3水电站厂内经济运行

13水电站厂内经济运行23.1厂内经济运行任务、内容•任务：水电站厂内经济运行的基本任务是研究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，机组间负荷的最优分配。•优化准则：效率最大、损失最小、用水量最小等。33.1厂内经济运行任务、内容•内容：1.组织机组动力特性试验2.计算和编制机组动力特性3.计算和编制全厂的最优动力特性4.制定面临日的厂内经济运行方式5.进行实时控制、实现厂内经济运行43.2等微增率法进行机组间负荷最优分配1.基本原则在满足该水电站所应承担的电力系统负荷的要求下，使水电站所消耗的总流量最小（空间优化问题）。53.2等微增率法进行机组间负荷最优分配2.固定机组之间负荷分配数学模型设电站总负荷为N，选定某n台机组共同完成任务，决定负荷在机组之间的分配，使全厂工作流量最小。数学模型为：nkknkkkNNNQ11s.t.)(min63.2等微增率法进行机组间负荷最优分配3.最优性条件作Lagrange乘子函数Lagrange乘子法即n台机组的流量微增率相等此即最优性必要条件，称为等微增率原则。)()(11nkknkkkNNNQL),,2,1(0nkNLknqqq2173.2等微增率法进行机组间负荷最优分配1N2N4.两台机组并列运行的负荷分配将两台机组的微增率曲线绘制在同一图中，把这两条曲线的横坐标按反方向绘制，两坐标原点01和02的距离必须等于总负荷的数值N。如图所示：83.2等微增率法进行机组间负荷最优分配两台机组流量微增率曲线的交点a1是满足的点此交点横坐标便是两台机组最优运行时，所应分别承担的负荷值N1*和N2*。*1N*2NN1q2q1a21qq两台机组流量微增率曲线93.2等微增率法进行机组间负荷最优分配从流量曲线看QQN0103.2等微增率法进行机组间负荷最优分配5.最优流量曲线微增率在实际运行中，机组台数往往多于两台，因此可通过确定各机组总的最优流量微增率曲线进而进行各机组的最优负荷分配。dNNQNQddNdQ)]()([2211dNdNdNNdQdNdNdNNdQ22221111)()(dNNNd)(21113.2等微增率法进行机组间负荷最优分配q1N2N21NNN最优流量微增率曲线的绘制IIII+II0q123.2等微增率法进行机组间负荷最优分配6.等微增率法的缺点等微增率求解厂内运行机组间有功负荷的最优分配，只适用于机组台数不多，并且有光滑的凹型流量微增率曲线的机组，但在复杂情况下，则难以处理，因而多采用动态规划法进行求解。133.3机组最优投入次序及工作台数的确定在满足电力系统负荷要求的条件下，水电站运行机组台数和台号的组合，一般有多种可行方案。如何选取机组运行的台数和组合，才能使水电站的工作流量最节省，这是与机组负荷最优分配不同的另一个厂内经济运行问题。143.3机组最优投入次序及工作台数的确定1.基本原则在满足该水电站所应承担的电力系统负荷的要求下，使水电站所消耗的总流量最小（空间优化问题）。153.3机组最优投入次序及工作台数的确定2.固定机组之间负荷分配数学模型在n台机组中，只要承担的系统总负荷相同，在不同的机组组合方案中，能使水电站总的工作流量实现最小，即为最优组合方案。数学模型为：112111min()s.t.nikkknnnmkkkkkkQNNNNN163.3机组最优投入次序及工作台数的确定3.用流量和微增率特性曲线确定机组组合方案已知两台机组的流量特性曲线和流量微增率曲线，以及两台机组并列运行且在机组间最优分配负荷时的组合特性曲线。173.3机组最优投入次序及工作台数的确定(1)当NNa时，机组I应投入，则Q1Q2；(2)当NaNNb时，Q1Q2，切除I号机组，投入II号机组；(3)当NNb时，两台机组并联运行，且按最优负荷分配原则(等微增率)进行负荷分配。I+IIIIIIIII+II0NNaNbNabccqQ(a)(b)hIIQhIQ两台机组间负荷分配及组合方案183.3机组最优投入次序及工作台数的确定4.用功率损失和机组段效率特性曲线确定机组组合方案•在一些情况下，由于机组流量特性曲线的曲率较小，过渡点附近的流量特性曲线交点不明显，因此用前述方法确定机组的最优组合和工作台数误差较大。•为提高精度，也可采用机组的功率损失特性曲线和机组效率特性曲线进行计算。193.3机组最优投入次序及工作台数的确定根据机组的功率损失特性曲线确定机组的最优组合及工作台数其优点在于出力损失特性曲线曲率较大，不同机组的特性曲线相交处，出力损失容易读取，因而精度较高。abII+III+II+IIIN/MWΔN/MW0408012048121620160功率损失特性曲线203.3机组最优投入次序及工作台数的确定根据机组段效率特性曲线确定机组的最优组合及工作台数下图为两台特性不同的机组，曲线I和II为单机效率特性曲线，I+II为两台机组组合的效率特性曲线，交点a和b即为机组的投入点。IIII+II0NηHd=constIIII+IIab机组段效率特性曲线213.3机组最优投入次序及工作台数的确定•当水电站的机组台数较多，各机组特性互不相同时，问题要更加复杂，此时必须对机组各种可能的组合方案，绘出最优并列运行的组合特性曲线，对各组合特性曲线分析比较后，才能确定相应于各种负荷区域的机组最优组合方案。223.3机组最优投入次序及工作台数的确定有三台水电机组，其中两台机组的类型和特性曲线相同。(1)当NNa时，机组I或II应投入；(2)当NaNNb时，I号和II号机组并列运行；(3)当NNb时，应I，II，III台机组并列运行。机组组合特性曲线I,III+II0NηHd=constI,III+III+II+IIIabI+II+IIIIIII+IIINaNb233.3机组最优投入次序及工作台数的确定机组段水头不同，各机组的动力特性也不同。因而对于不同的机组段水头，机组最优投入点所对应的负荷是不同的。如将各种机组段水头下的机组投入点连接起来，就构成了机组的最优投入线。aabb(I)(I+II)(I+II+III)Hd=c1Hd=c2Hd=c3Hd=c4机组投入线0NQ机组段水头不同时的流量特性曲线243.3机组最优投入次序及工作台数的确定•n台机组共有2n-1种不同机组组合，用作图方法非常麻烦。•但是当机组型号相同时，不同机组组合数将大大减少。不同机组组合只与台数有关，与台号无关。n台同型号机组共有n种不同机组组合。•对同型号机组而言，等微增率原则意味着等出力原则。这时k台机组的组合流量特性为作图相对比较方便。)/()(kNkQNQk253.4机组间无功负荷和随机负荷的最优分配在实际运行中，电力系统要求一些水电站，除承担有功负荷外还承担一定的无功负荷，有时还承担一定的调频任务。因此水电站也有在各个机组间进行无功负荷和随机负荷分配的问题。263.4机组间无功负荷和随机负荷的最优分配3.4.1机组担任无功负荷的一般形式水电机组间担任无功负荷有两种形式：集中负担方式，将水电站的无功负荷集中由几台不带有功负荷的机组承担（做调相机运行），即调相方式。分散负担方式，由运行的水轮发电机组同时承担无功和有功负荷，即发电运行方式。273.4机组间无功负荷和随机负荷的最优分配•总的来说，负荷较高的情况下，分散方式可能更有利，负荷较低时，集中方式可能更有利。•在实际运行中往往采用分散和集中相结合的方式，集中的程度大小视电站有功、无功负荷具体情况而定。•水电站无功负荷在运行机组间的最优分配是建立在机组段无功特性的基础上的，而机组段的无功特性由发电机的无功特性决定。283.4机组间无功负荷和随机负荷的最优分配3.4.2随机负荷在机组间的最优分配•由于随机负荷的最优分配对整个水电站的运行方式有一定的影响，若不考虑随机负荷分配而制定的最优运行方式，在运行中最优工况会受到影响。•在电力系统中，除满足正常负荷容量外，还需要有一定数量的备用容量。一般负荷随机波动的部分由担任备用容量的机组承担，这部分容量称为接入容量。293.4机组间无功负荷和随机负荷的最优分配•因为水电站运转灵活，所以一般情况下系统中接入备用容量的任务大部分由水电站承担。•当电力系统要求水电站承担的随机负荷较大时，需要由两台及以上的机组共同承担负荷的随机变化，因而涉及到机组间最优分配随机负荷的问题。303.5水电站厂内经济运行的实现3.5.1厂内经济运行总图水电站厂内经济运行总图是水电站厂内最优运行方式的综合图。它是根据水电站上游水位、水电站出力、机组段水头、工作流量、同时工作机组的台数、组合方式以及微增率特性之间的综合关系绘制而成的，用于指导水电站在具体条件下实现厂内经济运行。313.5水电站厂内经济运行的实现水电站经济运行总图是预先绘制好的，可用于指导水电站在具体条件下实现厂内最有利运行，应用方法为：①根据水电站的负荷Ni和当时上游水位Zshi在以机组段水位为参数的上游水位与出力之间的关系图上求得工作机组的最优台数以及机组段水头Hdi；②根据电站出力Ni和机组段水头Hdi，在以机组段水头为参数的流量微增率曲线上，查得微增率；③根据Hdi和，在各机组段的微增率曲线上求得各机组段的出力；④根据电站出力Ni和机组段水头Hdi，在Q=Q(N,Hdi)曲线上可查电站所消耗的流量Qi。iqiq320NQNiQiH1H2H3H3H2H1NiNiHdiZshiZshII+III+II+IIII+II+III+IViqNINIINIIIH1H2H3H1H2H3q0qqNN厂内经济运行总图333.5水电站厂内经济运行的实现3.5.2自动控制下的最优运行•在电力系统中的水电站，实现厂内经济运行时，必须具有实时和快速反应的特点，才能满足电站的实际运行需要。•通常将厂内优化运行系统作为电站控制系统的一个子系统，把从事优化运行计算的计算机和自动控制系统的外围设备直接联系起来，实现数据自动采集、自动处理、实时计算，自动控制系统则根据优化计算的结果，进行自动控制、调节和操作，从而实现水电站自动控制下的厂内优化运行。34主要功能如下：①根据电网调度计划、水电站水库来水及当时水位情况等，确定水电站日负荷计划。②在给定的全厂负荷下，进行机组工作台数和组合的最优计算，实现工作机组间的最优负荷分配。③根据日负荷计划或面临的负荷预测资料，提前进行机组启停机最优化计算。④对调频电站，在电站机组要改变运行工况时，如增减负荷、停机、启动新的工作机组等，进行实时计算，寻找出改变水电站机组工况的最优控制规律，并进行机组间随机负荷的最优分配和实时调节。35⑤当水电站按给定负荷运行或做调频运行时，实时进行负荷偏差的检测。当水电站的出力和系统负荷存在偏差时，及时进行相应调整和控制。⑥具有手动和自动两套功能。⑦定期对各机组当前动力特性进行检测。当偏差超过允许值时，及时进行修正。⑧通过屏幕显示计划的最优运行方法，操作指令、控制实况、当前厂内实际运行方式及相关的技术数据等信息，并将需要数据存入数据库。36作业1.用等微增率法进行厂内机组间最优负荷分配的基本思路？2.某水电站有3台不同型号的机组，额定容量分别为1000kw、500kw、500kw。试用动态规划法确定水电站水头10m，负荷为1000kw的最优负荷分配。10m水头下各机组流量与出力关系表1号机组2号机组3号机组N1/kwQ1/(m3/s-1)N2/kwQ2/(m3/s-1)N3/kwQ3/(m3/s-1)0000002002.61001.31001.24005.12002.52002.46007.33003.63003.78009.44004.84004.9100011.75006.15006.3