梯级水电站厂间负荷实时分配系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种梯级水电站厂间负荷实时分配系统及其实现方法，主要解决现有技术在总发电负荷指令波动频繁的情况下无法有效控制住反调节电站水库水位，并实现梯级水电站群实时协调运行的问题。该梯级水电站厂间负荷实时分配系统包括：策略库、数据库服务器、监控模块、策略及模型计算模块、数据传输模块、故障报警处理模块、预测计算模块，其中，预测计算模块、故障报警处理模块、策略及模型计算模块、数据传输模块分别与监控模块相连，策略库与策略及模型计算模块相连，数据库服务器与数据传输模块相连。本发明专利技术考虑了厂间负荷实时分配结果的后期效应，达到了对梯级水电站群进行有效调度的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

【技术实现步骤摘要】
梯级水电站厂间负荷实时分配系统及其实现方法
本专利技术属于梯级水库电站群优化调度领域，涉及一种梯级水电站厂间负荷实时分配系统及其实现方法。
技术介绍
从现有资料看，在已有关于梯级水电站厂间负荷分配方法的研究上，纪昌明等（2005）提出市场环境下水电系统经济运行模型，包括总耗水量最小、总蓄能耗用最小模型，并给出实例计算加以讨论；练继建等（2006）构建考虑机组启停的梯级水电站短期优化调度模型，并采用改进蚁群算法求解；李安强等（2007）研究基于免疫粒子群优化算法的梯级水电厂间负荷优化分配算法；谢红胜等（2008）将蚁群优化算法用于求解分时电价下梯级水电站间短期优化调度模型；NenadTufegdzic（2008）讨论了电力市场环境下独立水电企业短期优化调度模型和算法研究，模型使用了发电收益最大的目标函数，算法以5分钟为周期进行实时优化计算以应对电力市场电价和径流变化；LeandrodosSantosCoelho（2008）利用混沌PSO算法解决梯级负荷分配问题；徐刚（2012）提出功率微增逐次寻优算法获得厂间负荷分配最优解。上述文献均更多关注于厂间负荷优化分配模型及其求解算法的研究，绝大部分忽略或以简化方式考虑梯级水库电站群实时调度的特点，在安全性、时效性和实用性控制要求较高的实际生产中不能直接采用。早在2004年吴正义等人针对西洱河梯级水电站群的特点，提出了一套简单实用的负荷调正策略，用于西洱河梯级水电站群实时调度时的厂间负荷分配，到目前为止已取得了良好的运行效果和经济效益，但西洱河梯级水电站群总装机规模不大，占其直调电网装机容量的比例小，且在电网负荷曲线中承担基荷，总发电负荷指令平稳，其安全控制易实现。2011年郭富强等人以清江梯级水电站群为研究对象，从不同角度提出了两种实时厂间负荷分配模型，探讨了厂间联合躲避振动区问题，但研究对象中的各梯级电站水库大，调节性能好，电站负荷变化不会在短时间内对其自身或其他电站的水库水位产生较大影响，所提出的厂间联合躲避振动区策略针对性太强，不具普及性。瀑布沟、深溪沟是位于大渡河下游上的两座以发电为主的大型电站，属于同一电力送出通道，具备两站下达总发电负荷而进行联合协调运行的先决条件。瀑深两站总装机容量占据其直调电网（四川电网）的比重大，且同时参与电网调峰调频任务，安全生产责任重，瀑深梯级中，瀑布沟电站水库库容大，具有不完全年调节能力，短期内水库水位变化不大；深溪沟是瀑布沟的反调节电站，水库库容小，基本不具备调节能力，水库水位易在瀑布沟电站负荷的影响下陡涨陡落。像这种调节电站与其反调节电站调节性能差异大、总装机规模占据其直调电网比例大、同时参与电网调峰调频任务的特殊组合下的梯级水电站厂间负荷实时分配方法研究，在总发电负荷指令波动频繁的情况下如何有效控制住反调节电站的水库水位，并实现梯级水电站群的实时协调运行问题，已成为目前梯级水库电站群优化调度研究中的热点和难点问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种梯级水电站厂间负荷实时分配系统及其实现方法，主要解决调节电站与其反调节电站水库调节性能差异大、总装机规模占据其直调电网比例大、同时参与电网调峰调频任务的特殊组合下的梯级水电站厂间负荷实时分配时在总发电负荷指令波动频繁的情况下无法有效控制住反调节电站水库水位，并实现梯级水电站群实时协调运行的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：梯级水电站厂间负荷实时分配系统，包括：策略库：用于存放各种工况下的厂间负荷实时分配策略及其求解算法；数据库服务器上构建有数据库：用于存放各类参数、系统运行日志、负荷分配结果、电站运行结果等；监控模块是系统运行的主线程：定周期运行系统主程序，实时动态显示各梯级水库电站的水情信息、运行工况、电网负荷指令及负荷分配结果，并提供友好的人机交互界面；策略及模型计算模块：根据监控模块更新的最新运行工况、水情信息和电网负荷指令，调用策略库中相应的策略及算法，计算给出负荷分配结果；数据传输模块：根据运行需要实时实现各种数据的传输、交互，完成与数据库服务器及其他系统之间的信息实时传递；故障报警处理模块：实时监测系统运行是否出现异常错误，并通过人机交互界面迅速给出报警信息和可供参考的解决方案，问题解决后系统自动解除报警；预测计算模块：在各电站当前实发出力及来水情况下，计算出未来一定时长时水库水位变化情况，为向电网申请梯级总负荷变更提供时间和变更量上的支持；上述中，预测计算模块、故障报警处理模块、策略及模型计算模块、数据传输模块分别与监控模块相连，策略库与策略及模型计算模块相连，数据库服务器与数据传输模块相连。基于上述系统，本专利技术提供了一种梯级水电站厂间负荷实时分配系统的实现方法，包括以下步骤：（1）制定各种工况下的厂间负荷实时分配策略，将其存储在策略库中；将以单台机组形式存在的数据（如机组的HNQ曲线、振动区等）按照不同的发电机组组合形式转化成相应的电站数据，存储在数据库服务器中；将电网调度中心负荷下达系统、调节电站AGC系统及反调节电站AGC系统分别与数据传输模块相连；（2）监控模块实时接收电网下达的梯级总发电负荷指令、实时运行工况（如实发出力、振动区、有功可调区间、发电机组台数、发电流量等）及水情（如上下游水位、入库流量、出库流量等）、电站参数（如B电站水位控制区、最大出力变幅限制、发电流量限制、HNQ关系曲线等），策略及模型计算模块根据各水库电站的运行工况，从策略库中选择相应的策略进行厂间负荷分配计算，系统同时将分配结果发送至调节电站AGC系统和反调节电站AGC系统；（3）调节电站AGC和反调节电站AGC系统执行负荷分配结果，并将执行情况进行实时反馈，以便出现较大偏差时根据策略及模型计算模块的指令对负荷分配结果进行实时调整。所述步骤（1）中，各种工况下的厂间负荷实时分配策略如下：调节水库的库容大，在实时调度时短时间内水库水位变化不大，其反调节水库的库容小，基本不具备调节能力，反调节水库水位易在调节水库电站负荷的影响下陡涨陡落，为了很好地控制反调节电站水库水位的变化，避免不必要的弃水或水库拉空现象发生，实现调节、反调节梯级水库电站在满足电力系统负荷要求下的协调运行，在反调节水库死水位ZB,死与其正常蓄水位ZB,蓄之间设置一个水位控制范围ZB,down～ZB,up，若反调节水库的实时水位ZB,t满足ZB,up<ZB,t≤ZB,蓄，则认为反调节水库水位进入高水位区；若ZB,死≤ZB,t<ZB,down，则认为反调节水库水位进入死水位区；若ZB,down≤ZB,t≤ZB,up，则认为反调节水库水位在其控制区；若反调节电站水库水位进入高水位区或死水位区，且没有返回控制区的趋势时，采用反调节电站水库水位异常下的负荷分配策略；若反调节电站水库水位在控制区，且调节电站、反调节电站至少一站存在弃水时，采用弃水下的负荷分配策略；若反调节电站水库水位在控制区，且调节电站、反调节电站均无弃水，根据电网下达的调节电站、反调节电站总发电负荷指令值相对其当前总实发出力值的变幅大小，分为大负荷分配策略和小负荷分配策略；将反调节电站水库水位异常下的负荷分配策略优先级设为最高，其次是弃水下的负荷分配策略，最后是大负荷分配策略和小负荷分配策略。与监控模块相连的策略及本文档来自技高网...

【技术保护点】
梯级水电站厂间负荷实时分配系统，其特征在于，包括：策略库：用于存放各种工况下的厂间负荷实时分配策略及其求解算法；数据库服务器：用于存放各类参数、系统运行日志、负荷分配结果、电站运行结果；监控模块：定周期运行系统主程序，实时动态显示各梯级水库电站的水情信息、运行工况、电网负荷指令及负荷分配结果，并提供友好的人机交互界面；策略及模型计算模块：根据监控模块更新的最新运行工况、水情信息和电网负荷指令，调用策略库中相应的策略及算法，计算给出负荷分配结果；数据传输模块：根据运行需要实时实现各种数据的传输、交互，完成与数据库服务器及其他系统之间的信息实时传递；故障报警处理模块：实时监测系统运行是否出现异常错误，并通过人机交互界面给出报警信息和可供参考的解决方案，问题解决后系统自动解除报警；预测计算模块：在各电站当前实发出力及来水情况下，计算出未来一定时长时水库水位变化情况，为向电网申请梯级总负荷变更提供时间和变更量上的支持；上述中，预测计算模块、故障报警处理模块、策略及模型计算模块、数据传输模块分别与监控模块相连，策略库与策略及模型计算模块相连，数据库服务器与数据传输模块相连。

【技术特征摘要】
1.梯级水电站厂间负荷实时分配系统，其特征在于，包括：策略库：用于存放各种工况下的厂间负荷实时分配策略及其求解算法；数据库服务器：用于存放各类参数、系统运行日志、负荷分配结果、电站运行结果；监控模块：定周期运行系统主程序，实时动态显示各梯级水库电站的水情信息、运行工况、电网负荷指令及负荷分配结果，并提供友好的人机交互界面；策略及模型计算模块：根据监控模块更新的最新运行工况、水情信息和电网负荷指令，调用策略库中相应的策略及算法，计算给出负荷分配结果；数据传输模块：根据运行需要实时实现各种数据的传输、交互，完成与数据库服务器及其他系统之间的信息实时传递；故障报警处理模块：实时监测系统运行是否出现异常错误，并通过人机交互界面给出报警信息和可供参考的解决方案，问题解决后系统自动解除报警；预测计算模块：在各电站当前实发出力及来水情况下，计算出未来一定时长时水库水位变化情况，为向电网申请梯级总负荷变更提供时间和变更量上的支持；上述中，预测计算模块、故障报警处理模块、策略及模型计算模块、数据传输模块分别与监控模块相连，策略库与策略及模型计算模块相连，数据库服务器与数据传输模块相连；梯级水电站厂间负荷实时分配系统的实现方法，包括以下步骤：(1)制定各种工况下的厂间负荷实时分配策略，将其存储在策略库中；将以单台机组形式存在的数据按照不同的发电机组组合形式转化成相应的电站数据，存储在数据库服务器中；将电网调度中心负荷下达系统、调节电站AGC系统及反调节电站AGC系统分别与数据传输模块相连；(2)监控模块实时接收电网下达的梯级总发电负荷指令、实时运行工况及水情、电站参数，策略及模型计算模块根据各水库电站的运行工况，从策略库中选择相应的策略进行厂间负荷分配计算，同时将分配结果发送至调节电站AGC系统和反调节电站AGC系统；(3)调节电站AGC和反调节电站AGC系统执行负荷分配结果，并将执行情况进行实时反馈，以便出现偏差时根据策略及模型计算模块的指令对负荷分配结果进行实时调整；其中，所述步骤(1)中，各种工况下的厂间负荷实时分配策略如下：在反调节水库死水位ZB,死与其正常蓄水位ZB,蓄之间设置一个水位控制范围ZB,down～ZB,up，若反调节水库的实时水位ZB,t满足ZB,up<ZB,t≤ZB,蓄，则认为反调节水库水位进入高水位区；若ZB,死≤ZB,t<ZB,down，则认为反调节水库水位进入死水位区；若ZB,down≤ZB,t≤ZB,up，则认为反调节水库水位在其控制区；若反调节电站水库水位进入高水位区或死水位区，且没有返回控制区的趋势时，采用反调节电站水库水位异常下的负荷分配策略；若反调节电站水库水位在控制区，且反调节电站、调节电站至少一站存在弃水时，采用弃水下的负荷分配策略；若反调节电站水库水位在控制区，且调节电站、反调节电站均无弃水，根据电网下达的调节电站、反调节电站总发电负荷指令值相对其当前总实发出力值的变幅大小，分为大负荷分配策略和小负荷分配策略；将反调节电站水库水位异常下的负荷分配策略优先级设为最高，其次是弃水下的负荷分配策略，最后是大负荷分配策略和小负荷分配策略；与监控模块相连的策略及模型计算模块工作步骤如下：(a)根据监控模块读取到的各电站实时有功可调区间计算梯级实时有功可调区间，判断梯级总发电负荷指令是否发生变化，若是，进行下一步；否则，转至步骤(e)；(b)判断监控模块读取到的梯级总发电负荷指令值是否在梯级实时有功可调区间内，若是，进行下一步；否则，认为指令异常，拒绝此指令，转至步骤(e)；(c)判断梯级总发电负荷指令值是否在梯级振动区内，若是，按照靠近原则打破动力平衡将总发电负荷指令值拉离振动区；(d)判断梯级总发电负荷指令值相对总实发出力值的变幅是否满足梯级最大出力变幅限制，若是，进行下一步；否则，认为指令异常，拒绝此指令；(e)判断监控模块读取到的反调节电站水库水位是否在其控制区内，若是，进行下一步；否则，根据反调节电站出、入库流量关系，判断是否满足水位异常下的负荷分配策略触发条件，若是，采用反调节电站水库水位异常下的负荷分配策略进行负荷分配，转至步骤(h)；否则，进行下一步；(f)判断监控模块读取到的梯级总发电负荷指令值相对总实发出力值有变化的情况下调节电站、反调节电站是否至少有一站存在弃水，若是，采用弃水下的负荷分配策略进行负荷分配，转至步骤(h)；否则，进行下一步；(g)判断梯级总发电负荷指令值相对总实发出力值是小负荷变动还是大负荷变动，若是小负荷变动，采用小负荷分配策略进行负荷分配；若是大负荷变动，则采用大负荷分配策略进行负荷分配；(h)判断是否满足退出运行的条件，若是，系统退出运行；否则，转至步骤(a)，开始下一个运行周期；所述反调节电站水库水位异常下的负荷分配策略的控制模型目标函数为：其中ZB,t+1为反调节电站按照t时段初的分配结果执行到时段末的水库水位，通过出力由水能计算原理和水量平衡原理反算得到；所述弃水下的负荷分配策略采用梯级总弃水流量最小模型的目标函数控制，该目标函数为：其中，Si,t为i电站t时段的弃水流量。2.根据权利要求1所述的梯级水电站厂间负荷实时分配系统的实现方法，其特征在于，所述大负荷分配策略采用梯级能量转换效率最大模型或反调节电站水库水位平稳模型或反调节电站少调负荷模型三种负荷分配控制目标中的一种进行负荷分配，其中，能量转换效率最大模型的目标函数为：其中，E电,t为t时段系统要求的电能；E耗,t为t时段发电耗用的水体势能；ρ和g分别为水密度和重力加速度；Pc,t为t时段电网下达的梯级电站总发电负荷指令值；Pi,t为t时段分配给i电站的发电负荷；n为参与负荷分配的梯级电站个数；Δt为t时段时长，取Δt＝τ，τ为上下游电站之间的流量滞时；Hi...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金龙，黄炜斌，马光文，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51