CN116979623B - 一种水电站自主优化发电控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电站自主优化发电控制策略，包括以下步骤：S1：将所有机组按照优先级进行分组，按照优先级由高到低依次对每组机组进行检测；S2：每隔预设的间隔时间，通过水位传感器对检测前池水位进行检测；S3：判断水电站前池水位是否大于增有功水位整定值，若是，则通过增有功功率处理模式判断是否对有功功率和导叶开度进行调节，并跳至步骤S5；否则跳至步骤S4；优先级最高的条件和优先级最高的机组开始往优先级较低的条件和优先级较低的机组方向逐个进行适配，一旦条件和机组均适配成功就对相应的机组进行控制调节；可以更好地控制水力发电系统的运行状态，提高系统的稳定性。

Description

一种水电站自主优化发电控制策略

技术领域

本发明涉及水电站运行控制技术领域，具体涉及一种水电站自主优化发电控制策略。

背景技术

一种水电站自主优化发电控制策略是指通过智能化控制系统或算法来实现水电站发电过程的自主优化调节，以提高水电发电效率、稳定性和灵活性的策略。通常利用先进的技术和优化算法，结合水电站自身的运行特点和优化目标，对发电过程中的各项参数进行实时监测和分析，然后根据优化目标进行自主调节和优化。具体包括但不限于调节水流、控制水位、调整水轮发电机转速等参数，以实现最佳的发电效果。通过自主优化发电控制策略，水电站可以更加高效地利用水资源，减少能源损失，提高发电效率；同时能够实时监测和响应系统变化，保持稳定的发电运行状态；还可以适应不同供电需求，灵活调节发电产能，提高发电站的运行灵活性。

现有的水电站发电控制技术，多为整体的对水电站系统中的机组进行测试调节，难以快速对主要机组进行调节响应，影响系统稳定性，难以通过优先级逐个进行适配和调节，无法隔离系统故障，保障系统安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水电站自主优化发电控制策略，解决以下技术问题：

现有的水电站发电控制技术，多为整体的对水电站系统中的机组进行测试调节，难以快速对主要机组进行调节响应，影响系统稳定性，难以隔离系统故障，系统安全性较差。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种水电站自主优化发电控制策略，包括以下步骤：

S1：将所有机组按照优先级进行分组，按照优先级由高到低依次对每组机组进行检测；

S2：每隔预设的间隔时间，通过水位传感器对检测前池水位进行检测；

S3：判断水电站前池水位是否大于增有功水位整定值，若是，则通过增有功功率处理模式判断是否对有功功率和导叶开度进行调节，并跳至步骤S5；否则跳至步骤S4；

S4：判断水电站前池水位是否小于减有功水位整定值，若是，则通过减有功功率处理模式判断是否对有功功率和导叶开度进行调节，并跳至步骤S5，否则跳至步骤S2；

S5：若对有功功率和导叶开度进行调节，则通过有功功率AGC调节模块对有功功率和导叶开度进行调节，否则，维持当前运行状态。

作为本发明进一步的方案：所有机组分为K组，K组机组按照优先级由高到低组成集合：{1#,2#,3#,……,k#}。

作为本发明进一步的方案：增有功功率处理模式，包括以下步骤：

设置A类条件；

通过A类条件按照优先级由高到低依次对K组机组进行研判，

根据研判通过的A类条件，输出对应的A类机组控制逻辑。

作为本发明进一步的方案：A类条件设置有n个，n个A类条件按照条件的优先判断级别由高到低组成A类条件集合{A1,A2,A3,……,An}；依次通过A类条件集合中的条件对机组{1#,2#,3#,……,k#}进行检测。

作为本发明进一步的方案：减有功功率处理模式，包括以下步骤：

设置B类条件；

通过B类条件按照优先级由高到低依次对K组机组进行研判，

根据研判通过的B类条件，输出对应的B类机组控制逻辑。

作为本发明进一步的方案：B类条件设置有n个，n个B类条件按照条件的优先判断级别由高到低组成B类条件集合{B1,B2,B3,……,Bn}；依次通过B类条件集合中的条件对机组{1#,2#,3#,……,k#}进行检测。

作为本发明进一步的方案：A类条件包括：机组是否优化发电投入、机组是否运行、机组是否并网运行状态、机组是否有导叶全开信号、机组是否处于增有功模式运行、机组是否处于恒开度模式、是否检测实时导叶开度、是否检测机组实时有功功率和电站前池水位值是否大于开机水位最小值。

作为本发明进一步的方案：B类条件包括：机组是否优化发电投入、机组是否运行、机组是否并网运行状态、机组是否有导叶全开信号、机组是否处于减有功模式运行、机组是否处于恒开度模式、是否检测实时导叶开度、是否检测机组实时有功功率、电站前池水位值是否小于开机水位最大值。

作为本发明进一步的方案：通过有功功率AGC调节模块对导叶开度进行调节，包括以下步骤：

通过A类机组控制逻辑或B类机组控制逻辑，获取实时导叶开度值、机组实时有功功率值、水轮发电机实时转速、电站前池水位值、电站前池水平均流速和发电机运行参数；

根据A类机组控制逻辑通过有功功率AGC调节模块建立导叶开度数学模型：

其中，D为导叶开度的调节值，v为水轮发电机转速，为发电机电磁转矩，/>为电液环节时间常数，/>为水击波相长，s为拉普拉斯算子；

求得导叶开度的调节值D，根据导叶开度的调节值D和实时导叶开度对导叶开度进行调节。

作为本发明进一步的方案：通过有功功率AGC调节模块对有功功率进行调节，包括以下步骤：

根据机械功率和电磁转矩的关系，通过以下公式计算转子轴上输出的机械功率和发电机的有功功率：

其中，为发电机的有功功率，/>为功率最佳控制系数，/>为电机电磁功率，/>为转子轴上输出的机械功率，/>为转子同步角速度，/>为电机极对数，为水轮发电机组的机械损耗；

建立有功功率调节模型：

其中，为有功功率参考值，/>为发电机铜损；

求得有功功率参考值，通过有功功率参考值/>对机组有功功率进行调节。

本发明的有益效果：

本发明通过对所有机组按照优先级进行分组，按照优先级由高到低依次对每组机组进行检测，每隔预设的间隔时间，通过水位传感器对检测前池水位进行检测；优先级最高的条件和优先级最高的机组开始往优先级较低的条件和优先级较低的机组方向逐个进行适配，一旦条件和机组均适配成功就对相应的机组进行控制调节；可以更好地控制水力发电系统的运行状态，提高系统的稳定性。首先对优先级最高的条件和机组进行调节，确保其稳定运行；然后逐步适配和调节优先级较低的条件和机组，以使整个系统达到更稳定的运行状态。按照优先级逐个进行适配和调节，有助于更好地隔离系统故障。如果某一个机组或条件出现问题，按照优先级顺序进行调节时可以及时发现并进行处理，防止故障扩散到其他机组或条件，提高系统的可靠性。优先级高的条件和机组通常与较为重要的运行要求和约束相关，因此可以更加精确地对其进行调节，满足特定的发电需求。

本发明通过区分增有功功率处理模式和减有功功率处理模式，对有功功率和导叶开度进行调节；区分增有功功率处理模式和减有功功率处理模式使得调节过程更加灵活。根据系统需要，可以选择增加有功功率或减小有功功率来满足不同的工况要求。可以更好地控制水轮发电机的功率输出。对于增有功功率处理模式，可以增加导叶开度，从而提高水轮发电机的功率输出。而对于减有功功率处理模式，可以减小导叶开度，从而降低水轮发电机的功率输出。这种精确的控制可以减小功率调节对系统稳定性的影响。同时，可以更加有效地进行能量管理和功率优化。根据系统负荷和需求变化，精确地调节有功功率和导叶开度，可以提高能效并降低能源消耗。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明控制策略的流程示意图；

图2是本发明增有功功率处理模式的流程示意图；

图3是本发明减有功功率处理模式的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3所示，本发明为一种水电站自主优化发电控制策略，包括以下步骤：

S1：将所有机组按照优先级进行分组，按照优先级由高到低依次对每组机组进行检测；

S2：每隔预设的间隔时间，通过水位传感器对检测前池水位进行检测；

S3：判断水电站前池水位是否大于增有功水位整定值，若是，则通过增有功功率处理模式判断是否对有功功率和导叶开度进行调节，并跳至步骤S5；否则跳至步骤S4；

S4：判断水电站前池水位是否小于减有功水位整定值，若是，则通过减有功功率处理模式判断是否对有功功率和导叶开度进行调节，并跳至步骤S5，否则跳至步骤S2；

S5：若对有功功率和导叶开度进行调节，则通过有功功率AGC调节模块对有功功率和导叶开度进行调节，否则，维持当前运行状态。

具体的，通过对所有机组按照优先级进行分组，按照优先级由高到低依次对每组机组进行检测，每隔预设的间隔时间，通过水位传感器对检测前池水位进行检测；优先级最高的条件和优先级最高的机组开始往优先级较低的条件和优先级较低的机组方向逐个进行适配，一旦条件和机组均适配成功就对相应的机组进行控制调节；可以更好地控制水力发电系统的运行状态，提高系统的稳定性。首先对优先级最高的条件和机组进行调节，确保其稳定运行；然后逐步适配和调节优先级较低的条件和机组，以使整个系统达到更稳定的运行状态。

按照优先级顺序逐个进行适配和调节，可以实现对每个机组的最佳性能优化。通过适时调整机组的运行参数，提高机组的效率，最大限度地利用水资源，提高发电效率。

同时，按照优先级逐个进行适配和调节，有助于更好地隔离系统故障。如果某一个机组或条件出现问题，按照优先级顺序进行调节时可以及时发现并进行处理，防止故障扩散到其他机组或条件，提高系统的可靠性。

更加便于灵活地对机组进行调整，优先级高的条件和机组通常与较为重要的运行要求和约束相关，因此可以更加精确地对其进行调节，满足特定的发电需求。

按照优先级逐个进行适配和调节可以快速响应系统变化。根据不同优先级的调节顺序，可以确保优先处理最重要的条件和机组，提高系统的响应速度和灵敏度。

通过区分增有功功率处理模式和减有功功率处理模式，对有功功率和导叶开度进行调节；区分增有功功率处理模式和减有功功率处理模式使得调节过程更加灵活。根据系统需要，可以选择增加有功功率或减小有功功率来满足不同的工况要求。

通过区分增有功功率处理模式和减有功功率处理模式，可以更好地控制水轮发电机的功率输出。对于增有功功率处理模式，可以增加导叶开度，从而提高水轮发电机的功率输出。而对于减有功功率处理模式，可以减小导叶开度，从而降低水轮发电机的功率输出。这种精确的控制可以减小功率调节对系统稳定性的影响。同时，可以更加有效地进行能量管理和功率优化。根据系统负荷和需求变化，精确地调节有功功率和导叶开度，可以提高能效并降低能源消耗。

在本发明其中一个实施例中，所有机组分为K组，K组机组按照优先级由高到低组成集合：{1#,2#,3#,……,k#}。

在本发明其中一个实施例中，增有功功率处理模式，包括以下步骤：

设置A类条件；

通过A类条件按照优先级由高到低依次对K组机组进行研判，

根据研判通过的A类条件，输出对应的A类机组控制逻辑。

在本发明其中一个实施例中，A类条件设置有n个，n个A类条件按照条件的优先判断级别由高到低组成A类条件集合{A1,A2,A3,……,An}；依次通过A类条件集合中的条件对机组{1#,2#,3#,……,k#}进行检测。

具体的，按照条件的优先判断级别由高到低组成A类条件集合{A1,A2,A3,……,An}；依次通过A类条件集合中的条件对机组{1#,2#,3#,……,k#}进行检测，有助于更好地隔离系统故障。如果某一个机组或条件出现问题，按照优先级顺序进行调节时可以及时发现并进行处理，防止故障扩散到其他机组或条件，提高系统的可靠性。也便于灵活地对机组进行调整，优先级高的条件和机组通常与较为重要的运行要求和约束相关，因此可以更加精确地对其进行调节，满足特定的发电需求。

在本发明其中一个实施例中，减有功功率处理模式，包括以下步骤：

设置B类条件；

通过B类条件按照优先级由高到低依次对K组机组进行研判，

根据研判通过的B类条件，输出对应的B类机组控制逻辑。

在本发明其中一个实施例中，B类条件设置有n个，n个B类条件按照条件的优先判断级别由高到低组成B类条件集合{B1,B2,B3,……,Bn}；依次通过B类条件集合中的条件对机组{1#,2#,3#,……,k#}进行检测。

在本发明其中一个实施例中，A类条件包括：机组是否优化发电投入、机组是否运行、机组是否并网运行状态、机组是否有导叶全开信号、机组是否处于增有功模式运行、机组是否处于恒开度模式、是否检测实时导叶开度、是否检测机组实时有功功率和电站前池水位值是否大于开机水位最小值。

在本发明其中一个实施例中，B类条件包括：机组是否优化发电投入、机组是否运行、机组是否并网运行状态、机组是否有导叶全开信号、机组是否处于减有功模式运行、机组是否处于恒开度模式、是否检测实时导叶开度、是否检测机组实时有功功率、电站前池水位值是否小于开机水位最大值。

在本发明其中一个实施例中，通过有功功率AGC调节模块对导叶开度进行调节，包括以下步骤：

通过A类机组控制逻辑或B类机组控制逻辑，获取实时导叶开度值、机组实时有功功率值、水轮发电机实时转速、电站前池水位值、电站前池水平均流速和发电机运行参数；

根据A类机组控制逻辑通过有功功率AGC调节模块建立导叶开度数学模型：

其中，D为导叶开度的调节值，v为水轮发电机转速，为发电机电磁转矩，/>为电液环节时间常数，/>为水击波相长，s为拉普拉斯算子；

求得导叶开度的调节值D，根据导叶开度的调节值D和实时导叶开度对导叶开度进行调节。

在本发明其中一个实施例中，通过有功功率AGC调节模块对有功功率进行调节，包括以下步骤：

根据机械功率和电磁转矩的关系，通过以下公式计算转子轴上输出的机械功率和发电机的有功功率：

其中，为发电机的有功功率，/>为功率最佳控制系数，/>为电机电磁功率，/>为转子轴上输出的机械功率，/>为转子同步角速度，/>为电机极对数，为水轮发电机组的机械损耗；

建立有功功率调节模型：

其中，为有功功率参考值，/>为发电机铜损；

求得有功功率参考值，通过有功功率参考值/>对机组有功功率进行调节。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种水电站自主优化发电控制策略，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将所有机组按照优先级进行分组，按照优先级由高到低依次对每组机组进行检测；

S2：每隔预设的间隔时间，通过水位传感器对检测前池水位进行检测；

S3：判断水电站前池水位是否大于增有功水位整定值，若是，则通过增有功功率处理模式判断是否对有功功率和导叶开度进行调节，并跳至步骤S5；否则跳至步骤S4；

S4：判断水电站前池水位是否小于减有功水位整定值，若是，则通过减有功功率处理模式判断是否对有功功率和导叶开度进行调节，并跳至步骤S5，否则跳至步骤S2；

S5：若对有功功率和导叶开度进行调节，则通过有功功率AGC调节模块对有功功率和导叶开度进行调节，否则，维持当前运行状态；

增有功功率处理模式，包括以下步骤：

设置A类条件；

通过A类条件按照优先级由高到低依次对K组机组进行研判，

根据研判通过的A类条件，输出对应的A类机组控制逻辑；

减有功功率处理模式，包括以下步骤：

设置B类条件；

通过B类条件按照优先级由高到低依次对K组机组进行研判，

根据研判通过的B类条件，输出对应的B类机组控制逻辑；

通过有功功率AGC调节模块对导叶开度进行调节，包括以下步骤：

通过A类机组控制逻辑或B类机组控制逻辑，获取实时导叶开度值、机组实时有功功率值、水轮发电机实时转速、电站前池水位值、电站前池水平均流速和发电机运行参数；

根据A类机组控制逻辑通过有功功率AGC调节模块建立导叶开度数学模型：

；

其中，为导叶开度的调节值，/>为水轮发电机转速，/>为发电机电磁转矩，/>为电液环节时间常数，/>为水击波相长，/>为拉普拉斯算子；

求得导叶开度的调节值D，根据导叶开度的调节值D和实时导叶开度对导叶开度进行调节；

通过有功功率AGC调节模块对有功功率进行调节，包括以下步骤：

根据机械功率和电磁转矩的关系，通过以下公式计算转子轴上输出的机械功率和发电机的有功功率：

；

其中，为发电机的有功功率，/>为功率最佳控制系数，/>为电机电磁功率，为转子轴上输出的机械功率，/>为转子同步角速度，/>为电机极对数，/>为水轮发电机组的机械损耗；

建立有功功率调节模型：

；

其中，为有功功率参考值，/>为发电机铜损；

求得有功功率参考值，通过有功功率参考值/>对机组有功功率进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种水电站自主优化发电控制策略,其特征在于，所有机组分为K组，K组机组按照优先级由高到低组成集合：{1#,2#,3#,……,k#}。

3.根据权利要求2所述的一种水电站自主优化发电控制策略,其特征在于，A类条件设置有n个，n个A类条件按照条件的优先判断级别由高到低组成A类条件集合{A1,A2,A3,……,An}；依次通过A类条件集合中的条件对机组{1#,2#,3#,……,k#}进行检测。

4.根据权利要求2所述的一种水电站自主优化发电控制策略,其特征在于，B类条件设置有n个，n个B类条件按照条件的优先判断级别由高到低组成B类条件集合{B1,B2,B3,……,Bn}；依次通过B类条件集合中的条件对机组{1#,2#,3#,……,k#}进行检测。

5.根据权利要求1所述的一种水电站自主优化发电控制策略,其特征在于，A类条件包括：机组是否优化发电投入、机组是否运行、机组是否并网运行状态、机组是否有导叶全开信号、机组是否处于增有功模式运行、机组是否处于恒开度模式、是否检测实时导叶开度、是否检测机组实时有功功率和电站前池水位值是否大于开机水位最小值。

6.根据权利要求1所述的一种水电站自主优化发电控制策略,其特征在于，B类条件包括：机组是否优化发电投入、机组是否运行、机组是否并网运行状态、机组是否有导叶全开信号、机组是否处于减有功模式运行、机组是否处于恒开度模式、是否检测实时导叶开度、是否检测机组实时有功功率、电站前池水位值是否小于开机水位最大值。