一种应用于电力辅助服务市场的水轮发电机组AGC实时控制策略的制作方法

本发明涉及电力系统自动化控制，具体为一种应用于电力辅助服务市场的水轮发电机组agc实时控制策略。

背景技术：

1、随着电力市场的不断发展，电力辅助服务市场逐渐成为电力系统的重要组成部分，水轮发电机组作为电力系统中的主要发电设备之一，其稳定、高效的运行对于保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义，然而，水轮发电机组的运行特性受到多种因素的影响，其中水轮机的非线性特性尤为显著，这些特性使得水轮机的控制变得复杂且难以精确，因此，研究一种能够准确反映水轮机非线性特性并对其进行有效补偿的控制策略，对于提高水轮发电机组的运行效率和稳定性具有重要意义。

2、传统的水轮机控制策略大多基于线性模型进行设计，难以准确反映水轮机的非线性特性，因此，在实际运行过程中，这些策略往往难以达到预期的控制效果，特别是在水轮机处于复杂工况下时，传统控制策略的局限性更加明显，此外，传统技术在水轮机非线性特性补偿控制方面也存在一些不足，同时，对于导叶开度与出力的非线性关系，传统方法也缺乏有效的补偿手段，使得水轮机在不同工况下的出力难以达到预期目标，尽管有些传统技术尝试通过建立非线性补偿函数对agc系统输出的功率指令进行修正，但由于缺乏深入的非线性特性分析和精确的补偿函数设计，其补偿效果有限，难以满足实际运行需求。

3、因此，开发一种应用于电力辅助服务市场的水轮发电机组agc实时控制策略，通过深入分析水轮机的非线性特性，并采用非线性补偿控制技术对agc控制信号进行修正和补偿，从而提高控制的精度和稳定性，使水轮机在不同工况下都能按照预期的目标出力运行。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种应用于电力辅助服务市场的水轮发电机组agc实时控制策略，它能够通过数据采集与监测、非线性特性分析、agc控制信号修正、负荷分配与调节、实时反馈与调整以及与电力辅助服务市场交互步骤，实现了对水轮机非线性特性的补偿控制，提高了控制的精度和响应速度，优化了水轮发电机组的运行效率，为电力辅助服务市场提供了更加可靠、高效的调节能力。

2、本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种应用于电力辅助服务市场的水轮发电机组agc实时控制策略，该控制策略的具体步骤为：

3、s100，数据采集与监测：通过安装在水轮机上的流量传感器、水头传感器、导叶开度传感器和功率传感器采集水轮机的运行数据，并监测电力系统的频率、负荷需求和上级调度下发的有功功率目标值；

4、s200，非线性特性分析：从采集到的水轮机运行数据中提取流量、水头和功率数据，根据不同的水头区间对数据进行分组，分析流量-水头-功率曲线的非线性特性以及导叶开度与出力的非线性关系，建立非线性补偿函数对agc控制信号进行修正和补偿；

5、所述s200中流量-水头-功率曲线绘制与分析：对于每个水头区间，以流量为横坐标，功率为纵坐标绘制曲线，采用五点差分法计算相邻两点之间的斜率，观察斜率随流量变化的规律，通过二阶导数判断曲线的凹凸性，比较不同水头区间曲线的差异，观察不同水头区间绘制的流量-水头-功率曲线在形状、斜率、凹凸性方面的差异，了解水头对非线性特性的影响；

6、所述s200中导叶开度与出力关系曲线绘制与分析：从采集到的运行数据中提取导叶开度和出力数据，对数据进行筛选和预处理，以导叶开度为横坐标，出力为纵坐标绘制曲线，分析曲线在不同开度区间的斜率变化，了解出力随导叶开度变化的规律确定曲线的关键转折点，通过观察曲线的形状变化，找出曲线斜率发生突变的点，研究不同工况下曲线的变化，分析工况对非线性关系的影响；

7、所述s200中非线性补偿函数建立：对于流量-水头-功率曲线的非线性特性，采用多元非线性回归分析方法建立补偿函数，公式为：，其中为功率，为流量，为水头，和为待确定的系数；对于导叶开度与出力的非线性关系，采用分段函数建立补偿函数，当导叶开度在区间时，出力与开度的关系表示为：，当导叶开度在区间时，出力与开度的关系表示为：，其中为导叶开度，和为不同区间的出力，和为系数；

8、s300，agc控制信号修正：将agc系统输出的功率指令代入上述非线性补偿函数进行修正，基于流量-水头-功率曲线修正时，公式为：，其中和为当前采集到的流量和水头值，基于导叶开度与出力关系修正时，当导叶开度在区间时，出力与开度的关系表示为：，当导叶开度在区间时，出力与开度的关系表示为：，其中为导叶开度，和为不同区间的出力，和为系数，得到修正后的功率指令，考虑水轮机的运行限制条件，对修正后的功率指令进行检查，不符合要求，重新进行修正；

9、s400，负荷分配与调节：根据修正后的功率指令以及电力系统的负荷需求，按优先级梯度分配算法，确定水轮发电机组的运行台数、运行机组的组合以及机组间的负荷分配，同时考虑水库上游来水量及水位、下游泄水量及水位、水库容量因素，以经济运行为原则，对机组的负荷进行调节；

10、s500，实时反馈与调整：将水轮发电机组的实际运行数据实时反馈给agc系统，根据反馈数据，对agc控制策略进行调整和优化；

11、s600，与电力辅助服务市场交互：根据电力辅助服务市场的规则和要求，将水轮发电机组的可用容量、调节能力的信息上报给市场运营机构，接收市场运营机构下发的调节指令，并根据上述步骤中的agc控制策略进行响应和执行。

12、进一步地，所述s200中采用五点差分法计算流量-水头-功率曲线斜率变化率，对于流量-水头-功率曲线，设流量为，功率为，在曲线上选取五个连续的点，分别为：，，，采用五点差分法计算中间点处的斜率，公式为：，且。

13、更进一步地，所述s200中根据二阶导数判断流量-水头-功率曲线凹凸性，设流量-水头-功率曲线的函数表达式为，对求一阶导数为，公式为：，其中是流量的步长，是某一流量值，对一阶导数再次求导得到二阶导数，公式为：根据二阶导数的值判断曲线的凹凸性，则曲线在处为凹函数，曲线在该点附近向上弯曲，则曲线在处为凸函数，曲线在该点附近向下弯曲。

14、更进一步地，所述s200中通过斜率变化率确定导叶开度区间，设导叶开度为，出力为，在某一区间内，选取相邻两点和，斜率的计算公式为：，当斜率变化率超过某一设定阈值时，可将该点作为区间划分的临界点，其中，和是相邻区间的斜率，和是相邻的导叶开度值。

15、更进一步地，所述s300中基于流量-水头-功率曲线的修正，获取agc系统输出的原始功率指令，同时获取当前水轮机的流量和水头数据，将、以及代入流量-水头-功率曲线的非线性补偿函数：，计算得到修正后的功率指令，获取机组振区的相关参数，包括振区的频率范围和对应的功率范围，根据当前水轮机的运行频率和计算得到的修正后功率指令，判断是否满足振区条件，修正后的功率符合指令要求，不需要重新调整，修正后的功率指令不符合振区要求，采用线性插值法进行调整。

16、更进一步地，所述s300中修正后的功率指令不符合振区要求，采用线性插值法进行调整，设振区边界功率值为，则调整后的功率指令计算公式为：，其中为前水轮机的运行频率，为振区的频率范围，为agc系统输出的原始功率指令。

17、更进一步地，所述s300中基于导叶开度与出力关系的修正，通过导叶开度传感器获取当前导叶开度的数据，将导叶开度与预先确定的导叶开度区间进行比较，确定所在的区间，根据导叶开度所在区间，选择对应的补偿函数，在区间，选择函数：，在区间，选择函数：，将当前导叶开度代入所选的补偿函数中，计算得到修正后的功率指令。

18、更进一步地，所述s400根据修正后的功率指令以及电力系统的负荷需求，按优先级梯度分配算法确定水轮发电机组的运行台数、运行机组的组合以及机组间的负荷分配，对于第一优先级机组，其所能带的负荷为：，对于第二优先级机组，其所能带的负荷为：，其中为修正后的总功率指令，为机组功率最小限制，为参加agc的机组总数，pnj为不参加agc的机组出力总加，和分别为第一优先级机组和第二优先级机组的最大功率限制。

19、更进一步地，所述s500中通过误差计算公式计算水轮发电机组实际出力与预期出力的误差，公式为：，其中为实际出力，为预期出力，为设定的误差阈值，触发对负荷分配算法和非线性补偿函数的调整。

20、更进一步地，所述s500中从经济运行角度出发误差阈值，误差导致的发电效率损失超过某一经济阈值，设发电效率与功率的关系为，实际出力为，预期出力为：，当时，其中为单位电量的成本，通过调整和的差值来确定合适的误差阈值。

21、与现有技术相比，该一种应用于电力辅助服务市场的水轮发电机组agc实时控制策略具备如下有益效果：

22、一、本发明通过深入分析水轮机的非线性特性，如流量-水头-功率曲线的非线性以及导叶开度与出力的非线性关系，能够精确地捕捉到这些特性对机组运行的影响，通过采用非线性补偿控制技术，对agc控制信号进行修正和补偿，显著提高了控制的精度，这意味着水轮机在不同工况下，如不同的流量、水头和导叶开度组合下，都能更加准确地按照预期的目标出力运行，从而提高了整个电力系统的稳定性和可靠性。

23、二、本发明通过建立非线性补偿函数，对agc系统输出的功率指令进行实时修正，这种修正基于当前水轮机的实际运行数据，如流量、水头和导叶开度，因此能够确保功率指令更加符合水轮机的实际运行特性，这种实时修正和补偿的方式，不仅提高了控制的准确性，还增强了水轮机对负荷变化的响应速度和调节能力，在实际运行中，这有助于减少因控制不准确而导致的出力偏差和能源浪费，进一步提高了电力系统的经济性和效率。

24、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。