一种保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法技术

本发明专利技术公开了一种保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法，在消耗较低资源的前提下，快速对一段时间内的运行数据进行分析和计算。本发明专利技术既可以极大减少运算过程中生成的变量数量，又不过分降低功率调节的灵活性，例如要求水电站下游水位在60分钟内水位变幅不超过1米，在选择周期时间T2为5分钟时，临时存储的变量不超过30个，而实现的效果是保障下游水位在60分钟到65分钟这一随机变化的时间段内的水位变幅不超过1米，极为接近原始的安全约束条件。近原始的安全约束条件。

【技术实现步骤摘要】
一种保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法


[0001]本专利技术属于水力发电控制
，涉及一种保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法。

技术介绍

[0002]部分水电站由于特殊的地理位置等原因，对于下游水位和下泄流量的变化有严格要求，其中下游通航条件决定了下游水位的单位时间最大变幅(通常为每小时水位最大变幅)，而下泄基流(实时下泄流量)和下游水位的单位时间最大变幅则决定了下泄流量的单位时间最大变幅。水电站下泄流量包括发电流量和泄洪流量，其中发电流量决定于发电负荷(即电站总有功功率)和耗水率，于是进而要求水电站总体输出有功功率的变化在单位时间内必须低于一定幅度。
[0003]根据长期以来的水力发电生产经验，水电站发电流量短时间内的剧烈变化主要由两个因素导致：
[0004]1、水电站机组因为设备事故或电网事故而紧急停机甩负荷，且其它机组无法及时弥补事故机组损失负荷，而导致的发电流量大幅降低。针对该问题，文献1《景洪电厂事故应急补水在监控系统中的自动化研究及应用》(水电与抽水蓄能2016年第2卷第4期第61页)披露了一种完整的紧急补水闸门操作方案；文献2《一种基于多重回归算法的水电站泄洪闸门的建模及计算方法》(CN108153155A)则在文献1的基础上提供了一种适用于具有解一元多次方程运算能力的自动化系统的水电站泄洪闸门建模及计算方法，能根据不同坝前水位(即水头)下闸门的流量、开度对应关系建立泄洪闸门模型，并在当前水头下，利用泄洪闸门模型，根据闸门开度计算闸门流量，或根据闸门目标流量计算目标开度。得益于文献1和文献2的工作，目前已经可以有效防止因设备或电网事故原因所导致的发电流量大幅降低而引起的下游水位剧烈变化。
[0005]2、水电站承担电网调峰任务，短时间内对输出功率进行大幅调整，导致的发电流量短时间内的大幅变化。不同于问题1完全基于实时数据的补水计算操作，问题2的主要难点在于，运行人员或自动发电控制功能(AGC)能够对电站功率进行调节的范围，取决于过去一段时间(例如1小时)内电站运行情况所形成的安全约束，而对其进行计算和判断，涉及了以大量历史数据为对象的逻辑处理，这超出了绝大部分水电站面向实时监视与控制的计算机监控系统所配置的功能。而如果在实时监控系统中设置内存变量对历史数据进行临时存储，由于所涉及的数据往往包含千余个甚至数千个历史数据测点，无疑会对实时监控系统造成沉重负担，同样不具备可行性。
[0006]例如，华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂(以下简称景洪电厂)地理上位于云南省澜沧江下游河段、西双版纳傣族自治州境内，距下游景洪市5公里，地理位置特殊。为了保证下游航运、民众的生产生活、水上工作人员和其它设施的安全，下游水位变幅每小时不能超过1米，由于一直未能提出与此安全约束相匹配的自动化控制手段，电厂自2008年投
产至今十多年内只能带基荷运行，无法承担电网的调峰任务，造成了电网二次调频资源的巨大浪费。文献3《景洪电厂处理发电与航运关系的思考》(水电站机电技术2010年第33卷第1第53页)、文献4《澜沧江景洪以下水位和流量变化分析》(珠江水运2015年第12期第88页)、文献5《景洪水电站对下游近坝河段通航条件的影响》(水利水运工程学报2012年第4期第103页)等均对该问题进行了探讨，但并未涉及或提出保证下游水位或发电流量稳定的自动化控制手段。
[0007]因此，以防止下游水位和下泄流量的剧烈变化为目的，对水电站输出功率和发电流量的稳定性控制，尚是一个有待解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的问题在于提供一种保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法，基于实时监控系统中一段时间内的运行数据，在保证水电站下游水位稳定的约束条件内，对水电站下泄流量的允许范围进行快速计算，进而得出水电站发电流量允许范围和输出功率可调范围，从而实现对水电站下泄流量和下游水位的稳定性控制。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]一种保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法，包括以下操作：
[0011]S1000)基于水电站下游水位稳定形成总约束条件：下游水位变幅在T1时间内不超过h，对于h通过未来下游水位与当前下游水位的差值来约束，并体现为实时约束下的下泄流量允许范围Z0’
；Z0’
为二维变量，包括实时约束下的下泄流量允许范围下限Z0’
(1)和实时约束下的下泄流量允许范围上限Z0’
(2)；
[0012]S2000)根据水电站实时运行数据，计算实时约束下的下泄流量允许范围Z0’
，通过Z0’
以及水电站默认下泄流量允许范围不断取交集，得到表示近期约束下的下泄流量允许范围的二维变量Z0；
[0013]S3000)将Z0中的数据每隔固定周期T2转存入二维变量Z1至Z
n
中的某一个变量Z
j
，作为历史约束下的下泄流量允许范围；转存后清空Z0；
[0014]S4000)根据近期约束下的下泄流量允许范围Z0，以及历史约束下的下泄流量允许范围Z1至Z
n
，计算得到实时控制命令需要保证的下泄流量允许范围Z；Z为二维向量，包括控制命令需要保证的下泄流量允许范围下限Z(1)和控制命令需要保证的下泄流量允许范围上限Z(2)；
[0015]S5000)根据实时控制命令需要保证的下泄流量允许范围Z、以及当前水电站泄洪流量H计算得到发电流量允许范围F；
[0016]再根据发电流量允许范围F和发电状态机组耗水率计算得出水电站总输出功率的允许调节范围。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0018]1、如何利用实时监控系统，在消耗较低资源的前提下，快速对运行数据进行分析和计算，是解决对水电站总有功功率的允许调节范围进行快速计算的关键。而本专利技术提供的保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法，通过提出总约束条件，然后通过设置包括T1、二维变量Z0’
、二维变量Z1至Z
n
、时间参数T2，实现在占用较少变量、
快速生成满足比总约束条件更严格的“下游水位变幅在T2×
n到T2×
(n+1)中的某一随机时间内不超过某一数值”的下泄流量允许范围；实现了在消耗较低资源的前提下，快速对一段时间内的运行数据进行分析和计算。
[0019]合理选择周期时间T2，既可以极大减少运算过程中生成的变量数量，又不过分降低功率调节的灵活性。T2代表了Z1至Z
n
每一个二维变量中数据所体现的约束时间长度，为体现过去T1时间内下游水位对下泄流量允许范围的共同约束，T2不能太短，否则会造成本专利技术的功能在计算过程中生成过多变量，对实时监控系统造成沉重负担；也不能太长，T2过长会降低功率调节的灵活性。
[0020]例如景洪电站要求下游水位变幅1小时内不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法，其特征在于，包括以下操作：S1000)基于水电站下游水位稳定形成总约束条件：下游水位变幅在T1时间内不超过h，对于h通过未来下游水位与当前下游水位的差值来约束，并体现为实时约束下的下泄流量允许范围Z0’
；Z0’
为二维变量，包括实时约束下的下泄流量允许范围下限Z0’
(1)和实时约束下的下泄流量允许范围上限Z0’
(2)；S2000)根据水电站实时运行数据，计算实时约束下的下泄流量允许范围Z0’
，通过Z0’
以及水电站默认下泄流量允许范围不断取交集，得到表示近期约束下的下泄流量允许范围的二维变量Z0；S3000)将Z0中的数据每隔固定周期T2转存入二维变量Z1至Z
n
中的某一个变量Z
j
，作为历史约束下的下泄流量允许范围；转存后清空Z0；S4000)根据近期约束下的下泄流量允许范围Z0，以及历史约束下的下泄流量允许范围Z1至Z
n
，计算得到实时控制命令需要保证的下泄流量允许范围Z；Z为二维向量，包括控制命令需要保证的下泄流量允许范围下限Z(1)和控制命令需要保证的下泄流量允许范围上限Z(2)；S5000)根据实时控制命令需要保证的下泄流量允许范围Z、以及当前水电站泄洪流量H计算得到发电流量允许范围F；再根据发电流量允许范围F和发电状态机组耗水率计算得出水电站总输出功率的允许调节范围。2.如权利要求1所述的保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法，其特征在于，所述总约束条件：下游水位变幅在T1时间内不超过h，其蕴含的要求包括：1)以某一时间点的下游水位为基准，其后的T1时间内的下游水位与该时间点的下游水位差值不能超过总约束条件数值h；2)在对发电机组和泄洪闸门的控制中，在每一个控制命令发出前，要保证该控制命令引起的下泄流量变化以及由此而导致的下游水位变化，不会导致未来下游水位与当前下游水位的差值、以及未来下游水位与过去T1时间内的所有时间点的下游水位的差值，超过总约束条件数值h；其中未来下游水位与当前下游水位的差值约束，约束了实时约束下的下泄流量；所述二维变量Z0，包括近期约束下的下泄流量允许范围下限Z0(1)和近期约束下的下泄流量允许范围上限Z0(2)；所述水电站默认下泄流量允许范围为：上限为防洪条件所允许的水电站最大下泄流量，下限为下游通航及生态需要的最小下泄流量。3.如权利要求1或2所述的保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法，其特征在于，通过Z0按固定周期T2转存为Z1至Z
n
，将总约束条件变更为：下游水位变幅在T2×
n到T2×
(n+1)中的某一随机时间内不超过h；所述的时间参数T2代表了Z1至Z
n
每一个二维变量中数据所体现的约束时间长度，为体现过去T1时间内下游水位对下泄流量允许范围的共同约束，对其要求如下：1)T2要求T1÷
T2+1>n≥T1÷
T2；n代表了变量数量，须为整数，T2应能被T1整除；2)T2不小于2min，避免生成过多变量形成实时监控的负担；且T2不大于10min以保持功
率调节的灵活性；所述二维变量Z1至Z
n
接收从变量Z0转存出的数据，在第x次转存时，变量Z0的数据转存至Z
y
，其中y为x除以n所得的余数。4.如权利要求1所述的保证下泄流量和下游水位稳定性的水电站输出功率实时控制方法，其特征在于，二维变量Z0是以固定频率或实时监控系统平台执行运算任务的频率循环计算Z0，计算步骤如下：S2200)第一次执行时，设置循环变量m，变量m的初始值为0；S2300)将变量m的数值加1后，对变量m进行判断，当m≤1时，重置变量Z0，将范围上限Z0(2)设置为防洪条件所允许的水电站最大下泄流量，范围下限Z0(1)设置为下游通航及生态需要的最小下泄流量；当m>1时，跳过本步骤不执行；S2400)根据各机组当前水头下的耗水率和有功功率，通过计算各机组发电流量，并累加各机组发电流量得到水电站发电流量；其中p
i
为机组i的有功功率，δ
i
为机组i的耗水率，q
i
为机组i的发电流量，为机组i的空载流量；S2500)根据各泄洪闸门实际开度计算各泄洪闸门流量，并累加得到水电站泄洪流量；S2600)将水电站发电流量和水电站泄洪流量相加，得到水电站当前下泄流量Q；S2700)根据当前下泄流量Q，基于当前下泄流量与最大流量允许变幅的对应关系表，采用线性拟合的方式，以当前下泄流量Q作为自变量，计算得到最大允许下泄流量变幅ΔQ；S2800)根据当前下泄流量Q和最大允许下泄流量变幅ΔQ，得到实时约束下的下泄流量允许范围Z0’
，其中实时约束下的下泄流量允许范围上限Z0’
(2)＝Q+ΔQ，下限Z0’
(1)＝Q－ΔQ；S2900)将Z0’
和Z0取交集，得到近期约束下的下泄流量范围并赋值入Z0，即Z0＝Z0’
∩Z0；如果Z0为空集，则将近期约束下的下泄流量允许范围Z0的上下限均设置为下泄流量Q。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡林，何跃，艾显仁，刘飞，杨龙保，王军，王昱倩，魏超，管镇，张德宝，
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：