錦屏水電站枯期運(yùn)行方式淺析

李金明，季蘇蕾，竇學(xué)剛，王定立，馬金奎，張 昕

(二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司錦屏水力發(fā)電廠(籌)，四川西昌 615000)

錦屏水電站由二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“二灘公司”)錦屏水力發(fā)電廠(目前為籌備機(jī)構(gòu)，以下簡(jiǎn)稱“錦屏電廠”)負(fù)責(zé)管理，它位于四川省涼山州鹽源、木里、冕寧三縣交界處，系雅礱江下游河段的龍頭電站，是國家“西電東送”、“川電外送”能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。錦屏水電站包括錦屏1級(jí)、錦屏2級(jí)水電站，總裝機(jī)8 400 MW。錦屏1級(jí)水電站混凝土雙曲拱壩壩高305 m，為世界同類壩型中第一高壩;總庫容7 765×106m3，調(diào)節(jié)庫容491×107m3，具有年調(diào)節(jié)能力，裝機(jī)6臺(tái)，總裝機(jī)容量3 600 MW，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量為16.62 TWh;錦屏2級(jí)水電站通過16.7 km的引水隧洞引水發(fā)電，最大水頭達(dá)318.8 m;總庫容 1 428 ×104m3，調(diào)節(jié)庫容為 496 ×104m3;裝機(jī)8臺(tái)，總裝機(jī)容量4 800 MW，多年平均發(fā)電量為24.23TWh。錦屏水電站計(jì)劃首臺(tái)機(jī)組于2012年年底投產(chǎn)發(fā)電，2014年機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。

錦屏水電站裝機(jī)容量大，是電網(wǎng)中調(diào)峰調(diào)壓的主力電站，其枯期運(yùn)行方式是否合理，直接關(guān)系到電網(wǎng)安全與供電質(zhì)量。下面從機(jī)組枯期運(yùn)行的有功分配方面對(duì)機(jī)組枯期運(yùn)行方式進(jìn)行了探討。

1 枯期有功優(yōu)化

根據(jù)錦屏1、2級(jí)水電站的特點(diǎn)，實(shí)行兩站間的梯級(jí)調(diào)度將極大程度的提高水能利用率，凸顯梯級(jí)水庫調(diào)度的優(yōu)勢(shì)。但錦屏1、2級(jí)水庫水力條件復(fù)雜，枯期運(yùn)行狀況多樣，為實(shí)現(xiàn)兩級(jí)電站間負(fù)荷的合理分配，有必要對(duì)負(fù)荷分配模型加以簡(jiǎn)化研究。

錦屏1級(jí)水電站最大水頭240 m，最小水頭153 m，調(diào)節(jié)庫容491×107m3。按照?qǐng)D1所示機(jī)組運(yùn)行特性曲線，當(dāng)1級(jí)電站水頭保持在200 m到240 m時(shí)，機(jī)組最大出力能達(dá)到額定出力?？萜谒畮斓退贿\(yùn)行，水頭小于200 m時(shí)，機(jī)組最大出力受限，將不能達(dá)到額定出力。

圖1 錦屏1級(jí)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線

錦屏2級(jí)水電站正常蓄水位1 646 m，死水位1 640 m，可調(diào)庫容較小，為496×103m3，為日調(diào)節(jié)庫容。為滿足下游生態(tài)需求，2級(jí)閘壩設(shè)有生態(tài)泄放洞，向下游泄水。

若使錦屏的總出力在1、2級(jí)電站機(jī)組內(nèi)合理分配，將使水能利用得到極大的提高，對(duì)此，提出以下計(jì)算模型。

模型簡(jiǎn)化如下。

(1)假定錦屏1級(jí)6臺(tái)機(jī)組運(yùn)行工況、效率分別相同，錦屏2級(jí)8臺(tái)機(jī)組運(yùn)行工況、效率分別相同，此時(shí)單級(jí)站內(nèi)負(fù)荷分配滿足理想化的分配。

(2)由于錦屏2級(jí)水頭變化范圍窄(正常水位1 646 m，死水位1 640 m)，根據(jù)圖2所示錦屏二級(jí)機(jī)組運(yùn)行特性曲線，可知在1 640～1 646 m水位區(qū)間運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的工況變化不大，機(jī)組的效率也接近于設(shè)計(jì)值。此時(shí)，在錦屏電站總負(fù)荷可在1、2級(jí)間自由分配的情況下，可安排錦屏1級(jí)電站的發(fā)電流量等于2級(jí)電站的發(fā)電流量與生態(tài)泄放流量之和，保持2級(jí)機(jī)組在高水頭下運(yùn)行，同時(shí)合理安排兩站內(nèi)的開機(jī)臺(tái)數(shù)，使機(jī)組運(yùn)行在高效率區(qū)。

圖2 錦屏2級(jí)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線

(3)假定錦屏1級(jí)、2級(jí)機(jī)組振動(dòng)區(qū)上下限出力分別為 Z11，Z12，Z21，Z22。

列出目標(biāo)函數(shù)如下。

約束條件為

符號(hào)說明:Qi為i級(jí)發(fā)電流量;Qij為i級(jí)第j臺(tái)機(jī)組的發(fā)電流量;Pij為i級(jí)第j臺(tái)機(jī)組的有功出力;Pz為錦屏1、2級(jí)電站總有功給定值;P(Hi)為i級(jí)機(jī)組出力限制曲線;Zi1為i級(jí)機(jī)組振動(dòng)區(qū)下限出力;Zi2為i級(jí)機(jī)組振動(dòng)區(qū)上限出力;Qx為2級(jí)生態(tài)泄放洞流量;ηiT為i級(jí)水輪機(jī)效率;ηiG為 i級(jí)發(fā)電機(jī)效率;Hi為i級(jí)水頭值。由此約束條件，便可計(jì)算出1、2級(jí)負(fù)荷的最優(yōu)分配。將之分配到1、2級(jí)電站的各機(jī)組，將使水能得到最優(yōu)利用。

舉例如下:枯期時(shí)錦屏1級(jí)運(yùn)行在200 m水頭，2級(jí)運(yùn)行最大水頭318.8 m，錦屏電站要求總負(fù)荷為3 800 MW時(shí)，可按上述模型計(jì)算得出兩級(jí)電站的負(fù)荷分配，以達(dá)到水能利用的最大化。

表1 站間負(fù)荷分配表

續(xù)表1

1、2級(jí)的總負(fù)荷滿足電網(wǎng)的需求，同時(shí)，1級(jí)發(fā)電流量等于2級(jí)發(fā)電流量與生態(tài)泄放量之和，也即水能得到了充分的利用。

結(jié)合水輪機(jī)特性曲線，擇優(yōu)選取兩站內(nèi)機(jī)組高效區(qū)運(yùn)行區(qū)域，同時(shí)避開機(jī)組振動(dòng)區(qū)，考慮適當(dāng)保留旋轉(zhuǎn)備用容量和無功調(diào)節(jié)能力，可將兩站內(nèi)的負(fù)荷做如下分配。

表2 機(jī)組負(fù)荷分配表(單位:MW)

續(xù)表2

如此，便將錦屏電站的總負(fù)荷按照前述模型，分配到了各臺(tái)機(jī)組，最終使水能得到了較優(yōu)的利用。

模型改進(jìn)優(yōu)化的建議如下。

(1)保持1、2級(jí)電站總過機(jī)流量相同，只是在一定范圍內(nèi)的優(yōu)化。如果進(jìn)一步修改目標(biāo)函數(shù)，追求1、2級(jí)發(fā)電的綜合耗水率最小，則能使水能得到更佳的利用，篇幅限制，不再討論。

(2)機(jī)組有空載流量，即實(shí)際運(yùn)行中流量與機(jī)組出力并不是嚴(yán)格正比關(guān)系，如將實(shí)際運(yùn)行得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)帶回模型的約束條件中，將使計(jì)算結(jié)果更趨合理。

(3)錦屏1、2級(jí)電站總共有14臺(tái)大容量機(jī)組，調(diào)節(jié)范圍大，運(yùn)行方式靈活，在出力分配上應(yīng)結(jié)合機(jī)組的效率區(qū)和振動(dòng)區(qū)，結(jié)合水庫水位控制及來水情況，科學(xué)優(yōu)化分配機(jī)組負(fù)荷，降低耗水率。

(4)實(shí)際運(yùn)行中，同級(jí)電站的各機(jī)組效率不可能完全相同，若據(jù)實(shí)際情況帶入各機(jī)組效率，讓效率高的機(jī)組優(yōu)先帶負(fù)荷運(yùn)行，也能使模型得到優(yōu)化。

(5)在事故情況或調(diào)度要求緊急調(diào)頻情況下，可優(yōu)先將負(fù)荷分配給2級(jí)機(jī)組短時(shí)運(yùn)行，發(fā)揮2級(jí)的日調(diào)節(jié)庫容的作用。

該部分主要提出了錦屏電站總負(fù)荷在1、2級(jí)站內(nèi)機(jī)組分配的一種計(jì)算模型，使之能計(jì)算出各機(jī)組的最優(yōu)負(fù)荷分配，并提出了對(duì)計(jì)算模型的改進(jìn)意見，以期能在站內(nèi)AGC的原理設(shè)計(jì)中起到一定的參考作用。

2 結(jié)語

做好錦屏電站投運(yùn)后枯期運(yùn)行分析對(duì)保證電力系統(tǒng)安全和在滿足系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)的前提下最大程度節(jié)約水資源，從而充分發(fā)揮電站效益有著非常重要的意義。僅在一定條件下做了研究嘗試。電站投產(chǎn)后枯期運(yùn)行時(shí)錦屏1、2級(jí)電站負(fù)荷不統(tǒng)一安排情況下的優(yōu)化調(diào)度等問題還需實(shí)際驗(yàn)證分析。

［1］田開華，王旭東.二灘水電站枯水期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及改善方法探討［J］.水電站機(jī)電技術(shù)，2005，28(5):54 －55.

［2］孟祥萍，高嬿.電力系統(tǒng)分析［M］.北京:高等教育出版社，2004.