珊溪水力发电厂优化调度决策系统的开发与应用

刘仙玉，张仁贡，徐杨花

（1.浙江温州珊溪水力发电厂，浙江 温州 325300；2.浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231；3.浙江禹贡信息有限公司，浙江 杭州 310000）

珊溪水力发电厂优化调度决策系统的开发与应用

刘仙玉1，张仁贡2，徐杨花3

（1.浙江温州珊溪水力发电厂，浙江 温州 325300；2.浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231；3.浙江禹贡信息有限公司，浙江 杭州 310000）

摘要：珊溪水力发电存在着水电站动态调度不确定的问题，针对珊溪水力发电站的实际情况。通过珊溪水力发电厂优化调度智能决策系统，可以使系统管理指标完善，可扩展性强，记录维护方便，管理深度可根据要求达到各种精细层次；水电站数据管理等关键水电站数据管理业务符合各水电站企业的水电站数据业务管理要求，该系统优化以后更加贴近生产业务，功能实用。

关键词：优化；智能决策；发电厂；优化调度；珊溪水电站

1引言

珊溪水力发电厂的动能经济效益与运行工况密切相关。为此，必须对珊溪水力发电厂原始资料作进一步地研究与分析，比方说机组动力的特性、最优工作机组台数和组合、机组合理的启动与停止、在各运行机组间有功负荷的最优分配等，才能得到水电站运行最优方案，以获得水电站运行[1]最大效益。而优化调度决策系统就变得很急迫，经计算，2014年1月，珊溪水电站增加效益为3.212%；其他电站的优化运行为：赵山渡电厂平均优化效益达2.032%，闸门优化经计算平均优化效益可达2.151%。据实施结果看，本系统的日优化效益都在1%以上，最高可达3%左右,且多数在2%左右波动。

以温州珊溪水力发电厂为例，装机容量为20万kW，年平均利用小时1 775 h，按平均电价0.5元/kW·h计算，若提高发电效益2%，则每年节约资金：P＝200000×1775×0.5×0.02＝3 550 000元，即355万元。

2系统结构的总体设计

系统结构分为外部结构与内部结构，外部结构就是系统的应用部分；而内部结构则是指后台的数据库，而后台的数据库目前用的是MSAccess2000。

应用软件的系统由8个部分组成，分别是系统管理、数据库管理、曲线绘制和管理、计算分析、系统设置、系统查询、视图和帮助。图1所示为结构框图。

图1系统结构图

从图1可知：电力调度数据、水电站模型数据、实测水头数据等分为不同渠道进入系统各个子模块，为动力特性模块[2]时间优化模块和空间优化模块提供数据，群粒算法模块为时间/空间优化模块提供算法，最优方案保存进入数据库，通过智能决策模块，最后进行显示与发布。系统中的各子系统既是独立的，又是相互关联的，相互独立是指每个子系统可以独立操作，完成某些特定的功能，相互关联是指各子系统之间的数据在特定范围内可以共享。无论哪个子系统按其内部的功能分类可分为以下一些基本的功能：

（1）数据库的建立。即储存各功能模块的数据库可以根据输入的条件自动创建；

（2）数据处理。把数据库的数据进行添加、修改、删除和数据的交换，还有转换等；

（3）数据的处理。包括数据的计算和插值，由数据绘制图形等；

（4）数据的查询功能。即数据查询、打印预览、输出为文件等；

（5）数据的管理功能。数据的维护、保密、备份和恢复等；

（6）图形的管理功能。图形的保存、注释、从图中读取数据等。

3系统主要功能

系统可以分8大子系统，每个子系统的功能分述如下：

（1）管理子系统：该子系统是为完善系统的打开、建立和保存而设计的，有以下内容：

1）创建新系统的模块，通过模块可以设置水电站名称、机组台数、系统文件名称及保存路径，从而建立系统分析文件，为以后分析之所必需。

2）打开系统的模块：在系统分析过程的时候，我们可以分间段进行，在各部分得到和保存文件的分析结果后，就算是关闭系统或者停止运行。有了这个模块以后，在下次开机运行打开系统的时候，以前分析的结果还是有的。

3）保存系统的模块：上文中提到的各个部分的分析结果，可以通过该模块保存到文件，防止分析数据丢失，有助于保存。

4）系统另存为模块：经过该模块，不但可以把各部分的分析结果保存到文件，并且能对分析的结果进行备份。

5）文件列表模块：通过这个模块把最新新建的或打开的文档路径保存到注册表，为以后的打开提供便利。

（2）数据库管理子系统：这个子系统实现了数据库的建立、数据的导入、导出和编辑，数据表的打印预览等功能。包括以下内容：

1）动力特性数据库引入模块：通过这个模块，可把实时测得的数据引入到动力特性数据库当中，作为以后水电站机组动力特性分析。

2）系统负荷数据库管理模块：该模块分两个部分，第一部分是系统负荷数据库的建立，以建立任何一天的系统负荷分配初始表和系统日负荷特性表；第二部分是日负荷数据的导入，导入后的数据可作为日负荷特性分析和系统有功负荷分配的根据。

3）数据库记录操作模块：该模块可对数据库的记录进行转移，包括移到首项记录、移到下一项记录、移上一项记录、移到末项记录，也可以对数据库记录进行编辑，包括了添加记录、删除记录、更新记录、刷新记录等。

4）数据库导出模块：可把数据库的数据导出为Word文档、Excel电子表格和Access数据表等。

5）数据库打印预览模块：通过模块可将数据库表输出到Word打印预览、或Excel打印预览，进而可在Word或Excel中作相应的调整，打印出来，十分方便。

（3）曲线绘制和管理子系统：该子系统是为了进行各种曲线的绘制及管理而设计的，它包括以下内容：

1）动力特性曲线绘制模块：通过该模块可绘制出水电站流量出力关系特性曲线、功率损失的特性曲线、耗水率的特性曲线、机组效率的特性曲线、微增率的特性曲线等；通过该模块还可以对无实时数据的水头经过插值绘制插值水头流量的特性曲线。

2）日负荷图绘制模块：本模块用来绘制水电站的日负荷运行图，从主工具栏当中可选择不同的日子，可显示和绘制该日的日负荷特性曲线图。

3）曲线图编辑注释模块：本模块可以对曲线进行缩放（包含放大、缩小）、曲线旋转（包含左旋转90°、翻转180°）、曲线编辑（包含撤消、重做、剪切、复制）、利用注释工具栏可对曲线进行注释、并合并注释于曲线层。

4）曲线输出模块：该模块可把曲线图以多种格式输出，输出格式有位图文件(*.bmp)、AWD文件(*. awd)、TIFF文件(*.tif)、PCX文件(*.pcx)、XIF文件(*. xif)、JPEG文件(*.jpg)、GIF文件(*.gif)等。

5）曲线数据读取模块：通过本模块的助读标尺、可以很精确的读出曲线上各点的数据值。

（4）计算分析子系统：这个子系统是专门为数据的计算和分析而设计的，该子系统也是本软件的核心子系统，许多重要的计算和分析都在该子系统中实现。该子系统包括以下功能项：

1）任意机组有功负荷分配数据库初始化模块：初始化任意机组有功负荷分配的数据库是完成水电站机组任意机组间有功负荷分配所必需的。

2）固定机组有功负荷分配数据库初始化模块：初始化固定机组有功负荷分配的数据库为水电站机组固定机组间有功负荷分配提供根据。

3）有功负荷分配模块：可用两种方法对水电站机组的有功负荷进行分配，即遗传算法和动态规划法。

4）动力特性关联计算模块：通过本模块可计算动力特性初始数据库各有关字段，为动力特性的相关性分析提供了条件。

5）日负荷数据相关计算模块：本模块主要是计算日负荷特性的数据库中的时段值。

（5）设置子系统：该子系统为设置系统各方面的参数进行设计的。它包含以下内容：

1）机组检修设置模块：可以对机组的检修情况进行设置，它对水电站的有功负荷的分配将会产生影响。

2）动力特性曲线绘制设置模块：主要是设置动力的特性曲线拟合的次数。

3）曲线页面属性设置模块：可对曲线页面的颜色、压缩、分辨率、大小等进行设置。

4）汽蚀振动区域设置模块：可对机组的汽蚀振动区域进行设置，它会影响水电站有功负荷的分配。

5）机组出力限制设置模块：可对机组的汽蚀振动区域进行设置，它也将会影响水电站有功负荷的分配。

6）曲线绘制颜色设置模块：主要设置曲线绘制的各种颜色。

7）数据库操作设置模块：主要设置数据库的可编辑状态及TAB键的功能。

（6）查询子系统：本系统是为系统各方面的查询而设计的，主要包含：

1）日负荷查询模块：查询日负荷的各种参数值。

2）动力特性查询模块:查询动力特性的各种参数值。

3）有功负荷分配查询模块：包括固定机组最优分配表查询、有功负荷分配查询、任意机组最优分配表查询等等，可以输入负荷与水头，进行实时查询。

（7）视图子系统：该子系统是为进行界面视图个性化服务来设计的。该子系统包括以下功能：

1）显示窗口：即可显示数据曲线的窗口，它也可以被显示或隐藏。

2）主工具栏：它可以显示或隐藏主工具栏。

3）状态栏：它可以显示或隐藏主状态栏。

4）主界面：通过它可把界面设置为Windows标准或个性化风格；设置后，将在软件下次启动时生效。

5）控制窗口：即树状显示窗口，它可以显示或隐藏该窗口。

（8）帮助子系统：该子系统包括以下内容

1）关于本软件：本软件所有声明，版权等等。

2）主题帮助：所有的关于本软件的功能和操作帮助及THML格式。

4主要研究成果

（1）经过实施计算、日优化效益都在1%以上，最高可达3%左右,且多数在2%左右波动，能够提升经济效益。

（2）该应用证明了GA算法的有效性和优越性，GA算法是一种新型算法，其成功应用使得该算法的推广又前进了一步。

（3）该系统提升了电站原有系统的功能，尤其是AGC的功能。

（4）系统操作方便，功能灵活设置，符合电站职工的习惯，这为培训节约了时间。

（5）系统是水电站计算机监控的高级应用，实践表明，高级应用能提升电站综合自动化[3]。

5主要建议

（1）在实施水电站要做好真机实验

实施前建议实施电站做好水轮机的真机试验，否则采用模型试验数据的效果不理想。同时将增加后期的调试难度。

（2）实施的水电站要有计算机监控系统

实施单位应该安装有水电站计算机监控系统，未安装计算机监控系统的电站将不能实施。

（3）该系统应该装在10万kW的水电站

建议装机容量10万kW的水电站实施该系统，小型水电站实施的效益将可能低于1%。

6结束语

如果系统在浙江省乃至全国推广应用，若平均发电效益提高2%，将产生很可观的经济效益。因此，该系统的推广与应用对缓解我国能源紧缺的局面有着重要意义和价值。

参考文献：

[1]陈森林.水电站水库运行与调度[M].北京：中国电力出版社，2008:1-185.

[2]冀成，杨兆建，庞新宇，等.基于ANSYS旋转机械模块的转子动力特征分析[J].机械工程与自动化，2012（6）：1-3.

[3]丁书文.变电站综合自动化原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

[4]张仁贡.水电站厂内经济运行智能决策支持系统的设计与应用[J].水力发电学报，2012（4）：244-250.

中图分类号：TV737

文献标识码：A

文章编号：1672-5387（2015）10-0054-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.019

收稿日期：2015-05-03

作者简介：刘仙玉（1965-），男，高级工程师，研究方向：水电站运行与维护。