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【摘 要】 为了解决水电厂发电控制过程中出现的振动区穿越问题，减少穿越次数，本文详细分析了AGC运行过程中出现的振动情况，并且提出了有效的振动区穿越解决措施，深入研究了水电厂可调数量，使有功目标可行性判断更加准确。在分析振动区穿越的基础上，提出了合理的调度建模方式与振动调整措施，希望为水电站解决振动区穿越问题提供帮助。
【关键词】 水电厂；发电控制；振动区调整
在控制水电机组时，经常会与不可运行区域相交，即水轮机气蚀区、振动区。在调度出现有功出力变化后，AGC在不影响机组安全运行的问题下，综合分析水情、容量、不可运行区、运行工况、耗量等问题，将总处理目标合理分配在机组之中，使经济效益得到有效提高。
一、AGC运行振动区处理策略
（一）振动穿越判断
假设水电厂i台机组共有数量为li的振动区，在振动区k的范围内为Uz.i.k=[Pz.i.k.min，Pz.i.k.max]，振动区下边界Pz.i.k.min，振动区上边界Pz.i.k.max。AGC机组的死区调节命令为Pdz.i，当前出力pi，目标出力Pt.i，该机组发生振动区穿越时，物理意义上当前出力代表机组并未进入振动区，目标出力在振动区侧边缘，机组必须完全穿越后才能实现目标出力。为满足水电厂出力调整要求，给出了标准的机组穿越条件。
1.假设该厂有Ud.k1、Ud.k2，属于不相等可调区域，水电厂当前出力p，在不失一般假定的情况下， ，调度总功目标值pt，在水电厂进行出力调整时，目标可行性不能受到影响，机组振动区穿越条件为：
在全厂出力的情况下，物理意义上可调区域由转向，该阶段会出现机组穿越振动区的情况。
2.假设是不相等可调区间，在水电厂全力调整过程中，必须保证目标可行性，该机组穿越振动区的条件为：
该条件可以在水电厂调节AGC限额时应用，如果根据可调区域范围进行AGC调节，在可调区域交汇时，仍然会发生振动区穿越问题，所以在调整的過程中，需要将正在运行的可调区域缩小，确保可调区域不会发生交汇，并且根据调整后的范围调节AGC限额，避免机组再次穿越振动区。
（二）可行目标最少穿越次数
在调度过程中如果目标值为可行值，而且出力可调区域在不相等的其他区域，那么将会发生振动区穿越问题。而如何获得最少的目标值振动区穿越次数，合理的在机组间分配，实现最优化的穿越模式，已经成为振动区的重要研究问题。
假设水电厂共有n台机组，全厂当前出力p，p当前可调区域 ，
为调度可行目标值， 。假定水电厂 相交区域数量m，将可调区域整合为 ，水电厂出力调整阶段，机组振动区穿越最少次数为：
最少次数可调区域为中可调区域模型分量差的绝对值之和，取其中最小的次数，将其称为最少穿越可调区域，该区域可能存在多个。
（三）穿越决策
在调度过程中，如果目标值处在可行范围，而且根据振动区穿越依据，在执行目标值的过程中，必须保证机组可以穿越振动区，而且应在其中选择穿越次数最少的方案，也就是通过决策选择最为合理的模式。由于水电厂相同可调区域存在较大差异，机组运行区域有大量的排列方式，在水电厂开始全厂出力的过程中，往往就会需要机组从当前区域调入不相等区域，这个过程中需要决定由机组穿越的数量。目前我国水电厂常用解决方法有两种：
1.全局决策
全局决策是最全面的决策方法，其决策过程是将全部的出力相交可调区域全部列出，在其中挑选可行的模式，精准计算每种模式到达可行目标值需要穿越的次数，在其中选择效果最佳、次数最少的区域，将该区域作为最终穿越模式。
2.快速决策
全局决策需要所有的步骤全部得到满足，在条件允许的情况下，搜索全部的可运行区域排列方案，在水电站机组数量过多，或者振动区数量过多的情况下，需要计算的数据十分庞大，这种计算方式无法满足实时控制要求。实际上大多数水电厂机组参数基本相同，或者根据型号的不同可以划分为相同类型，经过划分后可以发现大量相等的可调区域，其中冗余较多，为了有效提高控制时效性，所以并不需要完全搜索全部的相同区域。在图1中使用的快速决策流程，是非常有效的决策方案，可以有效提高处理速度，实现实时控制。
二、主站建模与振动区处理方案
（一）虚拟电厂建模
在研究水电厂振动区穿越问题时，往往会思考是否大量水电厂共同参与系统调整，就能有效减少单一水电厂调整过程中出现的机组振动区穿越次数。如果将每个不同的水电厂作为虚拟机组，那么虚拟机组与实际机组相同，都需要确定振动区与额定容量，而额定容量就是全厂机组的总容量，其振动区就是联合振动区，所以在系统调整中的全部水电厂，可以将其作为整体划分为虚拟调整电厂，每个虚拟机组对应一个实际水电厂。在该阶段需要注意，虚拟机组可运行区域模式，将直接调用对应水电层的可调区域模式。
（二）虚拟电厂振动区处理方案
虚拟电厂运行机组台数与机组数量相同，总定容量是虚拟机组容量和，最大、最小出力为虚拟机组最大、最小出力和。根据联合振动区求解方案，可以通过虚拟机组振动区，计算虚拟电厂全厂可调区域，而且可以在全厂可调区域中调整全厂最大、最小出力范围，使其同步到联合振动区。虚拟电厂联合振动区，其振动区穿越依据、最小可行目标值穿越次数、目标出力值，通过虚拟机组的分配策略，可以获得与实际水电厂相同的数据。在校核虚拟机组出力时，与实际机组存在部分差异，需要在校核后反复核对。
结语
采取多电厂联合模式可以减少单电厂出现的振动区频繁穿越现象，但是该做法需要大量的机组共同进行运行调节。水电厂机组振动区较多时，可以利用可运行机组区域求出可调范围，根据联合调整效果，可能很庞大的计算量问题。多个电厂共同调整，可以降低振动区穿越次数，需要选择最少穿越振动区穿越次数的方案。
参考文献：
[1] 施冲，余杏林，吴正义，等.水电厂自动发电控制的工程设计与分析[J].电力系统自动化，2012（4）：57-59.
[2] 单鹏珠，石冰，刘永华.天生桥一级水电厂AGC振动区处理策略[J].水电自动化与大坝监测，2010（3）：15-17.
[3] 冯顺田.混流式水轮机振动分析与优化运行[J].水电自动化与大坝监测，2005（1）：26-28.
【关键词】 水电厂；发电控制；振动区调整
在控制水电机组时，经常会与不可运行区域相交，即水轮机气蚀区、振动区。在调度出现有功出力变化后，AGC在不影响机组安全运行的问题下，综合分析水情、容量、不可运行区、运行工况、耗量等问题，将总处理目标合理分配在机组之中，使经济效益得到有效提高。
一、AGC运行振动区处理策略
（一）振动穿越判断
假设水电厂i台机组共有数量为li的振动区，在振动区k的范围内为Uz.i.k=[Pz.i.k.min，Pz.i.k.max]，振动区下边界Pz.i.k.min，振动区上边界Pz.i.k.max。AGC机组的死区调节命令为Pdz.i，当前出力pi，目标出力Pt.i，该机组发生振动区穿越时，物理意义上当前出力代表机组并未进入振动区，目标出力在振动区侧边缘，机组必须完全穿越后才能实现目标出力。为满足水电厂出力调整要求，给出了标准的机组穿越条件。
1.假设该厂有Ud.k1、Ud.k2，属于不相等可调区域，水电厂当前出力p，在不失一般假定的情况下， ，调度总功目标值pt，在水电厂进行出力调整时，目标可行性不能受到影响，机组振动区穿越条件为：
在全厂出力的情况下，物理意义上可调区域由转向，该阶段会出现机组穿越振动区的情况。
2.假设是不相等可调区间，在水电厂全力调整过程中，必须保证目标可行性，该机组穿越振动区的条件为：
该条件可以在水电厂调节AGC限额时应用，如果根据可调区域范围进行AGC调节，在可调区域交汇时，仍然会发生振动区穿越问题，所以在调整的過程中，需要将正在运行的可调区域缩小，确保可调区域不会发生交汇，并且根据调整后的范围调节AGC限额，避免机组再次穿越振动区。
（二）可行目标最少穿越次数
在调度过程中如果目标值为可行值，而且出力可调区域在不相等的其他区域，那么将会发生振动区穿越问题。而如何获得最少的目标值振动区穿越次数，合理的在机组间分配，实现最优化的穿越模式，已经成为振动区的重要研究问题。
假设水电厂共有n台机组，全厂当前出力p，p当前可调区域 ，
为调度可行目标值， 。假定水电厂 相交区域数量m，将可调区域整合为 ，水电厂出力调整阶段，机组振动区穿越最少次数为：
最少次数可调区域为中可调区域模型分量差的绝对值之和，取其中最小的次数，将其称为最少穿越可调区域，该区域可能存在多个。
（三）穿越决策
在调度过程中，如果目标值处在可行范围，而且根据振动区穿越依据，在执行目标值的过程中，必须保证机组可以穿越振动区，而且应在其中选择穿越次数最少的方案，也就是通过决策选择最为合理的模式。由于水电厂相同可调区域存在较大差异，机组运行区域有大量的排列方式，在水电厂开始全厂出力的过程中，往往就会需要机组从当前区域调入不相等区域，这个过程中需要决定由机组穿越的数量。目前我国水电厂常用解决方法有两种：
1.全局决策
全局决策是最全面的决策方法，其决策过程是将全部的出力相交可调区域全部列出，在其中挑选可行的模式，精准计算每种模式到达可行目标值需要穿越的次数，在其中选择效果最佳、次数最少的区域，将该区域作为最终穿越模式。
2.快速决策
全局决策需要所有的步骤全部得到满足，在条件允许的情况下，搜索全部的可运行区域排列方案，在水电站机组数量过多，或者振动区数量过多的情况下，需要计算的数据十分庞大，这种计算方式无法满足实时控制要求。实际上大多数水电厂机组参数基本相同，或者根据型号的不同可以划分为相同类型，经过划分后可以发现大量相等的可调区域，其中冗余较多，为了有效提高控制时效性，所以并不需要完全搜索全部的相同区域。在图1中使用的快速决策流程，是非常有效的决策方案，可以有效提高处理速度，实现实时控制。
二、主站建模与振动区处理方案
（一）虚拟电厂建模
在研究水电厂振动区穿越问题时，往往会思考是否大量水电厂共同参与系统调整，就能有效减少单一水电厂调整过程中出现的机组振动区穿越次数。如果将每个不同的水电厂作为虚拟机组，那么虚拟机组与实际机组相同，都需要确定振动区与额定容量，而额定容量就是全厂机组的总容量，其振动区就是联合振动区，所以在系统调整中的全部水电厂，可以将其作为整体划分为虚拟调整电厂，每个虚拟机组对应一个实际水电厂。在该阶段需要注意，虚拟机组可运行区域模式，将直接调用对应水电层的可调区域模式。
（二）虚拟电厂振动区处理方案
虚拟电厂运行机组台数与机组数量相同，总定容量是虚拟机组容量和，最大、最小出力为虚拟机组最大、最小出力和。根据联合振动区求解方案，可以通过虚拟机组振动区，计算虚拟电厂全厂可调区域，而且可以在全厂可调区域中调整全厂最大、最小出力范围，使其同步到联合振动区。虚拟电厂联合振动区，其振动区穿越依据、最小可行目标值穿越次数、目标出力值，通过虚拟机组的分配策略，可以获得与实际水电厂相同的数据。在校核虚拟机组出力时，与实际机组存在部分差异，需要在校核后反复核对。
结语
采取多电厂联合模式可以减少单电厂出现的振动区频繁穿越现象，但是该做法需要大量的机组共同进行运行调节。水电厂机组振动区较多时，可以利用可运行机组区域求出可调范围，根据联合调整效果，可能很庞大的计算量问题。多个电厂共同调整，可以降低振动区穿越次数，需要选择最少穿越振动区穿越次数的方案。
参考文献：
[1] 施冲，余杏林，吴正义，等.水电厂自动发电控制的工程设计与分析[J].电力系统自动化，2012（4）：57-59.
[2] 单鹏珠，石冰，刘永华.天生桥一级水电厂AGC振动区处理策略[J].水电自动化与大坝监测，2010（3）：15-17.
[3] 冯顺田.混流式水轮机振动分析与优化运行[J].水电自动化与大坝监测，2005（1）：26-28.