一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统及方法与流程

1.本发明涉及水电站多机组运行技术领域，具体而言，涉及一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统及方法。


背景技术：

2.小库容水电站由于上游库容较小，机组水头受电站机组发电工况影响较大，当电站存在多台机组时，一台机组开大导叶开度，增大发电功率会导致上游水位降低，导致其他机组水头降低进而发电功率降低；反之如果一台机组减小导叶开度，减少发电功率会导致上游水位上升，导致其他机组水头升高进而发电功率升高。由于该类型机组功率与水位互相影响较大，导致传统自动调整负荷系统无法正常工作，只能在需要时，手动缓慢调整负荷；自动调整负荷系统是电站根据电网或集控的要求调节电站多台机组有功输出以响应负荷变化的系统，它是能量管理系统中的一项重要功能，控制发电机组的出力，以满足不断变化的电网或集控电力需求，并使系统处于经济的运行状态，因此，需要设计一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统及方法来解决上述问题。


技术实现要素：

3.本发明旨在提出一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统及方法，该方案解决了现有技术的小库容水电站中，一台机组增大发电功率时会引起上游水位变化从而影响水头，继而影响其他机组的符合稳定性的问题，具有可进行自动负荷调整，可自动维持机组负荷保持稳定从而自动进行水头补偿的特点。
4.为实现上述技术效果，本发明提供的技术方案为：一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统，包括plc控制器，plc控制器设置有pid模块；plc控制器与上位机系统电性连接；plc控制器与输入输出单元电性连接，输入输出单元接收上下液位信号、机组功率信号、导叶开度反馈和目标符合指令，输出导叶开度指令。
5.优选地，上述一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统的方法，包括以下步骤：s1，通过输入与输出模块，采集水电站上下游布设的液位传感器的当前液位数据，收集实时上游水位信号和下游水位信号，获取机组的水头、当前机组负荷和当前导叶开度的数据，并将上述数据储存进历史数据库；s2，通过上位机系统对历史数据库中水头、机组负荷和导叶开度的对应关系进行拟合，生成水头-负荷-导叶开度的三维数据拟合关系；s3，当机组投入自身功率闭环时：s301，某台或多台机组负荷变化，上游库容变化导致水头变化，此时其他机组根据依据水头变化情况，通过s2中拟合的水头-负荷-导叶开度的三维数据拟合关系自动调整导叶开度；s302，通过当前机组的pid模块对偏差值进行修正，实现自身功率闭环，使整个调
节过程中自身机组负荷稳定，不受到其余机组负荷变化的影响；s4，当多台机组参与全厂功率闭环时：通过全厂pid模块进行计算，每台机组仅执行导叶开度指令，不再进行机组自身功率闭环调节。
6.优选地，在步骤s4中，当多台机组参与全厂有功闭环时，运行人员根据实际需要，增加每台机组的导叶开度，全厂负荷自动维持稳定。
7.优选地，步骤s3和s4中，机组两种工作模式“自身功率闭环”与“全厂功率闭环”两种模式可自由勿扰切换。
8.进一步地，输入输出单元包括di卡件、do卡件、ai卡件和ao卡件；di卡件用于接收机组运行状态以及需要切除该系统的信号；ai卡件用于接收上游水位信号、下游水位信号、导叶开度、实发功率和功率目标值信号；do和ao卡件用于发出导叶模拟量开度指令。
9.进一步地，其中ai和ao模块要求精度为0.25%以下，plc控制器运算周期不大于200ms。
10.进一步地，通过matlab工具进行水头-负荷-导叶开度的三维数据拟合。
11.本发明具有如下有益效果：本发明解决了当前情况下小库容电站无法实现全厂功率自动闭环问题，以及全厂模式下其余单机无法功率闭环的问题，负荷控制方面实现无人操作，在现场需要时，可以快速准确自动完成负荷调整；本发明使水电站负荷调整操作更加标准化、智能化；可实现全厂功率自动控制和单机功率自动控制，确保操作准确性，避免人为操作失误，同时可实现负荷调整无人操作工作模式，并为进一步实现智慧电厂打下良好的基础。
附图说明
12.图1为本发明的系统结构示意图；图2为本发明的方法流程框图；
具体实施方式
13.实施例1：如图1所示，一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统，包括plc控制器，plc控制器设置有pid模块；plc控制器与上位机系统电性连接；plc控制器与输入输出单元电性连接，输入输出单元接收上下液位信号、机组功率信号、导叶开度反馈和目标符合指令，输出导叶开度指令。
14.实施例2：如图2所示，一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统的方法，包括以下步骤：s1，通过输入与输出模块，采集水电站上下游布设的液位传感器的当前液位数据，收集实时上游水位信号和下游水位信号，获取机组的水头、当前机组负荷和当前导叶开度的数据，并将上述数据储存进历史数据库；s2，通过上位机系统对历史数据库中水头、机组负荷和导叶开度的对应关系进行拟合，生成水头-负荷-导叶开度的三维数据拟合关系；s3，当机组投入自身功率闭环时：
s301，某台或多台机组负荷变化，上游库容变化导致水头变化，此时其他机组根据依据水头变化情况，通过s2中拟合的水头-负荷-导叶开度的三维数据拟合关系自动调整导叶开度；s302，通过当前机组的pid模块对偏差值进行修正，实现自身功率闭环，使整个调节过程中自身机组负荷稳定，不受到其余机组负荷变化的影响；s4，当多台机组参与全厂功率闭环时：通过全厂pid模块进行计算，每台机组仅执行导叶开度指令，不再进行机组自身功率闭环调节。
15.优选地，在步骤s4中，当多台机组参与全厂有功闭环时，运行人员根据实际需要，增加每台机组的导叶开度，全厂负荷自动维持稳定。
16.优选地，步骤s3和s4中，机组两种工作模式“自身功率闭环”与“全厂功率闭环”两种模式可自由勿扰切换。
17.进一步地，输入输出单元包括di卡件、do卡件、ai卡件和ao卡件；di卡件用于接收机组运行状态以及需要切除该系统的信号；ai卡件用于接收上游水位信号、下游水位信号、导叶开度、实发功率和功率目标值信号；do和ao卡件用于发出导叶模拟量开度指令。
18.进一步地，该控制系统的电源、控制器、网络设备均冗余配置，确保工作可靠；需要收集的信号包括：上游水位信号、下游水位信号、每台机组导叶开度、每台机组实发功率、每台机组功率目标值、全厂实发功率和全厂功率目标值等。
19.进一步地，其中ai和ao模块要求精度为0.25%以下，plc控制器运算周期不大于200ms。
20.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统，其特征在于，包括plc控制器，plc控制器设置有pid模块；plc控制器与上位机系统电性连接；plc控制器与输入输出单元电性连接，输入输出单元接收上下液位信号、机组功率信号、导叶开度反馈和目标符合指令，输出导叶开度指令。2.根据权利要求1所述的一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，通过输入与输出模块，采集水电站上下游布设的液位传感器的当前液位数据，收集实时上游水位信号和下游水位信号，获取机组的水头、当前机组负荷和当前导叶开度的数据，并将上述数据储存进历史数据库；s2，通过上位机系统对历史数据库中水头、机组负荷和导叶开度的对应关系进行拟合，生成水头-负荷-导叶开度的三维数据拟合关系；s3，当机组投入自身功率闭环时：s301，某台或多台机组负荷变化，上游库容变化导致水头变化，此时其他机组根据依据水头变化情况，通过s2中拟合的水头-负荷-导叶开度的三维数据拟合关系自动调整导叶开度；s302，通过当前机组的pid模块对偏差值进行修正，实现自身功率闭环，使整个调节过程中自身机组负荷稳定，不受到其余机组负荷变化的影响；s4，当多台机组参与全厂功率闭环时：通过全厂pid模块进行计算，每台机组仅执行导叶开度指令，不再进行机组自身功率闭环调节。3.根据权利要求2所述的一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统的方法，其特征在于：在步骤s4中，当多台机组参与全厂有功闭环时，运行人员根据实际需要，增加每台机组的导叶开度，全厂负荷自动维持稳定。4.根据权利要求2所述的一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统的方法，其特征在于：步骤s3和s4中，机组两种工作模式“自身功率闭环”与“全厂功率闭环”两种模式可自由勿扰切换。

技术总结
本发明公开了一种小库容水电站多机组自动调整负荷系统及方法，包括PLC控制器，PLC控制器设置有PID模块；PLC控制器与上位机系统电性连接；PLC控制器与输入输出单元电性连接，输入输出单元接收上下液位信号、机组功率信号、导叶开度反馈和目标符合指令，输出导叶开度指令；通过获取的数据库拟合水头-负荷-导叶开度的三维数据拟合关系，通过机组功率闭环自动进行导叶开度的调节，从而维持功率稳定。该方案解决了现有技术的小库容水电站中，一台机组增大发电功率时会引起上游水位变化从而影响水头，继而影响其他机组的符合稳定性的问题，具有可进行自动负荷调整，可自动维持机组负荷保持稳定从而自动进行水头补偿的特点。持稳定从而自动进行水头补偿的特点。持稳定从而自动进行水头补偿的特点。


技术研发人员：陈永琦 蒋亮 黄灿成 张建 颜宁俊 曾凡胜
受保护的技术使用者：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/7/6