水电站优化运行控制方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种水电站优化运行控制方法和系统，该方法包括：获取与水电站机组相对应的水头?导叶开度?机组出力曲线，根据所述水头?导叶开度?机组出力曲线构建定流量模型或定负荷模型；求解所述定流量模型或定负荷模型以获得机组工作控制方案；根据所述控制方案控制所述水电站的运行。该方法通过现场实验运行获取该水电站机组实际的水头?导叶开度?机组出力曲线，并根据该曲线构建数学模型，得到的控制方案更能符合现场机组特性，从而减小误差，实现水电站优化运行且导叶开度、机组出力等数据可利用现有的机组自动化控制系统中的数据，成本低，无需增加额外的软件和硬件成本。
【专利说明】
水电站优化运行控制方法和系统
技术领域
[0001] 本发明涉及水电站机组控制领域，特别是涉及一种水电站优化运行控制方法和系 统。
【背景技术】
[0002] 水电站厂内经济优化运行主要是保证电站机组在高效率区稳定运行。即研究水电 站在给定条件下厂内工作机组最优台数、组合和启停次序，机组间负荷的最优分配。
[0003] 现有的水电厂内经济优化运行主要根据厂家提供的水轮机模型试验资料进行换 算绘制成机组段动力特性曲线，构建定流量或定负荷优化数学模型，采用动态规划或等微 增率等传统算法或遗传算法等人工智能算法，计算得到机组工作最优台数、组合、启停次序 和最优负荷分配。然而，存在几下缺点：
[0004] (1 )、根据水轮机模型试验资料换算绘制成机组段动力特性曲线，与实际运行情况 偏差大；
[0005] (2)、流量测量手段常采用的有流速仪法、蜗壳差压法、超声波测流法。流速仪法可 方便测出过水断面的各个测点流速值，但前期安装及后期数据处理工作量大，人力成本投 资高;蜗壳差压法操作简单但率定流量系数困难，且测量精度难以保证;超声波测流法可以 直接测出流量，且安装方便，操作简单，但固定安装超声波流量计实时测量流量，设备成本 高，因此，特性曲线中过机流量实时测量困难，成本高。
【发明内容】
[0006] 基于此，有必要提供一种成本低且符合现场机组特性的水电站优化运行控制方法 和系统。
[0007] -种水电站优化运行控制方法，包括：
[0008] 获取与水电站机组相对应的水头-导叶开度-机组出力曲线，
[0009] 根据水头-导叶开度-机组出力曲线构建定流量模型或定负荷模型；
[0010] 求解定流量模型或定负荷模型以获得机组工作控制方案；
[0011] 根据控制方案控制水电站的运行。
[0012] 在其中一种实施方式中，获取与水电站机组的水头-导叶开度-机组出力曲线的步 骤包括：
[0013] 将水电站机组的水头调节到最大水头处或最小水头处；
[0014] 导叶开度-出力曲线获取步骤，包括:对于每一台机组，依次将出力值从小到大调 节到每个试验点，并记录在出力值下的导叶开度，得到每台机组在当前水头下的导叶开度-出力曲线;试验点包括机组出力范围内的多个试验点；
[0015] 将水电站机组的水头调节到下一水头试验点处，重复导叶开度-出力曲线获取步 骤，得到每台机组在不同水头下的导叶开度-出力曲线；
[0016] 将所有的导叶开度-出力曲线采用最小二乘法进行拟合生成水头-导叶开度-机组 出力曲线。
[0017] 在其中一种实施方式中，根据水头-导叶开度-机组出力曲线构建定负荷模型的步 骤包括：
[0018] 设定水电站机组的负荷，根据水头-导叶开度-机组出力曲线，以及按机组容量比 值转换不同机组的导叶开度构建定负荷模型，定负荷模型为：
[0023] ￡limin〈￡li〈￡liinax
[0024] 化=心(&1)为出力与导叶开度的函数关系;ai为第i台机组的导叶开度;L为第i台 机组额定容量值;aimax为第i台机组导叶的最大开度;aimin为第i台机组导叶最小开度，kmax所 有机组中容量最大的机组容量值;η为机组台数;Ni为第i台机组出力;N为电站总出力；
[0025] 或者，设定水电站机组的负荷，根据水头-导叶开度-机组出力曲线，以及同一水头 下机组导叶开度与流量之间的函数关系、同一水头下不同机组同一导叶开度之间的函数关 系，构建定负荷模型，定负荷模型为：
[0029] aimin〈￡li〈aimax;
[0030] 同一水头下机组导叶开度与流量之间的函数关系SQiigdaO;同一水头下不同 机组同一导叶开度之间的函数关系为&1 = 81(^);同一水头下机组出力与该机组导叶开度 之间的关系Ni = fi(ai)。
[0031] 在其中一种实施方式中，根据水头-导叶开度-机组出力曲线构建定负荷模型的步 骤包括：
[0032] 设定水电站机组的流量，根据水头-导叶开度-机组出力曲线以及机组导叶开度与 流量之间的关系构建定流量模型，定流量模型为：
[0037 J aimin〈&i〈&imax
[0038] 其中，机组导叶开度与流量之间的关系Qi = gi(ai)，Qi为机组i的过机流量；同一水 头下机组出力与该机组导叶开度之间的关系化=^(&1)。
[0039] 在其中一种实施方式中，求解定流量模型或定负荷模型以获得机组工作控制方案 的步骤包括：
[0040] 根据第一约束条件，求解负荷模型以获得机组工作控制方案，第一约束条件包括：
[0041]
[0042]出力限制Nimin〈Ni〈Nimax
[0043] 振动区和气蚀区限制NiE Si;
[0044] 或，根据第二约束条件，求解定流量模型以获得机组工作控制方案，第二约束条件 包括：
[0045]
[0046] 出刀限制Nimin<Ni<Nimax
[0047] 振动区和气蚀区限制NiE Si;
[0048] 控制方案包括最优台数、组合、启停次序和最优负荷分配。
[0049] -种水电站优化运行控制系统，包括：
[0050] 曲线生成模块，用于获取与水电站机组相对应的水头-导叶开度-机组出力曲线；
[0051] 模型生成模块，用于根据水头-导叶开度-机组出力曲线构建定流量模型或定负荷 丰旲型；
[0052]计算模块，用于求解定流量模型或定负荷模型以获得机组工作控制方案；
[0053]控制模块，用于根据控制方案控制水电站的运行。
[0054] 在其中一种实施方式中，曲线生成模块包括：
[0055] 初调节单元，用于将水电站机组的水头调节到最大水头处或最小水头处；
[0056] 第一获取单元，用于获取当前水头下的导叶开度-出力曲线；具体对于每一台机 组，依次将出力值从小到大调节到每个试验点，并记录在出力值下的导叶开度，得到每台机 组在当前水头下的导叶开度-出力曲线;试验点包括机组出力范围内的多个试验点；
[0057] 第二获取单元，用于将水电站机组的水头调节到下一水头试验点处，得到每台机 组在不同水头下的导叶开度-出力曲线；
[0058] 拟合单元，用于将所有的导叶开度-出力曲线采用最小二乘法进行拟合生成水头-导叶开度-机组出力曲线。
[0059] 在其中一种实施方式中，模型生成模块具体用于设定水电站机组的负荷，根据水 头-导叶开度-机组出力曲线，以及按机组容量比值转换不同机组的导叶开度构建定负荷模 型，定负荷模型为： _0064」&imin〈&i〈&imax
[0065] 化=以&1)为出力与导叶开度的函数关系;ai为第i台机组的导叶开度;L为第i台 机组额定容量值;aimax为第i台机组导叶的最大开度;aimin为第i台机组导叶最小开度;Ni为 第i台机组的出力;k max所有机组中容量最大的机组容量值;η为机组台数;化为第i台机组出 力;N为电站总出力；
[0066] 或者，用于设定水电站机组的负荷，根据水头-导叶开度-机组出力曲线，以及同一 水头下机组导叶开度与流量之间的函数关系、同一水头下不同机组同一导叶开度之间的函 数关系，构建定负荷模型，定负荷模型为：
[0070] aimin〈￡li〈aimax;
[0071] 同一水头下机组导叶开度与流量之间的函数关系SQiigJaO;同一水头下不同 机组同一导叶开度之间的函数关系为&1 = 81(^);同一水头下机组出力与该机组导叶开度 之间的关系Ni = fi(ai)。
[0072] 在其中一种实施方式中，模型生成模块，具体用于设定水电站机组的流量，根据水 头-导叶开度-机组出力曲线以及机组导叶开度与流量之间的关系构建定流量模型，定流量 模型为：
[0077] ￡limin〈￡li〈￡limax
[0078] 其中，机组导叶开度与流量之间的关系QiigdaOAi为机组i的过机流量；同一水 头下机组出力与该机组导叶开度之间的关系化=^( &1);
[0079] 在其中一种实施方式中，计算模块，具体用于根据第一约束条件，求解负荷模型以 获得机组工作控制方案，第一约束条件包括：
[0080] 电力平衡
[0081 ]出力限制Nimin〈Ni〈Nimax
[0082] 振动区和气蚀区限制NiE Si;
[0083] 或，用于根据第二约束条件，求解定流量模型以获得机组工作控制方案，第二约束 条件包括：
[0084] 流量平衡
[0085] 出力限制Nimin〈Ni〈Nimax
[0086] 振动区和气蚀区限制NiE Si;
[0087] 控制方案包括最优台数、组合、启停次序和最优负荷分配。
[0088] 该水电站优化运行控制方法，通过现场对水电站机组实验，获取水电站机组相对 应的水头-导叶开度-机组出力曲线。根据曲线生成定流量模型或定负荷模型，并求解模型 得到控制方案以根据控制方案控制水电厂的运行。该方法通过现场实验运行获取该水电站 机组实际的水头-导叶开度-机组出力曲线，并根据该曲线构建数学模型，得到的控制方案 更能符合现场机组特性，从而减小误差，实现水电站优化运行，且导叶开度、机组出力等数 据可利用现有的机组自动化控制系统中的数据，成本低，无需增加额外的软件和硬件成本。
【附图说明】
[0089] 图1为一种水电站优化运行控制方法的流程图；
[0090] 图2为单元供水水电站的示意图；
[0091 ]图3为联合供水水电站的示意图；
[0092] 图4为一种水电站优化运行控制系统的功能模块示意图。
【具体实施方式】
[0093] 如图1所示，一种水电站优化运行控制方法，包括：
[0094] S10:获取与水电站机组相对应的水头-导叶开度-机组出力曲线。
[0095] 通过对水电站机组实验，获取水电站机组相对应的水头-导叶开度-机组出力曲 线。水头-导叶开度-机组出力曲线包括静水头-导叶开度-机组出力曲线或净水头-导叶开 度-机组出力曲线。
[0096] 水电站可分为单元供水水电站和联合供水水电站。单元供水水电站，即每个机组 一个引水管，如图2所示，水电站水流流过水轮机是通过引水管接到水轮机的，水头、导叶开 度确定、流经机组流量则是确定的，获取的则为静水头-导叶开度-机组出力曲线。静水头通 过采集上下游水位计数据后，上游水位计减去下游水位计得到，无需计算水头损失。且水位 计水电站一般都有安装，无需额外的硬件成本。
[0097]联合供水水电站，如图3所示，一根总管分成多个支管接入水轮机，水头、导叶开度 确定，则流经某一台机组流量还跟其他机组是否开启，流经多少流量有关系，获取的则为净 水头-导叶开度-机组出力曲线。
[0098] S30:根据水头-导叶开度-机组出力曲线构建定流量模型或定负荷模型。
[0099] 某些电站自动化条件低，无水雨晴、水文数据，无水库调度或者水预报根据水雨 晴、水文数据给出准确来水预报和电站发电用水优化调度。因此电站以高水头发电为原则， 根据经验设定电站全厂总负荷，然后根据该方案分配负荷，实际为定负荷发电，通常采用定 负荷模型。还有些中小型电站，调度不会给定负荷考核，根据来水量，最大化利用来水量发 电，也就是定流量。所以中小电站通常定流量模型就采用本文的定流量模型。
[0100] 针对大型电站或者自动化程度高的电站，一般调度会对负荷进行考核。因此发电 量调度已经给定，因此可根据净水头-导叶开度-机组出力曲线构建定负荷模型。
[0101] S50:求解定流量模型或定负荷模型以获得机组工作控制方案。
[0102] S70:根据控制方案控制水电站的运行，以使水电站的优化运行。
[0103] 该水电站优化运行控制方法，通过现场对水电站机组实验，获取水电站机组相对 应的水头-导叶开度-机组出力曲线。根据曲线生成定流量模型或定负荷模型，并求解模型 得到控制方案以根据控制方案控制水电厂的运行。该方法通过现场实验运行获取该水电站 机组实际的水头-导叶开度-机组出力曲线，并根据该曲线构建数学模型，得到的控制方案 更能符合现场机组特性，从而减小误差，实现水电站优化运行，且导叶开度、机组出力等数 据可利用现有的机组自动化控制系统中的数据，成本低，无需增加额外的软件和硬件成本。
[0104] 在具体的实施方式中，步骤S10包括：
[0105] S11:导叶开度-出力曲线获取步骤。
[0106] 具体包括：
[0107] S11:将所述水电站机组的水头调节到最大水头处或最小水头处。
[0108] 具体的，最大水头或最小水头为目标水头，可根据电站当前实际水头的实际情况， 调节到距离最近的目标水头。
[0109] S12:导叶开度-出力曲线获取步骤，包括:对于每一台机组，依次将出力值从小到 大调节到每个试验点，并记录在所述出力值下的导叶开度，得到每台机组在当前水头下的 导叶开度-出力曲线。
[0110]具体的，将机组出力范围为空载到最大出力，在机组出力范围内选择试验点。试验 点数分布和点数情况，根据实际情况选择稀疏。
[0111] S13:将所述水电站机组的水头调节到下一水头试验点处，重复步骤S12,得到每台 机组在不同水头下的导叶开度-出力曲线。
[0112] 具体的，在最大水头到最小水头区间选择下一水头试验点，重复步骤S12,试验点 分布可以不均匀，试验点数根据实际情况选择。机组试验水头从最小到最大或者从最大到 最小，决定于机组第一次试验水头为最大水头还是最小水头。调节当前水头到机组下一个 水头试验处。
[0113] 不同水头下出力与导叶开度的函数关系化=^(&1)。1表示第i台机组。
[0114] S14:将所有的导叶开度-出力曲线采用最小二乘法进行拟合生成水头-导叶开度-机组出力曲线。
[0115] 该水头-导叶开度-机组出力曲线，现场实际运行试验获得，更符合现场机组特性。
[0116] 在另一种实施方式中，步骤S50根据水头-导叶开度-机组出力曲线构建定负荷模 型包括:设定水电站机组的负荷，根据水头-导叶开度-机组出力曲线，以及按机组容量比值 转换不同机组的导叶开度构建定负荷模型，定负荷模型为：
[01 21 ] ￡limin〈￡li〈￡limax
[0122] & =以&1)为出力与导叶开度的函数关系;ai为第i台机组的导叶开度;L为第i台 机组额定容量值;aimax为第i台机组导叶的最大开度;aimin为第i台机组导叶最小开度。k maJ^ 有机组中容量最大的机组容量值;η为机组台数;Ni为第i台机组出力;N为电站总出力。
[0123] 该定负荷模型适用于中小型电站，因其自动化条件相对低，投资成本较小，优化绝 对值相对也较小。因此，不同机组在导叶开度同尺度的比较，通过机组额定容量来转换。在 水头不变情况下，机组过机流量与导叶开度为常数关系。负荷一定的情况下，通过计算导叶 开度和的最小值，确定负荷最优分配。不同机组的导叶开度通过机组容量比值近似转换。
[0124] 在另一种实施方式中，步骤S50根据水头-导叶开度-机组出力曲线构建定负荷模 型包括:设定水电站机组的负荷，根据水头-导叶开度-机组出力曲线，以及同一水头下机组 导叶开度与流量之间的函数关系、同一水头下不同机组同一导叶开度之间的函数关系，构 建定负荷模型，定负荷模型为：
[01 28] aimin〈￡li〈aimax;
[0129] 同一水头下机组导叶开度与流量之间的函数关系SQiigJaO;同一水头下不同 机组同一导叶开度之间的函数关系为&1 = 81(^);同一水头下机组出力与该机组导叶开度 之间的关系Ni = fi(ai)。
[0130] 该定负荷模块适用于大型电站或者自动化程度高的电站。在现场试验获得机组特 性曲线时，不同导叶开度，通过便携式超声波流量计测量流量，或其他测量方法测量流量， 获得某一水头，机组导叶开度与流量之间的关系QiigdaO以及同一水头，不同机组同一导 叶开度之间的函数关系 &1 = 81(^)，即同一尺度通过流量之比来转换。使用便携式超声波流 量计测量流量，无需固定安装超声波流量计，节省硬件成本。
[0131] 在另一种实施方式中，步骤S50根据水头-导叶开度-机组出力曲线构建定负荷模 型的步骤包括:设定水电站机组的流量，根据水头-导叶开度-机组出力曲线以及机组导叶 开度与流量之间的关系构建定流量模型，定流量模型为：
[0136] ￡limin〈￡li〈￡liinax
[0137] 其中，机组导叶开度与流量之间的关系QiigJaOAi为机组i的过机流量；同一水 头下机组出力与该机组导叶开度之间的关系化=^( &1)。
[0138] 通过在现场试验获得机组特性曲线时获得，具体的，某一水头，不同导叶开度，通 过便携式超声波流量计测量或者其他传统便携式测流量方式测定流量。
[0139] 在另一种实施方式中，步骤S70包括:根据第一约束条件，求解负荷模型以获得机 组工作控制方案，第一约束条件包括：
[0140] 电力平衡
[0141] 出力限制 Nimin<Ni<Nimax
[0142] 振动区和气蚀区限制NiE Si;
[0143] 或，根据第二约束条件，求解定流量模型以获得机组工作控制方案，第二约束条件 包括：
[0144] 流量平福
[0145] 出力限制Nimin〈Ni〈Nimax
[0146] 振动区和气蚀区限制NiE Si;
[0147] 具体的，考虑导叶开度的约束条件，避开机组振动区和气蚀区，求解a最小值时，在 某一水头下，机组间负荷分配的瞬态最优解。可利用动态规划、等微增率算法或遗传算法求 解对应的模型以获取机组工作控制方案，以得到机组工作最优台数、组合、启停次序和最优 负荷分配。
[0148] 该方法通过现场实验运行获取该水电站机组实际的水头-导叶开度-机组出力曲 线，并根据该曲线构建数学模型，得到的控制方案更能符合现场机组特性，从而减小误差， 实现水电站优化运行。且导叶开度、机组出力等数据可利用现有的机组自动化控制系统中 的数据，无需增加额外的软件和硬件成本。本发明的水电站优化运行控制方法适用于不同 规模以及不同自动化条件的电站。
[0149] 如图4所示，一种水电站优化运行控制系统，包括：
[0150] 曲线生成模块10,用于获取与水电站机组相对应的水头-导叶开度-机组出力曲 线，水头-导叶开度-机组出力曲线为静水头-导叶开度-机组出力曲线或净水头-导叶开度-机组出力曲线。
[0151] 通过对水电站机组实验，获取水电站机组相对应的水头-导叶开度-机组出力曲 线。水头-导叶开度-机组出力曲线包括静水头-导叶开度-机组出力曲线或净水头-导叶开 度-机组出力曲线。
[0152] 水电站可分为单元供水水电站和联合供水水电站。单元供水水电站，即每个机组 一个引水管，如图2所示，水电站水流流过水轮机是通过引水管接到水轮机的，水头、导叶开 度确定、流经机组流量则是确定的，获取的则为静水头-导叶开度-机组出力曲线。静水头通 过采集上下游水位计数据后，上游水位计减去下游水位计得到，无需计算水头损失。且水位 计水电站一般都有安装，无需额外的硬件成本。
[0153]联合供水水电站，如图3所示，一根总管分成多个支管接入水轮机，水头、导叶开度 确定，则流经某一台机组流量还跟其他机组是否开启，流经多少流量有关系，获取的则为净 水头-导叶开度-机组出力曲线。
[0154] 模型生成模块20,用于根据水头-导叶开度-机组出力曲线构建定流量模型或定负 荷模型。
[0155] 某些电站自动化条件低，无水雨晴、水文数据，无水库调度或者水预报根据水雨 晴、水文数据给出准确来水预报和电站发电用水优化调度。因此电站以高水头发电为原则， 根据经验设定电站全厂总负荷，然后根据该方案分配负荷，实际为定负荷发电，通常采用定 负荷模型。还有些中小型电站，调度不会给定负荷考核，根据来水量，最大化利用来水量发 电，也就是定流量。所以中小电站通常定流量模型就采用本文的定流量模型。
[0156] 针对大型电站或者自动化程度高的电站，一般调度会对负荷进行考核。因此发电 量调度已经给定，因此可根据净水头-导叶开度-机组出力曲线构建定负荷模型。
[0157] 计算模块30,用于求解定流量模型或定负荷模型以获得机组工作控制方案。
[0158] 控制模块40,用于根据控制方案控制水电站的运行。
[0159] 该水电站优化运行控制方法，通过现场对水电站机组实验，获取水电站机组相对 应的水头-导叶开度-机组出力曲线。根据曲线生成定流量模型或定负荷模型，并求解模型 得到控制方案以根据控制方案控制水电厂的运行。该方法通过现场实验运行获取该水电站 机组实际的水头-导叶开度-机组出力曲线，并根据该曲线构建数学模型，得到的控制方案 更能符合现场机组特性，从而减小误差，实现水电站优化运行，且导叶开度、机组出力等数 据可利用现有的机组自动化控制系统中的数据，成本低，无需增加额外的软件和硬件成本。
[0160] 在具体的实施方式中，曲线生成模块10包括：
[0161] 初调节单元，用于将所述水电站机组的水头调节到最大水头处或最小水头处。
[0162] 具体的，最大水头或最小水头为目标水头，可根据电站当前实际水头的实际情况， 调节到距离最近的目标水头。
[0163] 第一获取单元，用于获取当前水头下的导叶开度-出力曲线；具体对于每一台机 组，依次将出力值从小到大调节到每个试验点，并记录在所述出力值下的导叶开度，得到每 台机组在当前水头下的导叶开度-出力曲线;所述试验点包括机组出力范围内的多个试验 点。
[0164] 具体的，将机组出力范围为空载到最大出力，在机组出力范围内选择试验点。试验 点数分布和点数情况，根据实际情况选择稀疏。
[0165] 第二获取单元，用于将所述水电站机组的水头调节到下一水头试验点处，得到每 台机组在不同水头下的导叶开度-出力曲线。
[0166] 在最大水头到最小水头区间选择水头试验点，试验点分布可以不均匀，试验点数 根据实际情况选择。机组试验水头从最小到最大或者从最大到最小，决定于机组第一次试 验水头为最大水头还是最小水头。调节当前水头到机组下一个水头试验处。
[0167] 不同水头下出力与导叶开度的函数关系化=^(&1)。1表示第i台机组。
[0168] 拟合单元，用于将所有的导叶开度-出力曲线采用最小二乘法进行拟合生成水头-导叶开度-机组出力曲线。
[0169] 该水头-导叶开度-机组出力曲线，现场实际运行试验获得，更符合现场机组特性。
[0170] 在另一种实施方式中，模型生成模块20具体用于设定水电站机组的负荷，根据水 头-导叶开度-机组出力曲线，以及按机组容量比值转换不同机组的导叶开度构建定负荷模 型，定负荷模型为：
[0175] ￡limin〈￡li〈￡limax
[0176] 化=以&1)为出力与导叶开度的函数关系;ai为第i台机组的导叶开度;L为第i台 机组额定容量值;aimax为第i台机组导叶的最大开度;aimin为第i台机组导叶最小开度。kmax所 有机组中容量最大的机组容量值;η为机组台数;Ni为第i台机组出力;N为电站总出力。
[0177] 该定负荷模型适用于中小型电站，因其自动化条件相对低，投资成本较小，优化绝 对值相对也较小。因此，不同机组在导叶开度同尺度的比较，通过机组额定容量来转换。在 水头不变情况下，机组过机流量与导叶开度为常数关系。负荷一定的情况下，通过计算导叶 开度和的最小值，确定负荷最优分配。不同机组的导叶开度通过机组容量比值近似转换。
[0178] 在另一种实施方式中，模型生成模块20具体用于设定水电站机组的负荷，根据水 头-导叶开度-机组出力曲线，以及同一水头下机组导叶开度与流量之间的函数关系、同一 水头下不同机组同一导叶开度之间的函数关系，构建定负荷模型，定负荷模型为：
[01 82] aimin〈￡li〈aimax;
[0183] 同一水头下机组导叶开度与流量之间的函数关系SQiigJaO;同一水头下不同 机组同一导叶开度之间的函数关系为ai = gi (aj)。
[0184] 该定负荷模块适用于大型电站或者自动化程度高的电站。在现场试验获得机组特 性曲线时，不同导叶开度，通过便携式超声波流量计测量流量，或其他测量方法测量流量， 获得某一水头，机组导叶开度与流量之间的关系QiigdaO以及同一水头，不同机组同一导 叶开度之间的函数关系 &1 = 81(^)，即同一尺度通过流量之比来转换。使用便携式超声波流 量计测量流量，无需固定安装超声波流量计，节省硬件成本。
[0185] 在另一种实施方式中，根据模型生成模块20,具体用于设定水电站机组的流量，根 据水头-导叶开度-机组出力曲线以及机组导叶开度与流量之间的关系构建定流量模型，定 流量模型为：
[0190] ￡limin〈￡li〈￡limax
[0191 ]其中，机组导叶开度与流量之间的关系Qi = gi (ai)，Qi为机组i的过机流量。同一水 头下机组出力与该机组导叶开度之间的关系化=^(&1);
[0192] 通过在现场试验获得机组特性曲线时获得，具体的，某一水头，不同导叶开度，通 过便携式超声波流量计测量或者其他传统测便携式流量方式测定流量。
[0193] 在另一种实施方式中，计算模块30，具体用于根据第一约束条件，求解负荷模型以 获得机组工作控制方案，第一约束条件包括：
[0194] 电力平衡
[0195] 出力限制Nimin<Ni<Nimax
[0196] 振动区和气蚀区限制NiE Si;
[0197]或，用于根据第二约束条件，求解定流量模型以获得机组工作控制方案，第二约束 条件包括：
[0198] 流量平4
[0199] 出力限制Nimin〈Ni〈Nimax
[0200] 振动区和气蚀区限制NiE Si;
[0201] 控制方案包括最优台数、组合、启停次序和最优负荷分配。
[0202] 具体的，考虑导叶开度的约束条件，避开机组振动区和气蚀区，求解a最小值时，在 某一水头下，机组间负荷分配的瞬态最优解。根据约束条件，可利用动态规划、等微增率算 法或遗传算法求解对应的模型以获取机组工作控制方案，以得到机组工作最优台数、组合、 启停次序和最优负荷分配。
[0203] 该系统通过现场实验运行获取该水电站机组实际的水头-导叶开度-机组出力曲 线，并根据该曲线构建数学模型，得到的控制方案更能符合现场机组特性，从而减小误差， 实现水电站优化运行。且导叶开度、机组出力等数据可利用现有的机组自动化控制系统中 的数据，无需增加额外的软件和硬件成本。本发明的水电站优化运行控制方法适用于不同 规模以及不同自动化条件的电站。
[0204] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例 中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛 盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0205] 以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能 因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种水电站优化运行控制方法，其特征在于，包括： 获取与水电站机组相对应的水头-导叶开度-机组出力曲线， 根据所述水头-导叶开度-机组出力曲线构建定流量模型或定负荷模型； 求解所述定流量模型或所述定负荷模型以获得机组工作控制方案； 根据所述控制方案控制所述水电站的运行。2. 根据权利要求1所述的水电站优化运行控制方法，其特征在于，所述获取与水电站机 组的水头-导叶开度-机组出力曲线的步骤包括： 将所述水电站机组的水头调节到最大水头处或最小水头处； 导叶开度-出力曲线获取步骤，包括:对于每一台机组，依次将出力值从小到大调节到 每个试验点，并记录在所述出力值下的导叶开度，得到每台机组在当前水头下的导叶开度-出力曲线;所述试验点包括机组出力范围内的多个试验点； 将所述水电站机组的水头调节到下一水头试验点处，重复所述导叶开度-出力曲线获 取步骤，得到每台机组在不同水头下的导叶开度-出力曲线； 将所有的导叶开度-出力曲线采用最小二乘法进行拟合生成水头-导叶开度-机组出力 曲线。3. 根据权利要求1所述的水电站优化运行控制方法，其特征在于，所述根据所述水头_ 导叶开度-机组出力曲线构建定负荷模型的步骤包括： 设定所述水电站机组的负荷，根据所述水头-导叶开度-机组出力曲线，以及按机组容 量比值转换不同机组的导叶开度构建定负荷模型，所述定负荷模型为：&imin〈&i〈&imax 仏=6(&1)为出力与导叶开度的函数关系;ai为第i台机组的导叶开度为第i台机组 额定容量值;aimax为第i台机组导叶的最大开度;aimin为第i台机组导叶最小开度，kmax所有机 组中容量最大的机组容量值; n为机组台数;Ni为第i台机组出力;N为电站总出力； 或者，设定所述水电站机组的负荷，根据所述水头-导叶开度-机组出力曲线，以及同一 水头下机组导叶开度与流量之间的函数关系、同一水头下不同机组同一导叶开度之间的函 数关系，构建定负荷模型，所述定负荷模型为：￡limin〈￡li〈￡limax; 同一水头下机组导叶开度与流量之间的函数关系SQiigdad ;同一水头下不同机组 同一导叶开度之间的函数关系为aiigdaj;同一水头下机组出力与该机组导叶开度之间 的关系Ni = fi(ai)。4. 根据权利要求1所述的水电站优化运行控制方法，其特征在于，根据所述水头-导叶 开度-机组出力曲线构建定负荷模型的步骤包括： 设定所述水电站机组的流量，根据所述水头-导叶开度-机组出力曲线以及机组导叶开 度与流量之间的关系构建定流量模型，所述定流量模型为：￡limin〈￡li〈￡limax 其中，机组导叶开度与流量之间的关系QiigdaOAi为机组i的过机流量；同一水头下 机组出力与该机组导叶开度之间的关系化=^(&1)。5. 根据权利要求1所述的水电站优化运行控制方法，其特征在于，其特征在于，所述求 解所述定流量模型或所述定负荷模型以获得机组工作控制方案的步骤包括： 根据第一约束条件，求解所述负荷模型以获得机组工作控制方案，所述第一约束条件 包括： 电力平衡：出力限制Nimin〈Ni〈Nimax 振动区和气蚀区限制Ni e Si; 或，根据第二约束条件，求解所述定流量模型以获得机组工作控制方案，所述第二约束 条件包括： 流量平I出力限制Nimin〈Ni〈Nimax 振动区和气蚀区限制Ni e Si; 所述控制方案包括最优台数、组合、启停次序和最优负荷分配。6. -种水电站优化运行控制系统，其特征在于，包括： 曲线生成模块，用于获取与水电站机组相对应的水头-导叶开度-机组出力曲线； 模型生成模块，用于根据所述水头-导叶开度-机组出力曲线构建定流量模型或定负荷 丰旲型； 计算模块，用于求解所述定流量模型或所述定负荷模型以获得机组工作控制方案； 控制模块，用于根据所述控制方案控制所述水电站的运行。7. 根据权利要求6所述的水电站优化运行控制系统，其特征在于，所述曲线生成模块包 括： 初调节单元，用于将所述水电站机组的水头调节到最大水头处或最小水头处； 第一获取单元，用于获取当前水头下的导叶开度-出力曲线；具体对于每一台机组，依 次将出力值从小到大调节到每个试验点，并记录在所述出力值下的导叶开度，得到每台机 组在当前水头下的导叶开度-出力曲线;所述试验点包括机组出力范围内的多个试验点； 第二获取单元，用于将所述水电站机组的水头调节到下一水头试验点处，得到每台机 组在不同水头下的导叶开度-出力曲线； 拟合单元，用于将所有的导叶开度-出力曲线采用最小二乘法进行拟合生成水头-导叶 开度-机组出力曲线。8. 根据权利要求6所述的水电站优化运行控制系统，其特征在于，所述模型生成模块具 体用于设定所述水电站机组的负荷，根据所述水头-导叶开度-机组出力曲线，以及按机组 容量比值转换不同机组的导叶开度构建定负荷模型，所述定负荷模型为： ciiinin\cii\ciiinax心=^(&1)为出力与导叶开度的函数关系;ai为第i台机组的导叶开度;l为第i台机组 额定容量值;aimax为第i台机组导叶的最大开度;aimin为第i台机组导叶最小开度;Ni为第i台 机组的出力;k max所有机组中容量最大的机组容量值;η为机组台数;Ni为第i台机组出力;N 为电站总出力； 或者，用于设定所述水电站机组的负荷，根据所述水头-导叶开度-机组出力曲线，以及 同一水头下机组导叶开度与流量之间的函数关系、同一水头下不同机组同一导叶开度之间 的函数关系，构建定负荷模型，所述定负荷模型为：￡limin〈￡li〈￡limax; 同一水头下机组导叶开度与流量之间的函数关系;同一水头下不同机组 同一导叶开度之间的函数关系为aiigdaj;同一水头下机组出力与该机组导叶开度之间 的关系Ni = fi(ai)。9. 根据权利要求1所述的水电站优化运行控制系统，其特征在于，所述模型生成模块， 具体用于设定所述水电站机组的流量，根据所述水头-导叶开度-机组出力曲线以及机组导 叶开度与流量之间的关系构建定流量模型，所述定流量模型为：￡limin〈￡li〈￡limax 其中，机组导叶开度与流量之间的关系Qi = gi (ai)，Qi为机组i的过机流量；同一水头下 机组出力与该机组导叶开度之间的关系& =匕(&1)。10.根据权利要求1所述的水电站优化运行控制系统，其特征在于，计算模块，具体用于 根据第一约束条件，求解所述负荷模型以获得机组工作控制方案，所述第一约束条件包括： 电力平衡出力限制Nimin〈Ni〈Nimax 振动区和气蚀区限制Ni e Si; 或，用于根据第二约束条件，求解所述定流量模型以获得机组工作控制方案，所述第二 约束条件包括： 流量平衡出力限制Nimin〈Ni〈Nimax 振动区和气蚀区限制Ni e Si; 所述控制方案包括最优台数、组合、启停次序和最优负荷分配。
【文档编号】H02J3/38GK105863946SQ201610208042
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】杨威, 袁江锋, 陈晓, 倪红波, 康明卫, 张良
【申请人】华自科技股份有限公司