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水电站厂内经济运动理论与实践

作　者: 徐晨光
导　师: 黄强；田峰巍
学　校: 西安理工大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 水电站厂内经济运行空耗水量径向基神经网络模型准实时系统进化算法嵌入式实时系统
分类号: TV737
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

作为水电站运行管理的重要组成部分，水电站厂内经济运行能够增加水电站的经济效益，这部分效益增加对于我国这样的水电大国和能源供需矛盾日渐突出的形势非常有意义。随着电力市场化进程的加快，“厂网分开，竞价上网”的电力市场运营机制的实施，发电企业成为了竞争主体，水电厂在参与市场竞争的过程中，必须根据自身与竞争各方的运行特性，扬长避短，提高自身的竞争能力，适应电力市场改革，并要求水电站厂内经济运行从理论走向实用。本论文通过研究水电站厂内经济运行的关键技术问题，运用新方法和新技术建立水电站厂内经济运行系统理论体系与模型体系，探讨了水电站厂内经济运行准实时系统的设计与开发技术，为其商业化奠定基础。论文的主要研究内容和取得的成果有以下几方面： (1) 提出一种空耗水量的简单计算方法。针对承担电网调峰任务的水电站，西安理工大学博士学位论文根据电网所需备用容量任务和水电站的实际运行情况，简化空耗水量的计算方法，其关键是确定合理备用Nx、最大可调出力坑ox和单机可调出力Nn，简化算法使空耗水量计算简便可行。实例计算出龙羊峡水电站在2001年，仅由于不合理调度造成的空耗水量为3.01亿m，，折算电量为7462万kwh，空耗水量.占到该年出库水量162.96亿m3的一540，0，折算电量占当年实际发电量(40.1226亿kwh)的一860，0，按国家1990年颁布的西北电网平均影子电价0.194元/kwh计算，经济损失达1447.628万元，相当可观。 (2)提出并建立了水电站厂内经济运行的准实时系统理论体系。从水电站厂内经济运行的特点和任务时限要求，提出了设计水电站厂内经济运行准实时系统的思路和方法。从水电站厂内经济运行过程和影响因素分析，指出实现水电站厂内经济运行准实时系统需要重点解决数据采集的速度和精度与负荷分配的速度问题。数据采集的速度与精度主要由机组效率曲线计算和机组耗流量在线计算解决，负荷分配问题需引入如进化算法等新方法解决。厂内经济运行系统的开发与设计则需要采用统一建模语言(UML)和嵌入式开发模式进行设计和开发。因此，本文建立了较为完善的水电站厂内经济运行的准实时系统的理论、模型和方法。 (3)建立了基于RBF神经网络模型的水轮机组的效率曲线和耗流量计算模型。采用高效的径向基函数神经网络(RBF)进行水轮机组效率曲线的快速计算，通过与BP网络对比，该RBF神经网络模型具有全局收敛性，网络结构易于确定，训练速度快，计算结果更接近机组实际情况，证实该方法是可行的。本文提出跳过水轮机组效率曲线计算，直接计算水轮机组耗流量的方法禾!神经网络模型，对于水轮机组耗流量的在线计算问题，采用RBF神经网络模型，建立具有自学习功能的计算模型，采取样本的滚动采集、更新，实现在线训练与在线应用，实现耗流量的在线计算、在线应用。水轮机组效率曲线计算和耗流量在线计算为负荷的快速准确分配提供基础条件，有助于厂内经济运行准实时系统的实际应用。 (4)针对不同类型水电站厂内经济运行建立不同的进化算法模型。本文选择了三种在其他优化领域应用较好的方法:遗传算法、进化规划和免疫规划方法，通过建立相应的模型求解厂内经济运行负荷分配问题。实例研究表明，对于中小型水中文摘要电站的厂内经济运行，可以采用动态规划法或进化算法作为负荷分配求解方法;对大型水电站则需选择进化算法作为负荷求解方法。径流式水电站是在来水一定的条件下，以水电站总出力最大为目标进行负荷分配，在其计算过程中，遗传算法在计算速度和优化结果方面显示出优越性;有调节能力的水电站是在完成负荷任务的条件下，以水电站总耗流量最小为目标进行负荷分配，在其计算过程中，免疫规划在计算结果方面显示出优势。 (5)建立了水电站厂内经济运行系统设计禾l开发模式。本研究引入统一建模语言(UML)进行嵌入式厂内经济运行准实时系统的设计和开发，以模型图方式完成系统的需求分析、详细设计与代码实现几个阶段，基于UML的系统开发易于维护与编译。通过探讨嵌入式厂内经济运行准实时系统的开发过程，为未来水电站自动化系统的发展奠定理论基础。关键词:进化算法，水电站，厂内经济运行，空耗水量，径向基神经网络模型，准实时系统，嵌入式实时系统交

全文目录

1 绪论  14-30
  1.1 研究的背景及意义  14-17
  1.2 国内外研究现状  17-24
    1.2.1 水电站厂内经济运行的应用进展  18-19
    1.2.2 厂内经济运行优化方法研究进展  19-24
  1.3 存在的问题及研究方向  24-25
  1.4 本文主要研究内容  25-27
  1.5 研究的技术路线  27-29
  1.6 研究的创新点  29-30
2 新形势下水电站厂内经济运行的机遇与挑战  30-47
  2.1 电力体制改革与水电站厂内经济运行的机遇与挑战  30-32
  2.2 竞价上网  32-35
    2.2.1 竞价上网的报价策略  33-34
    2.2.2 竞价成功后完成合同任务  34-35
  2.3 厂网分开与空耗水量计算  35-44
    2.3.1 承担电网备用任务与空耗水量  35-36
    2.3.2 空耗水量的改进计算方法  36-37
    2.3.3 合理备用的确定  37-38
    2.3.4 空耗水量计算实例  38-44
  2.4 梯级水电站面临的新问题  44-45
    2.4.1 业主不同的梯级水电站的厂内经济运行  44
    2.4.2 综合利用与发电效益问题  44-45
  2.5 小结  45-47
3 水电站厂内经济运行理论  47-61
  3.1 厂内经济运行在水电站优化调度中的地位  47-48
  3.2 厂内经济运行的研究内容  48-51
    3.2.1 负荷分配  50-51
    3.2.2 无功电压控制  51
  3.3 厂内经济运行模型  51-56
    3.3.1 负荷分配模型  51-53
    3.3.2 无功电压控制模型  53-54
    3.3.3 负荷分配模型求解方法  54-55
    3.3.4 无功电压控制模型求解方法  55-56
  3.4 水电站厂内经济运行准实时系统  56-60
    3.4.1 实时系统与任务时限  56-57
    3.4.2 水电站厂内经济运行准实时系统  57-59
    3.4.3 水电站厂内经济运行准实时系统的研究内容  59-60
  3.5 小结  60-61
4 基于RBF神经网络的水轮机组效率曲线计算  61-74
  4.1 效率曲线的影响因素  61-62
  4.2 传统的效率曲线计算方法  62-63
  4.3 基于径向基神经网络的水轮机组效率曲线计算  63-72
    4.3.1 神经网络原理  63-66
    4.3.2 径向基函数神经网络模型  66-69
    4.3.3 基于RBF神经网络的水轮机组效率曲线计算  69-72
  4.4 小结  72-74
5 水轮机组耗流量的在线计算  74-83
  5.1 RBF神经网络的在线训练算法  75-76
  5.2 水轮机组耗流量计算在线训练过程  76-80
    5.2.1 在线训练样本的选择  77-78
    5.2.2 在线训练的激活  78-79
    5.2.3 在线训练样本过程  79-80
  5.3 基于RBF神经网络在线训练的水轮机组耗流量计算  80-81
  5.4 小结  81-83
6 基子进化算法的水电站负荷分配理论  83-98
  6.1 水电站厂内经济运行负荷分配数学模型  84-85
    6.1.1 总耗流量最小模型  84
    6.1.2 总出力最大模型  84-85
  6.2 负荷分配问题的求解方法  85-88
    6.2.1 按比例分摊法  85
    6.2.2 等微增率法  85-86
    6.2.3 启发式方法  86
    6.2.4 动态规划法  86
    6.2.5 分支定界法  86-87
    6.2.6 神经网络方法  87
    6.2.7 混沌优化方法  87
    6.2.8 进化算法  87-88
  6.3 遗传算法求解负荷分配问题  88-90
    6.3.1 编码  89
    6.3.2 适应度的计算与选择  89-90
    6.3.3 杂交与变异  90
  6.4 自组织进化规划求解负荷分配问题  90-93
    6.4.1 自组织进化规划算法  91-92
    6.4.2 罚函数的确定  92-93
  6.5 免疫算法求解负荷分配问题  93-96
    6.5.1 免疫接种  93
    6.5.2 多样性和亲和性  93-95
    6.5.3 免疫算法的基本步骤  95-96
  6.6 进化算法求解特点比较  96-97
  6.7 小结  97-98
7 水电站负荷分配的进化算法实例研究  98-112
  7.1 径流式水电站厂内经济运行负荷分配实例  98-106
    7.1.1 电站基本参数  98-100
    7.1.2 不同优化算法负荷分配结果  100-104
    7.1.3 不同优化算法负荷分配结果分析  104-106
  7.2 大型水电站厂内经济运行负荷分配实例  106-110
    7.2.1 大型水电站厂内经济运行分析  106-107
    7.2.2 某大型水电站负荷分配的进化算法计算结果  107-109
    7.2.3 进化算法负荷分配结果分析  109-110
  7.3 小结  110-112
8 基子UML技术的嵌入式水电站厂内经济运行系统设计与开发  112-125
  8.1 统一建模方法  113-115
  8.2 基于UML技术的厂内经济运行准实时系统设计  115-121
    8.2.1 厂內经济运行准实时系统需求建模  115-117
    8.2.2 厂内经济运行准实时系统分析设计  117
    8.2.3 厂内经济运行准实时系统代码实现  117-121
  8.3 嵌入式应用软件的开发工具  121-122
    8.3.1 虚拟开发环境中嵌入式软件开发  121-122
    8.3.2 虚拟开发环境中嵌入式硬件的设计  122
  8.4 嵌入式厂内经济运行准实时系统的开发过程  122-123
  8.5 小结  123-125
9 总结及展望  125-128
  9.1 研究成果  125-127
  9.2 展望  127-128
致谢  128-129
参考文献  129-141
附录  141-142

水电站厂内经济运动理论与实践

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