水风光一体化全景调控系统

国电南京自动化股份有限公司时间：2026.08时间：2026.08背景和场景水风光一体化全景联合控制水电厂全景智能控制中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司1-1背景旨在打通水、风、光监测和控制数据链，建设水风光数据融合管理平台，并在此基础上构建水风光融合监控系统及水风光AGC协同控制系统，为实现水电站、风电站、光伏电站的集中监视和协同控制奠定坚实的基础。项目，依托水风光互补片区中心生产监控系统，将现代物联网、大数据分析与风电、光伏、水电产业深度融合，达成电力设备数据智能采集、传输、分析及资产化应用，推动洪家渡水风光片区中心向数字化、智能化、集中化和信息化方向发展。大大 中国华电集团有限公司 中国华电集团有限公司500kV变电站110kV变电站牵引变火电厂水电厂屈井光伏电站牵香变友谊变曙光光伏电站骑岭北风电场席官变站街变席官变水风光互补发电系统的工作原理是基于多种可再生能源的互补性。在系统中，水力发电、风力发电和太阳能发电各自发挥其优势，相互补充。例如，在风力较大时，风力发电模块可以输出较多的电能；在阳光充足时，太阳能发电模块可以发挥主要作用；而在水流充沛时，水力发电模块则成为主要的电能来源。确保系统的稳定运行和高效利用。_场站选址容量配置场站选址容量配置储能配套实时控制耦合嵌套&反馈调整耦合嵌套&反馈调整光伏波动性中国华电集团有限公司风光场站侧格n风光场站侧格决决智智水电站水电站地中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司2-1水风光一体化联合控制-向上中长期调中长期调预留水电调节裕量，规避断面过载。提取长期调度规则，匹配断面输电能力。制定日发电计划，量化弃电/失负荷风险，预留备用容量“滚动向前”动态互馈、调峰。边界约束边界约束长时间尺度径流、功率预报短时间尺度调模型实际来水长时间尺度径流、功率预报短时间尺度调模型实际来水长时间尺度调度模拟计算短时间尺度调度模拟计算调度期末各调度时段末水位确定长时间尺度调度模拟计算短时间尺度调度模拟计算调度期末各调度时段末水位确定生成小时级基准曲线，量化弃电/失负荷风险，动态调峰，预生成小时级基准曲线，量化弃电/失负荷风险，动态调峰，预留AGC调节带宽。基准曲线各调度时段末计划制定与对应调度发电量发电量修正预留期调度计划进行比较发电量趋势比较中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司2-1水风光一体化联合控制-向下风基于历史误差分布，以置信区间为指标，动风基于历史误差分布，以置信区间为指标，动●提前24h分配水/风/光发电任务，●每15min动态更新突降时，启动备用机组消除“功率毛刺”备用)测不确定性应对余量不足以弥补负荷缺额)中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司水风光一体化控制模式水风光互补一体化协同控制的核心在于平衡流域综合效益与新能源消纳之间的矛盾，根据电网调度需求、流域水文状况及新能源预测结果，动态切换两种优先级策略。况·水轮机振动区规避(60%~85%出力)·主控原则：应发尽发(减少弃风弃光)。逆变器过载&无功支撑系统频率安全(转动惯量)模式切换判据模式切换判据中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司开始开始nKnK否是水电技词度出力，否是水电技词度出力，否Qa2mx(Qx-1Q(Zm-Za水风光技最水风光技最Nna,minNn+Sn*Tat.E中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司调度目标：优化目标为运行平稳性目标，跟踪给定负荷曲线的偏差最小化式中：Ptotar(t)=Pn(t)+Pw(t)+P·Ploaa(t)为电网调度负荷；中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司电力平衡约束：电力平衡约束：系统总出力必须满足电网负荷指令，这是最基本的运行约束。Ptotaz(t)=Pgriddemana(t)·Pgrid_demana(t)为电网调度出力曲线水力约束：水力约束：描述水电站水库运行的物理规律，其精确建模对系统协同至关重要。·水量平衡：水库蓄水量的变化严格遵循水量平衡方程。·水位/库容限制：水库水位必须维持在防洪限制水位Zruood和死水位Zdead之间。·发电流量限制：水轮机的发电流量Qturbine受机组额定流量限制。·Qecoflow为生态流量；Qecoflow≤Q中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司水电出力特性约束：水电出力特性约束：·振动区约束：水电机组在某些特定出力区间会产生剧烈振动，需在调度中避开。新能源出力约束：新能源出力约束：·风光出力预测：风电和光伏出力受自然资源限制，其上限为预测值Pmax和/0·总出力限制：新能源的实际发电量不应超过其可用的最大出力。中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司风光电站站间负荷分配：比例分配：设总调度负荷为比例分配：设总调度负荷为Pnet,参与分配的电站集合为1。对于第k次迭代，剩余待分配负荷为Prem。·归一化分配比例：对于当前可用电站集合1k,其原设定比例为r:(即ratioDis),归一化后权重为·理论目标出力：按权重分配当前剩余负荷·实际可行出力约束：电站i在当前迭代中能承接的最大增量受限于预测剩余容量和额定(或最大)出力上限·状态更新与循环终止：更新累积出力,更新剩余负荷当Prem≤0或可用集合为空(即所有在线电站已无上调空间)时，终止迭代。中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司风光电站站间负荷分配：算法核心步骤：1.初始化筛选·筛选条件：发电状态正常且预测功率≥下限的电站，构成“可用池”。2.迭代分配(循环直至负荷归零或无可调电站)·归一化权重：将可用池内各电站的原始比例ratioDis求和归一化(各自除以总和)。·下发目标：将当前剩余总负荷乘以归一化权重，得到本轮各电站理论增量。·限幅执行：实际增量取“理论目标值”与“预测值减已分配值(剩余裕度)”的较小者。·更新状态：累加实际增量到总出力；从剩余负荷中扣减本轮总增量。3.结算收尾·弃风/弃光=各类型(风电/光伏)预测总出力减去实际分配总出力(结果取正)。在在中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司风光电站站间负荷分配：基于报价的经济调度模型：在已知市场出清电价的情况下基于报价的经济调度模型：在已知市场出清电价的情况下，电站根据自身发电成本(或报价)决定最优出力。其目标是最大化总收益，即售电收入减去发电成本。·P为其分配的负荷·Ci(P;)为其发电成本函数·约束条件：功率平衡：(所有电站出力之和等于总负荷)。爬坡率约束：电站出力变化速率不能超过其物理限制。中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司风光电站站间负荷分配：算法核心步骤1.数据准备·输入各电站成本函数(二次型)、出力上下限、爬坡率及总负荷。2.路径一：解析迭代法(等微增率)·构造条件：建立拉格朗日函数，推导边际成本相等条件2a₁P₁+bi=λ。·迭代求解：给定初始λ,反解各电站出力→检查越限→根据出力与负荷差值调整λ→重复直至功率平衡。3.路径二：直接求解法(优化器)·模型转化：将收益最大化目标转为二次规划(QP)或混合整数二次规划(MIQP)标准型。·调用求解器：输入系数矩阵与约束，直接输出最优分配方案及边际电价。4.爬坡校验(日内调度)·检查各电站出力变化是否超爬坡限值，超限则将其固定在边界并返回第2步或第3步重新分配。5.结果输出·输出各电站分配负荷Pi、出清电价λ,计算各电站收益并下发指令。中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司各电站间按优先级依次分配负荷：级别高的电站优先增发至最大负荷，优先级别低的电站补充出力中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司水风光互补AGC协同控制流程6站总负曲线流量、功率等AGC功率断面稳定控制按调度时段执AGC功率断面稳定控制计算负荷计算负荷调节负荷调度周期余留期满足水调负荷水位、流量、6站负荷过到出力过程负荷过到站依次按售电价高低补/丢负荷有功缺失/过利日内滚动优化以剩余调度周期余留期为调日内滚动优化以剩余调度周期余留期为调调度模型计算是更新周期径是更新周期径水位是否存在偏差否中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司以给定负荷下耗水量最小为优化目标：发电流量，m³/s,可由机组的NHQ曲线查得；QYt、Q分别为机组；在时段对应工况的振动区惩罚流量和启停惩中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司约束条件水电站厂内经济运行约束条件可以分为能量平衡约束、电站设备设施运行范围约束和优化运行约束三类。能量平衡约束①负荷平衡约束式中，1为电网在时段下达的负荷任务，MW;N为机组在时段的出力，MW。②水量平衡约束Vt+1=V.+(It-G)4T式中，V₄为计算时段末库容，m³;v为计算时段初的库容，m³;I,为计算时段的入库流量，m³/s;G,为计算时段的出库流量， 中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司约束条件运行范围约束①运行水头约束式中，H为水电站的水头，m;Hmin为最低运行水头，m;Hmax为最高运行水头水电站经济运行计算中采用的是工作水头式中，h是时段内水力损失，m;a是水力损失系数，s/m²;Q是时段内第台机组发电流量，m³/s。②机组出力约束式中，N是第号机组的出力，MW;Nmin、Nmax为第号机组出力下限值和上限值，MW。③机组发电流量约束用用中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司约束条件优化运行约束①振动区约束为避免机组处于振动区，用惩罚函数对机组出力-流量曲线中的流量进行加权式中，QY为加权后的振动区流量，m³/s;Q:(H₃N)为振动区原始流量，m³/s;A为惩罚量，工况点处于振动区时添加。②避免机组出力大面积转移式中，为机组最大转移负荷限值，MW,当相邻两个时段出力差距大于该值时应用惩罚函数加权；N;+是机组i在t+1时刻出力，MW;N;,是机组在时刻出力，MW;Qe+1、Qi;+分别为惩罚函数加权后的发电耗流量和原始发电耗流量，m³/s。中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司约束条件③负荷切换水量损失中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司约束条件⑤准实时性约束中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司求解方法步骤1:读取电网t时刻下达出力指令N和电厂各机组出力N计算△N,若△N≤K,各机组保持原有状态，并将该时刻数据导入数据库。步骤2:若△N>K,读取各机组状态变量Xt;,t时段水库上下游水位，由此计算出各机组实时耗流量Q(N④)。步骤3:由递推式进行最优出力分配。若机组出力落入振动区，Q(N②)增加惩罚量A。式中，状态变量Ns₇为i台机组的总出力；Nsr-1为i-1台机组的总出力；N;第i号机组的出力。Qsr(Ns)为在电站出力为Ns₇时，在1-i号工作机组之间优化分配电网下达出力后的全厂最优的发电耗流量；Q₁(N;)为第1号机组出力为N;时的发电耗流量；Qi(N₀)为边界条件在开始的阶段之前的发电耗流量。中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司求解方法步骤4:由目标函数式(1)计算水电站总的发电耗水量，并进行耗流量比较并存储。若第1号机组X;状态改变，增加机组启停水量损失S;。步骤5:若N越限，Q(Nφ)增加惩罚量B,返回步骤3;反之，暂存Nφ和Q(N)。步骤6:若NsT越限，返回步骤3;否则记录N1和Qs(Ns)。步骤7:新状态导入数据库，计算终止。中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司开始求解方法机组开停机次数约束选择耗水量最小的机组组合和发电方案为最优运行方案计算时段末工作水头H计算时段内平均工作水头确定为最优运行方案读入数据：电站水库、机组基本信息初始化数据：机组工况点(HL-MeaQo)、水否确定可行机组运行组合C和参与调度的机组编号1根据HNHO,曲线中插值计算出力特性曲线(N,HQ)机组运行约束流量加权…让算每组机组组合最优发电方案中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司求解方法数据初始化：1.水轮机运行特性由线2.水电机组振动区范围3.坝前库容-水位曲线4.尾水流量-水位曲线5.入库流量曲线6.水电机组运行参数：发电水头、流量、出力限值7.水库运行参数：水位、出库流量、汛限水位限值8.初始工作参数：水头、流给(N,H,Q)曲线上振动区流量加权：加大振动区发电耗水量，降低振动区发电效率以上一时段水头为本时段初始水头H0,在水轮机特性(N,H,Q由线中插值出一条等水头(N,Q)曲线根据精度要求，(N,Q)曲线等间距分为n个节点，根据运行机组组合，找出所有可能的出力组合和对应的流量组合最接近调度指令出力的出力组合，根据约束条件筛选可行出力和流量组合，即为当前最优运行方案求电站所有机组发电流量之和，求本计算时段末坝前水位和尾水水位、输水系统水力损失，计算当前发电流量对应的水头：H1=(Zup1-Zup2)/2-Zdown-是中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司核心策略：部分阵组运行+轮换调度，让运行阵组的每台逆变器均工作在40%~60%(或30%-80%)最优负载区间，其余阵组睡眠/待机备用。三层调度架构阵组协调层出力范围低负荷(<50%)中负荷(50%~80%)高负荷(>80%)预期收益·预期收益·延长逆变器寿命，避免长期过载/低载·提升运行效率，集中在高效区间运行·设备利用率，减少个别设备过度老化均衡·定时轮换：定时切换主力阵组·累计均衡：优先启用累计运行时间少的设备·多目标优化：兼顾偏离最优区间惩罚+老化损耗+效率损失下本下本中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司优化目标：最小化逆变器偏离最优区间的惩罚当逆变器运行时，其出力越接近额定容量的50%越好，偏离40%~60%(或30%-80%)区间将受到平方惩罚。该函数驱动调度策略将出力集中在最优区间。最小化逆变器老化损伤(轮换均衡)均衡各逆变器的累计工作量，避免部分设备过度老化；同时抑制频繁启停对设备的冲击。中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司功率平衡约束(等式约束):总装机容量约束逆变器出力约束有功出力上下限0≤光伏电站最大功率变化率约束中国华电集团有限公司02-3光伏站内经济运行中国华电集团有限公司约束条件：软约束逆变器优先工作在40%~60%最优区间。当总需求很高时，允许逆变器突破60%上限，满功率运行。阵组状态约束轮换均衡约束累计运行时间均衡：|Tk.cum(t)-Taa(t)|≤△Tmgx,Vk,t最小轮换周期：:g.(t)的切换间隔≥Tmin,Vk中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司爬坡速率约束睡眠/待机模式功耗约束待机状态下的监测功能：待机状态的逆变器仍需保持通信和监测功能，以响应调度中心的唤醒指令。中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司1.数据准备：接收目标功率，剔除故障/检修机组，确定可用机组。2.投入数量：按负载率约50%计算需投台数(目标功率÷单机容量÷50%),并受电压支撑和可用总数限制。3.轮换选择与功率分配(粒子群优化):1.轮换：按累计运行时间短、启停次数少优先排序，并满足最小停机时间(不满足则顺延)。2.分配：低负荷时平均分配，使出力在40%~60%;高负荷时按最大可用功率比例分配，允许部分超60%。4.安全校核与下发：校验爬坡速率，超限则修正；下发指令，更新运行统计；每5~15分钟滚动执行大大中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司接收调度目标功率更新累计运行时间及启停次数等统计数据剔除故障/检修阵组确定可用阵组名单检查是否满足约束条件检查是否满足约束条件公式：目标功率/(单组额定容量*50%)约束条件：最低电压支撑需求+可用阵组总数平均分配策略目标功率在运行逆平均分配策略目标功率在运行逆变器间平均分配40%60%最优区间比例分配策略按各逆变器最大可用功率比例分配允许部分逆变器出力超过60%直接选取排名掌前的阵组授入运行，其余阵组进入班眠/待机顺廷选取下一组备选阵确定最终运行阵组名单顺廷选取下一组备选阵确定最终运行阵组名单进入功率分配环节中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司开始数据准备接收目标功率，剔除故障，确定可用阵组计算投入数量按负载率≈50%折算，受电压支撑和可用总数限制优化选取与轮换按运行时间短/启停少排序，不满足最小停机时间则顺延选取功率分配策略判断负荷高低平均分配确保单机出力落在40%~60%低负荷按最大容量比例分配高负荷平均分配确保单机出力落在40%~60%低负荷支撑电网检查爬坡率，超限修正更新统计数据在分配风电场有功指令时，为了使风电场的总输出功率满足电网调度部门下达的发电指令，同时降低健康状态差的风电机组的给定功率。核心目标：在严格满足全场总出力等于给定负荷前提下，优化各风机功率分配，降低全场综合运行成本，包含：尾流损耗、机组疲劳寿命损耗.优化目标：风电场机组主轴和塔架损伤度最小主轴疲劳损伤模型塔架疲劳损伤模型·P是第台风机的功率参考值；·i为投入运行的机组编号，=1,2,…,n;·D塔架疲劳损伤；中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司约束条件：有功功率平衡Pgria为电网调度指令值单机有功出力约束：受当前风速下的最大功率点跟踪限制。全场出力跟踪约束：风电机组安全运行约束(转速、桨距角):疲劳载荷限值约束：中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司创建粒子种群，初始化参数创建粒子种群，初始化参数·计算每台机组主轴和塔架疲劳损伤，根据损伤度确定可运行机组组合；逐在明显增加·逐在明显增加否是·比较最优负荷分配结果。结束中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司换”逻辑(水电闭锁态/水电调峰态/风光消纳态),将水库盈亏水量作为调控02-5一体化联合控制创新点中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司E网频s频网频s频差接力器时间常数机组频率积分积分功率反馈功率反馈9调差模式切换功率给定(功率模式)增增速限制开度给定(开度模式)中国华电集团有限公司调度指令曲线校核贪心算法|优先高效区效率筛选贪心算法|优先高效区能力分配梯度算法|按调节裕度安全约束线性分配|规避振动区最终出力机组调整指令下发精度优化辅助一次调频自动开停机快速精准控制快速精准核心逻辑：从效率优先到安全约束，再到精度优化，实现核心逻辑：从效率优先到安全约束，再到精度优化，实现AGC控制的全局最优闭环。中国华电集团有限公司国电南京自动化股份有限公司技术原理：智能趋势分析自动检测曲线突变与异常波动实时校验超容量运行风险2识别V型曲线与数据不一致性+应用实现效果建立24小时不间断监测机制，实现对计划曲线的实时预警，防患于未然，确保调度指令的准确性与可执行性。中国华电集团有限公司国电南京自动化股份有限公司超容量上限校验系统对目标曲线的上限值进行校核，检查曲线在各时段对应的目标出力是否超过电厂当前可用总容量、非检修机组可调容量以及机组组合下的实际上限能力下限能力校验下限能力校验力曲线突变校验系统检查曲线在相邻时段之间的变化幅度和变化速率，判断是否存在突升、突降、阶跃过大或爬坡速率超限等问题曲线可执行性校验曲线可执行性校验析异常告警与闭锁处理中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司3-3高效分配问题效率最优问题对应算法：贪心算法调节能力分配问题对应算法：梯度同向分配算法振动区约束问题对应算法：线性多区间分配算法精度收敛问题对应算法：二次分配算法总体思路：2.多算法协同工作，打破单一算法局限，实现全局最优控制。总结：构建“多算法融合”的AGC智能分配体系，提升控制品质与效率。中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司梯度同向分配：解决调节能力·梯度同向分配：解决调节能力·适用场景：同一效率区内的负荷调节·分配依据：按调节能力(负荷变化率、调节裕度)分配·核心效果：优机多调，提高AGC响应速度，降低不均衡贪心算法：解决效率问题·区间划分：将运行区间精细划分为高、中、低效区·分配策略：优先将负荷分配给高效区机组在在中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司核心思想：线性多区间分配·将运行空间划分为多个独立可运行线性区间核心思想：线性多区间分配·将运行空间划分为多个独立可运行线性区间·AGC目标负荷在各安全区间间线性分解与分配问题本质：振动区与AGC冲突·机组存在多个不可运行的振动区间·AGC调节易穿越振动区，引发负荷突变与全厂波动控制效果：稳定与安全·物理隔离振动区，防止穿越风险控制效果：稳定与安全·物理隔离振动区，防止穿越风险·平滑负荷曲线，抑制阶跃变化，提升全厂稳定性关键机制：避障与协同·调节优先在当前安全区间内进行，自动避开振动区·跨区间调节时采用多机组协同分担，避免单机突变核心价值：核心价值：成功将“不可运行区”转化为“多安全区间”,实现机组在复杂工况下的中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司参数整定困难传参数整定困难传统PID参数整定困难，需要多组随机组运行状态变化改变而改变响应滞后问题从指令下达到执行到位需要较长时间基于数据驱动的动态前馈控制方法基于数据驱动的动态前馈控制方法前馈信息的利用不足本质逻辑：经验学习→知识固化→实时应用本质逻辑：经验学习→知识固化→实时应用中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司自学习优化机制设计滑动窗口增量学习机制，使模型能够随运行数据的积累持续优化自学习优化机制设计滑动窗口增量学习机制，使模型能够随运行数据的积累持续优化评价函数：J=a·(1/T)+b·(1/o)+c·(1/e)优化：基于在线数据持续学习，固化最优经验数据驱动建模大数据挖掘构建精度的“水头一开度一出力”非线性映射模型输入：系统工况参数(水头、功率、目标差)输出：最优调节脉宽目标：建立工况到最优控制量的智能映射工程优势低依赖：无需精确机理建模，降低门槛工程优势低依赖：无需精确机理建模，降低门槛高鲁棒：自适应工况变化，抗干扰能力强快速度：根本解决传统反馈控制响应滞后问题查表前馈控制(实时执行)控制律：u_ff=F(工况参数)执行：实时查询预存最优表，直接输出控制量优势：毫秒级响应，实现“先知先觉”调节本质逻辑：经验学习→知识固化→实时应用本质逻辑：经验学习→知识固化→实时应用中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司3-5精准调节-DSFC与PID反馈的协同控制架构系统特性发生变化的区域，需平衡响系统易振荡或非线性显著,优先确保稳定。PID主导PID特性(参数)·条件：基于实时工况参数自动判定区间。·执行：参数组平滑切换，无冲击，保证控制连续性。中国华电集团有限公司国电南京自动化股份有限公司传统控制室人工监控与操作场景机组开停机依赖人工操作调度电话指令传递传统控制室人工监控与操作场景机组开停机依赖人工操作调度电话指令传递人工逐步执行复杂步骤响应速度无法满足要求整个过程耗时较长，难以满足秒级或分钟级的快速响应需求。一中国华电集团有限公司国电南京自动化股份有限公司技术原理：智能趋势分析··决策逻辑：启动机组/停止机组/维持运行全自动无人干预中国华电集团有限公司3-8机组智能穿越振动区技术3-8机组智能穿越振动区技术国电南京自动化股份有限公司技术原理：步长限制控制算法技术原理：步长限制控制算法通过精确控制功率变化的步长，避免功率突变，确保机组在调节过程中的动态稳定性。进入振动区血核心实现效果N振动区平稳穿越避免功率突变冲击平滑的功率调节曲线，显著降低对机械结构的疲劳损伤。提升机组运行稳定性从控制算法层面保障设备安全，提升整体调节效率。人人下中国华电集团有限公司中国华电集团有限公司3-9与一次调频协同(AFC控制)建设目标提升一次调频响应质