一种水电站自动发电有功出力控制方法技术

本发明专利技术公开了一种水电站自动发电有功出力控制系统及方法，包括AGC功能块、PID功能块和预处理功能块，设备参数、动态参数直接输入或经预处理功能块处理后发送到AGC功能块、PID功能块更新；本发明专利技术能根据水电站的全站有功目标值计算出各台发电机组的单机有功设定值，并对单机有功实发值进行PID闭环调节，同时满足发电机组规避振动区和水电站一次调频的运行要求；本发明专利技术采用了预先建立投入AGC机组的组合出力模型的方式，将以机组形式存在的数据转换为电站形式的数据，提高了求解效率，能够满足多振动区、多机组类型的不同大中型水电站的自动有功出力控制需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水力发电控制
，涉及一种水电站自动发电有功出力控制方法。
技术介绍
水电站对于有功出力的控制普遍采用先将全厂有功目标值通过自动发电量控制功能(Automatic Generation Control，简称AGC)分配至各台水轮发电机组(简称机组)，然后由各台机组分别通过计算机监控系统可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)或调速器进行比例积分微分(简称PID)闭环调节的方式。但目前为止尚未有一种涵盖并指导水电站机组出力建模、全站有功分配、单机有功调节以及一次调频等所有有功控制环节的系统性算法。各水电站实际应用中的自动发电有功控制功能，普遍存在算法粗糙、完整性缺乏、各功能块衔接性差、策略之间逻辑不匹配甚或冲突等缺点，导致电站在面对较为复杂的工况(如：一二次调频冲突、穿越振动区等)时容易出现各种异常情况。为解决生产中出现的各种问题，或应答电网的辅助服务考核标准及其它特殊要求，由于没有统一的算法作为指导，水电站在对自动发电有功控制功能进行修改时，不是以功能的整体作为优化对象，而是无视策略和参数之间的整体联系，简单粗暴地对部分策略和参数进行孤立修改，于是在解决问题的同时带来了新的问题，反而增加了水电站自动发电控制功能的无序程度。文献1《一种水电站发电机组AGC控制方法》(申请公布号CN 102664430 A)披露了一种水电站发电机组的AGC控制方法。文中提出通过确定电站有功调节范围、分配发电机组的有功出力、在不可避免的情况下让机组轮流进入振动区运行来保证水电站机组的安全稳定。然而文献1的问题在于：仅涉及振动区规避问题，未提出通过单台机组的振动区得出多台机组联合振动区或运行区(除联合振动区以外的其它有功出力区域)的具体建模或计算方式；提出机组在振动区内的运行时间不得超过10分钟，但是未对“10分钟”的振动区运行时长进行任何论证；提出根据运行累计时间长短和机组优先级让机组轮流进入振动区运行，但是未提出任何涉及时间统计、优先级计算、功率分配的具体办法。文献2《一种自动发电控制水电站防止水头信号改变引起的功率波动的方法》(申请公布号CN 104638681 A)披露了一种自动发电控制水电站防止水头信号改变引起功率波
动的方法，文中提出当水头信号值改变导致全厂有功出力上限改变时，通过拒绝执行分配值或退出AGC的方式防止水头异常引起全厂功率波动。然而文献2的问题在于：仅涉及水头方面的相关问题，未涉及自动发电有功控制的其它环节；仅提出水头异常时防止有功波动的策略，未对如何提高水电站水头测量功能的可靠性提出建议。文献3《大规模水电站群短期优化调度方法II：高水头多振动区问题》(水利学报2011年第42卷第10期第1168页)披露了一种高水头、大容量、多振动区机组的联合振动区建模方式，探讨了机组的组合方式、振动区组合、振动区避开策略以及求解流程，对高水头多振动区的巨型水电站群的短期发电优化问题具有指导意义。然而文献3的关注重点是水电站群的梯级调度，未涉及单一水电站在自动发电有功控制中机组规避振动区或穿越振动区的相关问题。文献4《水电机组一次调频与AGC典型控制策略的工程分析与优化》(电力系统自动化2015年第39卷第3期第146页)披露了一次调频与AGC控制的配合问题，着重探讨了在调速器功率控制模式和开度控制模式下，一次调频与AGC配合的不同策略。然而文献4并未解决在目前主流的开度控制模式下，一次调频与AGC的配合问题。上述文献，均未完整给出水电站自动发电有功控制的系统化解决方案。如何保证机组在给定条件下分配最优目标出力，使水电站实现经济效益、安全效益的最大化，尚是一个有待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供一种水电站自动发电有功出力控制方法，能根据水电站的全站有功目标值计算各台机组的单机有功设定值，并对各台机组分别进行闭环反馈调节，同时满足机组规避振动区和电网一次调频的运行要求。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种水电站自动发电有功出力控制系统，包括AGC功能块、PID功能块和预处理功能块，设备参数、动态参数直接输入或经预处理功能块处理后发送到AGC功能块、PID功能块更新；AGC功能块、PID功能块分别接收预处理功能块发送的预处理值；AGC功能块根据所接收的数据建立水电站发电机组的组合出力模型，并计算联合运行区域、联合最优运行区域和联合限制运行区域；根据全站AGC有功分配值在联合最优
运行区域或在联合限制运行区域，启动相应的AGC分配流程获取各台投入AGC机组的单机AGC有功分配值并下发至机组；投入AGC各台发电机组再根据单机AGC有功分配值及机组PID功能投退状态和AGC投退状态，确定单机有功设定值；各台发电机组单机调频修正有功叠加至单机有功设定值，得出单机有功设定修正值并发送给PID功能块；PID功能块根据单机有功设定修正值对各机组进行PID闭环调节。一种水电站自动发电有功出力控制方法，包括以下操作：1)将水电站自动发电有功控制的核心功能划分到AGC、PID两个功能块中进行处理，将非核心功能分离到外挂功能块中进行处理；2)AGC、PID功能块分别接收设备参数、动态参数和预处理模块发送的预处理值；3)AGC功能块根据所接收的数据建立水电站发电机组的组合出力模型并计算联合运行区、联合最优运行区、联合限制运行区；根据全站AGC有功分配值在联合最优运行区域或在联合限制运行区域，启动相应的AGC分配流程获取各台投入AGC机组的单机AGC有功分配值并下发至机组；投入AGC各台发电机组根据的所分到的单机AGC有功分配值及机组PID功能投退状态和AGC投退状态，确定单机有功设定值；再将各台发电机组单机调频修正有功叠加至单机有功设定值，得出单机有功设定修正值并发送给PID功能块；4)各台发电机组PID执行设备根据单机有功设定修正值，进行PID闭环调节。所述的AGC功能块建立的组合出力模型包括：投入AGC发电机组的最优组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种最优分布组合方式下的组合最优运行区，确定投入AGC发电机组在联合最优运行区内各出力区间下的可用最优分布组合方式；投入AGC发电机组的限制组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种分布组合方式下的组合运行区，确定投入AGC发电机组在联合限制运行区内各出力区间下的可用分布组合方式。所述各投入AGC发电机组的单机AGC有功分配值的获取为：1)计算全站AGC有功分配值，并判断处于投入AGC发电机组的联合最优运行区还是联合限制运行区；2)在满足以下条件时启动AGC分配流程：所有投入AGC机组的单机AGC有功分配值总和与全站AGC有功分配值的差值超过AGC有功调节死区；或者投入AGC机组的组合出力模型或联合运行区、联合最优运行区、联合限制运行区发生变化；3)在进行AGC分配时，若全站AGC有功分配值在投入AGC发电机组的联合最优运行区，则启动最优分配算法；若全站AGC有功分配值在投入AGC发电机组的联合限制运行区，则启动限制分配算法；4)计算投入AGC各发电机组的单机AGC有功分配值并下发至发电机组。所述的PID闭环调节，使单机有功实发值趋向于单机有功设定修正值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水电站自动发电有功出力控制系统，其特征在于，包括AGC功能块、PID功能块和预处理功能块，设备参数、动态参数直接输入或经预处理功能块处理后发送到AGC功能块、PID功能块更新；AGC功能块、PID功能块分别接收预处理功能块发送的预处理值；AGC功能块根据所接收的数据建立水电站发电机组的组合出力模型，并计算联合运行区域、联合最优运行区域和联合限制运行区域；根据全站AGC有功分配值在联合最优运行区域或在联合限制运行区域，启动相应的AGC分配流程获取各台投入AGC机组的单机AGC有功分配值并下发至机组；投入AGC各台发电机组再根据单机AGC有功分配值及机组PID功能投退状态和AGC投退状态，确定单机有功设定值；各台发电机组单机调频修正有功叠加至单机有功设定值，得出单机有功设定修正值并发送给PID功能块；PID功能块根据单机有功设定修正值对各机组进行PID闭环调节。

【技术特征摘要】
1.一种水电站自动发电有功出力控制系统，其特征在于，包括AGC功能块、PID功能块和预处理功能块，设备参数、动态参数直接输入或经预处理功能块处理后发送到AGC功能块、PID功能块更新；AGC功能块、PID功能块分别接收预处理功能块发送的预处理值；AGC功能块根据所接收的数据建立水电站发电机组的组合出力模型，并计算联合运行区域、联合最优运行区域和联合限制运行区域；根据全站AGC有功分配值在联合最优运行区域或在联合限制运行区域，启动相应的AGC分配流程获取各台投入AGC机组的单机AGC有功分配值并下发至机组；投入AGC各台发电机组再根据单机AGC有功分配值及机组PID功能投退状态和AGC投退状态，确定单机有功设定值；各台发电机组单机调频修正有功叠加至单机有功设定值，得出单机有功设定修正值并发送给PID功能块；PID功能块根据单机有功设定修正值对各机组进行PID闭环调节。2.如权利要求1所述的水电站自动发电有功出力控制系统，其特征在于，所述的AGC功能块接收包括水头值预处理块、全站有功目标值预处理块、单机有功设定值预处理块和机组不良工况运行优先级预处理块发送的预处理值；PID功能块接收包括单机有功设定值预处理块和单机有功实发值预处理块的预处理值；PID功能块向AGC功能块发送包括单机有功实发值、单机调频修正有功值、单机有功调节死区和单机有功设定差限的参数值。3.如权利要求1所述的水电站自动发电有功出力控制系统，其特征在于，所述的AGC功能块建立的组合出力模型包括：投入AGC发电机组的最优组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种最优分布组合方式下的组合最优运行区，确定投入AGC发电机组在联合最优运行区内各出力区间下的可用最优分布组合方式；投入AGC发电机组的限制组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种分布组合方式下的组合运行区，确定投入AGC发电机组在联合限制运行区内各出力区间下的可用分布组合方式。4.如权利要求1所述的水电站自动发电有功出力控制系统，其特征在于，所述的AGC功能块的AGC分配流程为：若全站AGC有功分配值在投入AGC发电机组的联合最优运行区，则启动最优分配算法；若全站AGC有功分配值在投入AGC发电机组的联合限制 运行区，则启动限制分配算法；将AGC分配流程下获取的单机AGC有功目标值转化为单机AGC有功分配值，并下发至发电机组。5.一种水电站自动发电有功出力控制方法，其特征在于，包括以下操作：1)将水电站自动发电有功控制的核心功能划分到AGC、PID两个功能块中进行处理，将非核心功能分离到外挂功能块中进行处理；2)AGC、PID功能块分别接收设备参数、动态参数和预处理模块发送的预处理值；AGC、PID功能块根据动态参数和设备参数计算获得中间参数；3)AGC功能块根据所接收的数据建立水电站发电机组的组合出力模型并计算联合运行区、联合最优运行区、联合限制运行区；根据全站AGC有功分配值在联合最优运行区域或在联合限制运行区域，启动相应的AGC分配流程获取各台投入AGC机组的单机AGC有功分配值并下发至机组；投入AGC各台发电机组根据的所分到的单机AGC有功分配值及机组PID功能投退状态和AGC投退状态，确定单机有功设定值；再将各台发电机组单机调频修正有功叠加至单机有功设定值，得出单机有功设定修正值并发送给PID功能块；4)各台发电机组PID执行设备根据单机有功设定修正值，进行PID闭环调节。6.如权利要求5所述的水电站自动发电有功出力控制方法，其特征在于，所述AGC所接收的预处理值包括水头值的预处理值、全站有功目标值的预处理值、单机有功设定值的预处理值和机组不良工况运行优先级的预处理值；PID所接收的预处理值包括单机有功设定值的预处理值和单机有功实发值的预处理值。7.如权利要求5所述的水电站自动发电有功出力控制方法，其特征在于，所述的设备参数为水电站各发电机组的参数特性，AGC功能块接收的设备参数包括：不同水头下机组出力上限、不同水头下机组各单机振动区范围、不同水头下机组各单机限制运行区范围；PID功能块接收的设备参数包括：单机有功调节死区、单机有功设定差限、单机有功突变界限、调频系数；所述的动态参数为设备实时状态或运行状况实时参数；所述的中间参数的计算包括：AGC有功调节死区、AGC有功设定差限、AGC有功突变界限、单机AGC有功分配步长、单机调频修正有功和不同水头下机组各单机运行区。8.如权利要求6所述的水电站自动发电有功出力控制方法，其特征在于，所述的预处理值的获取包括：a、单机有功实发值的预处理值的获取为：对机组多个有功测量源的优先级进行排序，取有功测量源的测值品质为好的优先级最高的测值作为单机有功实发值；b、对水头值的预处理值的获取为：根据水头设定方式和水头值变化情况来获取最终水头值；c、对全站有功目标值的预处理值的获取为：根据AGC功能投入下不同情况结合全站有功目标值、电网有功设定值、集控有功设定值和电厂有功设定值来获得；d、单机有功设定值的预处理值的获取为：根据输入的单机有功设定值及机组PID功能投退状态和AGC投退状态，确定单机有功设定值；f、机组不良工况运行优先级的预处理值的获取为：1)对各台机组自上次检修期后处于限制运行区和振动区的运行时间进行加权统计，其中振动区运行时间的统计权重远高于限制运行区运行时间的统计权重；2)对各台机组加权统计后的时间进行排序，按时间由短到长，依次从高到低设定自动优先级；3)对各台机组设定手动优先级；4)当优先级设置方式为自动时，取自动优先级作为机组不良工况运行优先级，当优先级设置方式为手动时，取手动优先级作为机组不良工况运行优先级。9.如权利要求6所述的水电站自动发电有功出力控制方法，其特征在于，所述的AGC功能块建立的组合出力模型包括：投入AGC发电机组的最优组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种最优分布组合方式下的组合最优运行区，确定投入AGC发电机组在联合最优运行区内各出力区间下的可用最优分布组合方式；投入AGC发电机组的限制组合出力模型，利用该模型根据投入AGC发电机组在各种分布组合方式下的组合运行区，确定投入AGC发电机组在联合限制运行区内各出力区间下的可用分布组合方式。10.如权利要求9所述的水电站自动发电有功出力控制方法，其特征在于，所述的投入AGC发电机组在联合最优运行区内各出力区间下的可用最优分布组合方式的获取为：1)根据机组各水头下出力上限、各单机振动区范围、各单机限制运行区范围，对投入AGC的发电机组进行分组；2)在当前水头下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡林，向泽红，唐海，王占平，鲁铭，李承兵，樊磊，王海达，万建强，赵凯，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53