所有机组当前开停机状态不变，或改变一台机组的开停机状态)在t₁内均能满足有功功率调节的要求，则认为该模式是长期可用的，此时使较少机组处于限制运行区运行成为智能开停机运算的关注重点；t₂为开停机预留时间，如果当前模式在t₂内不能满足有功功率调节的要求，则表明需要立刻进行开机或停机操作，此时寻找最能满足未来有功功率调节范围的开停机策略成为智能开停机运算最为关注的重点；t₃为机组规避限制运行区重要性的反相关参数，其蕴含的逻辑是“如果能使最少一台机组在t₃内脱离限制运行区运行，是否有必要为此专门进行一次开停机操作”，通过将t₁、t₂、t₃设置为可调参数，本发明能够广泛适用于不同工况的水电站，从而具备了广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明的矩阵模型构建及指令生成示意图；

图2为本发明对各机组参与智能开停机运算的发电/非发电状态进行修正的示意图；

图3为本发明矩阵模型在m＜β⁰时的运算流程图；

图4为本发明矩阵模型在1≤β⁰≤m时的运算流程图；

图5为有功功率调节范围和水电站有功功率可调区域变化趋势图。

具体实施方式

下面结合实施例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。

参见图1，一种可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，是在矩阵模型在明确参与智能开停机的水电站各项参数的情况下，以当前投入智能开停机的所有机组的运行状态为基础，以改变一台机组的开停机状态后的运行工况作为一种开停机策略；

为满足电站有功功率考虑未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，通过设定智能开停机的预判时间t₁，并根据水电站计划总有功值设定时间间隔t，计算参与智能开停机运算的数据点数量n，n＝t₁/t；并构建表示未来一段时间的水电站计划总有功设定值的向量P_set’，并构建与其对应的表示未来某时刻的二次调频预留容量的向量P_f、以及表示未来某时刻的有功功率调节范围的下限值和上限值的矩阵P_set；

再考虑不同数量机组处于限制运行区时，分别对应的联合运行区域F_i ⁰、F_i ^j；其中F_i ⁰表示当前模式下有i台机组处于限制运行区所对应的联合运行区域，F_i ^j表示j号机组改变开停机状态的开停机策略并执行后有i台机组处于限制运行区所对应的联合运行区域；

针对当前模式和不同开停机策略，建立2行、n+1列的智能开停机矩阵模型S^j对所有参与的机组采用循环运算方式判断是否进行智能开停机；其中j为改变开停机状态的机组，当j＝0时，S^j是当前模式下的矩阵模型；

矩阵S^j的第1行各元素是不同时刻下水电站有功功率调节范围与该模式下发电状态机组数量的匹配度参数，其值越大则匹配性越差；

矩阵S^j的第2行各元素是不同时刻下为了满足水电站有功功率调节范围，该模式最少必须处于限制运行区机组的加权数量。

该矩阵模型的元素运算为：

对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；

当j＝0时，参数β⁰衡量了需要通过开机或停机改变当前机组运行模式，以满足有功计划曲线和二次调频预留容量的紧迫程度；否则，参数β^j衡量了不同开停机策略下，发电状态机组数量与有功计划曲线和二次调频预留容量的匹配度；对得到的β^j进行排序，得到最大值β^max；

设置t₂为开停机紧迫程度的判断阈值时间，并对参数m作进行计算，m＝t₂/t，t₂远小于t₁；根据β⁰与m的比较结果，以满足有功计划曲线和二次调频预留容量的紧迫程度的不同，进入相应的紧迫或不紧迫的运算流程；

若紧迫时，则判断改变投入智能开停机机组的开停机状态是否能够更好匹配未来有功计划曲线和二次调频预留容量；若不紧迫时则判断改变投入智能开停机机组的开停机状态是否明显更好匹配未来有功计划曲线和二次调频预留容量，或有利于减少限制运行区运行的机组数量；

综合考虑不同开停机策略与未来有功计划曲线和二次调频预留容量的匹配程度，以及不同开停机策略下最少处于限制运行区机组的加权数量，结合投入智能开停机机组的开停机优先级，锁定需要改变开停机状态的机组。

进一步的，下面对本发明进行详细的说明。

所述的确定参与智能开停机的水电站各项参数，包括基于有功计划曲线的水电站计划总有功设定值、二次调频预留容量、当前水头下各机组的运行区范围、参与智能开停机运算的机组、设置开机优先级和停机优先级、参与智能开停机运算机组的发电或非发电状态、最少必须处于发电状态的机组数量；具体为：

S1100)根据电网下发的有功计划曲线，按固定时间间隔生成水电站计划总有功设定值，即根据96点或288点有功计划曲线值及其对应时间，通过线性计算生成更高时间密度(通常以1分钟为间隔)的水电站计划总有功设定值，其目的是为了保证水电站总有功的平稳变化；

S1200)根据水电站参与二次调频市场竞争的中标情况，导入水电站二次调频各时间段的二次调频预留容量，当水电站未中标时或AGC未投入调度控制时，二次调频预留容量为0；

S1300)根据当前水头，以及水电站各机组在不同水头下的各运行区范围，生成当前水头下水电站各机组的各运行区范围；

S1400)设定投入智能开停机运算的机组，投入智能开停机运算的机组数量以满足需求为限，如果投入智能开停机运算的机组数量过多，会导致智能开停机运算时间过长；

S1500)对水电站各机组依次设置开机优先级和停机优先级，对最新开机的机组默认赋予最低的停机优先级，对最新停机的机组默认赋予最低的开机优先级；

S1600)对各机组参与智能开停机运算的发电或非发电状态进行修正，参见图2，包括：

S1610)将正在执行开机流程的机组，以及原本处于发电状态且未在执行停机流程(包括事故停机流程)的机组视为发电状态机组；

S1620)将正在执行停机流程(包括事故停机流程)的机组，以及原本处于非发电状态且未在执行开机流程的机组视为非发电状态机组。

S1700)根据电网安全运行约束要求，设定最少必须处于发电状态的机组数量；

所述的所有参与的机组采用循环运算方式判断，包括：

S2100)水电站智能开停机运算触发或启动的前提条件包括：

S2110)水电站智能开停机功能投入；

S2120)至少有一台机组投入智能开停机运算；

S2130)未来一段时间内的水电站计划总有功设定值通过校验，校验条件包括：

S2131)水电站计划总有功设定值在正常物理区间内，即不高于所有机组额定容量之和，不低于0MW；

S2132)水电站计划总有功设定值在人为限制区间内，即不高于人工设定上限，不低于人工设定下限；

S2133)连续两个时间点的水电站计划总有功设定值之间的差值绝对值不高于人为设定的突变门槛。

S2200)水电站智能开停机运算采用循环运算方式，每一次运算结束后，立即启动一次新的运算；

S2300)为了保证运算结果的有效性，每当出现下列情况时，中断当前的水电站智能开停机运算，并重新开始一次新的运算，包括：

S2310)有机组因为水头变化导致运行区范围变化；

S2320)有机组新投入或退出智能开停机运算；

S2330)未来一段时间内的水电站计划总有功设定值变化；

S2340)未来一段时间内的水电站二次调频预留容量变化；

S2350)有发电状态机组转为非发电状态机组，或有非发电状态机组转为发电状态机组，机组状态按S1600所述进行判断；

S2360)水电站计划总有功设定值按固定时间间隔生效的时刻，即最近一点的水电站计划总有功设定值赋值给水电站总有功设定值时。

所述为满足水电站有功功率调节范围，对其考虑以下设定：

S3100)确定智能开停机功能的预判时间t₁，建议设置为60分钟左右，如果t₁设置过长则不但会增加运算周期，还会无谓增加逻辑的复杂性，如果t₁设置过短则会削弱智能开停机运算功能的预判作用，t₁为智能开停机功能可调参数；

S3200)根据智能开停机功能的预判时间t₁，以及水电站计划总有功设定值的时间间隔t，确定参与智能开停机运算的数据点数量n，n＝t₁/t；

S3300)根据水电站未来一段时间t₁内n个计划总有功设定值，以及电站当前的总有功设定值，构建向量

式中

为当前已生效的水电站计划总有功设定值，也就是当前的电站总有功设定值，

为未来时刻最近的水电站计划总有功设定值，并以此类推；

S3400)根据水电站未来一段时间t₁内的二次调频预留容量，构建向量

式中

为

对应时刻的二次调频预留容量；

S3500)根据S3300和S3400结果，构建n+1行2列矩阵

其中

分别为

对应时刻有功功率调节范围的下限值和上限值，

式中的α为预设常量，通常不大于1MW，设置α是为了保证无论二次调频是否中标(即是否为0)，水电站有功功率调节范围均能保持为一个区间范围，从而实现后续运算步骤的统一性。

所述的开停机策略及机组的运行设定为：

S4100)计算当前模式下，不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域，包括：

S4110)列出当前所有发电状态机组处于不同运行区的组合方式，组合方式的数量是所有发电状态机组运行区数量的连乘乘积；

S4120)计算与S4110列出各组合方式分别对应的组合运行区间，组合运行区间的计算方式为，组合运行区间下限为该组合方式下各发电状态机组所处运行区的下限之和，组合运行区间上限为该组合方式下各发电状态机组所处运行区间的上限之和；

S4130)计算与S4110列出各组合方式分别对应的，每种组合方式下处于限制运行区的机组数量；

S4140)对S4130所得处于限制运行区的机组数量相同的组合方式进行归并，并对参与归并的S4120所得的各组合运行区间求并集，就得到不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域F₀ ⁰、F₁ ⁰、F₂ ⁰……F_i ⁰……，其中i为处于限制运行区的机组数量，F_i ⁰表示当前模式下有i台机组处于限制运行区时的联合运行区域。

S4200)计算不同开停机策略下，不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域，包括：

S4210)分别假设各投入智能开停机运算的机组改变开停机状态，除了该台改变开停机状态的机组外，其它机组的状态均与当前实际运行状态一致；

S4220)若S4210假设改变开停机状态的机组是发电状态机组，则列出除该机组之外当前所有发电状态机组处于不同运行区的组合方式，组合方式的数量是上述机组运行区数量的连乘乘积；

S4230)若4210假设改变开停机状态的机组是非发电状态机组，则列出当前所有发电状态机组增加该机组之后，所有机组处于不同运行区的组合方式，组合方式的数量是上述机组运行区数量的连乘乘积；

S4240)计算与S4220或S4230列出各组合方式分别对应的组合运行区间，组合运行区间的计算方式为，组合运行区间下限为该组合方式下各机组所处运行区的下限之和，组合运行区间上限为该组合方式下各机组所处运行区间的上限之和；

S4250)计算与S4220或S4230列出各组合方式分别对应的，每种组合方式下处于限制运行区的机组数量；

S4260)对S4250所得处于限制运行区的机组数量相同的组合方式进行归并，并对参与归并的S4240所得的各组合运行区间求并集，就得到不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域F₀ ^j、F₁ ^j、F₂ ^j……F_i ^j……(j为正整数)，其中j为S4210所假设的改变开停机状态的机组序号，i为处于限制运行区的机组数量，F_i ^j表示j号机组改变开停机状态后有i台机组处于限制运行区时的联合运行区域。

S4300)对S4140、S4260所得各联合运行区域F₀ ^j、F₁ ^j、F₂ ^j……F_i ^j……(j扩展为自然数)所包含的各区间(不排除一个联合运行区域包含多于一个连续区间的可能性)进行范围扩展，将各区间的上限均加上α，将各区间下限均减去α，以适应S3500步骤在二次调频未中标情况下对有功功率调节范围所进行的修正。

所述的矩阵模型S^j的建立为：

S5100)针对当前模式和不同开停机策略，建立2行n+1列矩阵S^j，当j＝0时，S^j是当前模式下的矩阵模型，否则，S^j是不同开停机策略下的矩阵模型，其中j为S4210所假设的改变开停机状态的机组序号；

S5200)矩阵S^j的第1行各元素是不同时刻下水电站有功功率调节范围与该模式下发电状态机组数量的匹配度参数，以

为例，计算步骤如下：

S5210)建立变量x₁、x₂、x₃；

S5220)求有功功率调节范围

未包含在S4300扩展后各联合运行区域内的区域

并计算该区域的覆盖范围x₁；

S5230)计算x₂，

S5240)计算x₃，若0≤x₂<1，则x₃＝0；否则，分别计算

与F₀ ^j、F₁ ^j、F₂ ^j……各联合区域所包含的各区间边界值的差值绝对值，并从中取最小的差值绝对值赋值给x₃；

S5250)

越大则匹配性越差；

S5300)矩阵S^j的第2行各元素是不同时刻下为满足水电站有功功率调节范围，该模式最少必须处于限制运行区机组的加权数量，以

为例，计算步骤如下：

S5310)如果

则

否则，继续进行计算；

S5320)建立变量y₀、y₁、y₂……y_r……，r表示有r台机组处于限制运行区；

S5330)求有功功率调节范围

与S4300扩展后有0台机组处于限制运行区时的联合运行区域的交集

并计算该交集的覆盖范围y₀；

S5340)若有功功率调节范围

扣除S4300扩展后有0台机组处于限制运行区时的联合运行区域后的集合不为空集，则继续求该不为空集的集合与S4300扩展后有1台机组处于限制运行区时的联合运行区域的交集

并计算该交集的覆盖范围y₁；

S5350)继续以上过程，直至有功功率调节范围

被扣除完毕，得到不同数量机组处于限制运行区时各交集的覆盖范围y_r；

S5360)

所述的矩阵模型S^j的运行为：

S6100)对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；当j＝0时，参数β^j衡量了需要通过开机或停机改变当前机组运行模式，以满足有功计划曲线和二次调频预留容量的紧迫程度；否则，参数β^j衡量了不同开停机策略下，发电状态机组数量与有功计划曲线和二次调频预留容量的匹配度。

S6200)对S6100计算得到的β^j进行排序，得到最大值β^max；

S6300)根据S6100所得β⁰的不同，即需要通过开机或停机改变当前机组运行模式，以满足有功计划曲线和二次调频预留容量的紧迫程度的不同，进入不同的智能开停机运算流程，并设置t₂为开停机紧迫程度的判断阈值时间，并设参数m，m＝t₂/t，t₂为智能开停机功能可调参数，t₂必须远小于t₁，建议设置为10分钟左右；

S6400)参见图4，当1≤β⁰≤m时，智能开停机运算步骤为：

S6410)若β⁰＝β^max，且除β⁰外的其它β^j≠β^max，则智能开停机运算结束，运算结果为0；

S6420)若β⁰≠β^max，且有唯一的β^j＝β^max，则智能开停机运算结束，运算结果为与β^max相等的β^j的上标号；

S6430)若β⁰≠β^max，且有多个β^j＝β^max，则进行如下运算：

S6431)对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j的列下标小于β^max的第2行元素的数值进行累加，得到

S6432)对S6431计算得到的u^j进行排序，得到最小值u^min；

S6433)智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max以及u^j＝u^min的矩阵模型S^j的上标号；

S6440)若β⁰＝β^max，且有多个β^j＝β^max，则进行如下运算：

S6441)对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j的列下标等于β^max的第1行元素

进行排序，得到最小值

S6442)若

则智能开停机运算结束，运算结果为0；

S6443)若

则智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max以及

的矩阵模型S^j的上标号。

S6500)参见图3，当m＜β⁰时，智能开停机运算步骤为：

S6510)若β⁰＝β^max，且除β⁰外的其它β^j≠β^max，则智能开停机运算结束，运算结果为0；

S6520)若有除β⁰外的其它β^j＝β^max，则进行如下运算：

S6521)对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j，以及当前模式下矩阵模型S⁰的列下标小于β⁰的第2行元素的数值进行累加，得到

S6522)对S6521计算得到的除v⁰之外的其它v^j进行排序，得到最小值v^min；

S6523)若v⁰－v^min＜0，则智能开停机运算结束，运算结果为0；

S6524)若0≤v⁰－v^min＜δ，且β^max－β⁰≤3×m，则智能开停机运算结束，运算结果为0，其中δ＝t₃/t，t₃为智能开停机功能可调参数，与处于限制运行区运行对机组的损害程度呈反相关性，t₃必须介于t₁和t₂之间，建议设置为30分钟左右；

S6525)若v⁰－v^min≥0，且3×m＜β^max－β⁰，则智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max以及v^j＝v^min的矩阵模型S^j的上标号；

S6526)若v⁰－v^min≥δ，则智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max以及v^j＝v^min的矩阵模型S^j的上标号。

下面给出本发明的矩阵模型结合华能澜沧江水电股份有限公司糯扎渡水电站运行情况进行的智能开停机指令的生成，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，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。

表1机组运行区域

本发明提供的一种可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，其参数的确立包括以下步骤：

S1000)确定参与水电站智能开停机运算的各项参数，包括：

S1100)根据电网下发的有功计划曲线，按固定时间间隔生成水电站计划总有功设定值；即根据96点或288点(南方电网目前采用方式)有功计划曲线值及其对应时间，通过线性计算生成更高时间密度(糯扎渡水电站以1分钟为间隔)的水电站计划总有功设定值，其目的是为了保证水电站总有功的平稳变化。

本实施例假设一段以10:00为起始时刻的间隔为5分钟的计划曲线值，其中从10:00到10:30的计划有功功率为1400MW，10:35为1200MW，10:40为1000MW，10:45到11:30为900MW，11:35到12:15为600MW，12:20后为200MW；于是线性填充后，水电站总有功计划值从10:00到10:30为1400MW，10:31为1360MW，10:32为1320MW，10:33为1280MW，10:34为1240MW，10:35为1200MW，10:36为1160MW，10:37为1120MW，10:38为1080MW，10:39为1040MW，10:40为1000MW，10:41为980MW，10:42为960MW，10:43为940MW，10:44为920MW，10:45到11:30为900MW，11:31为840MW，11:32为780MW，11:33为720MW，11:34为660MW，11:35到12:15为600MW，12:16为520MW，12:17为440MW，12:18为360MW，12:19为280MW，12:20后保持为200MW。

1200)根据水电站参与二次调频市场竞争的中标情况，导入水电站二次调频各时间段的二次调频预留容量；当水电站未中标时或AGC未投入调度控制时，二次调频预留容量为0，假设本实施例的12:19前二次调频中标容量为100MW，12:20后二次调频中标容量为0。

S1300)根据当前水头，以及水电站各机组在不同水头下的各运行区范围，生成当前水头下水电站各机组的各运行区范围；假设当前水头为204m，则各机组的各运行区范围如表1所示，1至6号机组的限制运行区为140～230MW，建议运行区为460～650MW，7至9号机组的限制运行区为140～280MW，建议运行区为430～650MW；

S1400)设定投入智能开停机运算的机组，投入智能开停机运算的机组数量以满足需求为限；如果投入智能开停机运算的机组数量过多，会导致智能开停机运算时间过长，本实施例假设1、2、7、8号机组投入智能开停机运算；

S1500)对水电站各机组依次设置开机优先级和停机优先级，对最新开机的机组默认赋予最低的停机优先级，对最新停机的机组默认赋予最低的开机优先级；假设本实施例初始1至9号机的开机优先级分别为2、4、6、8、1、3、5、7、9，停机优先级分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9。

S1600)对各机组参与智能开停机运算的发电或非发电状态进行修正，流程如图2所示；假设此时6、7号机组处于发电状态，其它机组处于非发电状态，同时1号机组正在执行开机流程，于是修正后1、6、7号机组处于发电状态，2、3、4、5、8、9号机组处于非发电状态。

S1700)根据电网安全运行约束要求，设定最少必须处于发电状态的机组数量，假设本实施例中最少必须处于发电状态的机组数量为1；

S2000)确定水电站智能开停机运算的触发或启动条件，包括S2100)～S2300)：

S2100)水电站智能开停机运算触发或启动的前提条件包括：

S2110)水电站智能开停机功能投入；

S2120)至少有一台机组投入智能开停机运算；

下面给出基于矩阵模型的运算。

一、※10:01时的计算※

S3000)计算未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，包括：

S3100)确定智能开停机功能的预判时间t₁，本实施例设置为50分钟；

S3200)根据智能开停机功能的预判时间t₁，以及水电站计划总有功设定值的时间间隔t，确定参与智能开停机运算的数据点数量n，n＝t₁/t＝50；

S3300)根据水电站未来一段时间t₁内n个计划总有功设定值，以及电站当前的总有功设定值，构建向量

式中

为当前已生效的水电站计划总有功设定值，也就是当前的电站总有功设定值，

为未来时刻最近的水电站计划总有功设定值，并以此类推；

S3400)根据水电站未来一段时间t₁内的二次调频预留容量，构建向量

式中

为向量P_set’中

所对应时刻的二次调频预留容量；

S3500)根据S3300和S3400结果，构建51行2列矩阵

其中

分别为

对应时刻有功功率调节范围的下限值和上限值，

式中的α为预设常量，本实施中将α设置为1MW，假设当前时刻为10:01，则P_set＝[1300,1500……1300,1500；1260,1460；1220,1420；1180,1380；1140,1340；1100,1300；1060,1260；1020,1220；980,1180；940,1140；900,1100；880,1080；860,1060；840,1040；820,1020；800,1000……800,1000]。

S4000)计算当前模式下和不同开停机策略下，不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域：

S4100)计算当前模式下，不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域，包括：

S4110)列出当前所有发电状态机组处于不同运行区的组合方式，组合方式的数量是所有发电状态机组运行区数量的连乘乘积，共8种；

S4120)计算与S4110列出各组合方式分别对应的组合运行区间，组合运行区间的计算方式为，组合运行区间下限为该组合方式下各发电状态机组所处运行区的下限之和，组合运行区间上限为该组合方式下各发电状态机组所处运行区间的上限之和；

S4130)计算与S4110列出各组合方式分别对应的，每种组合方式下处于限制运行区的机组数量，综合S4110至S4130步骤，所得结果如表2所示：

表2各种组合方式及其参数

S4140)对S4130所得处于限制运行区的机组数量相同的组合方式进行归并，并对参与归并的S4120所得的各组合运行区间求并集，就得到不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域F₀ ⁰、F₁ ⁰、F₂ ⁰、F₃ ⁰，其中F₀ ⁰＝[1350，1950]，F₁ ⁰＝[1030，1580]，F₂ ⁰＝[710，1160]，F₃ ⁰＝[420，740]；

S4200)计算不同开停机策略下，不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域，包括：

S4210)分别假设各投入智能开停机运算的机组改变开停机状态，除了该台改变开停机状态的机组外，其它机组的状态均与当前实际运行状态一致，本实施例分别假设1、2、7、8号机组单独改变开停机状态；

S4220)若S4210假设改变开停机状态的机组是发电状态机组，则列出除该机组之外当前所有发电状态机组处于不同运行区的组合方式，组合方式的数量是上述机组运行区数量的连乘乘积，当假设1、7号机改变开停机状态时，共有4种组合方式；

S4230)若4210假设改变开停机状态的机组是非发电状态机组，则列出当前所有发电状态机组增加该机组之后，所有机组处于不同运行区的组合方式，组合方式的数量是上述机组运行区数量的连乘乘积，当假设2、8号机组改变开停机状态时，共有16种组合方式；

S4240)计算与S4220或S4230列出各组合方式分别对应的组合运行区间，组合运行区间的计算方式为，组合运行区间下限为该组合方式下各机组所处运行区的下限之和，组合运行区间上限为该组合方式下各机组所处运行区间的上限之和；

S4250)计算与S4220或S4230列出各组合方式分别对应的，每种组合方式下处于限制运行区的机组数量，综合S4210至S4250步骤，当假设改变开停机状态的机组分别为1、2、7、8时，所得结果分别如表3、4、5、6所示：

表3 1号机组停机后的各种组合方式及其参数

表4 2号机组开机后的各种组合方式及其参数

表5 7号机组停机后的各种组合方式及其参数

表6 8号机组开机后的各种组合方式及其参数

S4260)对S4250所得处于限制运行区的机组数量相同的组合方式进行归并，并对参与归并的S4240所得的各组合运行区间求并集，就得到不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域F₀ ^j、F₁ ^j、F₂ ^j……F_i ^j……(j为正整数)，其中j为S4210所假设的改变开停机状态的机组序号，i为处于限制运行区的机组数量，F_i ^j表示j号机组改变开停机状态后有i台机组处于限制运行区时的联合运行区域，得到F₀ ¹＝[890，1300]，F₁ ¹＝[570，930]，F₂ ¹＝[280，510]；F₀ ²＝[1810，2600]，F₁ ²＝[1490，2230]，F₂ ²＝[1170，1810]，F₃ ²＝[850，1390]，F₄ ²＝[560，970]；F₀ ⁷＝[920，1300]，F₁ ⁷＝[600，880]，F₂ ⁷＝[280，460]；F₀ ⁸＝[1780，2600]，F₁ ⁸＝[1460，2230]，F₂ ⁸＝[1140，1860]，F₃ ⁸＝[850，1440]，F₄ ⁸＝[560，1020]；

S4300)对S4140、S4260所得各联合运行区域F₀ ^j、F₁ ^j、F₂ ^j……F_i ^j……(j扩展为自然数)所包含的各区间(不排除一个联合运行区域包含多于一个连续区间的可能性)进行范围扩展，将各区间的上限均加上1MW，将各区间下限均减去1MW，得到F₀ ⁰＝[1349，1951]，F₁ ⁰＝[1029，1581]，F₂ ⁰＝[709，1161]，F₃ ⁰＝[419，741]；F₀ ¹＝[889，1301]，F₁ ¹＝[569，931]，F₂ ¹＝[279，511]；F₀ ²＝[1809，2601]，F₁ ²＝[1489，2231]，F₂ ²＝[1169，1811]，F₃ ²＝[849，1391]，F₄ ²＝[559，971]；F₀ ⁷＝[919，1301]，F₁ ⁷＝[599，881]，F₂ ⁷＝[279，461]；F₀ ⁸＝[1779，2601]，F₁ ⁸＝[1459，2231]，F₂ ⁸＝[1139，1861]，F₃ ⁸＝[849，1441]，F₄ ⁸＝[559，1021]。

S5000)建立当前模式下和不同开停机策略下的智能开停机矩阵模型，包括：

S5100)针对当前模式和不同开停机策略，建立2行51列矩阵S^j，当j＝0时，S^j是当前模式下的矩阵模型，否则(当j＝1、2、7、8时)，S^j是不同开停机策略下的矩阵模型，其中j为S4210所假设的改变开停机状态的机组序号；

S5200)矩阵S^j的第1行各元素是不同时刻下水电站有功功率调节范围与该模式下发电状态机组数量的匹配度参数，以

为例(假设当前时刻为10:01)，计算步骤如下：

S5210)建立变量x₁、x₂、x₃；

S5220)求有功功率调节范围[1300,1500](即S3500在同一时刻计算所得的

)未包含在S4300扩展后各联合运行区域内的区域[1300,1500]-[889，1301]-[569，931]-[279，511]＝[1301，1500]，并计算该区域的覆盖范围x₁＝199；

S5230)计算x₂，

S5240)计算x₃，因为0≤x₂<1，所以x₃＝0；否则需要分别计算

与F₀ ^j、F₁ ^j、F₂ ^j……各联合区域所包含的各区间边界值的差值绝对值，并从中取最小的差值绝对值赋值给x₃；

S5250)

S5300)矩阵S^j的第2行各元素是不同时刻下为满足水电站有功功率调节范围，该模式最少必须处于限制运行区机组的加权数量，以

为例，计算步骤如下：

S5310)如果

则

否则，继续进行计算；

S5320)建立变量y₀、y₁、y₂……

S5330)求有功功率调节范围[1300,1500](即S3500在同一时刻计算所得的

)与S4300扩展后有0台机组处于限制运行区时的联合运行区域的交集[1300,1500]∩[1349,1951]＝[1349,1500]，并计算该交集的覆盖范围y₀＝151；

S5340)因为有功功率调节范围[1300,1500]扣除S4300扩展后有0台机组处于限制运行区时的联合运行区域后的集合不为空集，所以继续求该不为空集的集合与S4300扩展后有1台机组处于限制运行区时的联合运行区域的交集([1300,1500]-[1349,1951])∩[1029，1581]＝[1300,1349]∩[1029，1581]＝[1300,1349]，并计算该交集的覆盖范围y₁＝49；

S5350)有功功率调节范围[1300,1500]在S5330、S5340被扣除完毕；

S5360)

通过以上步骤，建立起矩阵S⁰、S¹、S²、S⁷、S⁸如表7所示，建立矩阵的时间为10:01时刻：

表7矩阵模型表10:01

S6000)基于智能开停机矩阵模型进行智能开停机运算：

S6100)对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；于是β⁰＝52，β¹＝1，β²＝52，β⁷＝1，β⁸＝52。

S6200)对S6100计算得到的β^j进行排序，得到最大值β^max＝52；

S6300)根据S6100所得β⁰的不同，即需要通过开机或停机改变当前机组运行模式，以满足有功计划曲线和二次调频预留容量的紧迫程度的不同，进入不同的智能开停机运算流程，并设置10分钟为开停机紧迫程度的判断阈值时间，并对参数m作进行计算，m＝10；

S6500)由于10＝m＜β⁰＝52，智能开停机运算步骤如下，计算流程图如图3所示：

S6520)因为有除β⁰外的其它β^j(β²、β⁸)＝β^max，因此进行如下运算：

S6521)对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j，以及当前模式下矩阵模型S⁰的列下标小于β⁰的第2行元素的数值进行累加，得到

于是v⁰＝39.2，v²＝117.98，v⁸＝112.725；

S6522)对S6521计算得到的除v⁰之外的其它v^j进行排序，得到最小值v^min＝112.725；

S6523)因为v⁰－v^min＝－73.525＜0，所以智能开停机运算结束，运算结果为0。

二、※10:35时的计算※

S3000)计算未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，P_set＝[1100,1300；1060,1260；1020,1220；980,1180；940,1140；900,1100；880,1080；860,1060；840,1040；820,1020；800,1000……800,1000]；

因为没有改变机组开停机状态，所以S4000的过程不再赘述；

S5000)建立当前模式下和不同开停机策略下的智能开停机矩阵模型，如表8所示：

表8矩阵模型表10:35

S6000)基于智能开停机矩阵模型进行智能开停机运算：

S6100)对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；于是β⁰＝52，β¹＝52，β²＝52，β⁷＝6，β⁸＝52。

S6200)对S6100计算得到的β^j进行排序，得到最大值β^max＝52；

S6300)根据S6100所得β⁰的不同，进入不同的智能开停机运算流程；

S6500)由于10＝m＜β⁰＝52，智能开停机运算步骤如下，计算流程图如图3所示：

S6520)因为有除β⁰外的其它β^j(β¹、β²、β⁸)＝β^max，因此进行如下运算：

S6521)对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j，以及当前模式下矩阵模型S⁰的列下标小于β⁰的第2行元素的数值进行累加，得到

于是v⁰＝96.915，v¹＝19.025，v²＝161.815，v⁸＝161.21。

S6522)对S6521计算得到的除v⁰之外的其它v^j进行排序，得到最小值v^min＝19.025；

S6526)因为若v⁰－v^min＝77.89≥δ，因此智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max(β¹、β²、β⁸)以及v^j＝v^min(v¹)的矩阵模型S^j的上标号，运算结果为1，其中δ＝t₃/t，t₃为智能开停机功能可调参数，与处于限制运行区运行对机组的损害程度呈反相关性，t₃必须介于t₁和t₂之间，本实施例设置为30分钟，于是δ＝30。

根据S6000运算结果对运行人员进行辅助提示，或自动生成开停机指令，因为1号机组原为发电状态，因此对其进行自动停机操作，或提示运行人员停1号机组。

三、※11:01时的计算(假设此前已经对1号机进行停机操作)※

S3000)计算未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，P_set＝[800,1000……800,1000；740,940；680,880；620,820；560,760；500,700……500,700]；

S4000)计算当前模式下和不同开停机策略下，不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域，包括：

1.当前模式下(6、7号机组处于发电状态)机组各种组合方式及其参数如表3所示，经S4300扩展后得到F₀ ⁰＝[889，1301]，F₁ ⁰＝[569，931]，F₂ ⁰＝[279，511]；

2.改变1号机开停机状态后机组各种组合方式及其参数如表2所示，经S4300扩展后得到F₀ ¹＝[1349，1951]，F₁ ¹＝[1029，1581]，F₂ ¹＝[709，1161]，F₃ ¹＝[419，741]；

3.因为2号机与1号机运行区间一致，且当前模式下2号机与1号机均处于非发电状态，因此改变2号机开停机状态后的联合运行区域与改变1号机开停机状态后的联合运行区域相同，所以经S4300扩展后得到F₀ ²＝[1349，1951]，F₁ ²＝[1029，1581]，F₂ ²＝[709，1161]，F₃ ²＝[419，741]；

4.改变7号机开停机状态后，仅有6号机在发电状态，经S4300扩展后得到F₀ ⁷＝[459，651]，F₁ ⁷＝[139，231]；

5.改变8号机开停机状态后机组各种组合方式及其参数如表9所示，经S4300扩展后得到F₀ ⁸＝[1319，1951]，F₁ ⁸＝[999，1581]，F₂ ⁸＝[709，1211]，F₃ ⁸＝[419，791]；

表9 8号机开机后的各种组合方式及其参数

S5000)建立当前模式下和不同开停机策略下的智能开停机矩阵模型，如表10所示：

表10矩阵模型表11:01

S6000)基于智能开停机矩阵模型进行智能开停机运算，包括：

S6100)对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；于是β⁰＝34，β¹＝52，β²＝52，β⁷＝1，β⁸＝52。

S6200)对S6100计算得到的β^j进行排序，得到最大值β^max＝52；

S6300)根据S6100所得β⁰的不同，进入不同的智能开停机运算流程；

S6500)由于10＝m＜β⁰＝34，智能开停机运算步骤如下，计算流程图如图3所示：：

S6520)有除β⁰外的其它β^j(β¹、β²、β⁸)＝β^max，因此进行如下运算：

S6521)对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j，以及当前模式下矩阵模型S⁰的列下标小于β⁰的第2行元素的数值进行累加，得到

于是v⁰＝16.095，v¹＝66.59，v²＝66.59，v⁸＝66.44。

S6522)对S6521计算得到的除v⁰之外的其它v^j进行排序，得到最小值v^min＝66.44；

S6523)因为v⁰－v^min＝－50.345＜0，所以智能开停机运算结束，运算结果为0。

因为S6000智能开停机运算结果为0，所以不对运行人员发出辅助提示，也不自动生成开停机指令。

四、※11:25时的计算※

S3000)计算未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，P_set＝[800,1000……800,1000；740,940；680,880；620,820；560,760；500,700……500,700]；

因为没有改变机组开停机状态，所以S4000的过程不再赘述；

S5000)建立当前模式下和不同开停机策略下的智能开停机矩阵模型，如表11所示：

表11矩阵模型表11:25

S6000)基于智能开停机矩阵模型进行智能开停机运算，包括：

S6100)对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；于是β⁰＝10，β¹＝52，β²＝52，β⁷＝1，β⁸＝52。

S6200)对S6100计算得到的β^j进行排序，得到最大值β^max＝52；

S6300)根据S6100所得β⁰的不同，进入不同的智能开停机运算流程；

S6400)由于1≤β⁰＝10≤m＝10，智能开停机运算步骤如下，计算流程图如图4所示：

S6430)由于β⁰≠β^max，且有多个β^j(β¹、β²、β⁸)＝β^max，因此进行如下运算：

S6431)对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j的列下标小于β^max的第2行元素的数值进行累加，得到

u¹＝120.335，u²＝120.335，u⁸＝120.185；

S6432)对S6431计算得到的u^j进行排序，得到最小值u^min＝120.185；

S6433)智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max(β¹、β²、β⁸)以及u^j＝u^min(u⁸)的矩阵模型S^j的上标号，运算结果为8。

根据S6000运算结果对运行人员进行辅助提示，或自动生成开停机指令；因为8号机组原为非发电状态，因此对其进行自动开机操作，或提示运行人员开8号机组。

五、※12:01时的计算(假设此前已经对8号机进行开机操作)※

S3000)计算未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，P_set＝[500,700……500,700；420,620；340,540；260,460；180,380；199,201……199,201]，需要注意的是12:20后二次调频中标容量为0，所导致的有功功率调节范围的变化；

S4000)计算当前模式下和不同开停机策略下，不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域，包括：

1.当前模式下(6、7、8号机组处于发电状态)机组各种组合方式及其参数如表9所示，经S4300扩展后得到F₀ ⁰＝[1319，1951]，F₁ ⁰＝[999，1581]，F₂ ⁰＝[709，1211]，F₃ ⁰＝[419，791]；

2.改变1号机开停机状态后机组各种组合方式及其参数如表6所示，经S4300扩展后得到F₀ ¹＝[1779，2601]，F₁ ¹＝[1459，2231]，F₂ ¹＝[1139，1861]，F₃ ¹＝[849，1441]，F₄ ¹＝[559，1021]；

3.因为2号机与1号机运行区间一致，且当前模式下2号机与1号机均处于非发电状态，因此改变2号机开停机状态后的联合运行区域与改变1号机开停机状态后的联合运行区域相同，所以经S4300扩展后得到F₀ ²＝[1779，2601]，F₁ ²＝[1459，2231]，F₂ ²＝[1139，1861]，F₃ ²＝[849，1441]，F₄ ²＝[559，1021]；

4.改变8号机开停机状态后机组各种组合方式及其参数如表3所示，经S4300扩展后得到F₀ ⁸＝[889，1301]，F₁ ⁸＝[569，931]，F₂ ⁸＝[279，511]；

5.因为7号机与8号机运行区间一致，且当前模式下7号机与8号机均处于发电状态，因此改变7号机开停机状态后的联合运行区域与改变8号机开停机状态后的联合运行区域相同，所以经S4300扩展后得到F₀ ⁷＝[889，1301]，F₁ ⁷＝[569，931]，F₂ ⁷＝[279，511]。

S5000)建立当前模式下和不同开停机策略下的智能开停机矩阵模型，如表12所示：

表12矩阵模型表12:01

S6000)基于智能开停机矩阵模型进行智能开停机运算，包括：

S6100)对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；于是β⁰＝17，β¹＝1，β²＝1，β⁷＝1，β⁸＝1。

S6200)对S6100计算得到的β^j进行排序，得到最大值β^max＝17；

S6300)根据S6100所得β⁰的不同，进入不同的智能开停机运算流程；

S6500)由于10＝m＜β⁰＝17，智能开停机运算步骤如下，计算流程图如图3所示：

S6510)因为没有除β⁰外的其它β^j＝β^max，所以智能开停机运算结束，运算结果为0。

因为S6000智能开停机运算结果为0，所以不对运行人员发出辅助提示，也不自动生成开停机指令。

六、※12:17时的计算※

S3000)计算未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，P_set＝[340,540；260,460；180,380；199,201……199,201]，需要注意的是12:20后二次调频中标容量为0，所导致的有功功率调节范围的变化；

因为没有改变机组开停机状态，所以S4000的过程不再赘述；

S5000)建立当前模式下和不同开停机策略下的智能开停机矩阵模型，如表13所示：

表13矩阵模型表12:17

S6000)基于智能开停机矩阵模型进行智能开停机运算，包括：

S6100)对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；于是β⁰＝1，β¹＝1，β²＝1，β⁷＝1，β⁸＝1。

S6200)对S6100计算得到的β^j进行排序，得到最大值β^max＝1；

S6300)根据S6100所得β⁰的不同，进入不同的智能开停机运算流程；

S6400)由于1≤β⁰＝1≤m＝10，智能开停机运算步骤如下，计算流程图如图4所示：

S6440)由于β⁰＝β^max，且有多个β^j＝β^max(β¹、β²、β⁷、β⁸)，因此进行如下运算：

S6441)对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j的列下标等于β^max的第1行元素

进行排序，得到最小值

S6442)由于

因此智能开停机运算结束，运算结果为0；

因为S6000智能开停机运算结果为0，所以不对运行人员发出辅助提示，也不自动生成开停机指令。

七、※12:19时的计算※

S3000)计算未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，P_set＝[180,380；199,201……199,201]，需要注意的是12:20后二次调频中标容量为0，所导致的有功功率调节范围的变化；

因为没有改变机组开停机状态，所以S4000的过程不再赘述；

S5000)建立当前模式下和不同开停机策略下的智能开停机矩阵模型，如表14所示：

表14矩阵模型表12:19

S6000)基于智能开停机矩阵模型进行智能开停机运算，包括：

S6100)对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；于是β⁰＝1，β¹＝1，β²＝1，β⁷＝1，β⁸＝1。

S6200)对S6100计算得到的β^j进行排序，得到最大值β^max＝1；

S6300)根据S6100所得β⁰的不同，进入不同的智能开停机运算流程；

S6400)由于1≤β⁰＝1≤m＝10，智能开停机运算步骤如下，计算流程图如图4所示：

S6440)因为β⁰＝β^max，且有多个β^j＝β^max(β¹、β²、β⁷、β⁸)，所以进行如下运算：

S6441)对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j的列下标等于β^max的第1行元素

进行排序，得到最小值

S6443)因为.

所以智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max(β¹、β²、β⁷、β⁸)以及

的矩阵模型S^j的上标号，运算结果为7、8。

因为S6000智能开停机运算结果为多个数，且7、8号机组均为发电状态，且7号机停机优先级高于8号机(8号机最新开机，因此默认赋予其最低的停机优先级)，因此对7号机执行停机操作，或提示运行人员停7号机组。

八、※12:30时的计算(假设此前已经对7号机进行停机操作)※

S3000)计算未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，P_set＝[199,201……199,201]；

S4000)计算当前模式下和不同开停机策略下，不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域，包括：

1.当前模式下(6、8号机组处于发电状态)机组各联合运行区域经S4300扩展后得到F₀ ⁰＝[889，1301]，F₁ ⁰＝[569，931]，F₂ ⁰＝[279，511]；

2.改变1号机开停机状态后机组各联合运行区域经S4300扩展后得到F₀ ¹＝[1349，1951]，F₁ ¹＝[1029，1581]，F₂ ¹＝[709，1161]，F₃ ¹＝[419，741]；

3.改变2号机开停机状态后机组各联合运行区域经S4300扩展后得到F₀ ²＝[1349，1951]，F₁ ²＝[1029，1581]，F₂ ²＝[709，1161]，F₃ ²＝[419，741]；

4.改变7号机开停机状态后机组各种组合方式及其参数如表9所示，经S4300扩展后得到F₀ ⁷＝[1319，1951]，F₁ ⁷＝[999，1581]，F₂ ⁷＝[709，1211]，F₃ ⁷＝[419，791]；

5.改变8号机开停机状态后，仅有6号机在发电状态，经S4300扩展后得到F₀ ⁸＝[459，651]，F₁ ⁸＝[139，231]。

S5000)建立当前模式下和不同开停机策略下的智能开停机矩阵模型，如表15所示：

表15矩阵模型表12:30

S6000)基于智能开停机矩阵模型进行智能开停机运算，包括：

S6100)对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；于是β⁰＝1，β¹＝1，β²＝1，β⁷＝1，β⁸＝52。

S6200)对S6100计算得到的β^j进行排序，得到最大值β^max＝52；

S6300)根据S6100所得β⁰的不同，进入不同的智能开停机运算流程；

S6400)由于1≤β⁰＝1≤m＝10，智能开停机运算步骤如下，计算流程图如图4所示：

S6420)因为β⁰≠β^max，且有唯一的β^j＝β^max(β⁸)，所以智能开停机运算结束，运算结果为与β^max相等的β^j的上标号，运算结果为8；

根据S6000运算结果对运行人员进行辅助提示，或自动生成开停机指令，因为8号机组原为发电状态，因此对其进行自动停机操作，或提示运行人员停8号机组。

以上整个过程(一至八，10:01～12:30)的有功功率趋势图，如图5所示，图中淡色区域为随发电状态机组数量变化而变化的水电站可调功率覆盖区域，黑色虚长线为有功功率调节范围上限，黑色虚点线为有功功率调节范围下限，如图5所示虽然有功功率调节范围一直保持下降趋势，但是为了保证水电站可调功率覆盖区域始终能够满足或最大满足有功功率调节范围的需求，智能开停机功能先后执行了停1号机、开8号机、停7号机、停8号机操作，而不是一味执行停机操作，并且由于机组运行区域有所差异，并不是以上所有开停机操作的对象机组都具有互换性，这一过程如果完全由运行人员进行人工判断，无疑是极其困难且复杂的。

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，例如为了防止智能开停机功能在极端工况下对发电状态机组数量与有功功率调节范围的匹配度过于敏感，而导致各种预料之外的调节后果，本发明在S6442、S6443中，使用了常量1作为

分界阈值，此处使用常量0自然也是可以的，分界阈值的不同不过代表了一种选择倾向而已，这些变化和改进都在要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，其特征在于：

该矩阵模型是在明确参与智能开停机的水电站各项参数的情况下，以当前投入智能开停机的所有机组的运行状态为基础，以改变一台机组的开停机状态后的运行工况作为一种开停机策略；

为满足电站有功功率考虑未来一段时间内的水电站有功功率调节范围，通过设定智能开停机的预判时间t₁，并根据水电站计划总有功值设定时间间隔t，计算参与智能开停机运算的数据点数量n，n＝t₁/t；并构建表示未来一段时间的水电站计划总有功设定值的向量P_set’，并构建与其对应的表示未来某时刻的二次调频预留容量的向量P_f、以及表示未来某时刻的有功功率调节范围的下限值和上限值的矩阵P_set；

再考虑不同数量机组处于限制运行区时，分别对应的联合运行区域F_i ⁰、F_i ^j；其中F_i ⁰表示当前模式下有i台机组处于限制运行区所对应的联合运行区域，F_i ^j表示j号机组改变开停机状态的开停机策略并执行后有i台机组处于限制运行区所对应的联合运行区域；

针对当前模式和不同开停机策略，建立2行、n+1列的智能开停机矩阵模型S^j对所有参与的机组采用循环运算方式判断是否进行智能开停机；其中j为改变开停机状态的机组，当j＝0时，S^j是当前模式下的矩阵模型；

矩阵S^j的第1行各元素是不同时刻下水电站有功功率调节范围与该模式下发电状态机组数量的匹配度参数，其值越大则匹配性越差；

矩阵S^j的第2行各元素是不同时刻下为了满足水电站有功功率调节范围，该模式最少必须处于限制运行区机组的加权数量。

2.如权利要求1所述的可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，其特征在于，该矩阵模型的元素运算为：

对矩阵模型S^j的第1行元素值进行判断，从所有不等于0的元素中找出列下标最小的元素，并将该元素的列下标赋值给β^j，若S^j的第1行的所有元素均为0，则β^j＝n+2；

当j＝0时，参数β⁰衡量了需要通过开机或停机改变当前机组运行模式，以满足有功计划曲线和二次调频预留容量的紧迫程度；否则，参数β^j衡量了不同开停机策略下，发电状态机组数量与有功计划曲线和二次调频预留容量的匹配度；对得到的β^j进行排序，得到最大值β^max；

设置t₂为开停机紧迫程度的判断阈值时间，并设参数m，m＝t₂/t，t₂远小于t₁；根据β⁰与m的比较结果，以满足有功计划曲线和二次调频预留容量的紧迫程度的不同，进入相应的紧迫或不紧迫的运算流程；

若紧迫时，则判断改变投入智能开停机机组的开停机状态是否能够更好匹配未来有功计划曲线和二次调频预留容量；若不紧迫时则判断改变投入智能开停机机组的开停机状态是否明显更好匹配未来有功计划曲线和二次调频预留容量，或有利于减少限制运行区运行的机组数量；

综合考虑不同开停机策略与未来有功计划曲线和二次调频预留容量的匹配程度，以及不同开停机策略下最少处于限制运行区机组的加权数量，结合投入智能开停机机组的开停机优先级，锁定需要改变开停机状态的机组。

3.如权利要求1或2所述的可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，其特征在于，所述矩阵S^j的元素确定为：

S5200)矩阵S^j的第1行元素

计算为：

S5210)建立变量x₁、x₂、x₃；

S5220)求有功功率调节范围

未包含在扩展后各联合运行区域内的区域

并计算该区域的覆盖范围x₁；

S5230)计算x₂，

S5240)计算x₃，若0≤x₂<1，则x₃＝0；否则，分别计算

与

F₁ ^j、

各联合区域所包含的各区间边界值的差值绝对值，并从中取最小的差值绝对值赋值给x₃；

S5250)

越大则匹配性越差；

S5300)矩阵S^j的第2行元素

的计算为：

S5310)如果

则

否则，继续向下一元素进行计算；

S5320)建立变量y₀、y₁、y₂……y_r……，r表示有r台机组处于限制运行区；

S5330)求有功功率调节范围

与扩展后有0台机组处于限制运行区时的联合运行区域的交集

并计算该交集的覆盖范围y₀；

S5340)若有功功率调节范围

扣除扩展后有0台机组处于限制运行区时的联合运行区域后的集合不为空集，则继续求该不为空集的集合与扩展后有1台机组处于限制运行区时的联合运行区域的交集

并计算该交集的覆盖范围y₁；

S5350)继续以上过程，直至运算至有功功率调节范围

被扣除完毕，得到不同数量机组处于限制运行区时各交集的覆盖范围y_r；

∑y_r×r

S5360)

4.如权利要求2所述的可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，其特征在于，当1≤β⁰≤m时，矩阵模型的运算为：

S6410)若β⁰＝β^max，且除β⁰外的其它β^j≠β^max，则智能开停机运算结束，运算结果为0；

S6420)若β⁰≠β^max，且有唯一的β^j＝β^max，则智能开停机运算结束，运算结果为与β^max相等的β^j的上标号；

S6430)若β⁰≠β^max，且有多个β^j＝β^max，则进行如下运算：

对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j的列下标小于β^max的第2行元素的数值进行累加，得到

对得到的u^j进行排序，得到最小值u^min；

智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max以及u^j＝u^min的矩阵模型S^j的上标号；

S6440)若β⁰＝β^max，且有多个β^j＝β^max，则进行如下运算：

对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j的列下标等于β^max的第1行元素

进行排序，得到最小值

若

则智能开停机运算结束，运算结果为0；

若

则智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max以及

的矩阵模型S^j的上标号。

5.如权利要求2所述的可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，其特征在于，当m＜β⁰时，矩阵模型的运算为：

S6510)若β⁰＝β^max，且除β⁰外的其它β^j≠β^max，则智能开停机运算结束，运算结果为0；

S6520)若有除β⁰外的其它β^j＝β^max，则进行如下运算：

S6521)对所有与β^max相等的β^j所对应的矩阵模型S^j，以及当前模式下矩阵模型S⁰的列下标小于β⁰的第2行元素的数值进行累加，得到

S6522)对S6521计算得到的除v⁰之外的其它v^j进行排序，得到最小值v^min；

若v⁰－v^min＜0，则智能开停机运算结束，运算结果为0；

若0≤v⁰－v^min＜δ，且β^max－β⁰≤3×m，则智能开停机运算结束，运算结果为0，其中δ＝t₃/t，t₃介于t₁和t₂之间，t₃的设置遵循与机组处于限制运行区运行的损害程度呈反相关性的原则；

若v⁰－v^min≥0，且3×m＜β^max－β⁰，则智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max以及v^j＝v^min的矩阵模型S^j的上标号；

若v⁰－v^min≥δ，则智能开停机运算结束，运算结果为所有同时满足β^j＝β^max以及v^j＝v^min的矩阵模型S^j的上标号。

6.如权利要求1所述的可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，其特征在于，参与智能开停机的水电站各项参数的明确包括：

S1100)根据有功计划曲线值及其对应时间，按固定时间间隔通过线性计算生成更高时间密度的水电站计划总有功设定值；

S1200)根据水电站参与二次调频市场竞争的中标情况，导入水电站二次调频各时间段的二次调频预留容量；当水电站未中标时或AGC未投入调度控制时，二次调频预留容量为0；

S1300)根据当前水头，以及水电站各机组在不同水头下的各运行区范围，生成当前水头下水电站各机组的各运行区范围；

S1400)以投入智能开停机运算的机组数量以满足需求为限，设定投入智能开停机运算的机组；

S1500)对水电站各机组依次设置开机优先级和停机优先级，对最新开机的机组赋予最低的停机优先级，对最新停机的机组默认赋予最低的开机优先级；

S1600)对各机组参与智能开停机的发电或非发电状态进行修正：将正在执行开机流程的机组，以及原本处于发电状态且未在执行停机流程的机组视为发电状态机组；将正在执行停机流程的机组，以及原本处于非发电状态且未在执行开机流程的机组视为非发电状态机组；

S1700)根据电网安全运行约束要求，设定最少必须处于发电状态的机组数量。

7.如权利要求1所述的可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，其特征在于，所述的向量

式中

为当前的电站总有功设定值，

为未来时刻最近的水电站计划总有功设定值；

向量

式中

为

对应时刻的二次调频预留容量；

矩阵

其中

分别为

对应时刻有功功率调节范围的下限值和上限值，

α为预设常量。

8.如权利要求1所述的可满足电站有功功率的开停机策略矩阵模型，其特征在于，所述联合运行区域F_i ⁰、F_i ^j的确定为：

S4100)计算当前模式下，不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域：S4110)列出当前所有发电状态机组处于不同运行区的组合方式，组合方式的数量是所有发电状态机组运行区数量的连乘乘积；S4120)计算出各组合方式分别对应的组合运行区间：组合运行区间下限为该组合方式下各发电状态机组所处运行区的下限之和，组合运行区间上限为该组合方式下各发电状态机组所处运行区间的上限之和；S4130)计算每种组合方式下处于限制运行区的机组数量；S4140)对S4130所得处于限制运行区的机组数量相同的组合方式进行归并，并对参与归并的S4120所得的各组合运行区间求并集，得到不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域

F₁ ⁰、

F_i ⁰……，其中i为处于限制运行区的机组数量，F_i ⁰表示当前模式下有i台机组处于限制运行区时的联合运行区域；

S4200)计算不同开停机策略下，不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域：

S4210)分别假设各投入智能开停机运算的机组改变开停机状态，除了该台改变开停机状态的机组外，其它机组的状态均与当前实际运行状态一致；

S4220)若假设改变开停机状态的机组是发电状态机组，则列出除该机组之外当前所有发电状态机组处于不同运行区的组合方式，组合方式的数量是上述机组运行区数量的连乘乘积；

S4230)若假设改变开停机状态的机组是非发电状态机组，则列出当前所有发电状态机组增加该机组之后，所有机组处于不同运行区的组合方式，组合方式的数量是上述机组运行区数量的连乘乘积；

S4240)计算S4220或S4230所列出各组合方式分别对应的组合运行区间：组合运行区间下限为该组合方式下各机组所处运行区的下限之和，组合运行区间上限为该组合方式下各机组所处运行区间的上限之和；

S4250)计算与S4220或S4230列出各组合方式分别对应的，每种组合方式下处于限制运行区的机组数量；

S4260)对S4250所得处于限制运行区的机组数量相同的组合方式进行归并，并对参与归并的S4240所得的各组合运行区间求并集，得到不同数量机组处于限制运行区时，所分别对应的联合运行区域

F₁ ^j、

F_i ^j……，j为正整数，其中j为假设的改变开停机状态的机组序号，i为处于限制运行区的机组数量，F_i ^j表示j号机组改变开停机状态后有i台机组处于限制运行区时的联合运行区域；

S4300)对S4140、S4260所得各联合运行区域

F₁ ^j、

F_i ^j……所包含的各区间进行范围扩展，将各区间的上限均加上α，将各区间下限均减去α，α为预设常量。

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