一种多机组协同约束下的电站负荷智能分配方法及系统与流程

本发明涉及智能电网，尤其涉及一种多机组协同约束下的电站负荷智能分配方法及系统。

背景技术：

1、智能电网技术领域涉及电站、发电机组、并网母线、调度控制终端和监控服务器之间的电力运行数据采集、功率分配和控制指令传输。其中，多机组协同约束下的电站负荷智能分配是指采集各发电机组的有功功率、无功功率、运行状态和负荷需求数据，由调度控制器按照预设机组容量、爬坡约束和并网运行参数计算各机组输出功率，并将负荷分配指令发送至对应机组控制单元。

2、现有的水电站厂内负荷分配主要依赖单机效率曲线、经验规则或预先设定的分配策略开展：运行人员根据电站总负荷、水头条件和机组可用情况，选择参与运行的机组组合，并按照经验比例或局部耗水较优原则分配各机组出力；当机组处于检修、停机、调相、并网方式变化或需满足旋转备用时，通常再由运行人员结合调度要求进行人工修正。

3、主要存在以下技术问题：

4、一，机组组合选择与负荷分配计算相互割裂，运行约束往往在分配完成后再进行人工校核，容易出现已生成的分配结果不满足可用状态、检修状态、调相状态或并网方式要求的情况，导致方案反复调整；

5、二，现有分配过程偏重单机效率或局部耗水水平，未能将旋转备用、振动区避让、启停变化等运行代价统一纳入评价，可能出现单次耗水较低但整体运行风险和综合代价较高的分配结果；

6、三，振动区通常依赖运行人员在出力调整时人工避让，当总负荷变化较频繁或多台机组协同调节时，容易增加机组跨越振动区的次数，影响机组运行安全性和稳定性；

7、四，启停状态变化对负荷分配的影响缺少量化处理，负荷调整过程中可能出现不必要的机组启停切换，增加设备磨损和运行扰动，不利于电站长期稳定运行；

8、五，静态负荷分配数据与实时运行状态之间缺少有效联动，当电站总负荷、机组可用状态、检修状态或调相状态发生变化时，依靠人工重新判断和修正难以及时获得满足多重约束的较优方案。

9、因此，现有以经验分配、局部效率判断、人工约束校核为主要特征的厂内负荷分配方式，难以同时满足多机组联合运行条件下对安全约束、经济耗水、实时适应和稳定调节的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多机组协同约束下的电站负荷智能分配方法及系统，使水电站在多台机组联合运行时，能够结合总负荷、旋转备用、机组可用状态、并网方式、水头、启停状态、检修状态以及调相状态等运行约束，确定符合现场运行条件的机组组合和负荷分配方案，并在避开振动区、考虑机组耗水特性及启停变化影响的基础上，形成适用于实时运行的厂内负荷分配结果。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种多机组协同约束下的电站负荷智能分配方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、获取电站总负荷、旋转备用需求、机组可用状态、并网方式、水头、启停状态、检修状态和机组调相状态，形成运行约束条件，并根据运行约束条件确定可行机组组合；

4、步骤s2、根据可行机组组合，按水头和电站总负荷遍历机组可行出力，并在各机组可行出力范围内排除振动区对应的出力区间，再结合机组耗水特性确定静态负荷分配表，静态负荷分配表记载机组组合、机组出力和发电耗水流量；

5、步骤s3、按水头、电站总负荷和可行机组组合，从静态负荷分配表提取待选负荷分配方案，剔除不满足旋转备用需求、并网方式、检修状态和机组调相状态的待选负荷分配方案，统计实时可用方案集合；

6、步骤s4、计算实时可用方案集合中各待选负荷分配方案的发电耗水流量，根据启停变化和振动区穿越次数确定运行惩罚流量，由发电耗水流量和运行惩罚流量确定综合耗水流量，并按综合耗水流量确定实时负荷分配方案；

7、步骤s5、当电站总负荷、机组可用状态、启停状态、检修状态或机组调相状态发生变化时，返回步骤s1重新确定实时负荷分配方案。

8、具体来说，步骤s1中，可行机组组合的确定过程中：

9、获取电站总负荷、旋转备用需求、机组可用状态、并网方式、水头、启停状态、检修状态和机组调相状态，并按照机组编号对机组可用状态、启停状态和检修状态进行对应，生成所述运行约束条件；

10、利用所述运行约束条件逐台判断机组是否满足参与发电条件，当机组可用状态为可用、启停状态允许发电且检修状态为未检修时，将对应机组列入待选机组集合，并结合并网方式和机组调相状态对所述待选机组集合进行筛选，得到所述可行机组组合；

11、其中，进行筛选时，首先根据并网方式判断各待选机组是否能够参与当前并网运行，对不满足当前并网运行要求的待选机组剔除；

12、当机组处于调相状态且不能同时承担发电出力时，将机组从所述待选机组集合中剔除；当机组未处于调相状态或者允许退出调相参与发电时，保留机组的待选资格。

13、具体来说，步骤s2中，静态负荷分配表的确定过程包括：

14、获取可行机组组合、水头和电站总负荷，并根据水头确定各机组的可行出力范围，在所述可行出力范围内按照预设出力间隔生成各机组对应的机组出力；

15、将同一所述可行机组组合内各机组的机组出力进行组合，选取出力之和与电站总负荷相匹配的出力组合，得到负荷匹配出力组合；

16、对所述负荷匹配出力组合进行筛选，剔除落入振动区对应的出力区间的机组出力，并结合机组耗水特性确定发电耗水流量，得到所述静态负荷分配表。

17、具体来说，发电耗水流量的确定过程还包括：

18、获取各机组在当前水头下的机组耗水特性，按照机组编号和机组出力结合机组耗水特性中查找对应的单机耗水流量；

19、当机组出力位于相邻两个已知出力点之间时，根据相邻两个已知出力点对应的耗水流量确定单机耗水流量，并将同一所述负荷匹配出力组合内各机组的单机耗水流量进行汇总，得到所述发电耗水流量。

20、具体来说，步骤s3中，实时可用方案集合的统计过程中：

21、以水头、电站总负荷和所述可行机组组合作为检索条件，在静态负荷分配表中提取机组组合一致且负荷数值相匹配的待选负荷分配方案，并读取各待选负荷分配方案对应的机组出力和发电耗水流量；

22、将所述待选负荷分配方案逐项与旋转备用需求、并网方式、检修状态和二号机组调相状态进行比对，删除存在约束不满足情形的所述待选负荷分配方案，并对剩余所述待选负荷分配方案进行整理，得到所述实时可用方案集合。

23、具体来说，步骤s4中，实时负荷分配方案的确定过程中：

24、读取实时可用方案集合中各待选负荷分配方案对应的机组出力和发电耗水流量，并根据当前启停状态与待选负荷分配方案对应的机组组合之间的差异，确定启停变化次数；

25、根据机组出力是否跨越振动区对应的出力区间，记录振动区穿越次数，根据所述启停变化次数和所述振动区穿越次数确定运行惩罚流量，并将发电耗水流量与所述运行惩罚流量相加，得到综合耗水流量；

26、比较各待选负荷分配方案对应的所述综合耗水流量，将所述综合耗水流量最小的待选负荷分配方案确定为所述实时负荷分配方案。

27、具体来说，运行惩罚流量的确定过程中：

28、获取启停变化对应的单次启停惩罚流量和振动区穿越对应的单次穿越惩罚流量，并分别读取所述启停变化次数和所述振动区穿越次数；

29、将所述单次启停惩罚流量与所述启停变化次数对应累加得到启停惩罚流量，将所述单次穿越惩罚流量与所述振动区穿越次数对应累加得到穿越惩罚流量，并将所述启停惩罚流量与所述穿越惩罚流量合并，得到所述运行惩罚流量。

30、具体来说，启停变化的判断过程包括：

31、获取当前参与发电的机组组合和所述待选负荷分配方案对应的机组组合，并按照机组编号逐台比较两组机组组合中的机组参与状态；

32、当同一机组在当前参与发电的机组组合中处于参与发电状态，而在待选负荷分配方案对应的机组组合中处于未参与发电状态时，记为一次停机变化；

33、当同一机组在当前参与发电的机组组合中处于未参与发电状态，而所述待选负荷分配方案对应的机组组合中处于参与发电状态时，记为一次开机变化；

34、综合得到所述启停变化次数。

35、具体来说，振动区穿越次数的确定过程中：

36、获取各机组当前出力、所述待选负荷分配方案对应的机组出力以及振动区对应的出力区间，按照同一机组的当前出力至待选出力方向进行出力变化判断；

37、若同一机组的当前出力位于振动区对应的出力区间一侧且待选出力位于振动区对应的出力区间另一侧时，将对应机组记为一次振动区穿越，若当前出力或者待选出力位于振动区对应的出力区间内时，则去除对应的所述待选负荷分配方案，得到所述振动区穿越次数。

38、一种多机组协同约束下的电站负荷智能分配系统，包括约束模块、静态表构建模块、方案筛选模块和寻优控制模块。

39、约束模块用于获取电站总负荷、旋转备用需求、机组可用状态、并网方式、水头、启停状态、检修状态和机组调相状态，形成运行约束条件，并根据运行约束条件确定可行机组组合。

40、静态表构建模块与约束模块连接，用于根据可行机组组合，按水头和电站总负荷遍历机组可行出力，并在各机组可行出力范围内排除振动区对应的出力区间，再结合机组耗水特性确定静态负荷分配表，静态负荷分配表记载机组组合、机组出力和发电耗水流量。

41、方案筛选模块与静态表构建模块、约束模块连接，用于按水头、电站总负荷和可行机组组合，从静态负荷分配表提取待选负荷分配方案，剔除不满足旋转备用需求、并网方式、检修状态和机组调相状态的待选负荷分配方案，统计实时可用方案集合。

42、寻优控制模块与方案筛选模块连接，用于计算实时可用方案集合中各待选负荷分配方案的发电耗水流量，根据启停变化和振动区穿越次数确定运行惩罚流量，由发电耗水流量和运行惩罚流量确定综合耗水流量，并按综合耗水流量确定实时负荷分配方案，当电站总负荷、机组可用状态、启停状态、检修状态或机组调相状态发生变化时，返回步骤s1重新确定实时负荷分配方案。

43、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

44、本发明中，通过围绕水电站总负荷与多机组运行约束建立统一筛选链路，将可用状态、并网方式、水头、启停状态、检修状态、调相状态共同纳入机组组合判定，在遍历可行出力时同步剔除振动区并关联耗水特性，形成可供实时调用的静态负荷分配依据，再以旋转备用和运行状态约束压缩待选空间，并将发电耗水流量、启停变化、振动区穿越次数折算为综合耗水评价，使负荷分配从单点效率比较转向安全约束与运行代价协同权衡，降低无效筛选和经验干预，减少频繁启停及振动区穿越，提高厂内负荷分配稳定性和水能利用效率。