珊溪水力發(fā)電廠優(yōu)化調(diào)度決策系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

劉仙玉，張仁貢，徐楊花

（1.浙江溫州珊溪水力發(fā)電廠，浙江 溫州 325300；2.浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231；3.浙江禹貢信息有限公司，浙江 杭州 310000）

珊溪水力發(fā)電廠優(yōu)化調(diào)度決策系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

劉仙玉1，張仁貢2，徐楊花3

（1.浙江溫州珊溪水力發(fā)電廠，浙江 溫州 325300；2.浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231；3.浙江禹貢信息有限公司，浙江 杭州 310000）

摘要：珊溪水力發(fā)電存在著水電站動態(tài)調(diào)度不確定的問題，針對珊溪水力發(fā)電站的實際情況。通過珊溪水力發(fā)電廠優(yōu)化調(diào)度智能決策系統(tǒng)，可以使系統(tǒng)管理指標完善，可擴展性強，記錄維護方便，管理深度可根據(jù)要求達到各種精細層次；水電站數(shù)據(jù)管理等關(guān)鍵水電站數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)符合各水電站企業(yè)的水電站數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理要求，該系統(tǒng)優(yōu)化以后更加貼近生產(chǎn)業(yè)務(wù)，功能實用。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化；智能決策；發(fā)電廠；優(yōu)化調(diào)度；珊溪水電站

1引言

珊溪水力發(fā)電廠的動能經(jīng)濟效益與運行工況密切相關(guān)。為此，必須對珊溪水力發(fā)電廠原始資料作進一步地研究與分析，比方說機組動力的特性、最優(yōu)工作機組臺數(shù)和組合、機組合理的啟動與停止、在各運行機組間有功負荷的最優(yōu)分配等，才能得到水電站運行最優(yōu)方案，以獲得水電站運行[1]最大效益。而優(yōu)化調(diào)度決策系統(tǒng)就變得很急迫，經(jīng)計算，2014年1月，珊溪水電站增加效益為3.212%；其他電站的優(yōu)化運行為：趙山渡電廠平均優(yōu)化效益達2.032%，閘門優(yōu)化經(jīng)計算平均優(yōu)化效益可達2.151%。據(jù)實施結(jié)果看，本系統(tǒng)的日優(yōu)化效益都在1%以上，最高可達3%左右,且多數(shù)在2%左右波動。

以溫州珊溪水力發(fā)電廠為例，裝機容量為20萬kW，年平均利用小時1 775 h，按平均電價0.5元/kW·h計算，若提高發(fā)電效益2%，則每年節(jié)約資金：P＝200000×1775×0.5×0.02＝3 550 000元，即355萬元。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為外部結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，外部結(jié)構(gòu)就是系統(tǒng)的應(yīng)用部分；而內(nèi)部結(jié)構(gòu)則是指后臺的數(shù)據(jù)庫，而后臺的數(shù)據(jù)庫目前用的是MSAccess2000。

應(yīng)用軟件的系統(tǒng)由8個部分組成，分別是系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)庫管理、曲線繪制和管理、計算分析、系統(tǒng)設(shè)置、系統(tǒng)查詢、視圖和幫助。圖1所示為結(jié)構(gòu)框圖。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從圖1可知：電力調(diào)度數(shù)據(jù)、水電站模型數(shù)據(jù)、實測水頭數(shù)據(jù)等分為不同渠道進入系統(tǒng)各個子模塊，為動力特性模塊[2]時間優(yōu)化模塊和空間優(yōu)化模塊提供數(shù)據(jù)，群粒算法模塊為時間/空間優(yōu)化模塊提供算法，最優(yōu)方案保存進入數(shù)據(jù)庫，通過智能決策模塊，最后進行顯示與發(fā)布。系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)既是獨立的，又是相互關(guān)聯(lián)的，相互獨立是指每個子系統(tǒng)可以獨立操作，完成某些特定的功能，相互關(guān)聯(lián)是指各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)在特定范圍內(nèi)可以共享。無論哪個子系統(tǒng)按其內(nèi)部的功能分類可分為以下一些基本的功能：

（1）數(shù)據(jù)庫的建立。即儲存各功能模塊的數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)輸入的條件自動創(chuàng)建；

（2）數(shù)據(jù)處理。把數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行添加、修改、刪除和數(shù)據(jù)的交換，還有轉(zhuǎn)換等；

（3）數(shù)據(jù)的處理。包括數(shù)據(jù)的計算和插值，由數(shù)據(jù)繪制圖形等；

（4）數(shù)據(jù)的查詢功能。即數(shù)據(jù)查詢、打印預(yù)覽、輸出為文件等；

（5）數(shù)據(jù)的管理功能。數(shù)據(jù)的維護、保密、備份和恢復(fù)等；

（6）圖形的管理功能。圖形的保存、注釋、從圖中讀取數(shù)據(jù)等。

3系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)可以分8大子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)的功能分述如下：

（1）管理子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)是為完善系統(tǒng)的打開、建立和保存而設(shè)計的，有以下內(nèi)容：

1）創(chuàng)建新系統(tǒng)的模塊，通過模塊可以設(shè)置水電站名稱、機組臺數(shù)、系統(tǒng)文件名稱及保存路徑，從而建立系統(tǒng)分析文件，為以后分析之所必需。

2）打開系統(tǒng)的模塊：在系統(tǒng)分析過程的時候，我們可以分間段進行，在各部分得到和保存文件的分析結(jié)果后，就算是關(guān)閉系統(tǒng)或者停止運行。有了這個模塊以后，在下次開機運行打開系統(tǒng)的時候，以前分析的結(jié)果還是有的。

3）保存系統(tǒng)的模塊：上文中提到的各個部分的分析結(jié)果，可以通過該模塊保存到文件，防止分析數(shù)據(jù)丟失，有助于保存。

4）系統(tǒng)另存為模塊：經(jīng)過該模塊，不但可以把各部分的分析結(jié)果保存到文件，并且能對分析的結(jié)果進行備份。

5）文件列表模塊：通過這個模塊把最新新建的或打開的文檔路徑保存到注冊表，為以后的打開提供便利。

（2）數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)：這個子系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的建立、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出和編輯，數(shù)據(jù)表的打印預(yù)覽等功能。包括以下內(nèi)容：

1）動力特性數(shù)據(jù)庫引入模塊：通過這個模塊，可把實時測得的數(shù)據(jù)引入到動力特性數(shù)據(jù)庫當中，作為以后水電站機組動力特性分析。

2）系統(tǒng)負荷數(shù)據(jù)庫管理模塊：該模塊分兩個部分，第一部分是系統(tǒng)負荷數(shù)據(jù)庫的建立，以建立任何一天的系統(tǒng)負荷分配初始表和系統(tǒng)日負荷特性表；第二部分是日負荷數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，導(dǎo)入后的數(shù)據(jù)可作為日負荷特性分析和系統(tǒng)有功負荷分配的根據(jù)。

3）數(shù)據(jù)庫記錄操作模塊：該模塊可對數(shù)據(jù)庫的記錄進行轉(zhuǎn)移，包括移到首項記錄、移到下一項記錄、移上一項記錄、移到末項記錄，也可以對數(shù)據(jù)庫記錄進行編輯，包括了添加記錄、刪除記錄、更新記錄、刷新記錄等。

4）數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出模塊：可把數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Word文檔、Excel電子表格和Access數(shù)據(jù)表等。

5）數(shù)據(jù)庫打印預(yù)覽模塊：通過模塊可將數(shù)據(jù)庫表輸出到Word打印預(yù)覽、或Excel打印預(yù)覽，進而可在Word或Excel中作相應(yīng)的調(diào)整，打印出來，十分方便。

（3）曲線繪制和管理子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)是為了進行各種曲線的繪制及管理而設(shè)計的，它包括以下內(nèi)容：

1）動力特性曲線繪制模塊：通過該模塊可繪制出水電站流量出力關(guān)系特性曲線、功率損失的特性曲線、耗水率的特性曲線、機組效率的特性曲線、微增率的特性曲線等；通過該模塊還可以對無實時數(shù)據(jù)的水頭經(jīng)過插值繪制插值水頭流量的特性曲線。

2）日負荷圖繪制模塊：本模塊用來繪制水電站的日負荷運行圖，從主工具欄當中可選擇不同的日子，可顯示和繪制該日的日負荷特性曲線圖。

3）曲線圖編輯注釋模塊：本模塊可以對曲線進行縮放（包含放大、縮?。?、曲線旋轉(zhuǎn)（包含左旋轉(zhuǎn)90°、翻轉(zhuǎn)180°）、曲線編輯（包含撤消、重做、剪切、復(fù)制）、利用注釋工具欄可對曲線進行注釋、并合并注釋于曲線層。

4）曲線輸出模塊：該模塊可把曲線圖以多種格式輸出，輸出格式有位圖文件(*.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）曲線數(shù)據(jù)讀取模塊：通過本模塊的助讀標尺、可以很精確的讀出曲線上各點的數(shù)據(jù)值。

（4）計算分析子系統(tǒng)：這個子系統(tǒng)是專門為數(shù)據(jù)的計算和分析而設(shè)計的，該子系統(tǒng)也是本軟件的核心子系統(tǒng)，許多重要的計算和分析都在該子系統(tǒng)中實現(xiàn)。該子系統(tǒng)包括以下功能項：

1）任意機組有功負荷分配數(shù)據(jù)庫初始化模塊：初始化任意機組有功負荷分配的數(shù)據(jù)庫是完成水電站機組任意機組間有功負荷分配所必需的。

2）固定機組有功負荷分配數(shù)據(jù)庫初始化模塊：初始化固定機組有功負荷分配的數(shù)據(jù)庫為水電站機組固定機組間有功負荷分配提供根據(jù)。

3）有功負荷分配模塊：可用兩種方法對水電站機組的有功負荷進行分配，即遺傳算法和動態(tài)規(guī)劃法。

4）動力特性關(guān)聯(lián)計算模塊：通過本模塊可計算動力特性初始數(shù)據(jù)庫各有關(guān)字段，為動力特性的相關(guān)性分析提供了條件。

5）日負荷數(shù)據(jù)相關(guān)計算模塊：本模塊主要是計算日負荷特性的數(shù)據(jù)庫中的時段值。

（5）設(shè)置子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)為設(shè)置系統(tǒng)各方面的參數(shù)進行設(shè)計的。它包含以下內(nèi)容：

1）機組檢修設(shè)置模塊：可以對機組的檢修情況進行設(shè)置，它對水電站的有功負荷的分配將會產(chǎn)生影響。

2）動力特性曲線繪制設(shè)置模塊：主要是設(shè)置動力的特性曲線擬合的次數(shù)。

3）曲線頁面屬性設(shè)置模塊：可對曲線頁面的顏色、壓縮、分辨率、大小等進行設(shè)置。

4）汽蝕振動區(qū)域設(shè)置模塊：可對機組的汽蝕振動區(qū)域進行設(shè)置，它會影響水電站有功負荷的分配。

5）機組出力限制設(shè)置模塊：可對機組的汽蝕振動區(qū)域進行設(shè)置，它也將會影響水電站有功負荷的分配。

6）曲線繪制顏色設(shè)置模塊：主要設(shè)置曲線繪制的各種顏色。

7）數(shù)據(jù)庫操作設(shè)置模塊：主要設(shè)置數(shù)據(jù)庫的可編輯狀態(tài)及TAB鍵的功能。

（6）查詢子系統(tǒng)：本系統(tǒng)是為系統(tǒng)各方面的查詢而設(shè)計的，主要包含：

1）日負荷查詢模塊：查詢?nèi)肇摵傻母鞣N參數(shù)值。

2）動力特性查詢模塊:查詢動力特性的各種參數(shù)值。

3）有功負荷分配查詢模塊：包括固定機組最優(yōu)分配表查詢、有功負荷分配查詢、任意機組最優(yōu)分配表查詢等等，可以輸入負荷與水頭，進行實時查詢。

（7）視圖子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)是為進行界面視圖個性化服務(wù)來設(shè)計的。該子系統(tǒng)包括以下功能：

1）顯示窗口：即可顯示數(shù)據(jù)曲線的窗口，它也可以被顯示或隱藏。

2）主工具欄：它可以顯示或隱藏主工具欄。

3）狀態(tài)欄：它可以顯示或隱藏主狀態(tài)欄。

4）主界面：通過它可把界面設(shè)置為Windows標準或個性化風(fēng)格；設(shè)置后，將在軟件下次啟動時生效。

5）控制窗口：即樹狀顯示窗口，它可以顯示或隱藏該窗口。

（8）幫助子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)包括以下內(nèi)容

1）關(guān)于本軟件：本軟件所有聲明，版權(quán)等等。

2）主題幫助：所有的關(guān)于本軟件的功能和操作幫助及THML格式。

4主要研究成果

（1）經(jīng)過實施計算、日優(yōu)化效益都在1%以上，最高可達3%左右,且多數(shù)在2%左右波動，能夠提升經(jīng)濟效益。

（2）該應(yīng)用證明了GA算法的有效性和優(yōu)越性，GA算法是一種新型算法，其成功應(yīng)用使得該算法的推廣又前進了一步。

（3）該系統(tǒng)提升了電站原有系統(tǒng)的功能，尤其是AGC的功能。

（4）系統(tǒng)操作方便，功能靈活設(shè)置，符合電站職工的習(xí)慣，這為培訓(xùn)節(jié)約了時間。

（5）系統(tǒng)是水電站計算機監(jiān)控的高級應(yīng)用，實踐表明，高級應(yīng)用能提升電站綜合自動化[3]。

5主要建議

（1）在實施水電站要做好真機實驗

實施前建議實施電站做好水輪機的真機試驗，否則采用模型試驗數(shù)據(jù)的效果不理想。同時將增加后期的調(diào)試難度。

（2）實施的水電站要有計算機監(jiān)控系統(tǒng)

實施單位應(yīng)該安裝有水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，未安裝計算機監(jiān)控系統(tǒng)的電站將不能實施。

（3）該系統(tǒng)應(yīng)該裝在10萬kW的水電站

建議裝機容量10萬kW的水電站實施該系統(tǒng)，小型水電站實施的效益將可能低于1%。

6結(jié)束語

如果系統(tǒng)在浙江省乃至全國推廣應(yīng)用，若平均發(fā)電效益提高2%，將產(chǎn)生很可觀的經(jīng)濟效益。因此，該系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用對緩解我國能源緊缺的局面有著重要意義和價值。

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中圖分類號：TV737

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5387（2015）10-0054-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.019

收稿日期：2015-05-03

作者簡介：劉仙玉（1965-），男，高級工程師，研究方向：水電站運行與維護。