一种抽水蓄能电站智能调控系统及方法

技术领域

本发明涉及智能化控制领域，尤其涉及一种抽水蓄能电站智能调控系统及方法。

背景技术

抽水蓄能电站机组技术供水系统主要用于机组各用水设备的冷却和润滑，供水用户主要包括发电机电动机空冷器、发导轴承、推力轴承、水导轴承和主变压器等。机组技术供水系统从尾水流道内取水，经水泵加压后与发电电动机空冷器、各轴承油冷却器以及主变压器油冷却器中的介质进行热交换，以达到冷却效果。自机组投运以来，技术供水泵基本按照设计工况运行，无法实现调节功能。抽水蓄能电站机组轴承油温和瓦温均设计有一个适合的调节范围，温度过低或者过高的技术供水，对机组轴承的运行状态也有一定的影响，甚至影响到机组整体发电效率和部件的工作寿命。

现有技术中，基本采用传统单元供水方式，从尾水流道取水，经过水泵加压后，引至各冷却和润滑用户，然后排回至尾水流道。系统中的水泵、阀门流量调节范围非常小且多为手动技术供水系统投入后按照用户所需的最大需求工况运行，基本不再进行额外的调节，在多数工况下，冷却水量过分冗余；国外抽水蓄能电站技术供水系统配置方案与国内基本相同，部分电站在个别供水支路上设置有流量调节阀门进行流量控制，但在技术供水系统占比较小，但对整个系统的用水量来说，调节范围非常小；同时也没有与机组所需轴承油温和瓦温联动调节。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种泵站循环技术供水智能调节系统”，其公告号：CN111503012A，公开了根据主机组温度进行供水量实时控制，但是该方案不能对技术供水过程中多因素进行协调优化。

发明内容

对于不能对技术供水系统整体调控以及没有联动调节的问题，本发明提供一种抽水蓄能电站智能调控系统及方法，能根据实时监测数据对各用户冷却水量智能分配，实现精准控制的技术供水智能调控，保障机组安全稳定高效运行。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种抽水蓄能电站智能调控系统，包括：监测模块，用于监测机组运行数据；监测模块连接设有优化模块，用于实现多目标综合优化；优化模块连接设有调控模块。能够根据机组运行时机组设备的实时运行数据进行采集，同时能够对影响机组设备运行的参数进行采集；将采集结果上传至优化模块，优化模块设有优化模型，优化模型为多目标综合优化模型，能够对多目标优化进行求解，确保个各用户获得准确分配的足够冷却水，同时减少机组的运行能耗与干扰，调控模块能够对机组的运行状态进行调控，能够对系统的优化结果进行调控，能够将机组运行时机组可靠性指标进行计算，将机组运行时机组可靠性指标加入到优化过程中，将机组运行时机组可靠性指标作为优化约束，实现精准控制的技术供水智能调控，保障机组的安全稳定、高效运行。

作为优选的，所述监测模块包括温度检测模块，用于检测关键部件的温度以及冷却水温；温度检测模块连接设有运行检测模块，用于检测机组运行可靠性指标。温度检测模块包括冷却水温检测装置、设备温度检测装置，冷却水温检测装置包括位于冷却水进水口的温度检测装置，能够检测实时进水口的冷却水温度，提高调控准确性，设备温度检测装置包括位于用户设备热交换部位的温度传感器，能够检测用户设备热交换部位的实时温度，包括用户设备热交换部位内外的不同温度，能够对冷却水的实际冷却效率进行采集计算；运行检测模块包括噪音震动传感器，噪音震动传感器包括位于机组设备的旁边连接设有的震动传感器，震动传感器连接设有震动放大装置，能够对噪音震动进行放大，使得震动传感器可以采集用户设备震动的同时能够采集噪音，减少了电器元件的布置，提高系统可靠性。运行检测模块还包括环境采集器，用于检测机组运行时的环境温湿度信息，能够将机组运行与系统调控时的环境损耗进行计算，提高优化计算准确性。

作为优选的，优化模块包括多目标综合优化模型。多目标综合优化模型包括优化模型、平衡模型、权重计算模型；优化模型能够对实时数据进行优化计算，能够对每一个约束作为优化目标进行计算，确认其最优的优化方案；平衡模型能够对每一个约束目标的优化方案作出平衡计算，平衡逻辑为多目标综合优化逻辑，能够对多个约束作为优化目标进行计算，确认多目标的最优优化方案；权重计算模型能够对优化模型进行加权计算，为每一个单目标或多目标的优化方案进行利优计算，并将利优值M作为加权计算参考因素之一，加权计算包括对优化目标与非优化目标赋予不同的权重值，得到包含权重值的优化方案特征值，将利优值与优化方案特征值进行特征计算，确定最终的优化方案。能够使得最终的优化方案中的每一个优化目标达到互相最优，使得优化方案达到整体最优。

作为优选的，调控模块包括数据库模型，数据库模型连接设有调控子模块，用于实现运行调控。数据库模型能够对每一个不同类型的实时数据进行分别存储，将同一种数据存储到同一层中，在调用同一种数据时遍历同一层结构减少计算时间，调控子模块包括机组设备调整装置与用户设备调整装置，能够获取优化模型的优化方案，调节影响目标优化方案中的参数特征。机组设备调整装置包括水泵调节装置，用于调节水泵流量；阀门调节装置，用于调节阀门流量；轴承油温调节装置，用于调节轴承油温；轴承瓦温调节装置，用于调节轴承瓦温；空冷器温度调节器，用于调节空冷器温度；机组功率控制器，用于控制功率。用户设备调节装置能够调节冷却水与用户设备热交换率，在用户设备热交换需求大时提高冷却水与用户设备的热交换速率，在用户设备热交换需求小时减少冷却水与用户设备的热交换速率。能够减少供应冷却水的能耗。

一种抽水蓄能电站智能调控方法，包括如下步骤：

S1、建立机组技术供水系统多目标综合优化模型；

S2、建立关联特性及工作特性数据库；

S3、根据S2中数据库进行分析比对，分析其运行规律。S1中，通过监测模块对冷却用户的状态进行监测，包括冷却用户的关键部件温度、冷却水温、冷却水量、机组设备的噪音、机组设备的震动幅度进行监测。将监测到冷却设备的状态信息进行记录，将关键部件温度记为第一目标函数fx，将冷却水温记为第二目标函数fy，将冷却水量记为第三目标函数fz，将机组设备的噪音记为第一约束函数tx，将机组设备的震动幅度记为第二约束函数ty，通过优化模块计算优化函数X＝{fx，fy，fz，tx，ty}。S2中，通过监测模块对机组运行中可靠性指标进行监测，监测轴承油温瓦温以及空冷器运行温度，将轴承油温瓦温记为第一关联函数mx，将空冷器运行温度记为第二关联函数my，对设备以及阀门工作特点进行监测，包括机组工作效率、响应速率，将工作效率记为第一特性约束nx，将响应速率记为第二特性约束ny，通过调控模块计算关联特性及工作特性数据库F＝{mx，my，nx，ny}。S3中，通过调控子模块对数据库进行分析，确定运行规律，对优化模块中参数重新赋权来调节优化函数，对经过数据库调校的优化函数进行拟合，得到拟合数据XF＝{fxi，fyj，fzk，txi，tyj，mxi，myj，nxi，nyj}，将拟合数据与监测模块实时数据进行比较，重复该步骤至用户状态数据、机组运行数据与拟合数据接近度达到设定值。能够根据用户设备的工作状态和机组运行状态进行动态调节，实现精准控制的技术供水智能调控，保障机组的安全稳定、高效运行。

作为优选的，S1中包括如下步骤：

S11、监测机组性能指标与用户设备工作状态指标；

S12、根据机组性能指标预测需分配的冷却水供水量。机组性能指标包括震动、噪音，用户设备工作状态指标包括关键部件温度、冷却水温、冷却水量；根据机组性能指标与用户设备工作状态指标进行优化计算，得到每一个指标优化下的优化方案；将多指标作为目标进行计算，得到多指标优化下的优化方案。能够根据用户设备状态与机组性能指标进行优化，使得机组性能得到最大限度的利用。

作为优选的，S2中包括如下步骤：

S21、建立轴承油温以及空冷器运行温度与机组性能指标的关联特性数据库；

S22、各支路调节阀门、变频供水泵组工作特性的综合数据库。关联特性数据库包括轴承油温瓦温、空冷器运行温度，综合数据库包括响应速率、工作效率；对关联特性数据库和综合数据库进行优化计算，得到每一个数据优化下的优化方案，将多数据作为优化目标进行计算，得到多指标优化下的优化方案。能够将轴承油温以及空冷器运行温度作为关联特性进行优化，提高系统优化的准确性。

作为优选的，S3中包括如下步骤：

S31、利用仿真软件对技术供水系统水力调控模型建模及工况拟定；

S32、将调控模型结果输入到多目标综合优化模型中。对技术供水系统进行水利计算与建模，并模拟包括气候参数下的工况，将S1以及S2中的优化方案在多目标综合优化模型中计算，确定每一个优化方案的利优值，对每一个优化方案进行加权计算，每一个方案中约束基本值为1，不含有该约束则记为0，加权值n为0

本发明具有如下优点：

根据各冷却用户的关键部件温度、冷却水温、水量、振动、噪音等参数，采用多目标寻优算法，建立多目标综合优化模型。根据该优化模型的分析结果及运行数据，建立轴承油温以及空冷器运行温度与机组性能指标的关联特性、设备以及阀门特性的综合数据库，并利用水力计算软件对技术供水系统拟定的工况进行计算分析比对，实现各用户冷却水量智能分配和精准控制，完成技术供水系统的智慧化升级，保障机组的安全稳定、高效运行，预期可实现各用户分配冷却水供量的精准预测，提升电站运行安全、运行寿命和经济性提供技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1是本发明的系统示意图。

图2是本发明的方法步骤图。

图中：

1-监测模块；2-优化模块；3-调控模块。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的认识可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种抽水蓄能电站智能调控系统，包括：监测模块，用于监测机组运行数据；监测模块连接设有优化模块，用于实现多目标综合优化；优化模块连接设有调控模块。用于根据机组运行时机组设备的实时运行数据进行采集，同时能够对影响机组设备运行的参数进行采集；将采集结果上传至优化模块，优化模块设有优化模型，优化模型为多目标综合优化模型，能够对多目标优化进行求解，确保个各用户获得准确分配的足够冷却水，同时减少机组的运行能耗与干扰，调控模块能够对机组的运行状态进行调控，能够对系统的优化结果进行调控，能够将机组运行时机组可靠性指标进行计算，将机组运行时机组可靠性指标加入到优化过程中，将机组运行时机组可靠性指标作为优化约束，实现精准控制的技术供水智能调控，保障机组的安全稳定、高效运行。在使用时，通过数据采集与数学建模实现设备、阀门等关键特性研究，根据技术供水系统多目标综合优化模型的分析结果及电站实际的运行数据，建立轴承油温以及空冷器运行温度与机组性能指标的关联特性、各支路调节阀门、变频供水泵组特性的综合数据库。

所述监测模块包括温度检测模块，用于检测关键部件的温度以及冷却水温；温度检测模块连接设有运行检测模块，用于检测机组运行可靠性指标。温度检测模块包括冷却水温检测装置、设备温度检测装置，冷却水温检测装置包括位于冷却水进水口的温度检测装置，能够检测实时进水口的冷却水温度，提高调控准确性，设备温度检测装置包括位于用户设备热交换部位的温度传感器，能够检测用户设备热交换部位的实时温度，包括用户设备热交换部位内外的不同温度，能够对冷却水的实际冷却效率进行采集计算；运行检测模块包括噪音震动传感器，噪音震动传感器包括位于机组设备的旁边连接设有的震动传感器，震动传感器连接设有震动放大装置，能够对噪音震动进行放大，使得震动传感器可以采集用户设备震动的同时能够采集噪音，减少了电器元件的布置，提高系统可靠性。运行检测模块还包括环境采集器，用于检测机组运行时的环境温湿度信息，能够将机组运行与系统调控时的环境损耗进行计算，提高优化计算准确性。在使用时，本发明通过温度检测模块获取机组与用户设备的运行信息，温度检测模块将检测信息上传到优化模块进行优化计算。

优化模块包括多目标综合优化模型。多目标综合优化模型包括优化模型、平衡模型、权重计算模型；优化模型能够对实时数据进行优化计算，能够对每一个约束作为优化目标进行计算，确认其最优的优化方案；平衡模型能够对每一个约束目标的优化方案作出平衡计算，平衡逻辑为多目标综合优化逻辑，能够对多个约束作为优化目标进行计算，确认多目标的最优优化方案；权重计算模型能够对优化模型进行加权计算，为每一个单目标或多目标的优化方案进行利优计算，并将利优值M作为加权计算参考因素之一，加权计算包括对优化目标与非优化目标赋予不同的权重值，得到包含权重值的优化方案特征值，将利优值与优化方案特征值进行特征计算，确定最终的优化方案。能够使得最终的优化方案中的每一个优化目标达到互相最优，使得优化方案达到整体最优。在使用时，本发明通过基于帕累托最优的多目标优化算法进行优化，并计算利优值M与权重值n，进一步限定多目标优化算法中的约束条件，实现多目标优化算法与实际设备特性相结合，提高优化准确效果。

调控模块包括数据库模型，数据库模型连接设有调控子模块，用于实现运行调控。数据库模型能够对每一个不同类型的实时数据进行分别存储，将同一种数据存储到同一层中，在调用同一种数据时遍历同一层结构减少计算时间，调控子模块包括机组设备调整装置与用户设备调整装置，能够获取优化模型的优化方案，调节影响目标优化方案中的参数特征。机组设备调整装置包括水泵调节装置，用于调节水泵流量；阀门调节装置，用于调节阀门流量；轴承油温调节装置，用于调节轴承油温；轴承瓦温调节装置，用于调节轴承瓦温；空冷器温度调节器，用于调节空冷器温度；机组功率控制器，用于控制功率。用户设备调节装置能够调节冷却水与用户设备热交换率，在用户设备热交换需求大时提高冷却水与用户设备的热交换速率，在用户设备热交换需求小时减少冷却水与用户设备的热交换速率。能够减少供应冷却水的能耗。在使用时，调控模块根据优化模块的优化计算信息对机组设备进行调控。

如图2所示，本发明公开了一种抽水蓄能电站智能调控方法，包括如下步骤：

S1、建立机组技术供水系统多目标综合优化模型；

S2、建立关联特性及工作特性数据库；

S3、根据S2中数据库进行分析比对，分析其运行规律。S1中，通过监测模块对冷却用户的状态进行监测，包括冷却用户的关键部件温度、冷却水温、冷却水量、机组设备的噪音、机组设备的震动幅度进行监测。将监测到冷却设备的状态信息进行记录，将关键部件温度记为第一目标函数fx，将冷却水温记为第二目标函数fy，将冷却水量记为第三目标函数fz，将机组设备的噪音记为第一约束函数tx，将机组设备的震动幅度记为第二约束函数ty，通过优化模块计算优化函数X＝{fx，fy，fz，tx，ty}。S2中，通过监测模块对机组运行中可靠性指标进行监测，监测轴承油温瓦温以及空冷器运行温度，将轴承油温瓦温记为第一关联函数mx，将空冷器运行温度记为第二关联函数my，对设备以及阀门工作特点进行监测，包括机组工作效率、响应速率，将工作效率记为第一特性约束nx，将响应速率记为第二特性约束ny，通过调控模块计算关联特性及工作特性数据库F＝{mx，my，nx，ny}。S3中，通过调控子模块对数据库进行分析，确定运行规律，对优化模块中参数重新赋权来调节优化函数，对经过数据库调校的优化函数进行拟合，得到拟合数据XF＝{fxi，fyj，fzk，txi，tyj，mxi，myj，nxi，nyj}，将拟合数据与监测模块实时数据进行比较，重复该步骤至用户状态数据、机组运行数据与拟合数据接近度达到设定值。能够根据用户设备的工作状态和机组运行状态进行动态调节，实现精准控制的技术供水智能调控，保障机组的安全稳定、高效运行。在使用时，本发明通过机组实际运行采集的数据，对多目标综合模型进行复核和优化。

S1中包括如下步骤：

S11、监测机组性能指标与用户设备工作状态指标；

S12、根据机组性能指标预测需分配的冷却水供水量。机组性能指标包括震动、噪音，用户设备工作状态指标包括关键部件温度、冷却水温、冷却水量；根据机组性能指标与用户设备工作状态指标进行优化计算，得到每一个指标优化下的优化方案；将多指标作为目标进行计算，得到多指标优化下的优化方案。能够根据用户设备状态与机组性能指标进行优化，使得机组性能得到最大限度的利用。在使用时，本发明通过监测模块进行采集数据，通过优化模块进行优化计算。

S2中包括如下步骤：

S21、建立轴承油温以及空冷器运行温度与机组性能指标的关联特性数据库；

S22、各支路调节阀门、变频供水泵组工作特性的综合数据库。关联特性数据库包括轴承油温瓦温、空冷器运行温度，综合数据库包括响应速率、工作效率；对关联特性数据库和综合数据库进行优化计算，得到每一个数据优化下的优化方案，将多数据作为优化目标进行计算，得到多指标优化下的优化方案。能够将轴承油温以及空冷器运行温度作为关联特性进行优化，提高系统优化的准确性。在使用时，本发明采集到数据后，对每个数据进行优化计算，对每个数据优化计算后进行多目标优化计算，多目标优化计算包括上一步计算结果。

S3中包括如下步骤：

S31、利用仿真软件对技术供水系统水力调控模型建模及工况拟定；

S32、将调控模型结果输入到多目标综合优化模型中。对技术供水系统进行水利计算与建模，并模拟包括气候参数下的工况，将S1以及S2中的优化方案在多目标综合优化模型中计算，确定每一个优化方案的利优值，对每一个优化方案进行加权计算，每一个方案中约束基本值为1，不含有该约束则记为0，加权值n为0

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。