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程春田教授团队在破解西南巨型水电站机组复杂振动区问题上取得重大进展

2020-10-09  点击:[]

作者:水利学院水电与水信息研究所

 

        近日,我校水电与水信息研究所程春田教授团队在电力系统领域顶级期刊《IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS》上发表重要工作:“A MILP based Framework for the Hydro Unit Commitment Considering Irregular Forbidden Zone Related Constraints”(DOI: 10.1109/TPWRS.2020.3028480)。该项工作针对溪络渡、龙滩、小湾等西南巨型水电站普遍存在的机组复杂振动区问题可能诱发的发电安全事故,借鉴无人机、机器人躲避障碍物原理,基于计算几何最优凸剖分理论和图论理论,提出了精准描述机组复杂振动区的一般范式,给出了落入、穿越、安全避开机组振动区的数学化表达方法,构建了振动区自动剖分和自动建模体系框架。上述成果通过实际模拟仿真,能够快速响应负荷需求,且能有效避开机组复杂振动区,为西南巨型水电站有效避开机组振动区构建了严密的理论基础体系,可望彻底解决业界长期困扰的理论和技术难题,同时也将为我国正在大力推进的西南高比例水电电力市场现货出清理论奠定前期理论工作基础。

 

机组复杂振动区在我国西南巨型水电站普遍存在,容易诱发类似俄罗斯最大水电站萨扬爆炸重大安全事故,电网和发电企业不得不采用保守控制策略安排发电,既减少了水电站的发电量,也不能充分发挥其灵活性对电网进行调峰、调频响应,长期困扰西南巨型水电站生产运行,是西南水电调度运行的卡脖子问题。该问题难点在于,西南机组振动区是出力、发电水头和发电流量三维不规则、不连续曲面,水电站在响应多个差异极大的电网负荷需求过程中,水头、出力波动较大,容易频繁穿越、落入机组振动区;另一方面,梯级水电上下游水电站大都同时存在机组复杂振动区,由于水电站、机组时段间,以及梯级上下游间水力、电力高度耦合,进一步加剧了避开机组振动区的困难。如何建模和破解机组复杂振动区问题,是国内外一直没有攻克的世界性难题。

本项目研究成果最早源自2008年项目团队在南方电网水调度高级应用软件开发过程中发现的天生桥一级、二级实际问题需求,尔后在云南、贵州、广西等电网生产项目中发现溪络渡、小湾、龙滩、糯扎渡等水电站也存在同样问题,十多年来以来,团队一直致力于从基础理论和工程实现技术两方面解决此问题。本成果是融合了无人机、机器人规避障碍物的交叉研究结果,同时也得到了国家自然科学基金重点基金支持。

 

 

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