CN108492047A - 基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法，属于水电机组分配技术领域；所述分为空间最优化是根据电站接收到的发电要求对电站机组进行合理的优化，确定机组台数、台号，实现该机组组合中的机组间的最优负荷分配；空间最优化的具体流程为：首先，设置电站参数如机组台数、出力步长、检修机组选择；然后用户根据优化的需要设置机组参数，对电站的日优化运行有着良好的指导意义，同时保证***的先进性，便于***应对软件需求将来可能发生的变化。
Description
技术领域
本发明涉及基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法，属于水电机组分配技术领域。
背景技术
近年来，随着我国经济飞速发展，能源危机问题日益严重，目前我国火电仍占有重要比例，造成煤资源严重缺乏，发电能源结构不合理的问题亟待解决。虽然我国能源结构得到一定程度的优化，全国发电装机容量中火电占总装机容量的70%以上，水电占总装机容量的25%以下，新型能源如核电，风电占总装机容量的5%以下，清洁能源发电装机占总装机容量的比重有望提高，但这并未从根本上解决我国能源结构严重不平衡的问题。无论是从能源还是经济发展上都必然要求降低火电市场占有比例，大力发展清洁能源必将成为未来能源发展的趋势。我国有丰富的水资源目前还未得到充分利用，造成资源严重浪费，由于水电站的主要任务除了担任基荷还有调峰、调频，若水电能源未得到充分利用，电力***的调峰、调频及应急事故能力会大大削弱，严重影响电能质量及电力***稳定安全的运行。因而，加大水电建设对解决我国能源危机问题，提高电能质量，保证电力***安全稳定运行有着重大意义。
结合我国国情，除了加大水电建设以外，还必须节约能源，实现对电力***的科学管理，提高其经济效益。水电站作为电力***重要的清洁发电单元，水电站管理运行方式直接影响着整个电力***的经济效益，因此，水电站运行管理的目标除了保证电网稳定、安全、优质运行，还包括合理利用水能资源以及水利设施，保证尽可能少的投入，获得尽可能大的经济效益。
三四十年代，“基本负荷法”被人们普遍接受，所谓“基本负荷法”是电站内机组负荷按照机组效率分配，高效率机组满发，其余按照机组效率分配机组负荷
水电站经济运行作为水电***优化运行管理中一项重要工作，主要任务是在满足电能安全、稳定、优质生产的前提下，对发电厂的发电设备进行合理的优化调度，以期获得尽可能大的经济效益
对于日调节水库来说，水电站厂内经济运行就是接收调度中心的各时段的负荷要求（可以分为24、48或96个时段，一般采用24个时段），遵循一定的优化准则，将负荷合理分配给各台机组，确定机组的开停机计划，确保电站获得的经济效益最大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理、使用方便的基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法分为空间最优化和时间最优化两个部分；所述分为空间最优化是根据电站接收到的发电要求对电站机组进行合理的优化，确定机组台数、台号，实现该机组组合中的机组间的最优负荷分配；空间最优化的具体流程为：首先，设置电站参数如机组台数、出力步长、检修机组选择；然后用户根据优化的需要设置机组参数，最后根据初始化得出的处理后的机组流量特性曲线进行空间最优化计算；所述时间最优化是以空间最优化为基础，根据电站的日负荷要求，不仅根据每个时段给定的发电任务实行机组间负荷优化分配，还考虑时段之间由于机组承担负荷的变化而可能产生的机组开停机引起的开停机耗流量以及其他以水当量的损耗；时间最优化具体流程为：首先确定输入量，即电站运行水头、时段以及当天的日负荷要求，其次根据水头、时段及负荷要求以及机组开婷机耗水量、机组气蚀振动区限制等约束条件、空间最优得出各机组的最优负荷分配表。
基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法分为两个步骤：
第一步，根据厂内经济运行空间最优化数学模型和即时状态算法建立全厂机组水头可行域以及出力范围内可能负荷下的最优运行总表；
第二步，按照最优运行总表，根据日电力***给定水电站负荷，日初上游水位以及优化时段等已知条件，制定当日的厂内优化运行方式如开机台数、最优开停机计划、开机机组间最优负荷分配；
上述步骤采用逐次逼近动态规划，所述逐次逼近动态规划是指在时间最优化阶段采用以变步长逐步逼近求解的动态规划，其最主要的优点是算法收敛，编程实现简单，可处理各种复杂的约束条件；法解决厂内经济运行运行的基本思想是在固定其他机组的负荷的前提下，求解各台机组每个时段的开停机计划，并重复此过程直至开停机计划不再改变；可在一定程度上降低维数，对于巨型水电站，由于机组台数较多，机组装机容量日趋庞大，造成迭代次数过多，收敛速度不高，改进效果甚微。
基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配***包含数据库初始化模块、信息管理模块、***初始化模块、优化计算模块、空间优化分析模块、时间优化分析模块；
所述信息管理模块主要包括用户管理，机组耗流量曲线查询、机组气蚀振动区管理以及电站日负荷曲线查询等功能。用户管理是对***登录密码的管理；机组耗流量曲线管理是对三峡水电站各类型机组特征曲线的查询；机组气蚀振动区管理是对三峡水电站各类型机组的气蚀振动区的管理包括查询、添加和删除气蚀振动区；电站日负荷曲线查询功能是查询三峡梯级调度中心下达的当天的日负荷要求；
所述***初始化模块包括水电站***参数设置、机组参数设置、算法选择、数据处理。水电***参数设置包括机组台数、机组检修状态、出力步长设置；机组参数设置是针对水电站各台机组的参数进行管理，机组开停机耗水量设置、机组气蚀振动区设置；算法选择是针对***空间最优化和时间最优提出的算法选择，包括即时状态算法、基于优先表的逐次逼近即时状态算法以及智能算法；数据处理包括保存配置参数、机组流量特性曲线导入、机组最大最小值出力表及出力插值、气蚀振动区处理以及空间最优化计算。
所述优化计算模块是整个***的主控程序模块，主要是根据初始化建立的最优运行总表制定特定水头下，在给定负荷前提下机组的开停机计划，开机台数以及开机机组间的最优负荷分配。包括日负荷图的设置、水头选择、时段选择、优化计算、机组分配优化结果显示、当前负荷分配计划下的耗水量显示、各机组不同时段的负荷分配过程曲线显示、与手动输入负荷的耗水量比较、机组启停状态图显示以及日负荷结果的保存。当前负荷分配计划下的流量损耗显示是在当前负荷分配计划下各台；机组不同时段不同算法的耗流量曲线的比较。各机组不同时段的负荷分配过程曲线显示是当前负荷分配计划以及当前算法的前提条件下，每台机组的24个时段的机组分配状态显示，可以直观的查看机组的开停机状态及负荷分配。
空间最优化以“最小耗流量”为准则，按照空间最优化数学模型以及即时状态算法进行优化计算得出负荷允许变化范围内的任何可能负荷下的机组开停机计划、开机台数、机组组合以及开机机组间的最优负荷分配。空间最优化包括电站***参数设置、机组参数设置、算法选择、机组流量特性曲线导入、最大最小出力插值、气蚀振动区处理以及空间最优化计算。
本***由内至外一共分为三层，分别是由数据库组成的数据层、业务层以及与用户连接的表示层；***每一层具有独立的处理功能，每层之间有着数据连接。这样的分层式结构便于实现不同开发人员开发不同层次，有单线程运行转变多线程同时进行，分工协作，同时由于层与层之间的相对独立，依赖程度大幅降低，可方便实现标准化以及模块替换，便于各层开发人员操作、维护***；
所述数据层的数据库管理***采用的是SQL Server2012，SQL Server2012具有高性能设计、支持图形化管理工具、支持远程***管理、强壮的事务处理功能以及有自主的SQL语言等特点。
所述业务层包括空间最优化的即时状态算法、时间最优化采用的基于即时状态延续的逐次逼近即时状态算法以及智能算法等各种算法，还包括“以电定水”为优化准则的面向对象的经济运行任务类，此外还包括通用的工具如各种插值、查找、排序等类，共同协作完成整个***的功能要求。
所述表示层负责接收用户在界面上操作输入的数据要求，将输入的数据要求传递给业务层，结合数据层实现用户要求的功能并在表示层上呈现结果，对于异常状态或者不服逻辑结果出现时及时作出友好提示。因用户直接接触表示层，对***的评价很大程度上取决于表示层的设计，这就要求表示层设计具有美观、实用易操作等功能。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法，设计了包括***用户信息查询、机组流量特性曲线查询、空间最优化、时间最优化以及优化结果比较等功能，对电站的日优化运行有着良好的指导意义，同时保证***的先进性，便于***应对软件需求将来可能发生的变化；参与运行的机组、开停机耗水量、气蚀振动区等约束参数可由用户根据运行实际灵活设定，实现图形数据实时修改、图形、表格和曲线等多种形式显示优化结果等功能。
具体实施方式
本具体实施方式分为空间最优化和时间最优化两个部分；所述分为空间最优化是根据电站接收到的发电要求对电站机组进行合理的优化，确定机组台数、台号，实现该机组组合中的机组间的最优负荷分配；空间最优化的具体流程为：首先，设置电站参数如机组台数、出力步长、检修机组选择；然后用户根据优化的需要设置机组参数，如机组振动区的添加修改及保存、机组的开停机耗水量、算法选择，***根据设置的约束条件导入机组流量特性曲线、进行流量特性曲线的处理、机组振动区的处理；最后根据初始化得出的处理后的机组流量特性曲线进行空间最优化计算；所述时间最优化是以空间最优化为基础，根据电站的日负荷要求，不仅根据每个时段给定的发电任务实行机组间负荷优化分配，还考虑时段之间由于机组承担负荷的变化而可能产生的机组开停机引起的开停机耗流量以及其他以水当量的损耗；时间最优化具体流程为：首先确定输入量，即电站运行水头、时段以及当天的日负荷要求，其次根据水头、时段及负荷要求以及机组开婷机耗水量、机组气蚀振动区限制等约束条件、空间最优得出各机组的最优负荷分配表。
本具体实施方式分为两个步骤：第一步，根据厂内经济运行空间最优化数学模型和即时状态算法建立全厂机组水头可行域以及出力范围内可能负荷下的最优运行总表；第二步，按照最优运行总表，根据日电力***给定水电站负荷，日初上游水位以及优化时段等已知条件，制定当日的厂内优化运行方式如开机台数、最优开停机计划、开机机组间最优负荷分配；上述步骤采用逐次逼近动态规划，所述逐次逼近动态规划是指在时间最优化阶段采用以变步长逐步逼近求解的动态规划，其最主要的优点是算法收敛，编程实现简单，可处理各种复杂的约束条件；法解决厂内经济运行运行的基本思想是在固定其他机组的负荷的前提下，求解各台机组每个时段的开停机计划，并重复此过程直至开停机计划不再改变；可在一定程度上降低维数，对于巨型水电站，由于机组台数较多，机组装机容量日趋庞大，造成迭代次数过多，收敛速度不高，改进效果甚微。
基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配***包含数据库初始化模块、信息管理模块、***初始化模块、优化计算模块、空间优化分析模块、时间优化分析模块；
所述信息管理模块主要包括用户管理，机组耗流量曲线查询、机组气蚀振动区管理以及电站日负荷曲线查询等功能。用户管理是对***登录密码的管理；机组耗流量曲线管理是对三峡水电站各类型机组特征曲线的查询；机组气蚀振动区管理是对三峡水电站各类型机组的气蚀振动区的管理包括查询、添加和删除气蚀振动区；电站日负荷曲线查询功能是查询三峡梯级调度中心下达的当天的日负荷要求；
所述***初始化模块包括水电站***参数设置、机组参数设置、算法选择、数据处理。水电***参数设置包括机组台数、机组检修状态、出力步长设置；机组参数设置是针对水电站各台机组的参数进行管理，机组开停机耗水量设置、机组气蚀振动区设置；算法选择是针对***空间最优化和时间最优提出的算法选择，包括即时状态算法、基于优先表的逐次逼近即时状态算法以及智能算法；数据处理包括保存配置参数、机组流量特性曲线导入、机组最大最小值出力表及出力插值、气蚀振动区处理以及空间最优化计算。
所述优化计算模块是整个***的主控程序模块，主要是根据初始化建立的最优运行总表制定特定水头下，在给定负荷前提下机组的开停机计划，开机台数以及开机机组间的最优负荷分配。包括日负荷图的设置、水头选择、时段选择、优化计算、机组分配优化结果显示、当前负荷分配计划下的耗水量显示、各机组不同时段的负荷分配过程曲线显示、与手动输入负荷的耗水量比较、机组启停状态图显示以及日负荷结果的保存。当前负荷分配计划下的流量损耗显示是在当前负荷分配计划下各台；机组不同时段不同算法的耗流量曲线的比较。各机组不同时段的负荷分配过程曲线显示是当前负荷分配计划以及当前算法的前提条件下，每台机组的24个时段的机组分配状态显示，可以直观的查看机组的开停机状态及负荷分配。
空间最优化以“最小耗流量”为准则，按照空间最优化数学模型以及即时状态算法进行优化计算得出负荷允许变化范围内的任何可能负荷下的机组开停机计划、开机台数、机组组合以及开机机组间的最优负荷分配。空间最优化包括电站***参数设置、机组参数设置、算法选择、机组流量特性曲线导入、最大最小出力插值、气蚀振动区处理以及空间最优化计算。
本***由内至外一共分为三层，分别是由数据库组成的数据层、业务层以及与用户连接的表示层；***每一层具有独立的处理功能，每层之间有着数据连接。这样的分层式结构便于实现不同开发人员开发不同层次，有单线程运行转变多线程同时进行，分工协作，同时由于层与层之间的相对独立，依赖程度大幅降低，可方便实现标准化以及模块替换，便于各层开发人员操作、维护***；
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所述业务层包括空间最优化的即时状态算法、时间最优化采用的基于即时状态延续的逐次逼近即时状态算法以及智能算法等各种算法，还包括“以电定水”为优化准则的面向对象的经济运行任务类，此外还包括通用的工具如各种插值、查找、排序等类，共同协作完成整个***的功能要求。
所述表示层负责接收用户在界面上操作输入的数据要求，将输入的数据要求传递给业务层，结合数据层实现用户要求的功能并在表示层上呈现结果，对于异常状态或者不服逻辑结果出现时及时作出友好提示。因用户直接接触表示层，对***的评价很大程度上取决于表示层的设计，这就要求表示层设计具有美观、实用易操作等功能。
本发明所述的基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法，设计了包括***用户信息查询、机组流量特性曲线查询、空间最优化、时间最优化以及优化结果比较等功能，对电站的日优化运行有着良好的指导意义，同时保证***的先进性，便于***应对软件需求将来可能发生的变化；参与运行的机组、开停机耗水量、气蚀振动区等约束参数可由用户根据运行实际灵活设定，实现图形数据实时修改、图形、表格和曲线等多种形式显示优化结果等功能。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法，其特征在于：分为空间最优化和时间最优化两个部分；所述分为空间最优化是根据电站接收到的发电要求对电站机组进行合理的优化，确定机组台数、台号，实现该机组组合中的机组间的最优负荷分配；空间最优化的具体流程为：首先，设置电站参数如机组台数、出力步长、检修机组选择；然后用户根据优化的需要设置机组参数，最后根据初始化得出的处理后的机组流量特性曲线进行空间最优化计算；所述时间最优化是以空间最优化为基础，根据电站的日负荷要求，不仅根据每个时段给定的发电任务实行机组间负荷优化分配，还考虑时段之间由于机组承担负荷的变化而可能产生的机组开停机引起的开停机耗流量以及其他以水当量的损耗；时间最优化具体流程为：首先确定输入量，即电站运行水头、时段以及当天的日负荷要求，其次根据水头、时段及负荷要求以及机组开婷机耗水量、机组气蚀振动区限制等约束条件、空间最优得出各机组的最优负荷分配表；
所述分配方法分为两个步骤：
第一步，根据厂内经济运行空间最优化数学模型和即时状态算法建立全厂机组水头可行域以及出力范围内可能负荷下的最优运行总表；
第二步，按照最优运行总表，根据日电力***给定水电站负荷，日初上游水位以及优化时段等已知条件，制定当日的厂内优化运行方式如开机台数、最优开停机计划、开机机组间最优负荷分配。
2.根据权利要求1所述的基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法，其特征在于：水电机组负荷高效分配***包含数据库初始化模块、信息管理模块、***初始化模块、优化计算模块、空间优化分析模块、时间优化分析模块；
所述信息管理模块主要包括用户管理，机组耗流量曲线查询、机组气蚀振动区管理以及电站日负荷曲线查询等功能；用户管理是对***登录密码的管理；机组耗流量曲线管理是对三峡水电站各类型机组特征曲线的查询；机组气蚀振动区管理是对三峡水电站各类型机组的气蚀振动区的管理包括查询、添加和删除气蚀振动区；电站日负荷曲线查询功能是查询三峡梯级调度中心下达的当天的日负荷要求；
所述***初始化模块包括水电站***参数设置、机组参数设置、算法选择、数据处理；水电***参数设置包括机组台数、机组检修状态、出力步长设置；机组参数设置是针对水电站各台机组的参数进行管理，机组开停机耗水量设置、机组气蚀振动区设置；算法选择是针对***空间最优化和时间最优提出的算法选择，包括即时状态算法、基于优先表的逐次逼近即时状态算法以及智能算法；数据处理包括保存配置参数、机组流量特性曲线导入、机组最大最小值出力表及出力插值、气蚀振动区处理以及空间最优化计算；
所述优化计算模块是整个***的主控程序模块，主要是根据初始化建立的最优运行总表制定特定水头下，在给定负荷前提下机组的开停机计划，开机台数以及开机机组间的最优负荷分配；包括日负荷图的设置、水头选择、时段选择、优化计算、机组分配优化结果显示、当前负荷分配计划下的耗水量显示、各机组不同时段的负荷分配过程曲线显示、与手动输入负荷的耗水量比较、机组启停状态图显示以及日负荷结果的保存。
3.根据权利要求1所述的基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法，其特征在于：所述基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配***由内至外一共分为三层，分别是由数据库组成的数据层、业务层以及与用户连接的表示层。
4.根据权利要求3所述的基于即时状态延续的水电机组负荷高效分配方法，其特征在于：所述数据层的数据库管理***采用的是SQL Server2012，SQL Server2012具有高性能设计、支持图形化管理工具、支持远程***管理、强壮的事务处理功能以及有自主的SQL语言特点。
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