一種小水電站機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化方法
【專利摘要】一種小水電站機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化方法，該方法獲取小水電站歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，形成每臺(tái)小水電機(jī)組不同工況下的效率特性曲線；獲取水電站總發(fā)電流量、當(dāng)前工作水頭、各機(jī)組出力的上下限等數(shù)據(jù)，建立以小水電站運(yùn)行效率最大的目標(biāo)函數(shù)，確定約束條件；采用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，結(jié)合約束條件，求出每臺(tái)機(jī)組最優(yōu)的發(fā)電流量、小水電站機(jī)組最大出力，以及小水電站最大運(yùn)行效率。該方法能合理分配小水電站機(jī)組間的發(fā)電流量，實(shí)現(xiàn)小水電站最大功率輸出，不僅可以提高水資源的利用率，而且可以為現(xiàn)有小水電站機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行提供理論指導(dǎo)。
【專利說明】一種小水電站機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及小水電站機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化方法，屬于小水電機(jī)組運(yùn)行控制技術(shù)領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 小水電不僅可以改善能源結(jié)構(gòu)和增加能源供應(yīng)，而且可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境和降低溫 室氣體排放，大力發(fā)展小水電符合國家低碳化發(fā)展戰(zhàn)略。但是，小水電的出力特性與發(fā)電流 量大小密切相關(guān)，波動(dòng)性較大，尤其是徑流式小水電站。當(dāng)前的小水電站通常由幾臺(tái)小容量 的發(fā)電機(jī)組成，甚至每臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量也不完全相同，其運(yùn)行效率隨著發(fā)電機(jī)的出力變化 而變化。當(dāng)小水電站總發(fā)電流量一定時(shí)，希望小水電站所有發(fā)電機(jī)的總出力最大，即需要對 小水電站機(jī)組間的發(fā)電流量進(jìn)行合理的分配，使站內(nèi)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率最優(yōu)。然而，目前的 小水電站機(jī)組運(yùn)行方式缺乏理論指導(dǎo)，如站內(nèi)發(fā)電機(jī)的開啟數(shù)量，以及機(jī)組間的發(fā)電流量 優(yōu)化分配等問題，因此，研究一種小水電機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)機(jī)組間發(fā)電流量 的最優(yōu)分配，以提高水資源的利用率，同時(shí)為現(xiàn)有小水電站機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行提供理論依據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有小水電站機(jī)組運(yùn)行方式的不足，提出一種小水電機(jī)組運(yùn) 行效率優(yōu)化方法，該方法在小水電站總發(fā)電流量一定時(shí)，通過合理分配機(jī)組間的發(fā)電流量， 實(shí)現(xiàn)小水電機(jī)組以最優(yōu)的效率運(yùn)行。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，根據(jù)小水電站日常運(yùn)行數(shù)據(jù)，得到站內(nèi)每臺(tái)小水電機(jī)組效 率特性曲線；建立以小水電站運(yùn)行效率最大時(shí)的目標(biāo)函數(shù)，并確定約束條件；采用標(biāo)準(zhǔn)粒 子群算法進(jìn)行計(jì)算，求出站內(nèi)每臺(tái)小水電機(jī)組最優(yōu)的發(fā)電流量，使得小水電站總出力最大。
[0005] 本發(fā)明提出的一種小水電站機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化的方法，該方法包括以下步驟：
[0006] (1)獲取小水電站內(nèi)每臺(tái)機(jī)組在不同水頭和不同發(fā)電流量時(shí)的輸出功率，根據(jù)這 些歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，形成每臺(tái)小水電機(jī)組不同運(yùn)行工況下的效率特性曲線；
[0007] (2)獲取水電站總發(fā)電流量、當(dāng)前工作水頭、各個(gè)機(jī)組出力的上下限等基本數(shù)據(jù)， 在此基礎(chǔ)上，建立以小水電站運(yùn)行效率最大時(shí)的目標(biāo)函數(shù)，確定約束條件。
[0008] (3)采用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，結(jié)合約束條件，求出每臺(tái)機(jī)組 最優(yōu)的發(fā)電流量、小水電站機(jī)組最大出力，以及小水電站最大運(yùn)行效率。
[0009] 本發(fā)明方法中目標(biāo)函數(shù)以小水電站機(jī)組運(yùn)行時(shí)的總效率最大為目標(biāo)：
[0010]
[0011]式中：PGi(t) = 9·81 η 及⑴比⑴；

【權(quán)利要求】
1. 一種小水電站機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法根據(jù)小水電站日常運(yùn) 行數(shù)據(jù)，得到站內(nèi)每臺(tái)小水電機(jī)組效率特性曲線；建立以小水電站運(yùn)行效率最大時(shí)的目標(biāo) 函數(shù)，并確定約束條件；采用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法進(jìn)行計(jì)算，求出站內(nèi)每臺(tái)小水電機(jī)組最優(yōu)的發(fā) 電流量，使得小水電站總出力最大；所述方法包括以下步驟： (1) 獲取小水電站內(nèi)每臺(tái)機(jī)組在不同水頭和不同發(fā)電流量時(shí)的輸出功率，根據(jù)這些歷 史運(yùn)行數(shù)據(jù)，形成每臺(tái)小水電機(jī)組不同運(yùn)行工況下的效率特性曲線； (2) 獲取小水電站總發(fā)電流量、當(dāng)前工作水頭、各個(gè)機(jī)組出力上下限等基本數(shù)據(jù)；在此 基礎(chǔ)上，建立以小水電站運(yùn)行效率最大的目標(biāo)函數(shù)，確定約束條件； (3) 采用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，結(jié)合約束條件，求出每臺(tái)機(jī)組最優(yōu) 發(fā)電流量、小水電站機(jī)組最大出力，以及小水電站最大運(yùn)行效率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小水電站機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化方法，其特征在于，所述目 標(biāo)函數(shù)以小水電站機(jī)組運(yùn)行時(shí)的總效率最大為目標(biāo)：
式中：PGi(t) = 9.81 ; 其中，η總為t時(shí)段小水電站機(jī)組總運(yùn)行效率；η為小水電站機(jī)組臺(tái)數(shù)；Pei(t)為t時(shí) 段第i臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的出力；L為t時(shí)段第i臺(tái)機(jī)組在當(dāng)前水頭和發(fā)電流量時(shí)運(yùn)行效率； Qi(t)為t時(shí)段第i臺(tái)機(jī)組的發(fā)電流量；Hjt)為t時(shí)段第i臺(tái)機(jī)組當(dāng)前的水頭；Q(t)為t 時(shí)段總發(fā)電流量；H(t)為機(jī)組水頭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小水電站機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化方法，其特征在于，所述采 用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，具體包括： (1) 初始化粒子群，對粒子編碼，并且給定粒子的初始位置和初始速度：所述優(yōu)化，是 以每臺(tái)機(jī)組的發(fā)電流量為決策變量，對一個(gè)有η臺(tái)機(jī)組的小水電站，問題的解為這η臺(tái)機(jī) 組在t時(shí)段所分配的發(fā)電流量的組合；故粒子i的編碼向量為：0二(￥，心…··…<)， 裙為第1臺(tái)機(jī)組在t時(shí)段的發(fā)電流量，1 = 1，2......η;粒子i飛行速度的向量為： K =(、'丨，込…;粒子群中粒子的個(gè)數(shù)為m，整個(gè)粒子群的空間位置和飛行速度分別 為：P = (Q" Q2,......Q；.......Qm)T, V = (Vp V2,......V；.....VJT，粒子群的初始速度可 設(shè)置為 V = (0, 0,......0.....〇)τ ； (2) 構(gòu)造粒子適應(yīng)度函數(shù)，求解粒子的適應(yīng)度；粒子適應(yīng)度函數(shù)用于判斷粒子的位置 優(yōu)劣，目標(biāo)函數(shù)和約束的形式如下： min f s. t. Wj (x) ^ 0, i = 1, 2.....a zj (x) = 〇, j = 1，2.....b 目標(biāo)函數(shù)f'是小水電站總運(yùn)行效率的負(fù)數(shù)，Wi(x)為不等式約束，Zj(x)為等式約束， a，b為約束條件的個(gè)數(shù)； 采用外點(diǎn)懲罰函數(shù)法所構(gòu)造的適應(yīng)度函數(shù)為：
式中：F為所構(gòu)造的粒子適應(yīng)度函數(shù)；r為懲罰因子；上式中若懲罰項(xiàng)不為零，則懲罰 項(xiàng)起作用，粒子離開約束邊界越遠(yuǎn)，懲罰力度越大，以這樣的懲罰方式迫使迭代點(diǎn)回到可行 域； (3) 根據(jù)下面的公式迭代更新粒子的位置和速度；經(jīng)過k次迭代，粒子i所搜索到的歷 史最優(yōu)位置為仏(k)，整個(gè)粒子群搜索到的最優(yōu)位置為Q g(k)，k+Ι次迭代后粒子的速度和位 置更新公式為： +?) = ων\ (k)(A：)]+c2^(A:) q){k + \) = q!l(k) + v,,{k + % 式中：ω為慣性權(quán)重因子，通常取0· 8?1 ;Cl是粒子跟蹤自己歷史最優(yōu)值的權(quán)重系數(shù)， 它表示粒子自身的認(rèn)識(shí)，通常設(shè)置為2 ;c2是粒子跟蹤群體最優(yōu)值的權(quán)重系數(shù)，它表示粒子 對整個(gè)群體知識(shí)的認(rèn)識(shí)，通常設(shè)置為2 ; ξ、η是0?1之間的隨機(jī)數(shù)； (4) 循環(huán)迭代，判斷是否滿足終止條件，終止條件為最大迭代次數(shù)；若滿足，則停止迭 代，并輸出每臺(tái)機(jī)組的最優(yōu)流量分配；若不滿足，則返回步驟（2)重新計(jì)算求解粒子的適應(yīng) 度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小水電站機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化方法，其特征在于，所述約 束條件為： 機(jī)組流量平衡約束： 0(/) = Σ^^+β(/)=(：; i=\ 式中：Qjt)為t時(shí)段開停機(jī)損失發(fā)電流量；C為常數(shù)； 機(jī)組水頭約束： 分別為第i號(hào)機(jī)組允許的最小和最大水頭； 機(jī)組出力約束： e爲(wèi)網(wǎng)巧r. ， 式中：^和iff分別為第1臺(tái)機(jī)組的最小出力限制和最大出力限制；和^分 別為第2臺(tái)機(jī)組的最小出力限制和最大出力限制和巧Γ分別為第n臺(tái)機(jī)組的最小出 力限制和最大出力限制；Pcl(t)為t時(shí)段第1臺(tái)機(jī)組的實(shí)際出力；PC2(t)為t時(shí)段第2臺(tái)機(jī) 組的實(shí)際出力；Pen(t)為t時(shí)段第 n臺(tái)機(jī)組的實(shí)際出力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小水電站機(jī)組運(yùn)行效率優(yōu)化方法，其特征在于，所述小 水電機(jī)組運(yùn)行效率的確定方法是，獲取小水電站內(nèi)每臺(tái)機(jī)組在不同水頭和不同發(fā)電流量時(shí) 的輸出功率，通過對這些歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理，得到每臺(tái)小水電機(jī)組不同運(yùn)行工況下的效 率特性曲線；通過查詢效率特性曲線，獲取每臺(tái)小水電機(jī)組在當(dāng)前水頭和發(fā)電流量下的效 率值。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104216383SQ201410486029
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】夏永洪, 黃新, 辛建波, 胡蕾, 范瑞祥, 曹蓓 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院