實(shí)時(shí)負(fù)荷變化下水電站多模式時(shí)空嵌套出力動(dòng)態(tài)調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水電能源優(yōu)化運(yùn)行領(lǐng)域，更具體地，涉及一種實(shí)時(shí)負(fù)荷變化下水電站 多模式時(shí)空嵌套出力動(dòng)態(tài)調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水電站實(shí)時(shí)負(fù)荷調(diào)整是在日計(jì)劃運(yùn)行的基礎(chǔ)上，每隔一定時(shí)段（一般為15min)， 根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)負(fù)荷指令，按一定準(zhǔn)則，對(duì)電站機(jī)組開停機(jī)組合、機(jī)組間負(fù)荷分配進(jìn)行調(diào) 整，得到新的出力計(jì)劃并執(zhí)行。實(shí)時(shí)負(fù)荷調(diào)整既要降低電站耗水率，又需避免機(jī)組頻繁操作 以保證電站穩(wěn)定運(yùn)行，是一個(gè)多目標(biāo)問題。目前，實(shí)時(shí)負(fù)荷調(diào)整方法多為單一模式的調(diào)整方 法，如：按機(jī)組容量分配或按等微增率原則分配，這類調(diào)整方法沒有考慮機(jī)組最小開停機(jī)時(shí) 間約束、機(jī)組爬坡率約束、振動(dòng)區(qū)約束等，很難滿足工程實(shí)際需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種面向水電站實(shí) 時(shí)控制的多模式時(shí)空嵌套出力動(dòng)態(tài)調(diào)整方法，并運(yùn)用空間和時(shí)間動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)實(shí)時(shí)負(fù)荷 調(diào)整問題進(jìn)行時(shí)空嵌套動(dòng)態(tài)求解，實(shí)現(xiàn)基于安全和經(jīng)濟(jì)性的水電站實(shí)時(shí)出力調(diào)整和自動(dòng)發(fā) 動(dòng)控制。
[0004] 本發(fā)明提出的實(shí)時(shí)負(fù)荷變化下水電站多模式時(shí)空嵌套出力動(dòng)態(tài)調(diào)整方法，充分考 慮各項(xiàng)工程約束，以實(shí)時(shí)負(fù)荷變化量大小為依據(jù)，制定多種模式調(diào)整策略，并運(yùn)用空間和時(shí) 間動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)實(shí)時(shí)負(fù)荷調(diào)整問題進(jìn)行時(shí)空嵌套動(dòng)態(tài)求解，且在時(shí)間動(dòng)態(tài)規(guī)劃運(yùn)算中對(duì) 機(jī)組組合狀態(tài)進(jìn)行合理識(shí)別和篩選，減少遍歷狀態(tài)數(shù)，在保證最優(yōu)解的前提下減少了計(jì)算 時(shí)間。
[0005] 具體技術(shù)方案如下：
[0006] 步驟一：電網(wǎng)下達(dá)新負(fù)荷指令判斷。
[0007]若本時(shí)段接到電網(wǎng)下達(dá)的新負(fù)荷指令則轉(zhuǎn)至步驟二，否則保持原計(jì)劃運(yùn)行。
[0008] 步驟二：負(fù)荷調(diào)整模式判斷。
[0009] 考慮水電機(jī)組單機(jī)容量、旋轉(zhuǎn)備用要求、實(shí)時(shí)負(fù)荷變幅及時(shí)空動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法的求 解效率，共分為4種調(diào)整模式。負(fù)荷變幅在0~5MW以內(nèi)，進(jìn)入模式1，轉(zhuǎn)至步驟3 ;負(fù)荷變 幅在5~20MW范圍內(nèi)，進(jìn)入模式2,轉(zhuǎn)至步驟4 ;負(fù)荷變幅大于20MW且無需開停機(jī)操作，進(jìn) 入模式3,轉(zhuǎn)至步驟5 ;負(fù)荷變幅大于20MW且需要開停機(jī)操作則進(jìn)入模式4,轉(zhuǎn)至步驟6。
[0010] 步驟三：負(fù)荷調(diào)整模式1。
[0011] 此時(shí)負(fù)荷變幅為0~5MW，波動(dòng)微小，一般由系統(tǒng)負(fù)荷特性和機(jī)組慣性所吸收，分 配方式保持與原計(jì)劃一致，不做調(diào)整。
[0012] 步驟四：負(fù)荷調(diào)整模式2。
[0013] 此時(shí)負(fù)荷波動(dòng)為5MW~20MW，仍在較小范圍內(nèi)，若采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法重新分配機(jī) 組負(fù)荷則計(jì)算成本過大，宜在原有出力計(jì)劃的基礎(chǔ)上按一定準(zhǔn)則增減機(jī)組所帶負(fù)荷，使調(diào) 整后機(jī)組出力分配盡量與計(jì)劃保持一致，避免機(jī)組頻繁啟?；虺隽Υ蠓▌?dòng)。具體步驟如 下：
[0014] ①將機(jī)組按耗水率從小到大排序，作為增減負(fù)荷的優(yōu)先順序。
[0015] ②設(shè)實(shí)時(shí)負(fù)荷變化量為△(△=實(shí)際負(fù)荷值-計(jì)劃負(fù)荷值）。若△大于0,則在 滿足出力范圍約束、振動(dòng)區(qū)約束和爬坡率約束前提下，從優(yōu)先順序最高的機(jī)組開始依次向 后加負(fù)荷，直至A等于〇;若△小于〇,在滿足出力范圍約束、振動(dòng)區(qū)約束和爬坡率約束的 前提下，從優(yōu)先順序最低的機(jī)組開始依次向前減負(fù)荷，直至A等于0。
[0016] ③本時(shí)段負(fù)荷調(diào)整完成后，依次檢查余留期下一時(shí)段到最后時(shí)段的出力狀態(tài)，若 出現(xiàn)不滿足約束的情況，予以修正。
[0017] 步驟五：負(fù)荷調(diào)整模式3。
[0018] 此時(shí)負(fù)荷變化大于20MW，若仍采用模式2中的調(diào)整方法，則機(jī)組出力遍歷空間小， 局限性大，難以保證最優(yōu)解。另一方面，原計(jì)劃開機(jī)機(jī)組容量仍能滿足當(dāng)前負(fù)荷，無需進(jìn)行 開停機(jī)操作，在時(shí)間尺度上對(duì)余留時(shí)段機(jī)組開機(jī)組合無影響，因此只需調(diào)用空間動(dòng)態(tài)規(guī)劃 方法，對(duì)本時(shí)段開機(jī)機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷再分配。具體步驟如下：
[0019] ①根據(jù)機(jī)組出力上下限約束、振動(dòng)區(qū)約束、爬坡率約束等確定各臺(tái)機(jī)組的出力范 圍，并以1MW為步長(zhǎng)進(jìn)行離散，得到若干個(gè)可行出力狀態(tài)。記錄第一臺(tái)機(jī)組的所有可行出力 狀態(tài)。
[0020] ②從第二臺(tái)機(jī)組開始，令當(dāng)前機(jī)組編號(hào)k= 2。對(duì)k號(hào)機(jī)的每個(gè)可行出力狀態(tài)，計(jì) 算k號(hào)機(jī)該狀態(tài)下的耗流量，并遍歷k-Ι號(hào)機(jī)的所有可行狀態(tài)，將第k號(hào)機(jī)耗流量與1~ k-Ι號(hào)機(jī)累計(jì)耗流量相加，計(jì)算到1~k號(hào)機(jī)的總耗流量，得到使總耗流量最小的狀態(tài)并記 錄。記錄包括k號(hào)機(jī)出力、k號(hào)機(jī)耗流量、1~k號(hào)機(jī)總耗流以及k-Ι號(hào)機(jī)的出力狀態(tài)。k號(hào) 機(jī)計(jì)算完后令k=k+Ι，重復(fù)步驟②，直至k= 4。
[0021] ③從最后一臺(tái)機(jī)開始，由后向前逆序查找，依次記錄使總耗流量最小的各臺(tái)機(jī)的 狀態(tài)，得到最優(yōu)的實(shí)時(shí)負(fù)荷分配方案。
[0022] ④本時(shí)段負(fù)荷調(diào)整完成后，依次檢查余留期下一時(shí)段到最后時(shí)段的出力狀態(tài)，若 出現(xiàn)不滿足約束的情況，予以修正。
[0023] 步驟六：負(fù)荷調(diào)整模式4。
[0024] 此時(shí)負(fù)荷變化大于20麗且原計(jì)劃開機(jī)機(jī)組不能滿足當(dāng)前負(fù)荷，必須進(jìn)行增減機(jī) 組操作。當(dāng)前時(shí)段開機(jī)組合發(fā)生變化，必然在時(shí)間尺度上對(duì)余留時(shí)段機(jī)組組合產(chǎn)生影響，因 此不同于模式3,模式4需調(diào)用時(shí)間動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，對(duì)整個(gè)余留期作最優(yōu)機(jī)組組合計(jì)算。具 體步驟如下：
[0025] ①令t=t'，t'為負(fù)荷新負(fù)荷下達(dá)時(shí)段。遍歷t時(shí)段的所有可行狀態(tài)，查詢空間 最優(yōu)負(fù)荷分配表，計(jì)算t時(shí)段各狀態(tài)下的機(jī)組出力狀態(tài)及發(fā)電耗流量并記錄。
[0026] ②t=t+Ι，對(duì)t時(shí)段的每種可行的開機(jī)組合，查詢空間最優(yōu)負(fù)荷分配表得到當(dāng)前 時(shí)段該種開機(jī)組合下的耗流量，并遍歷t-i時(shí)段所有滿足t-Ι到t時(shí)段最小開機(jī)時(shí)間約束 的開機(jī)組合，將t時(shí)段耗流量與1~t-Ι時(shí)段累計(jì)耗流量相加，得到使1~t時(shí)段總耗流量 (包括1~t時(shí)段的發(fā)電耗流量、開停機(jī)耗流量和穿越振動(dòng)區(qū)懲罰耗流量）最小的狀態(tài)，并 記錄。為每一時(shí)段的各個(gè)可行組合狀態(tài)建立數(shù)據(jù)表。每個(gè)狀態(tài)的數(shù)據(jù)表包括如下內(nèi)容：開 機(jī)狀態(tài)；機(jī)組本時(shí)段所帶負(fù)荷，機(jī)組耗流量，全站本時(shí)段耗流量；全站從初始時(shí)段到本時(shí)段 總耗流量，包括發(fā)電耗流量與時(shí)段間狀態(tài)轉(zhuǎn)移耗流量；指向前一時(shí)段組合狀態(tài)的路徑。
[0027] ③循環(huán)步驟②，直至t=T時(shí)段，其中T為調(diào)度總時(shí)段數(shù)。
[0028] ④建立所有時(shí)段的數(shù)據(jù)表，從最后階段累計(jì)耗流量最小的狀態(tài)開始，由后向前回 溯，進(jìn)行逆序查表，依次記錄各階段使總的累計(jì)耗流量最小的狀態(tài)，得到最優(yōu)的開機(jī)方案。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0030] 本發(fā)明方法可減少電站機(jī)組出力變幅、有效躲避振動(dòng)區(qū)、降低穿越振動(dòng)區(qū)次數(shù)，且 電站總耗水率與計(jì)劃經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算得到的耗水率非常接近，無明顯額外耗水。因此本發(fā)明 方法兼顧穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性與高效性，比現(xiàn)有技術(shù)更為經(jīng)濟(jì)、安全、高效。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明實(shí)時(shí)負(fù)荷變化下水電站多模式時(shí)空嵌套出力動(dòng)態(tài)調(diào)整方法流程圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中實(shí)時(shí)負(fù)荷變化圖；
[0033] 圖3為發(fā)明實(shí)施例中計(jì)劃運(yùn)行開停機(jī)狀態(tài)圖；
[0034] 圖4為發(fā)明實(shí)施例中實(shí)時(shí)運(yùn)行開停機(jī)狀態(tài)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0036] 本發(fā)明以水布埡電站為實(shí)施例，進(jìn)行實(shí)例仿真，以驗(yàn)證本發(fā)明的效果。
[0037] 水布埡電站共裝有4臺(tái)46kW機(jī)組，145m~170m水頭下振動(dòng)區(qū)間為[121，180] Mff，170m~203m水頭下振動(dòng)區(qū)間為[121，199]麗。機(jī)組爬坡率約束設(shè)置為100MW。以水布 埡電站某日經(jīng)廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算后的日發(fā)電計(jì)劃為基礎(chǔ)，并隨機(jī)選取4個(gè)負(fù)荷變化點(diǎn)進(jìn)行 模擬計(jì)算，如圖2所示。深灰色表示全站計(jì)劃出力，黑色表示增負(fù)荷，淺灰色表示減負(fù)荷。其 中在13時(shí)段，電站總負(fù)荷由KKMW增加到140MW，此時(shí)若仍由一臺(tái)機(jī)帶負(fù)荷，則該臺(tái)機(jī)會(huì)落 入振動(dòng)區(qū)，故要增開一臺(tái)機(jī)組，進(jìn)入模式4,采用時(shí)間動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)整個(gè)余留期作最優(yōu)機(jī) 組組合計(jì)算。36時(shí)段電站總負(fù)荷由800MW增加到1000MW，此時(shí)兩臺(tái)機(jī)組的裝機(jī)容量已不能 滿足負(fù)荷