一种基于机组健康状态的水电站优化调度方法与流程

本发明涉及水力发电的，尤其涉及一种基于机组健康状态的水电站优化调度方法。

背景技术：

1、水力发电是我国智能电网发电环节的重要组成部分，是低碳、清洁、环保发电的典型代表，在智能电网的发展中扮演着可再生能源发电的主导角色。我国水电自动化技术自上个世纪八十年代初起步，经过三十余年的发展，形成了以现地自动化、厂站计算机监控、流域集控、水电故障诊断、水情自动测报、水调自动化和大坝工程安全监测等系统。尽管所有系统都用于维护水电站水库和机组的安全稳定高效运行，但大多系统都独立构建、系统间接口不一致，使得具有相同目标的系统彼此间缺乏必要交互，无法实现数据的整合和共享，造成操作指令多出、信息重复录入、数据冗余、占用内存空间，加大系统运维成本的同时，无法满足电厂集约化生产运行管理的需求。

2、水电运行管理的各种系统中，水调自动化系统、监控系统和水情自动测报系统，水电故障诊断系统和监控系统已经分别实现了数据交互，水调自动化系统和水电故障诊断系统、大坝工程安全监测系统之间还处于相互隔绝的状态。水调自动化系统一般部署在水电站集控中心，通过接收监控系统、水情自动测报系统的数据完成优化计算后下发给监控系统，由监控系统调节机组出力。而大坝工程安全监测和故障诊断系统是在发现问题时发出警报提醒运维人员及时采取相应措施，避免对大坝和电站、机组造成灾难性破坏，没有将这两个系统监测数据与电站、机组运行工况关联，通过合理运行来增加设备设施的运行寿命。在延长水电机组运行寿命方面，人们在进行发电调度[1,2]时会避开振动区[3]，通过将机组振动维持在可接受的范围内来减小振动能量，进而减少对机组的破坏。然而水电机组结构复杂，故障往往表现为“一果多因，一因多果，多果多因”，单考虑机组振动显然不能达到基于机组健康状态优化调度水电站。本发明专利将水电机组运行参数纳入评估指标，建立水电机组运行的健康评判指标体系，结合水电机组运行约束建立一种基于机组健康状态的水电站优化调度多目标模型，通过优化运行方案延迟机组状态突破故障界限的时间节点并减轻节点处故障劣化程度，使机组在可控时间内维持在安全、稳定的运行状态。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有基于机组健康状态的水电站优化调度方法存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明目的是提供一种基于机组健康状态的水电站优化调度方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：获取水轮机组数据，所述水轮机组数据用于表征所述运行数据结果和故障数据结果；

5、根据所述故障数据确定水电机组的健康状态体系，所述健康状态体系用于表征所述水轮机组运行健康指标；

6、将所述水轮机运行数据和故障数据带入模型进行优化计算，得到负荷分配方案。

7、作为本发明所述基于机组健康状态的水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述运行数据包括水电站站内机组台数、有功限值、有功死区值、振动区范围、机组流量限值、上游来流、水库水位限值、水库水位－库容关系、流量-水位关系、生态流量等，故障数据包括故障类别、故障机理、故障特征、故障处理。

8、作为本发明所述基于机组健康状态的水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述水电机组运行的健康评判指标体系，入劣化度因素计算各指标劣化度，以综合劣化度为水电机组健康状况的总体评判指标，建立基于机组健康状态的水电站运行评价模型；

9、其中，将所述基于机组健康状态的水电站运行评价模型与水电站厂内经济调度模型设计相结合建立基于机组健康状态的水电站优化调度，所述水轮机运行数据和故障数据带入模型进行优化计算，得到负荷分配方案。

10、作为本发明所述基于机组健康状态的水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述水电站机组设备多维健康状态评估将机组状态的异常情况、故障情况、性能退化预测以劣化度的形式进行参数化表示，以a(安全区)、b(警告区)、c(危险区)、d(禁止运行区)的分区形式判断机组运行状态；

11、其中，将水电机组各系统常见设备的故障现象分析可知三个方面：

12、机组立即停机；机组效率下降；随时间延长，升温幅度和振幅、频率等幅度变大，机组发生故障现象。

13、作为本发明所述基于机组健康状态的水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：根据基于机组健康状态评估的水电站机组优化控制调度的机组劣化度为机组群健康状况指标g为：

14、

15、上述公式中的参数均可以根据机组数据得到，在此不再赘述，其中，t为控制周期个数；m为水电机组个数；为电站中第i台机组在第t个控制周期内的启停调度状态，表示某电站中第i台机组在第t个控制周期内停机，表示电站中第i台机组在第t个控制周期内运行；为电站中第i台水电机组在第t个控制周期内的综合劣化度值。

16、作为本发明所述基于机组健康状态的水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：在所述待验证的数据下，可根据不同区域的运行限制，得到限制条件；

17、机组状态参数绝对标准及d区限值检验，即首先需检验机组状态参数是否进入禁止运行区域，一旦进入禁止运行区并无法及时退出，则机组停机；

18、

19、其中s为机组状态评估参数的集合，d为状态参数禁止运行区的集合。当机组参数进入故障区时，监控系统首先发现异常并发出停机指令；

20、将优化后的防止升温、振动等慢变状态参数的劣化在检修期前劣化至故障状态，

21、fi(s)＝∑hi(s)·t≤df,i(s)

22、其中，fi(s)经过优化的机组运行方案，hi(s)为多维状态劣化趋势评估函数，df,i(s)为劣化趋势评估函数中的故障起始节点，σ表示运行时间的累计求和。

23、作为本发明所述基于机组健康状态的水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述机组运行状态特征参数构建机组状态评价数据库，将机组运行评价指标参数化，转换为水电机组经济调度优化约束条件和优化目标参与水电站的优化调度和负荷分配。

24、作为本发明所述基于机组健康状态的水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述根据运行模型建立优化目标，其中以综合劣化度最小为优化目标，综合劣化度越小则机组运行状态越好，使机组状态整体维持在一个较好的运行状态：

25、

26、本节建模从故障状态的起始点，以c区与d区之间的界限设置机组运行约束条件，基于机组健康状态的水电站机组运行约束条件。

27、作为本发明所述基于机组健康状态的水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：某机组状态指标处于禁止运行区时，立即停机并安排检修；

28、

29、即机组状态参数的集合位于禁止运行区域d之外；

30、机组按照运行效率由大到小确定运行优先级，避免或限制机组运行在振动区，避免温度、振动、耗水率等指标等会随着恶劣工况工作时间而升高，因此必须限制机组调节次数和运行工况在安全范围内；

31、

32、温度变化趋势是每次带负荷运行都独立形成一个温度变化过程，随着停机恢复到正常状态。

33、f(s)＝tsτ≤df(s)

34、式中ts为温度变化数量速率，τ为从开机到停机整个过程持续的时间。

35、作为本发明所述基于机组健康状态的水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：据故障预测模块得到的故障发生节点，宜根据机组检修及安全运行需要，限制机组运行时间和带负荷大小；

36、以上几点约束调节可以统一归化为hea＝[hea,min,hea,max]，hea,min，hea,max分别表示水电站机组处于健康状态的可用区间。

37、本发明的有益效果：本发明通过计算模型能减少耗水量、非正常停机检修次数降低，机组设备启停频次降低、平均寿命延长，正常检修得到优化和成本节约，提高水电站综合效益较；首创构建基于机组健康状态的水电站机组优化控制调度，通过优化运行方案延迟机组状态突破故障界限的时间节点并减轻节点处故障劣化程度，使机组在可控时间内维持在安全、稳定的运行状态。