變頂高尾水洞條件下水電站機組運行優化研究檢視原始碼討論檢視歷史

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變頂高尾水洞條件下水電站機組運行優化研究彭水水電站作為我國首個採用變頂高尾水隧洞的水電站，其運行中具有一定的特殊性，在水力過渡過程中尾水洞內的水力特性對機組的運行有着較大影響。

一、背景

彭水水電站作為我國首個採用變頂高尾水隧洞的水電站，其運行中具有一定的特殊性，在水力過渡過程中尾水洞內的水力特性對機組的運行有着較大影響。由於變頂高尾水隧洞內複雜的水力特性，使得機組甩負荷過渡過程更為複雜，其特性不僅與水輪機的工作水頭密切相關而且還與下游水位相關，由於現場試驗次數有限，僅通過現場試驗無法準確掌握機組在全水頭、全水位下的甩負荷過渡過程特性，不利於機組的安全運行。為了確保水電機組的安全運行，提高水電機組的調節品質，通過研究優化機組的控制策略，提高彭水水電廠安全生產水平，促進源網協調發展，為國內變頂高尾水隧洞水電機組的安全經濟運行提供有效的借鑑意義。

二、應用案例

1、項目概述

該項目已成功應用於彭水水電廠，如減少一次全廠計劃檢修停機將節約 2000 萬元，同時通過精細化劃分機組振動區，確保機組長期穩定運行；通過最優負荷分配，降低發電成本，減少機組耗損、改善其性能和挖掘發電潛力。項目實施後一年可增加 300 萬元的發電效益推廣應用情況。採用現場實測結合仿真計算的方法開展了彭水水電廠機組導葉關閉規律的優化研究，給出了較優的導葉關閉規律，在不增加蝸殼水壓值及尾水管真空度的前提下，適當縮短導葉關閉的第二段關閉時間，有效的控制了機組轉速上升率。基於變頂高尾水隧洞水力特性對彭水水電廠機組負荷調節及一次調頻等小波動過渡過程進行了綜合分析研究，採用「慢-快-慢」的「三段式調節」的方式改善功率調節過程的動態品質，並通過數值仿真對全水頭、全尾水位工況下調速器的調節參數進行了優化，通過調速器控制模式及控制參數的優化，機組功率調節速度明顯提高，功率反調值降低，大大改善了功率調節速度及一次調頻性能。

2、主要效益

直接經濟效益：本項目的研究提高了彭水水電站的機組調節性能，滿足了電網調度部門的要求，避免了調度部門的考核，經濟效益明顯；項目研究成果可以有效指導機組安全避振運行，減少機組事故停機次數，增加機組發電小時數，減少一次停機處理，按10天計算，折合電量等於35*24*10=8400萬kWh，按電站實際上網電價0.284元/千瓦時計算，相當於增加發電收益為2385.6萬元，經濟效益明顯。項目研究成果通過開展可以有效提高電廠水能利用率。僅以2015 年 12月24日一天運行情況為例，優化後一天內將減少耗水1.83*105m3，折合電價 1.08萬元，1年內增加發電效益不低於300萬元，項目研究成果給電廠帶來良好的經濟效果。

社會效益與間接經濟效益：本項目對水電廠的安全運行，源網協調具有重要的指導意義，避免了電廠事故的發生，保障了電網的安全穩定。同時研究成果為國內變頂高尾水隧洞水電機組的安全經濟運行提供有效的借鑑意義，社會效益巨大；同時通過精細化劃分機組振動區，確保機組長期穩定運行；通過經濟最優負荷分配，不僅可以降低發電成本，還可以減少水輪機組耗損、改善其性能和挖掘發電潛力，提高發電企業的經濟效益，對緩解當前的能源供需緊張、水資源短缺等均具有重要的意義，也更加符合人們對於節能環保、綠色發電理念的需求

三、技術要點

1．採用現場試驗結合數值仿真的方法對變頂高尾水隧洞水電機組全水頭全水位下的甩負荷過渡過程進行了深入分析，通過優化機組的導葉關閉規律，進一步改善機組的大波動控制性能。滿足了電網對水電機組一次調頻及AGC負荷響應的要求。

2．首次提出了一種基於「三區模型」的變頂高尾水隧洞小波動過渡過程的建模方法，結合理論分析及參數實測，建立了帶變頂高尾水隧洞水輪機調節系統的精細化仿真模型。該方法提供了一種變項高尾水機組優化方法，為機組優化控制提供了依據。

3.提出了一種適用於變頂高尾水隧洞水電機組的調速器變參數控制策略，改善了水電機組的調節品質，確保了水電廠的安全經濟運行及源網協調。通過對機組的控制參數調整改善了機組的調節品質，滿足了電網對水電機組一次調頻及 AGC 負荷響應的要求。

4.採用真機試驗數據與海量在線數據相結合的方式，全面掌握了彭水水電機組穩定性區域及能量特性。為精確掌握機組振動區提供了依據。

5.首次採用固定水頭方法分析尾水位對水電機組穩定性的影響，並確定了基於水頭、出力、尾水位等多變量的機組振動區，精細化指導機組避振運行。有效降低了機組在振動區運行的機會，為機組長期穩定運行提供了保障。

6.針對機組多振動區非連續分布特性，提出了負荷分配非連續約束處理方法，自適應滿足機組避振運行負荷的非連續分配，並實現了基於雙層嵌套循環優化算法的水電廠妥全、經濟運行決策支持系統，為多振動區機組 AGC 避振運行負荷分配提供了有效的解決方案。該方法提出可有效實際避 振運行和最優負荷分配，既實現了機組長期穩定運行，同時提升了經濟效益。

四、應用前景

課題採用混合粒子群（HPSO）優化算法可實現多個初始點出發尋優，更容易獲得全局最優解；同時針對機組多振動區非連續分布特性，提出了負荷分配非連續約束處理方法，自適應滿足機組避振運行負荷的非連續分配，並實現了基於雙層嵌套循環優化算法的水電廠妥全、經濟運行決策支持系統，為多振動區機組AGC避振運行負荷分配提供了有效的解決方案。