CN118095682A - 一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法，通过科学的方法计算不同组合下的全厂机组运行方式的耗水率，以耗水率为依据来优选最优的水电站机组运行方式，有效解决了现有技术中，在同时有多种运行方式的情况下，缺少科学依据辅助值班人员设定合理的电厂机组运行方式，容易造成在相同的发电计划条件下需要更多的发电流量，造成水资源的浪费的问题，相对于传统水电厂机组运行方式安排，本发明提供的运行方式在满足电网负荷需求条件下，通过合理的安排各分厂的机组运行方式，使机组在最优工况下发电，提升水量的发电利用效率，实现水资源发电效益最大化。

Description

一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排 方法

技术领域

本发明涉及水电站调度技术领域，尤其涉及一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法。

背景技术

目前许多水电站分左厂、右厂两个电厂，电网调度中心分别向左厂、右厂下达发电计划，电厂根据下达的发电计划决定开机台数，受自动发电控制系统影响，机组出力一般会平均分配。

在不同的水头下，水电站水轮发电机组应安排在安全稳定运行区运行，安全稳定运行范围根据机组振动区有关试验确认；这就造成某个水头下，可以有不同的机组运行方式，比如左厂发电计划320万kW，机组稳定运行区50～85万kW，既可开4台机，也可开5台机或者6台机；在实际运行中，电厂运行值班人员一般按照最少开机台数原则确定左、右厂机组运行方式，这就可能造成在相同的发电计划条件下需要更多的发电流量，造成水资源的浪费；因此，需要设计一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法，该方法解决了现有技术中，缺少科学依据辅助值班人员设定电厂机组运行方式，容易造成在相同的发电计划条件下需要更多的发电流量，造成水资源的浪费的问题，具有可提高水库水量利用效率，降低电站全厂发电耗水率，间接提升对水资源的节约利用，增加水电站发电量的特点。

为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法，包括：

S1，获取不同类型水轮发电机组运行特性曲线、稳定运行区间和电站下游水位流量关系曲线；

S2，按照分厂发电计划以及稳定运行区间，确认分厂不同机组运行方式，包括分厂初始最大开机台数和最小开机台数；

S3，基于分厂不同机组运行方式，相互结合为多种全厂机组运行方式；分别求解各种全厂机组运行方式是否满足稳定运行区间要求，若满足继续求解全厂流量耗水率；

S4，根据求解出来的全厂流量耗水率确定全厂机组最优开机方式。

进一步地，在特定的水电站上游水位和分厂发电计划条件下，其下游水位取决于全厂发电流量和下一级水电站库水位回水影响；机组发电流量取决于机组出力以及毛水头，毛水头为机组上下游水位差；而下游水位受全厂发电流量和下级水电站回水顶托影响，全厂发电流量和下游水位相互影响。

进一步地，水轮发电机组稳定运行区间亦受毛水头影响，一般来说毛水头越高，稳定运行区间上、下限也随之升高。

优选地，步骤S2中，各分厂按照发电计划的不同机组运行方式安排为，以机组额定出力为单台发电机组出力上限，以最小水头对应的稳定运行区下限作为单台发电机组出力下限，确定分厂最大开机台数和最小开机台数：

式中，P为分厂发电计划；N_min为电站分厂最小开机台数；dP_max为某个水头下机组稳定运行区上限出力；N_max为电站分厂最大开机台数；dP_min为某个水头下机组稳定运行区下限出力。

优选地，步骤S3中，求解各种全厂机组运行方式是否满足稳定运行区间要求的方法如下：

S301，根据发电计划预设不同全厂机组运行方式组合条件下的下游水位初始值H1；

S302，计算不同全厂机组运行方式组合条件下的下游水位计算值H2：

根据步骤S1中获取的单台发电机组的水轮机组运行特性曲线求取单台机组发电流量dQ，再根据单台机组发电流量dQ计算全厂发电流量Q_发电；

再根据步骤S1中获取的电站下游水位流量关系曲线，通过全厂发电流量Q_发电确定下游水位计算值H2；

S303，将下游水位计算值H2与下游水位初始值H1比较：

若|H1-H2|＞△H，则令H1＝H2，以下游水位计算值H2迭代下游水位初始值H1，然后继续进行比较和迭代，直至|H1-H2|≤△H，输出H1作为下一步中的下游水位；△H为人为设置的阈值；

S304，根据步骤S303求取的下游水位H1，通过步骤S1获取的不同类型水轮发电机组运行特性曲线、稳定运行区间以及电站下游水位流量关系曲线，判断在该下游水位下，单机出力是否位于稳定运行区间以内；剔除不满足稳定运行区间要求的全厂机组运行方式，保留满足稳定运行区间要求的全厂机组运行方式。

优选地，步骤S3中求解全厂流量耗水率的方法包括：

Hsl＝Q_发电/P_全厂；

式中，Q_发电为全厂发电流量；P_全厂为全厂出力。

进一步地，步骤S3中全厂发电流量通过最终迭代求出的下游水位H1结合水轮发电机组运行特性曲线、稳定运行区间以及电站下游水位流量关系曲线进行计算，全厂出力通过发电计划和实时反馈数据进行获取。

优选地，步骤S4的方法包括：

对保留下来的全厂机组运行方式，分别求解其全厂耗水率；以全厂耗水率最低的组合方式为最优水电站机组运行方式。

本发明提供的一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法相对于现有技术具有以下有益效果：

本方案通过科学的方法计算不同组合下的全厂机组运行方式的耗水率，以耗水率为依据来优选最优的水电站机组运行方式，有效解决了现有技术中，在同时有多种运行方式的情况下，缺少科学依据辅助值班人员设定合理的电厂机组运行方式，容易造成在相同的发电计划条件下需要更多的发电流量，造成水资源的浪费的问题，相对于传统水电厂机组运行方式安排，本发明提供的运行方式在满足电网负荷需求条件下，通过合理的安排各分厂的机组运行方式，使机组在最优工况下发电，提升水量的发电利用效率，实现水资源发电效益最大化。

附图说明

图1为本发明的流程图示意图；

图2为本发明步骤S3中确定下游水位的流程图示意图；

图3为本发明实施例二中的软件界面输入图示意图；

图4为本发明实施例二中的软件界面结果图示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法，包括：

S1，获取不同类型水轮发电机组运行特性曲线、稳定运行区间和电站下游水位流量关系曲线；

S2，按照分厂发电计划以及稳定运行区间，确认分厂不同机组运行方式，包括分厂初始最大开机台数和最小开机台数；

S3，基于分厂不同机组运行方式，相互结合为多种全厂机组运行方式；分别求解各种全厂机组运行方式是否满足稳定运行区间要求，若满足继续求解全厂流量耗水率；

S4，根据求解出来的全厂流量耗水率确定全厂机组最优开机方式。

进一步地，在特定的水电站上游水位和分厂发电计划条件下，其下游水位取决于全厂发电流量和下一级水电站库水位回水影响；机组发电流量取决于机组出力以及毛水头，毛水头为机组上下游水位差；而下游水位受全厂发电流量和下级水电站回水顶托影响，全厂发电流量和下游水位相互影响。

进一步地，水轮发电机组稳定运行区间亦受毛水头影响，一般来说毛水头越高，稳定运行区间上、下限也随之升高。

优选地，步骤S2中，各分厂按照发电计划的不同机组运行方式安排为，以机组额定出力为单台发电机组出力上限，以最小水头对应的稳定运行区下限作为单台发电机组出力下限，确定分厂最大开机台数和最小开机台数：

式中，P为分厂发电计划；N_min为电站分厂最小开机台数；dP_max为某个水头下机组稳定运行区上限出力；N_max为电站分厂最大开机台数；dP_min为某个水头下机组稳定运行区下限出力。

如图2所示，优选地，步骤S3中，求解各种全厂机组运行方式是否满足稳定运行区间要求的方法如下：

S301，根据发电计划预设不同全厂机组运行方式组合条件下的下游水位初始值H1；

S302，计算不同全厂机组运行方式组合条件下的下游水位计算值H2：

根据步骤S1中获取的单台发电机组的水轮机组运行特性曲线求取单台机组发电流量dQ，再根据单台机组发电流量dQ计算全厂发电流量Q_发电；

再根据步骤S1中获取的电站下游水位流量关系曲线，通过全厂发电流量Q_发电确定下游水位计算值H2；

S303，将下游水位计算值H2与下游水位初始值H1比较：

若|H1-H2|＞△H，则令H1＝H2，以下游水位计算值H2迭代下游水位初始值H1，然后继续进行比较和迭代，直至|H1-H2|≤△H，输出H1作为下一步中的下游水位；△H为人为设置的阈值；

S304，根据步骤S303求取的下游水位H1，通过步骤S1获取的不同类型水轮发电机组运行特性曲线、稳定运行区间以及电站下游水位流量关系曲线，判断在该下游水位下，单机出力是否位于稳定运行区间以内；剔除不满足稳定运行区间要求的全厂机组运行方式，保留满足稳定运行区间要求的全厂机组运行方式。

优选地，步骤S3中求解全厂流量耗水率的方法包括：

Hsl＝Q_发电/P_全厂；

式中，Q_发电为全厂发电流量；P_全厂为全厂出力。

进一步地，步骤S3中全厂发电流量通过最终迭代求出的下游水位H1结合水轮发电机组运行特性曲线、稳定运行区间以及电站下游水位流量关系曲线进行计算，全厂出力通过发电计划和实时反馈数据进行获取。

优选地，步骤S4的方法包括：

对保留下来的全厂机组运行方式，分别求解其全厂耗水率；以全厂耗水率最低的组合方式为最优水电站机组运行方式。

实施例二：

获取某水电站不同类型水轮发电机组运行特性曲线(NHQ曲线)、稳定运行区域和下游水位曲线。由于水电站下游水位受下级电站水位顶托影响，所获取的下游水位虚线应为三维曲线。

给定某时刻点左右厂发电计划以及水电站上游水位、下一级电站上游水位。例16:00该电厂左、右厂发电计划分别为320万kW，上游水位952m，下一级电站上游水位810m。

采用本发明所述的方法，对该电站的机组运行方式安排进行最优求解。

首先以机组额定出力为单台发电机组出力上限，以最小水头对应的稳定运行区下限作为单台发电机组出力下限，确定分厂最大、最小开机台数。

左厂发电计划320万kW，对应的最小、最大开机台数分别为320/85＝4(向上取整)、320/45.8＝6(向下取整，同时需满足不大于其装机台数)。同样，右厂最小、最大开机台数分别为4台、6台。

如此，左、右厂共有9种不同机组运行方式组合，分别求取其全厂流量耗水率。

以左右厂分别开4台机为例，此时受自动发电系统控制影响，发电计划平均分配至4台机组，单台发电机组出力是80万kW。

按照图1方式给定初始下游水位818m，根据单台发电机组水轮机运行特性曲线求取全厂发电流量，再根据电站下游水位流量关系曲线确定下游水位，与初始值相比若差别过大则以求取值为初始下游水位，继续重复上述过程。多次迭代直至两次下游水位差别满足精度要求，进而确认下游水位为824.58m。

根据求取的下游水位，确认此时单机出力80万kW是否位于稳定运行区间，如若在稳定运行区外则该种机组运行方式需被剔除。

下游水位条件确定下，求取该机组运行方式条件下全厂发电流量为5583，全厂流量耗水率为8.72。

按照如上方法分别求取其他机组运行方式组合条件下全厂流量耗水率，最大流量耗水率为8.72，最小流量耗水率为8.48。按照最小流量耗水率判断，左厂开5台机、右厂开5台机便是全厂最优机组运行方式。

如图3和图4所示，根据本发明的技术方案编写对应的程序，通过程序输入左厂出力、右厂出力、库水位和下级库水位，可以直接输出左右厂分别最优开机台数，并展示最佳耗水率。

Claims (5)

1.一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法，其特征在于，包括：

S1，获取不同类型水轮发电机组运行特性曲线、稳定运行区间和电站下游水位流量关系曲线；

S2，按照分厂发电计划以及稳定运行区间，确认分厂不同机组运行方式，包括分厂初始最大开机台数和最小开机台数；

S3，基于分厂不同机组运行方式，相互结合为多种全厂机组运行方式；分别求解各种全厂机组运行方式是否满足稳定运行区间要求，若满足继续求解全厂流量耗水率；

S4，根据求解出来的全厂流量耗水率确定全厂机组最优开机方式。

2.根据权利要求1所述的一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法，其特征在于，步骤S2中，各分厂按照发电计划的不同机组运行方式安排为，以机组额定出力为单台发电机组出力上限，以最小水头对应的稳定运行区下限作为单台发电机组出力下限，确定分厂最大开机台数和最小开机台数：

式中，P为分厂发电计划；N_min为电站分厂最小开机台数；dP_max为某个水头下机组稳定运行区上限出力；N_max为电站分厂最大开机台数；dP_min为某个水头下机组稳定运行区下限出力。

3.根据权利要求1所述的一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法，其特征在于，所述步骤S3中，求解各种全厂机组运行方式是否满足稳定运行区间要求的方法如下：

S301，根据发电计划预设不同全厂机组运行方式组合条件下的下游水位初始值H1；

S302，计算不同全厂机组运行方式组合条件下的下游水位计算值H2：根据步骤S1中获取的单台发电机组的水轮机组运行特性曲线求取单台机组发电流量dQ，再根据单台机组发电流量dQ计算全厂发电流量Q_发电；再根据步骤S1中获取的电站下游水位流量关系曲线，通过全厂发电流量Q_发电确定下游水位计算值H2；

S303，将下游水位计算值H2与下游水位初始值H1比较：

若|H1-H2|＞△H，则令H1＝H2，以下游水位计算值H2迭代下游水位初始值H1，然后继续进行比较和迭代，直至|H1-H2|≤△H，输出H1作为下一步中的下游水位；△H为人为设置的阈值；

S304，根据步骤S303求取的下游水位H1，通过步骤S1获取的不同类型水轮发电机组运行特性曲线、稳定运行区间以及电站下游水位流量关系曲线，判断在该下游水位下，单机出力是否位于稳定运行区间以内；剔除不满足稳定运行区间要求的全厂机组运行方式，保留满足稳定运行区间要求的全厂机组运行方式。

4.根据权利要求1所述的一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法，其特征在于，所述步骤S3中求解全厂流量耗水率的方法包括：

Hsl＝Q_发电/P_全厂；

式中，Q_发电为全厂发电流量；P_全厂为全厂出力。

5.根据权利要求1所述的一种基于全厂发电耗水率最小的水电站机组运行方式安排方法，其特征在于，所述步骤S4的方法包括：

对保留下来的全厂机组运行方式，分别求解其全厂耗水率；以全厂耗水率最低的组合方式为最优水电站机组运行方式。