本发明涉及水利发电站运行状态监控及控制，具体涉及一种水利发电站运行状态监控及控制系统。
背景技术：
1、水利发电站运行状态监控及控制系统是一种集成化的管理系统，用于实时监测和控制水利发电站的运行状态。该系统通过传感器网络和数据采集装置，持续收集水位、流量、机组转速、发电功率等关键参数，并利用智能算法分析这些数据，以检测和预警潜在的运行异常。系统还包括自动化控制功能，可以根据实时监控数据，自动调整发电机组的运行状态，优化水资源的利用效率，确保发电站安全、高效地运行，同时降低维护成本和风险。
2、水利发电站运行状态监控及控制系统在运行过程中会根据水位的变化自动调节发电机组的运行负荷，具体如下：
3、当水位过高时：
4、系统会检测到水库的水位上升到设定的高水位警戒线以上，这种情况下通常意味着有足够的水资源可用于发电。为了防止水库溢流以及充分利用高水位带来的水能，系统会自动增加发电机组的负载。这意味着增加机组的转速或者增加更多的发电机组参与发电过程，从而提高发电功率和效率，加快消耗多余的水量。
5、当水位过低时：
6、系统检测到水库的水位下降到设定的低水位警戒线以下时，表明可用水资源有限。为了保护发电设备和确保水资源的合理利用，系统会自动减少发电负荷。这可以通过降低发电机组的转速、减少参与发电的机组数量或在必要时直接停机，来减少水的消耗量。通过这种方式，系统能够保护水资源，避免水库水位进一步下降至不能发电的水平。
7、现有技术存在以下不足：
8、现有技术通常根据经验设置固定的高水位阈值，这是水利发电站水库中允许水位达到的最高限值，用于决定发电机组的运行负荷和发电量。当水位达到或超过此阈值时，发电站会增加发电负荷，以充分利用水能并防止溢流，确保有效发电。在电力需求高峰期（如炎热夏季白天或寒冷冬季夜晚），电网需求急剧增加。如果发电站继续按照固定高水位阈值操作，可能无法迅速增加发电量，导致电力供应不足，甚至引发停电，危及电力系统稳定。在电力需求低谷期（如深夜），电力消耗大幅减少，但固定高水位阈值可能导致发电站继续高负荷发电，造成电力过剩和能源浪费。如果多余电力无法被电网吸收，发电站可能不得不停机或减少负荷，影响运行效率和设备寿命。
9、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种水利发电站运行状态监控及控制系统，通过从智能电网监控平台实时获取电力需求信息，并利用长短期记忆网络预测电力需求，精确识别电力需求的高峰期、正常运行期和低谷期。基于这些预测结果，动态调整水库的高水位阈值，在电力需求高峰期降低阈值以增加发电量，避免电力供应不足；在低谷期提高阈值以减少发电负荷或停机，避免水资源浪费和设备磨损。通过实时监控和自动化策略调整，系统有效提升水能利用效率和发电效益，确保水利发电站的高效运行和电力系统的稳定，以解决上述背景技术中的问题。
2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水利发电站运行状态监控及控制系统，包括电力需求数据获取与预处理模块、电力需求特征分析与预测模块、电力需求分类模块、水位监控模块、高水位阈值动态调控模块以及发电机组运行策略调整模块；
3、电力需求数据获取与预处理模块，从智能电网的监控平台获取实时的电力需求信息，获取到电网的电力需求信息后，对获取的数据进行初步处理；
4、电力需求特征分析与预测模块，对预处理后的电力需求信息进行分析，提取出反映电网电力需求的关键特征，并对提取的关键特征进行分析，了解电力需求的结构和趋势，再将提取的关键特征输入至预先训练好的长短期记忆网络中，利用长短期记忆网络对电网的电力需求进行短期预测；
5、电力需求分类模块，基于长短期记忆网络的预测结果，将电力需求划分为三种类型：电力需求高峰期、正常运行期以及电力需求低谷期；
6、水位监控模块，对水利发电站的水位进行实时监控，使用水位传感器采集水库水位的实时数据，并通过数据采集系统传输到中央控制系统中，以便实时更新水位信息；
7、高水位阈值动态调控模块，根据电力需求的类型对水利发电站的高水位阈值进行动态调控，在电力需求高峰期降低高水位阈值，增加发电负荷；在电力需求低谷期提高低高水位阈值，减少发电负荷或停机；
8、发电机组运行策略调整模块，基于动态调整后的高水位阈值，自动调整发电机组的运行策略，避免在电力需求低谷期浪费水资源，并在电力需求高峰期最大化发电量。
9、优选的，从智能电网的监控平台获取实时的电力需求信息，具体的步骤如下：
10、建立智能电网监控平台与水利发电站控制系统之间的连接；
11、一旦连接建立，通过水利发电站控制系统从智能电网监控平台获取实时的电力需求数据；
12、通过水利发电站控制系统对获取到的数据进行解码，将收到的原始数据转换为可被发电站控制系统直接理解和利用的格式。
13、优选的，对预处理后的电力需求信息进行分析，提取电网在监控时窗内电网的用电负荷情况和电网的最高电力需求量，对电网在监控时窗内的用电负荷情况和最高电力需求量进行分析后分别生成负荷量化值和峰值需求量化值，将负荷量化值和峰值需求量化值输入至预先训练好的长短期记忆网络中生成电力需求预测指数，通过电力需求预测指数对电网在监控时窗内的电力需求进行短期预测。
14、优选的，将在监控时窗内对电网的电力需求信息进行分析后生成的电力需求预测指数与预先设定的电力需求预测指数参考阈值范围进行比对分析，对电力需求进行划分，具体的划分步骤如下：
15、若电力需求预测指数处于电力需求预测指数参考阈值范围之内，则将该监控时窗的电力需求划分为正常运行期间；
16、若电力需求预测指数大于电力需求预测指数参考阈值范围的最大值，则将该监控时窗的电力需求划分为电力需求高峰期；
17、若电力需求预测指数小于电力需求预测指数参考阈值范围的最小值，则将该监控时窗的电力需求划分为电力需求低谷期。
18、优选的，对电网在监控时窗内的用电负荷情况进行分析后生成负荷量化值的具体步骤如下：
19、在监控时窗内，每隔一个固定时间间隔记录电网的瞬时负荷值，记为，其中t是时间点，表示在t时间的瞬时负荷值，且， n为监控时窗内的总数据点数；
20、通过瞬时负荷值计算负荷变化速率，负荷变化速率定义为瞬时负荷值在相邻两个时间点之间的变化率，计算的表达式为：，式中，表示负荷变化速率，表示时间间隔；
21、计算监控时窗内负荷波动幅度，反映负荷变化的剧烈程度，计算的表达式为：，式中，表示负荷波动幅度，表示负荷在t时间的变化幅度，为负荷绝对变化量，表示负荷在两个时间点之间的绝对变化值，表示负荷变化速率的绝对值，确保计算的幅度不受方向影响；
22、为负荷波动幅度引入一个波动调整系数，以强调大幅波动的时段对负荷总量的影响，波动调整系数的计算表达式为：，式中，表示波动调整系数，放大或缩小负荷波动对负荷总量的影响， e为自然对数的底，用于指数计算， k表示敏感度调整参数，控制波动调整系数对负荷波动幅度的反应程度；
23、综合负荷波动幅度和波动调整系数计算监控时窗内的负荷量化值，计算的表达式为：，式中，表示负荷量化值，代表监控时窗内电网的总体负荷情况，是各时间点负荷值与波动调整系数的加权和，反映了负荷变化的综合影响。
24、优选的，对电网在监控时窗内的最高电力需求量进行分析后生成峰值需求量化值的具体步骤如下：
25、从电网监控系统中获取监控时窗内的实时电力需求数据，将实时电力需求数据以时间序列的形式进行表示，其中，表示在t时间的电力需求；
26、计算监控时窗内的时间加权平均负荷，计算的表达式为：
27、，
28、式中，表示时间加权平均负荷，反映整个监控时窗内电力需求的综合水平，表示时间点的权重，体现该时间点在整体负荷中的相对重要性， u表示时间点的索引， n表示监控时窗内的时间点总数；
29、计算峰值负荷偏差系数，衡量最高电力需求量与时间加权平均负荷之间的偏离程度，峰值负荷偏差系数反映了电网在该监控时窗内负荷波动的相对强度，计算表达式为：
30、，
31、表示监控时窗内的最高电力需求量，为峰值负荷偏差系数，表示峰值负荷相对于时间加权平均负荷的偏差程度，表示监控时窗内负荷的标准差，衡量负荷波动的大小；
32、在监控时窗下，计算峰值需求量化值，计算的表达式为：
33、，
34、式中，表示峰值需求量化值，反映电网在监控时窗内的峰值负荷特征，表示峰值负荷与平均负荷的对数比值，用于衡量峰值负荷相对于平均负荷的相对大小，表示负荷变化率，反映负荷在监控时窗内的波动程度，、、分别为峰值负荷偏差系数、峰值负荷与平均负荷的对数比值以及负荷变化率的权重系数，反映峰值负荷偏差系数、峰值负荷与平均负荷的对数比值以及负荷变化率在峰值需求量化值中的相对重要性。
35、优选的，根据电力需求的类型对水利发电站的高水位阈值进行动态调控，具体的过程如下：
36、计算电力需求预测指数相对于电力需求预测指数参考阈值范围中心点的偏差率，计算的表达式为，式中，表示电力需求预测指数参考阈值范围的中心值，，和分别表示电力需求预测指数参考阈值范围的最大值和最小值，表示当前的电力需求预测指数，反映当前电力需求的预估值，表示电力需求预测指数偏差率，用于评估当前需求相对于参考水平的相对变化；
37、根据电力需求预测指数与电力需求预测指数参考阈值范围的比较结果，确定高水位阈值调整因子，高水位阈值确定的表达式为，式中，表示高水位阈值调整因子，和为调整系数，控制高水位阈值调整因子的变化幅度，反映需求变化对水位阈值的敏感度。
38、优选的，在电力需求高峰期，根据高水位阈值调整因子，计算新的高水位阈值，用于降低高水位阈值，增加发电负荷，高水位阈值的降低将导致水库释放更多的水进行发电，以满足更高的电力需求，计算的表达式为：，式中，表示初始高水位阈值，即未调整时的默认水位限值，表示在电力需求高峰期调整后的高水位阈值，用于应对电力需求高峰期；
39、在电力需求低谷期，同样根据高水位阈值调整因子，计算新的高水位阈值，计算的表达式为：，式中，表示在电力需求低谷期调整后的高水位阈值，用于应对电力需求低谷期；
40、计算控制策略更新值，根据控制策略更新值，调整水利发电站的控制策略，确保水位调控符合当前的电力需求，更新值的计算表达式为：
41、，
42、，
43、式中，为电力需求高峰期下的控制策略更新值，表示水位阈值变化的相对比例，为电力需求低谷期下的控制策略更新值，同样表示水位阈值变化的相对比例；
44、针对正常运行期间的电力需求，继续保持初始的高水位阈值运行。
45、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
46、本发明通过从智能电网监控平台实时获取电力需求信息，结合先进的长短期记忆网络进行电力需求预测，精确识别出电力需求的高峰期、正常运行期和低谷期，并基于这些预测结果动态调整水库的高水位阈值，确保在电力需求高峰期通过降低高水位阈值，快速增加发电量，满足电网的电力需求，避免供应不足和系统不稳定的风险；而在电力需求低谷期，通过提高高水位阈值，减少不必要的发电负荷或停机，避免水资源浪费，延长设备寿命。同时，通过实时监控和自动化运行策略调整，能够最大化水能利用效率，优化发电量和经济效益，提升水利发电站的整体运行效能和响应能力，保障电力系统的安全稳定运行。
1.一种水利发电站运行状态监控及控制系统，其特征在于，包括电力需求数据获取与预处理模块、电力需求特征分析与预测模块、电力需求分类模块、水位监控模块、高水位阈值动态调控模块以及发电机组运行策略调整模块；
2.根据权利要求1所述的一种水利发电站运行状态监控及控制系统，其特征在于，从智能电网的监控平台获取实时的电力需求信息，具体的步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种水利发电站运行状态监控及控制系统，其特征在于，对预处理后的电力需求信息进行分析，提取电网在监控时窗内电网的用电负荷情况和电网的最高电力需求量，对电网在监控时窗内的用电负荷情况和最高电力需求量进行分析后分别生成负荷量化值和峰值需求量化值，将负荷量化值和峰值需求量化值输入至预先训练好的长短期记忆网络中生成电力需求预测指数，通过电力需求预测指数对电网在监控时窗内的电力需求进行短期预测。
4.根据权利要求3所述的一种水利发电站运行状态监控及控制系统，其特征在于，将在监控时窗内对电网的电力需求信息进行分析后生成的电力需求预测指数与预先设定的电力需求预测指数参考阈值范围进行比对分析，对电力需求进行划分，具体的划分步骤如下：
5.根据权利要求3所述的一种水利发电站运行状态监控及控制系统，其特征在于，对电网在监控时窗内的用电负荷情况进行分析后生成负荷量化值的具体步骤如下：
6.根据权利要求3所述的一种水利发电站运行状态监控及控制系统，其特征在于，对电网在监控时窗内的最高电力需求量进行分析后生成峰值需求量化值的具体步骤如下：
7.根据权利要求4所述的一种水利发电站运行状态监控及控制系统，其特征在于，根据电力需求的类型对水利发电站的高水位阈值进行动态调控，具体的过程如下：
8.根据权利要求7所述的一种水利发电站运行状态监控及控制系统，其特征在于，在电力需求高峰期，根据高水位阈值调整因子，计算新的高水位阈值，用于降低高水位阈值，增加发电负荷，高水位阈值的降低将导致水库释放更多的水进行发电，以满足更高的电力需求，计算的表达式为：，式中，表示初始高水位阈值，即未调整时的默认水位限值，表示在电力需求高峰期调整后的高水位阈值，用于应对电力需求高峰期；
