（水利水电工程专业论文）水电厂厂内agc的研究及其在清江水电站的应用.pdf

华中科技大学项士学位论文 摘要 a g c ( a u t o m a t i c g e n e r a t i o n c o n t r 0 1 ) 即为自动发电控制。 个完接的a g c 控制 体系包括电网调度中心a g c 、电厂内a g c 、机组调速器等。本文研究的主要是水电 厂内a g c 。是指按预定条件和要求，以迅速、经济的方式自动控制水电厂有功功率 米满足系统需婴的技术。( 它是龟水轮发电机自动控制的展础【：，实现全厂l 动化的 种方式。具体来说，a g c 要根据系统运行情况及机组运行r 况等因素，以安全经 济运行为原则，确定全厂机组开停机台数、机组组合、负荷分配等。使水电厂和电力 系统获得尽可能大的经济效益。7 ( 清江梯级装机容量大，在湖北省电网内占有很大比重，实现梯级水电调度自动化 、 系统是保证清江水电厂经济运行的必要保证。尸石 本文以泅j e 煎婆搓级凼电 为研究对象。在具体分析现有厂内经济运行算法的基 础上，利用相关资料，就厂内a g c 的两种情况建立了相应的数学模型和优化准则： 在低水头运行的水电站中，例如高坝洲水电站。水头的变化将直接影响其发电的经济 效益。本文在对其优化过程中，采用了自适应遗传算法加动态规划法：考虑每一。个时 段下下游水位的不稳定流变化，通过染色体的变异、交叉、选择算子，用具体的程序 实现了高坝洲水电，的厂内经济运行。同时，针对本文研究对象的不同特点，用动态 网络规划法实现了隔河岩水电厂厂内经济运行。 面向对象程序设计具有数据抽象性、信息封装性、继承性、以及多态性的显著特 点。在具体的编程过程中，本文采用面向对象的方法对梯级a g c 功能模块实现了良 好的尉装。实现了算法和数据以及界面的分离。通过多线程实现了实时，内a g c 。 在j l 体的开发过程中，实现良好的人机界面和实时数据的模拟过程也足本文的人特 点。 ， r 总之，本文就水电jj 一内a g c 具体的实i 见过雕剃疗法进 j 。r 节细的描述，并呶 。 、 得了良女r 的结果。尸 关键字：a g c 动态煳络规划，遗传算法，触发 ，i l i f 向时象，多线程，( 嵌入一，绛 济运行 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a g ei sn a m e l ya u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r 0 1 aw h o l ea g cs y s t e ml n c l u d e sa g c i n p o w e rc o n t r o lc e n t e r , a g ci np o w e rp l a n t ，a g ci ng o v e r n o re t c a g ei np o w e rp l a n ti s m a i n l ys t u d i e da n dp r e s e n t e d i te x p l a i n sc o n t r o l l i n gh y d r o p o w e rp l a n ta c t i v ep o w e r q u i c k l ya n de c o n o m i c a l l y i np r o v i d e dc o n d i t i o na n dr e q u i r e m e n t i t so n em o d e lt o a c c o m p l i s hp l a n t a u t o m a t i o no nt h eb a s i so fw a t e rt u r b i n eg e n e r a t o ra u t o m a t i cc o n t r 0 1 i nd e t a i l ，a c c o r d i n gs y s t e mo p e r a t i n gc o n d i t i o na n du n i t so p e r a t i n gc o n d i t i o n ，i np r i n c i p l e o fe c o n o m i co p e r a t i o n ，a g eh a st oc o n f o r mt h es t a r t - u p sa n ds h u t - d o w n s ，u n i t s c o m b i n a t i o n ，l o a dd i s p a t c h i n g e r e i no r d e rt h a tt h eh y d r o p o w e rp l a n ta n dp o w e rs y s t e m g e t a sm u c ha sp o s s i b l eb e n e f i t q i n gj i a n gc a s c a d e dh y d r op o w e rp l a n t sa r ev e r yi m p o r t a n ti nh ub e ip o w e rn e t w o r k i t san e c e s s a r yg u a r a n t e eo fq i n gj i a n gs y s t e me c o n o m i co p e r a t i o nt om a k et h ec a s c a d e d h y d r oe l e c t r i cd i s p a t c ha u t o m a t i cs y s t e mi np r a c t i c e t h i sp a p e ri sm a i n l ys t u d y i n gq i n gj i a n gc a s c a d e dh y d r o p o w e rp l a n t ，v i aa n a l y z i n g s o m ep l a n te c o n o m i co p e r a t i o na l g o r i t h m s ，u s i n gt h ee x i s t e dd a t a , b u i l d i n gm a t h e m a t i c m o d e l sa n do p t i m a lp r i n c i p l e s i nt h el o ww a t e r h e a dp o w e rp l a n t , t h ev a r i e t yo f t h ew a t e r h e a dw i l la f f e c tt h eg e n e r a t i o ne c o n o m i cb e n e f i t , e g g a o b a z h o uh y d r o p o w e rp l a n t , i n t h i s p a p e r ，t h ea d a p t i v eg e n e t i ca l g o r i t h ma n dd y n a m i cp r o g r a m m i n ga l ea p p l i e d ， c o n s i d e r i n gc h a n g eo ft h ed o w n - s t r e a m su n s t e a d ys t r e a m a f t e rm u t a t i o n ，c r o s s o v e r , s e l e c t i o no fc h r o m o s o m e s ，g a o b a z h o u p l a n t se c o n o m i co p e r 4 t i o n i sr e a l i z e d a tt h e s a m et i m e ，a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo ft h er e s e a r c ho b j e c t s ，g e h e y a np l a n t se c o n o m i c o p e r a t i o nh a sb e e na c c o m p l i s h e db yt h ed y n a m i cn e t w o r kp r o g r a m m i n g o b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n gh a s t h ef o l l o w i n gc h a r a c t e r i s t i c s ：d a t aa b s t r a c t ， i n f o r m a t i o ne n c a p s u l a t i o n ，i n h e r i t a n c ea n dp o l y m o r p h i s m t h i sp a p e ru s e st h i sm e t h o d e n c a p s u l a t i n gt h eq i n g j i a n gc a s c a d e da g ew e l l t h ei n t e r f a c e ，a l g o r i t h m ，d a t a s s e p a r a t i o na r ea c c o m p l i s h e d t h r o u g ht h em u l t i t h r e a d ，t h er e a l t i m ep o w e rp l a n ta g c i s r e a l i z e d i nt h ed e v e l o p m e n t ，w e l lh u m a n m a c h i n ei n t e r f a c ea n dr e a l t i m ea r et h em a i n p a r t i c u l a r i t y p a r t i c u l a r i t y i naw o r d ，t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ep r o c e s sa n dm e t h o d so fr e a l i z a t i o no ft h e h y d r o p o w e rp l a n ta g e ，t h er e s u l ta r es a t i s f a c t o r y k e y w o r d s ：a g c ，d y n a m i cn e t w o r kp r o g r a m m i n g ，g e n e t i ca l g o r i t h m ，t r i g g e r , m u l t i t h r e a d ，e c o n o m i co p e r a t i o n 1 1 华中科技大学硕士学位论文 第一章综述 1 1a 的介绍 1 1 1 定义，功能 自动发电控制( a g c ) 是近几年电力系统对发电厂的个新的基本要求。水电机 组和火电机组都要按系统要求参加a g c 运 j 。j 火电榻比，水电机组具有崩动迅速、 负荷调节灵活的特点，在电力系统中担任a g c 运行的主角。在电力市场运营中，具 有优良的调节品质的机组按实时调度指令增减出力，对稳定电网电压和区域偏差控制 起到了良好的作用。所以a g c 运行是电网安全、经济运行的必备条件；水电厂应该服 从电网管理，满足电网需要。调度中a g c 和s c a d a 系统的投入，使以往用电话发调度 任务、厂内工人手动调整功率执行发电计划的方式被自动化方式所替代。其主要功能 为【l 】： ( 1 ) 针对无调节库容的径流电站，最大限度地利用上游来水量，以不弃水或少弃 水为原则，尽可能地保证电厂在较高水头下运行； ( 2 ) 网调统一调度下，按给定的发电负荷曲线或实时给定的电站总有功，完成 计划性或随机性的发电任务： ( 3 ) 根据系统的频率瞬时偏差或频率偏差的积分，确定电厂的总出力，直接参与 电力系统的调频； 自动发电控制( a g c ) 功能通常是分成两部分实现的，即负荷频率控制( l f c ) 和 经济调度( e d ) 。电力系统负荷和损耗对频率的二f 扰卜分敏剧2 1 。在受到频率干扰后所 捕捉到的数据表明：它们集中的初始变化和频率变化是刚个方向。 旦台机组出 现故障或足系统中仃负荷增加，电能的不匹配最初将f h 来自r 系统惯摊存储能鞋r t l 的 部分能鼍来补偿。廊这种惯性存储能鞋能引起系统频率的降低。随着频率的继续降 低，负载承扣i 的电能减少：! 负荷频率瞬时的减少m 由发【i 故障的机组的输出助率或 增肌负荷的输 l i 功率柏平衡的话，系统将任这个新频率f 佴次达到、| ，衡。如粜这种小 m e 毗，恨严重，偏离超过了发电机组控制器的限制，它们的输将控制器来增加。对 j ：这种不匹配，当山负载承担的负荷减少肌j ：控制器增加的负荷值能补偿这种1 i 匹 华中科技大学硕士学位论文 配时，系统的平衡将再次得到。通常，这个过程在机组出现故障或负荷突然增加的几 十秒内将得到解决。a g c 通过调节电网中的可控发电机组的出力来改变系统负荷p a 和系统频率f a ，从而可以消除这种不匹配现象。 此外，a g c 还需完成e d ( e c o n o m i cd i s p a t c h 经济调度) 功能i 。经济调节包括两 个内容：一是计算给定经济基点值，一是计算机经济调节增量。机组经济基点值是在 每个e d 周期内由e d 程序模块自动启动计算，并交给l f c ，确定经济调节量。经济 基点值加上经济调节量就为机组的经济出力。由此，l f c 和e d 一起，实现了电厂机 组问的负荷分配。 1 1 2 瞄发晨概况 随着我国四大网和部分省网调度中心能量管理系统( e m s ) 的投用，自动发电控制 已成为这些电厂频率调整和功率调整的手段1 3 1 。我国第一个投入实际应用的自动发电 控制系统是湖南电网s c a d a + a g c ，e d 系统。该系统从1 9 8 9 年投用以来，至今已有 6 年的运行史。他是在国内投用最早，运行时间最长，投用率最高的系统f 4 1 四大网 中的东北电网、华东电网及云南电网、广东电网在自动发电控制应用方面取得了很好 的经验。目前，在我国许多地方，都实现了厂内的a g c ，极大的提高了电厂自动化 水平。为电力事业带来了极其辉煌的成绩。 1 2 课题概述 电网调度自动化是实现电力系统自动化的一个主要方面。而实现调度自动化的一 个主要方面就是要实现电厂的自动发电控制a g c 功能。水电站作为电网的主要能源 提供者，其经济运行是保证整个电力系统运行经济性、可靠性和良好供电质量性的一 个e 要因素。从某种意义l 来说，水电站在电力系统运行方式中起着 分重要的作用。 存水电站经济运行中，厂内a g c 的运行与机组和用户直接相关。如何就不断变化的 负荷，考虑机组特性和机组状态去实现水电站厂内经济运行胪j ，对电力系统的优化调 度提供良好的决策支持和依据：从而使电力系统可靠、高效率的运行是必须要考虑的 个p q 题。本文以这一问题为中心，具体谈到了其实现过程。 奉课题结合“可视化清江梯级水电联合调度系统”研究项f 】腱开。消江流域水能 资源仁富，丰要集中在干流中卜- 游，约占全流域可能开发最的8 5 8 ，j i 二f 流呵开发 华中科技大学项士学位论文 量的9 7 4 。中下游隔河岩、高坝洲水电站已建成，隔河岩装机容量1 2 0 0 m w ，年电量 3 0 4 亿k w h ，下游高坝洲为反调肖水库，装机容量2 5 2 p , 伸，年电量8 9 亿k w h 。 上游水布垭水电站已完成设计，在施工准备阶段，水布垭装机容量2 0 0 0 唧，年电晕 3 9 2 亿k w h 。清江梯级三大水电站建成后，总装机容量3 4 5 2 i _ f f ，联合运行年发电鼍 8 1 6 亿k w h ，为湖北省电能供应基地之一。 水布垭、隔河岩梯级的水库总库容7 8 6 亿m ，有效库容3 6 亿毗【1 1 清江流域总 径流量的2 7 ；水库为年、多年调常水库，能有效调：| 卜径流，径流利用率达9 3 以上： 同h 寸提高了枯水期的发电出力。水布垭和隔河岩水电站具有良好的调峰性能。清江梯 级水电站为华中电网和湖北省电网调峰、调频电站基地。电站建成后能有效地改善华 中电网调峰容量严重不足的状态。 清江系山区河流，坡降陡、降雨汇流快、河槽调蓄能力小，一遇暴雨便发生洪水， 洪水陡涨陡落，峰高量小，常常给下游带来损失。水布垭水库和隔河岩水库各预留5 亿m 3 防洪库容，建成后，清江下游洪水灾害将得到根本治理。水布垭电站还可与葛洲 坝电站和三峡电站实行联合调度，使其年增发电量达22 0 0g w h 。清江流域3 座电站 总体上具有良好补偿调节能力，可将部分水电季节性电能转化为常年性电能，能为三 峡电站投产后湖北和华中电网调峰能力不足和季节性电能多的矛盾做出较大的贡献。 清江干流水电系统具有防洪、发电、航运等重要功能，其运行涉及到社会的各个 方面，对社会具有和很深远的影响。其研究成果将极大的推动我国水电事业的发展。 1 3 课蠢来源、内窖、意义 可视化清江梯级水电联合调度系统由湖北清江水电厂和华中科技大学水电仿真 中心联合开胜。其主要包括以下几个子模块：艮期调度f 模块、短期调度f 模块、j 内a g c 、负荷径流颁报、以及不稳定流的讨算。其各个模块之间互相影响，虹卡h 制 约，毡。个整体。 陔课题的丰要目的是实现清江梯级水电调度a g c 数字化预演。并通过研究水电 综合调度方案，对其实施效果做出仿真预演，得出评估结论，彤成科学的调度决策 充分发挥清江水电1 ：程的综合效益。任保证犬坝安全前提下，以防洪、航运等为约束 条什，综合考瞧【：情、水情( 蔷水艉l 米水) 、机情( 机电敬蔷运 i 状态) 、电情( 电力 1 华中科技大学硕士学位论文 = = = i _ _ _ _ l l _ 目_ _ - 目_ z 。j 目= _ = 目= _ 目 _ _ l = ； 市场) 进行最优发电生产调度。多发电能，为系统提供最大的涧蜂发电效益；梯级各 电厂进行负荷日调节时，针对下游河道产生的不稳定流运动，计算河道不稳定流；研 究电，一不同负荷条件下，枯水期及汛期电厂负荷日调裕过程中不稳定流对航运条件的 影响。并对下游水位波动及水面下降变化、流速流态、江水运动态势与演进规律进行 理论研究和可视化仿真。 1 4 主要任务和现有条件 本项目得到了清江公司极大的支持。他们提供了大量的原始基本数据：如径流数 据、机组特性数据、发电数据、水库数据等。我们也曾多次到清江公司去了解现有情 况。通过互相的沟通，给课题带来了极大的进展。我们所在的仿真实验室为本课题提 供了良好的开发环境。梯级a g c 包括厂内a g c 和厂问a g c 。就研究对象清江梯级水电 厂而言，要实现a g c ，主要需做的工作为吲7 1 ： ( 1 ) 网调a g e 发给各个电厂总功率设定值，电厂a g c 根据机组限制条件和保护条 件自动实现厂内机组负荷的自动分配； ( 2 ) 电厂控制室给出全厂总功率设定值，电厂a g c 根据机组限制条件和保护条件实 现厂内机组负荷的自动分配； ( 3 ) 由于厂内机组都存在很大的振动区，如隔河岩( 约为8 0 1 8 0 1 * w ，随水头变化) ， 因此以避开机组振动区为最优先条件进行负荷分配： ( 4 ) 网调给定总厂总功率设定值，电厂a c e 根据机组限制条件和保护条件实现厂问 负荷的自动分配： ( 5 )电厂a c e , 应具有设定值( 包括总功率设定值和单机功率设定值) 保护功能； 以现有条件，需要完成2 ，3 功能。以卜几章将具体介绍j + 内a g c 的功能羁l 实现问题。 1 5 本文主要内容 本文主要介绍了以下几个方面的内容： ( 1 ) j 内a g c 的常用模犁和实现疗法。j 主：要介绍了厂内a g c 的几种常用模型，并 给了相应的解决方法。通过对比这儿种算法，就本文的研究对象，提出了相宜的 算法和模肇。 - 4 - 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 清江厂内a g c 的模型和实现。主要研究静水头和动水头两种情况，提出了不同 的模型和解决方案，并给出了算例结果。 ( 3 ) 面向对象的思想在厂内a g c 中的应用。将面向对象的思想应用到具体的清江厂 内a g c 中来：介绍了几个具体的类，并描述了类之间的关系。 1 6 本章小结 a g c ( a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r 0 1 ) 是实现水电厂经济运行从而保证电网经济运 行的一个主要部分，它实行的具体情况直接关系着水电厂经济效益的高低。本章首先 介绍了a g c 即自动发电控制的定义、内容和发展情况。并指出了本文研究a g c 所需 完成的具体工作。 其次，介绍了研究的水电站基本情况：如地理位置、水库、发电等：并介绍了清 江梯级水电联合调度系绕课题所需要完成的任务和意义；后给出本文描述的主要框架 和内容。 华中科技大学硕士学位论文 = ；_ ；_ 自 = _ 自自j i _ l _ _ _ _ _ - e i 目_ - j 口目_ i = g = i ：| ； 第二章厂内a 的模型和实现方法 2 1 概论 2 1 1 任务 水电站厂内a g c 是在满足电能生产安全、可靠、优质的前提下，合理地组织调 度电厂的发电生产设备，期以获得尽可能大的经济效益。其基本任务是研究水电站在 总负荷给定条件下其厂内工作机组最优台数、组合及启停次序的确定、机组问负荷最 优分配，即厂内最优运行方式制定和实现的有关问题f 8 l 。实际上也是研究其日内逐时 段即瞬时经济运行问题。 2 1 2 内容 作为水电站生产技术管理的一项重要工作，其厂内经济运行的内容主要包括以下 几点： ( 1 ) 组织机组动力特性试验1 9 1 。这是挖掘水电站设备潜力的一项基础性工作，其目 的在于摸清和获得原型机组的真实动力特性，为开展经济运行提供可靠的依据 和保证。 ( 2 ) 计算和编制机组动力特性。机组( 段) 动力特性是经济运行中使用的基本动力 特性，一般应根据原型机组动力特性试验资料直接编制：当还未进行原型试验 时，则只能根据设备制造厂家提供的由机组模型试验资料换算的有关动力特性 编制。 ( 3 ) 编制全厂的最优动力特性。这足j 。内经济运行的核心1 ：作足对厂 经济运行 策略的具体体现。因此，要按所建立的，内经济运行的模型，采_ ； 定的优化 方法，利用各机组的动力特性，综合考虑影响经济运行的嚣种因素和条件，对 水电站山力变化范围内的任何可能负荷，确定，r 作机组的最优台数、组合、启 停次序及在各机组间进行负荷的最优分配。在此基础 二编制全厂的最优动力 特性。为制定面临l 1 水电站全厂及各台机组的经济运行方式及进行实时控制提 供指导依据。 年中科技大学硕士学位论文 ( 4 ) 制定面临日的厂内经济运行方式。根据电力系统给定的面i 隘日水电站负荷图和 其他有关信息资料，按所编制的全厂最优动力特性和备机组动力特性，制定该 日水电站及各机组的经济运行方式，包括该日逐小时负荷的工作机组最优台 数、组合、启停次序计划、下泄流量和上下游水位过程、各机组最优分配的出 力过程、引用流量过程等。 ( 5 ) 进行实时控制，实现厂内经济运行。以所编制的面临曰r 一内经济运行方式( 计 划) 为指导，根据面临时刻及其后负荷等信息的可能变化，随时修正原计划方 式，调整水电站及其各机组面l 临时段( 段) 的决策和面临时刻至臼末的经济运 行方式；同时，还必须考虑电力频率和电压的变化情况，调整相应的无功功率。 2 2 相关模型的介绍 2 2 1 模型的提出 水电站经济运行的具体情况随约束条件的不同而有多种多掣m l ，但概括起来其基 本是寻求在研究时期范围内及其中各时段( 刻) ，在已知条件下使所采用的优化准则 达到极值的水电站工作机组的最优台数n ( t ) 、组合z ( t ) 及系统分配给水电站的有功 负荷在工作机组问的最优分配。 2 2 2 各种数学模型的介绍 水电站厂内经济运行的数学模型随已知条件、控制对象和采用准则的不同而异【8 1 。 原则上，若考虑t 时期内的水头变化和机组开停机历时等因素，且采用t 时期水电站 输入能正i ( ，) 最小的优化准则时，相应的l f l 标函数为： tt，kf，、 e ，( r ) = n ( ，) 础= 芝( ，) d t m i n( 2 1 ) ，o i = 0 若采用t 时期内水电站引用水鞋w ( r ) 最小的优化准则；相应的目标函数为： t ，rk 一i ( 7 _ ) = f q ( t ) d t = f i q “。( ，) + 绒、。( ，) + q 。( ，) + 级。( ，) 】曲j m i n ( 2 2 ) “户0 若采j f ：i 瞬时优化准则，符子机组段水头不同而采j f t 时刻水电站输入功率己( ，) 最 小的优化准则；丰h 应的h 标函数为： 华中科技大学硕士学位论文 = ；e = 目；g 目e l _ _ - _ 目目目= ；# ；i = = z j 目_ = = i 目目_ 目l _ = | ；i t ：“l 匕( r ) = 吃，( r ) ：r a i n i = o ( 2 3 ) 若各机组水头相同，可采用t 时刻水电站引用流量最小的优化准则：相应的目标 函数为： i ，= “l q ( 7 ) = 【l ( r ) + g ，。o ) + ! 如( ，) + 1 2 ( f ) 】= r a i n ( 2 4 ) i - - o 以上各式中，点0 ( ? ) 和w ( r ) 分别为t ( t = t t t 0 ) 时期水电站的输入能量和引用水 量：吃( f ) 、尸( r ) 和( f ) 、己( r ) 分别为整个水电站和第i 台机组在t 时刻的输入功 率和输出功率( 出力) ；9 ( f ) 为t 时刻通过整个水电站的引用流量：q l ( f ) 、瓯瑚( f ) 、 q 。( ，) 、q 0 ( f ) 分别为第i 台机组在t 时刻的工作流量、启动损失流量、空载流量及 调相损失流量； 2 3 实现厂内a 所用方法概述 1 簦筮擅奎蓬( 釜仝扭堑盔基担园2 微增率法实现机组负荷分配 8 1 1 9 1 。 电力系统在某一时刻分配给水电站的负荷为常数时，水电站机组间最优负荷分 配应该满足通过各机组的总流量为最小的条件。该条件用数学公式表达如式2 5 。 n = m = n + 2 + 3 + + 虬 “ ( 2 5 ) h q = q = q 。+ 皱+ q + + 9 。 j = i 其中： 为系统给定电站的总负荷值； m 为第i 台机组所带负荷值； q 为水电站机组的引用总耗水最； q 为对应于j v 的各臼机组的引用耗水鼍； 8 华中科技大学项士学位论文 为求解上式的条件极值，现引用辅助函数如式2 6 。 f = ( q l + q 2 + + g ) + a ( l + 2 + 3 + + n 。) ( 2 6 ) 使辅助函数实现无条件极值的必要条件是： 仨：垫+ a ：o ia ia i j 等a n = 熹a n 小。池， s t a r t u n i t s ，则停 机；否则，开机。 ( 5 ) 根据启停机规则一先开机的机组先停机，先停机的机组先开机；不满足开停机 时间要求的机组不给予开停机。确定启停机台号。 ( 6 ) 查机组综合流量特性表，得到机组的总发电耗水量，确定每一台机组的应发电 量。 ( 7 ) 若没到最后一个时段，i = i + l ，转2 执行；否则，停止。 注：该算法没有考虑机组状态转换耗水鼍( 即开停机耗水量) 和开停机次数，这是其 跟动态网络规划法最根本的区别。 3 3 3 实例计算 以清江隔河岩水电厂为例。隔河岩水电厂共有机组4 台，每台机组装机容鼍为3 0 万千瓦。这四台机组流量特性、机组窄号完全相同；往制定电j 开停桃计划时，本文 使用动态网络规划法。山 ：该j 机组特性的特殊性，本文对该模型进j j 了如卜的简化。 在求解局部最优时，由等微增率特性知，运行机组应按等负荷分配；刚时应注意避 开汽蚀振动区。 在求解全局最优时，先考虑本时段备用奔鼍取i 负荷要求的限制，确定可行的最小开 机台数。葬出所有可行开机台数f 的耗水流肇；将它同最小耗水流鞋比较，去除效率 2 1 华中科技大学硕士学位论文 低的节点( 即耗水流量比起其它组合来说太大的节点) 。在转换到下时段时，根据 机组当前的状态，删除不满足机组最小开停机时间的节点。由于每台机组流量特性一 样，机组组合的0 1 0 1 和0 1 1 0 的总耗水流量是相同的。所以在求解时，相同开机数的 机组组合流量是相同的，可以只计算一次； 通过计算得到每一时段最优的开机数后嘲，可根据效率和开停机时间制定开停机 优化表。根据先开机的先停机，先停机的先开机的原则：开机时，读开机优化表：停 机时，读停机优化表。这样可使各个机组开停机时间均匀，机组都能得到充分的利用。 本文用动态网络规划法对隔河岩水电厂的负荷进行了优化分配，选择2 4 个时段， 机组的最小开停机时间限制为3 0 分钟；机组的时段间隔为1 5 分钟。( 即每1 5 分钟有 新的负荷任务下达) 效率比系数为r = 2 5 ；振动区为( 机组可带最大负荷3 5 机 组可带最大负荷x 6 5 ) m w 。由于开停机耗水量对优化决策的影响较大，所以就两 种开停机耗水量值进行计算；为了研究水头大小对机组出力的影响，分别计算了水头 为11 4 米和9 0 米时的情况；取初始时刻机组组合为0 11 0 ，机组耗水量为1 4 9 0 7 6 千 立方米。为了比较算法的较优之处，本文同时又用动态规划+ 机组启停规则法制定了 隔河岩电厂的发电计划。现将计算结果演示如下： ( 1 ) 负荷图：如下图，给出2 4 个时段的系统给定负荷。负荷值分别为( 从0 时段开 始) 1 0 8 、2 0 0 、8 0 0 、1 1 0 、1 5 0 、3 8 、5 0 0 、5 5 0 、7 8 0 、7 5 6 、1 4 0 、1 1 2 、8 1 3 、6 8 0 、 5 3 7 、9 6 、9 8 、8 5 0 、8 2 0 、8 3 8 、2 5 0 、3 5 0 、8 2 0 、9 5 、1 0 0 。该负荷图不是常见的一种。 文章只是为了证明动态网络规划法的有效性而给出如此的负荷图。 凰3 4 研究范围内的负荷图 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 分别用d n p ( 动态网络规划法) 和d p ( 动态规划法) 给出高水头下的计算结果。机 组的实际开机耗水量大f 停机号耗水晕，为了简化计算，让其相等。取开机耗水量= 停机耗水量= 3 0 0 0 0 立方米；机组水头= 1 1 4 米；振动区为( 1 0 6 m w - - 1 9 5 m w ) ：机 组最大发电量= 3 0 0 m w ；最小发电量= 1 0 m w 。结果如下表： 表3 - 1 ：高水头下的d n p d p 计算结果图 时段序号负荷 机组最优组合 u 厂本时段耗水量电j 累计耗水量 ( 1 5 m 时段)单位：m w 单位：千立方米单位：千立方米 计算方法计算方法 计算方法计算方法计算方法 d n p d pd n pd pd n pd pd n pd pd n pd p 01 0 8o l l oo l l o 1 4 9 0 7 61 4 9 0 7 61 4 9 0 7 61 4 9 0 7 6 l2 o l l 00 1 0 02 2 1 0 4 01 8 4 4 l 3 7 0 1 1 63 6 3 4 8 6 2 8 0 00 l i l l i o l7 0 5 2 47 0 5 2 41 1 0 5 3 61 1 2 8 7 2 6 31 1 0o o i i1 0 0 l 1 4 8 6 81 4 8 6 8f 2 8 4 0 4i 3 0 7 4 0 6 41 5 00 0 l ll o o l1 8 1 0 81 8 1 0 81 4 6 5 1 21 4 8 8 4 8 6 53 8o o l l1 0 0 0 9 4 2 4 86 1 4 8 81 5 5 9 3 61 5 7 9 9 7 4 65 0 0o o l l1 0 1 04 4 3 8 84 4 3 8 8 2 0 0 3 2 42 0 5 3 8 5 4 7 5 5 0 0 0 l l1 0 l o4 8 4 9 24 8 4 9 22 4 8 8 1 62 5 3 8 7 7 4 87 8 01 0 l ll l l 06 8 7 9 66 8 7 9 6 3 2 0 6 1 23 2 5 6 7 3 4 97 5 6l o i l1 1 1 06 7 0 1 46 7 0 1 43 8 7 6 2 63 9 2 6 8 7 4 1 01 4 0 1 0 0 l o l l o1 7 2 0 81 7 2 0 84 0 7 8 3 44 1 2 8 9 5 4 l l1 1 21 0 0 l0 1 1 0 1 5 0 4 0 81 5 0 4 0 84 2 2 8 7 s4 2 7 9 3 6 2 1 28 1 3l l o l0 l i i7 1 6 5 87 1 6 5 8 4 9 7 5 3 3 5 0 2 5 9 4 2 1 3 6 8 01 1 0 l o l l l6 1 9 3 86 1 9 3 85 5 9 4 7 l5 6 4 5 3 2 2 1 45 3 71 1 0 00 1 0 l 4 7 3 3 2 84 7 3 3 2 86 0 9 8 0 46 1 4 8 6 5 1 59 60 1 0 00 0 0 i1 0 6 9 21 0 6 9 26 2 3 4 9 66 2 8 5 5 7 1 69 80 1 0 0o o o i 1 0 8 7 21 0 8 7 26 3 4 3 6 86 3 9 4 2 9 1 78 5 0o l l il o l l7 4 8 5 8 47 4 8 5 8 4 7 1 5 2 2 67 2 0 2 8 7 4 1 88 2 0 o l l l l o l l7 2 2 8 87 2 2 8 87 8 7 5 1 47 9 2 5 7 5 4 1 98 3 80 l l ll o l l 7 3 8 4 6 87 3 8 4 6 88 6 1 3 6 l8 6 6 4 2 2 2 2 02 5 00 l o lj c l 0 02 5 5 9 62 2 1 9 48 8 9 9 5 78 9 4 6 1 6 2 2 l3 5 00 1 0 ll i o o 3 3 2 13 3 2 19 2 3 1 6 79 3 0 8 2 6 2 2 28 2 01 0 l il i l 07 2 2 8 87 2 2 8 8 9 9 8 4 5 51 0 0 6 1 6 4 2 39 5 l o o o 0 0 l o1 0 6 0 21 0 6 0 21 0 1 5 0 61 0 2 2 7 1 6 华中科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 仍然用动态网络规划( d n p ) 和动态规划( d p + 启停规则) 给山水头= 9 0 米： 机组振动区= ( 8 2 5 m w 一1 8 4 6 m w ) ；机组开停机耗水量= 5 0 0 0 0 m 3 ；机组最大发电 鼍- - - - 2 4 8 m w ；最小发电量= 1 0 m w 。计算结果如表3 - 2 所示。 表3 - 2 低水头下的d n p ，d p 计算结果图 时段序号 负荷 机组最优组合 电厂本时段耗水量 电j 累汁耗水擐 ( 1 5 m 时段) 单位：m w单位：t 立方米 单位：t 立方米 计算方法计算方法汁算方法计算方法计算方法 d n pd pd n pid pd n pd p d n pd p d n pd p 01 0 80 l l oo l l 01 4 9 0 7 61 4 9 0 7 61 4 9 0 7 61 4 9 0 7 6 l 2 0 0o l l o o l o o 2 6 9 1 0 02 2 9 54 1 8 1 7 64 2 8 5 7 6 28 0 0 l l l l l l l l 9 1 5 8 4 09 1 5 8 4 01 3 4 0 0 21 4 9 4 4 1 6 31 1 0l o l ll o o l 2 2 0 5 0 01 8 0 1 5 2 6 0 2l7 7 4 4 1 6 41 5 0o o l l 1 0 0 l 2 1 9 6 0 02 1 9 61 7 4 5 6 21 9 9 4 0 1 6 53 8 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 5 2 0 07 4 71 8 9 2 3 22 1 1 8 7 1 6 65 0 0l o l jl l l o5 9 0 0 4 05 9 0 _ 0 42 4 2 5 3 62 踟霞”6 75 5 0l o l l1 1 1 0 6 3 9 1 6 3 9 1 83 0 “5 43 4 4 7 9 3 6 87 8 01 1 1 1l l l l8 9 6 2 2 0 8 9 6 2 2 3 9 6 3 7 6 4 3 9 4 1 5 6 97 5 6 1 1 1 l l l l l 8 7 2 1 0 08 7 2 14 8 3 5 8 65 2 6 6 2 5 6 l o1 4 01 0 0 lo o l l 2 0 8 8 0 02 0 8 85 0 5 0 6 65 5 7 5 0 5 6 l l1 1 21 0 0 10 0 l l1 8 2 1 6 0 1 8 2 1 6 5 2 3 2 8 25 7 5 7 2 1 6 1 2 8 1 3n l lu n9 2 8 6 29 2 8 6 26 1 6 7 4 46 7 8 5 8 3 6 1 36 8 01 0 l l1 1 0 l 7 6 1 47 6 i 46 9 3 1 8 47 5 9 7 2 3 6 1 45 3 7i o l l1 1 0 l 6 2 5 3 2 06 2 5 3 2 7 5 5 7 1 6 8 2 2 2 5 5 6 1 59 60 0 i i1 1 0 01 6 7 4 0 01 6 7 47 7 2 7 5 68 4 3 9 9 5 6 1 6 9 8o o l l1 1 0 01 6 9 2 0 01 6 9 27 8 9 6 7 68 6 0 9 1 5 6 1 78 5 0 1 1 l l 1 l l l 9 6 39 6 38 8 6 5 7 69 6 7 2 1 5 6 1 88 2 0l l i li l l l9 3 4 9 2 09 3 4 9 29 8 0 0 6 81 0 6 0 7 0 8 1 98 3 8 l l l ll l l l9 5 2 2 0 09 5 2 21 0 7 5 2 91 1 5 5 9 2 8 2 02 5 01 0 0 1o o l l 3 1 53 1 5 1 1 0 7 3 9 1 1 9 7 4 2 8 2 l3 5 0 1 0 0 l0 0 l l4 1 2 2 0 04 1 2 21 1 4 8 6 11 2 3 8 6 4 7 2 28 2 0 1 1 l l l l l i 9 2 4 1 2 09 2 4 1 21 2 4 2 71 3 4 1 0 6 2 39 50 l l ol 1 0 0 1 6 6 5 0 0 1 6 6 51 2 5 9 9 51 3 6 7 7 1 华中科技大学硕士学位论文 2 41 0 00 1 1 01 1 0 01 7 11 7 11 2 7 7 0 51 3 8 4 8 1 结论绘图和总结 现将表中的结果绘图如下，以作比较。不同水头下、同一系统给定负荷时的耗 水量如图( 3 5 ) ( 图3 5 两个水头下的耗水量比较) 由图中可以看出，在同一个负荷给定下，在相同的初始条件下，高水头运行的机 组的耗水量明显低于低水头运行的机组。这是因为出力p = 9 8 1 q h ( q 为下泄流量，h 为水头) 。由上式可以看出，在发电量一定的情况下，水头越高。耗流量越小。这也 是水电站必须尽可能的保持在高水头下运行的主要原因之一。 高水头下的d n p ，d p 法优化耗水量比较如图3 6 所示： 华中科技大学硕士学位论文 ( 图3 6 焉水头下的d n p 和o p 耗水量图) 从该图可以看出，两个曲线几乎是重合的。这主要是因为机组开停机耗水量值较 小造成的。动态网络规划法的开停机次数为：开机8 次、停机7 次；动态规划+ 启停 机规则的开停机次数分别为：开机9 次，停机l o 次。开停机次数多于动态网络规划 法。这主要是因为负荷不均匀造成的。系统负荷变化较大，动态规划没有考虑开停机 耗水量，只考虑发电耗水量；单纯动态规划法+ 起停规则决策的时段耗水量是最小的。 但考虑到开停机耗水量，它就可能不是最优的。在如图所示的情况下，由于开停机耗 水量并不是很大，使最后的总耗水量差别并不明显。所以图中反映出曲线重合趋势。 将低水头和高开停机耗水量的耗水量结果图绘制如图( 3 7 ) 。 从图中可以看出，此图比上一图明显有所改善。机组负荷不稳定，按动态规划+ 启