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程春田教授團隊在破解西南巨型水電站機組復雜振動區問題上取得重大進展

2020-10-09  點擊:[]

作者:水利學院水電與水信息研究所

 

        近日,我校水電與水信息研究所程春田教授團隊在電力系統領域頂級期刊《IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS》上發表重要工作:“A MILP based Framework for the Hydro Unit Commitment Considering Irregular Forbidden Zone Related Constraints”(DOI: 10.1109/TPWRS.2020.3028480)。該項工作針對溪絡渡、龍灘、小灣等西南巨型水電站普遍存在的機組復雜振動區問題可能誘發的發電安全事故,借鑒無人機、機器人躲避障礙物原理,基于計算幾何最優凸剖分理論和圖論理論,提出了精準描述機組復雜振動區的一般范式,給出了落入、穿越、安全避開機組振動區的數學化表達方法,構建了振動區自動剖分和自動建模體系框架。上述成果通過實際模擬仿真,能夠快速響應負荷需求,且能有效避開機組復雜振動區,為西南巨型水電站有效避開機組振動區構建了嚴密的理論基礎體系,可望徹底解決業界長期困擾的理論和技術難題,同時也將為我國正在大力推進的西南高比例水電電力市場現貨出清理論奠定前期理論工作基礎。

 

機組復雜振動區在我國西南巨型水電站普遍存在,容易誘發類似俄羅斯最大水電站薩揚爆炸重大安全事故,電網和發電企業不得不采用保守控制策略安排發電,既減少了水電站的發電量,也不能充分發揮其靈活性對電網進行調峰、調頻響應,長期困擾西南巨型水電站生產運行,是西南水電調度運行的卡脖子問題。該問題難點在于,西南機組振動區是出力、發電水頭和發電流量三維不規則、不連續曲面,水電站在響應多個差異極大的電網負荷需求過程中,水頭、出力波動較大,容易頻繁穿越、落入機組振動區;另一方面,梯級水電上下游水電站大都同時存在機組復雜振動區,由于水電站、機組時段間,以及梯級上下游間水力、電力高度耦合,進一步加劇了避開機組振動區的困難。如何建模和破解機組復雜振動區問題,是國內外一直沒有攻克的世界性難題。

本項目研究成果最早源自2008年項目團隊在南方電網水調度高級應用軟件開發過程中發現的天生橋一級、二級實際問題需求,爾后在云南、貴州、廣西等電網生產項目中發現溪絡渡、小灣、龍灘、糯扎渡等水電站也存在同樣問題,十多年來以來,團隊一直致力于從基礎理論和工程實現技術兩方面解決此問題。本成果是融合了無人機、機器人規避障礙物的交叉研究結果,同時也得到了國家自然科學基金重點基金支持。

 

 

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