探索黑水河流域經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及優(yōu)化調(diào)度

陳 宇 翔

(阿壩水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 阿壩黑水 623500)

1 前 言

毛爾蓋電站于2011年3月20號(hào)成功下閘蓄水，總庫(kù)容為5.35億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容達(dá)4.43億m3，水位高差達(dá)70m，屬大Ⅱ型水庫(kù)，具有年調(diào)節(jié)能力，首臺(tái)機(jī)組將于年底投產(chǎn)發(fā)電，下游依次為雅都電站、柳坪電站，三站首尾相連。為了充分利用水能資源，創(chuàng)造最佳經(jīng)濟(jì)效益，本文對(duì)如何實(shí)現(xiàn)流域經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度作了一些探索，并希望對(duì)此有一定借鑒作用，待時(shí)機(jī)成熟后，制定、修改相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)施。

2 毛爾蓋電站下閘蓄水后到首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電時(shí)段的聯(lián)合調(diào)度

(1)河流來(lái)水量的特點(diǎn)：由于毛爾蓋電站已下閘蓄水，但放空洞閘門(mén)全開(kāi)，相當(dāng)于一水流“瓶頸”，正常情況下，天然來(lái)水量不能儲(chǔ)存，但由于放空洞的“滯留”作用，在汛期對(duì)洪峰可起到一定的“削峰”作用，尤其對(duì)漂浮物有一定的攔截作用，可減少大量泥沙的下泄，同時(shí)還有相對(duì)“穩(wěn)流”下泄的作用。

(2)摸索、掌握毛爾蓋電站閘首水位、放空洞不同開(kāi)度下泄流量的關(guān)系十分重要，既要了解入庫(kù)流量，還要知道下泄流量。了解入庫(kù)流量是獲得入庫(kù)的“水量”，獲得水位信息是掌握下泄流量、并間接得知下游雅都、柳坪電站的發(fā)電量，對(duì)于發(fā)電量的申報(bào)更趨于準(zhǔn)確。對(duì)于此時(shí)段，運(yùn)行人員要摸索毛爾蓋閘首水位與放空洞不同開(kāi)度下泄流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，校正理論和實(shí)際的偏差。如表1(來(lái)自《毛爾蓋電站水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行規(guī)程》)，當(dāng)水位為2 043m高程時(shí)，放空洞全開(kāi)下泄流量為140m3/s，但柳坪、雅都電站恢復(fù)發(fā)電后的水情信息數(shù)據(jù)表明，實(shí)際為50m3/s左右，與設(shè)計(jì)有很大出入。

(3)毛爾蓋電站閘首下泄流量與上游來(lái)水量沒(méi)有直接的關(guān)系，只有間接的關(guān)系，但與毛爾蓋電站閘首水位有直接的聯(lián)系。在得知毛爾蓋電站庫(kù)區(qū)水位后，可立即得出雅都、柳坪電站全天的發(fā)電量，對(duì)于準(zhǔn)確申報(bào)負(fù)荷、合理安排運(yùn)行方式有一定的意義。

表1 毛爾蓋電站水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行規(guī)程

a.根據(jù)毛爾蓋閘首運(yùn)行人員每天統(tǒng)計(jì)的水位和下泄流量，并借鑒運(yùn)行人員推導(dǎo)的公式，同時(shí)借鑒設(shè)計(jì)公式，得出下泄流量經(jīng)驗(yàn)公式：

Q=0.775×4.3×4.1×SQRT(9.8×(h-2 040))

(1)

其中Q——放空洞下泄流量；

0.775——放空洞形狀系數(shù)；

4.3×4.1——放空洞大體截面積；

9.8——重力參數(shù)；

h——毛爾蓋水庫(kù)水位；

2 040——放空洞底板高程。

由上式知：毛爾蓋水庫(kù)水位在2 043m時(shí)，估算放空洞下泄流量為53.2m3/s。

b.根據(jù)上式，當(dāng)?shù)弥珷柹w庫(kù)區(qū)水位后，即可算出下泄流量、并可算出機(jī)組出力和每天發(fā)電量，把理論發(fā)電量從4月16號(hào)累加到4月28號(hào)，得出這一時(shí)段的理論總發(fā)電量為3 390萬(wàn)kW·h。從4月16號(hào)茂譚線(xiàn)恢復(fù)正常運(yùn)行后，每天實(shí)際電量從4月16號(hào)累加到4月28號(hào)，實(shí)際總發(fā)電量為3 360萬(wàn)kW·h，說(shuō)明理論和實(shí)際基本相符，僅相差0.89%，上式基本實(shí)用，差距來(lái)源于此期間換機(jī)頻繁、柳坪電站1號(hào)機(jī)組空轉(zhuǎn)等，消耗了部分水能。

(4)第二階段蓄水后的聯(lián)合調(diào)度。按毛爾蓋電站下閘蓄水計(jì)劃，7月15號(hào)將實(shí)施第二階段蓄水，計(jì)劃在9月11號(hào)逐漸蓄水至2 133m高程，運(yùn)行人員要摸索"放空洞開(kāi)度與下泄流量"的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不斷校正實(shí)際流量與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的偏差，目的也是為了充分利用水能資源、準(zhǔn)確申報(bào)發(fā)電量、合理安排運(yùn)行方式。

(5)水位與下泄流量建立對(duì)應(yīng)關(guān)系注意事項(xiàng)：

a.毛爾蓋閘首運(yùn)行人員同時(shí)獲取水位、入庫(kù)流量信息，如上午9時(shí)，同時(shí)獲取二者數(shù)據(jù)，否則可能由于時(shí)間差導(dǎo)致數(shù)據(jù)不真實(shí)。

b.集控中心運(yùn)行人員同時(shí)(如上午9時(shí))獲取毛爾蓋閘首水位、入庫(kù)(雅都)流量信息，間接獲得毛爾蓋閘首水位與下泄流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

c.毛爾蓋閘首和集控中心分別建立此數(shù)據(jù)資料，修正設(shè)計(jì)和實(shí)際的偏差，服務(wù)于流域水情調(diào)度、發(fā)電量申報(bào)。

d.7月15號(hào)前，毛爾蓋電站第二階段下閘蓄水前，運(yùn)行人員不斷校正式(1)中的經(jīng)驗(yàn)公式，作到放空洞下泄流量更趨于準(zhǔn)確，實(shí)用。

e.7月15號(hào)后，根據(jù)設(shè)計(jì)成果，運(yùn)行人員不斷摸索和總結(jié)新的經(jīng)驗(yàn)。

3 毛爾蓋電站投產(chǎn)初期，在現(xiàn)場(chǎng)控制室監(jiān)控運(yùn)行，要考慮與柳坪、雅都電站的聯(lián)合調(diào)度

(1)水力聯(lián)系的觀點(diǎn)：由于黑水河流域內(nèi)各電站之間距離短，彼此間的水力聯(lián)系非常緊密，處于下游的雅都、柳坪電站的來(lái)水量取決于毛爾蓋閘首的放水情況，因此黑水河流域集控中心必須根據(jù)各電站的來(lái)水情況和上游水位，充分考慮梯級(jí)電站間的水力聯(lián)系，在保證滿(mǎn)足電力調(diào)度要求的前提下，實(shí)現(xiàn)各個(gè)梯級(jí)電站之間的協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行。

(2)變化的觀點(diǎn)：在摸索、掌握了毛爾蓋電站下閘蓄水后到首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電時(shí)段對(duì)聯(lián)合調(diào)度要求的基礎(chǔ)上，毛爾蓋電站首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)后就容易實(shí)現(xiàn)流域聯(lián)合調(diào)度。因?yàn)槊珷柹w電站三臺(tái)機(jī)組滿(mǎn)發(fā)引用流量為217m3/s，與雅都、柳坪電站引用流量基本一致，毛爾蓋電站首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)時(shí)，根據(jù)所帶負(fù)荷，可按比例估算出機(jī)組引用流量，加上毛爾蓋閘首下泄流量，即可估算出入庫(kù)(雅都)流量，可提高發(fā)電量申報(bào)、實(shí)時(shí)調(diào)度的準(zhǔn)確性，并隨毛爾蓋電站的出力變化做出相應(yīng)調(diào)節(jié)。

(3)整體的觀點(diǎn)：在實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)時(shí)，集控中心應(yīng)充分利用其獲得的整個(gè)流域內(nèi)各個(gè)電站的電力和水力數(shù)據(jù)資源，將流域內(nèi)各個(gè)電站視為一個(gè)整體來(lái)考慮。并確定各電站內(nèi)部最佳運(yùn)行的機(jī)組臺(tái)數(shù)、機(jī)組的組合方式和機(jī)組間最佳有功功率分配。在滿(mǎn)足調(diào)度負(fù)荷曲線(xiàn)的前提下，其余電站各機(jī)組按照流量平衡原則，避免水庫(kù)拉空或不必要的棄水。

4 毛爾蓋電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)接入集控中心后，實(shí)現(xiàn)流域經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及優(yōu)化調(diào)度

(1)毛爾蓋電站完善水情、水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)：集控中心實(shí)時(shí)掌握流域水情信息。主要水情信息有：各電站水庫(kù)的來(lái)水預(yù)報(bào)、區(qū)間來(lái)水、各電站上游水位、下游水位，這些主要用于水量平衡計(jì)算、機(jī)組發(fā)電流量計(jì)算、機(jī)組效率計(jì)算、機(jī)組單位出力的耗水率的計(jì)算。通過(guò)實(shí)現(xiàn)全梯級(jí)優(yōu)化運(yùn)行后，僅水能資源利用率的提高所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，可平均提高好幾個(gè)百分點(diǎn)。

(2)聯(lián)合調(diào)度：毛爾蓋水電站投運(yùn)后，由于雅都、柳坪和毛爾蓋水電站并不在同一個(gè)關(guān)口上進(jìn)行電量考核，所以毛爾蓋和另三站要進(jìn)行統(tǒng)一負(fù)荷調(diào)度，基本上很難實(shí)現(xiàn)。因此要和電力調(diào)度部門(mén)溝通協(xié)商，在下達(dá)負(fù)荷曲線(xiàn)及實(shí)時(shí)調(diào)度時(shí)，使三站的負(fù)荷按同一比例下達(dá)(毛爾蓋∶雅都∶柳坪=2.7∶1∶0.8)。即三站根據(jù)各自水位，按一定比例同時(shí)增減負(fù)荷。

(3)優(yōu)化調(diào)度：集控中心梯級(jí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是根據(jù)流域的基本水情，各電站水文動(dòng)能條件、實(shí)時(shí)運(yùn)行工況、按照電氣安全運(yùn)行準(zhǔn)則，在滿(mǎn)足電力調(diào)度系統(tǒng)正常調(diào)度要求(下達(dá)的日負(fù)荷曲線(xiàn)、電壓曲線(xiàn)以及AGC命令)前提下，對(duì)各電站參與聯(lián)合控制的機(jī)組制定運(yùn)行計(jì)劃(非實(shí)時(shí))，按最優(yōu)發(fā)電運(yùn)算確定各電站開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)，自動(dòng)分配各電站有功和無(wú)功負(fù)荷，并據(jù)此選擇啟、停機(jī)組臺(tái)數(shù)和調(diào)節(jié)機(jī)組出力，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度管理?？山柚鷳?yīng)用程序服務(wù)器計(jì)算得出優(yōu)化調(diào)度方案、以及經(jīng)驗(yàn)，綜合分析實(shí)施。

(4)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：在滿(mǎn)足電力系統(tǒng)要求電量的前提下，利用流域的徑流來(lái)水發(fā)電為主，少用長(zhǎng)期調(diào)節(jié)水庫(kù)中的水，庫(kù)區(qū)水作為枯水期發(fā)電用水盡量保留，雅都、柳坪電站應(yīng)盡量維持水庫(kù)高水位運(yùn)行。在其水庫(kù)未達(dá)到最高水位時(shí)應(yīng)少發(fā)電，但要保證下游最小流量，使其庫(kù)水位迅速上升到正常水位，到達(dá)正常水位后，即按入庫(kù)流量等于出庫(kù)流量方式運(yùn)行以維持庫(kù)水位處于正常范圍。此時(shí)，實(shí)現(xiàn)的是流量調(diào)節(jié)加水位調(diào)節(jié)，即上游來(lái)水作為流量調(diào)節(jié)的設(shè)定值，控制電站的發(fā)電流量；當(dāng)上游水位偏差超過(guò)允許值，就進(jìn)行水位調(diào)節(jié)，參照?qǐng)D1《毛爾蓋電站水庫(kù)調(diào)度圖》實(shí)施。

圖1 毛爾蓋電站水庫(kù)調(diào)度

由于站、庫(kù)區(qū)相距較遠(yuǎn)，且柳坪、雅都庫(kù)容較小，因此在毛爾蓋電站投入運(yùn)行后，柳坪庫(kù)區(qū)水位運(yùn)行在1 779m左右，雅都庫(kù)區(qū)水位運(yùn)行在1 872.5m左右。在線(xiàn)路故障或其他原因時(shí)，有足夠的緩沖時(shí)間進(jìn)行處理。

(5)事故預(yù)案：毛爾蓋電站機(jī)組全部投產(chǎn)后，如果三站某站機(jī)組、送出線(xiàn)路故障，按事故出現(xiàn)的季節(jié)和時(shí)段、事故的類(lèi)別、修復(fù)工期、經(jīng)濟(jì)對(duì)比、水能資源的利用率，制定出合理的《各種應(yīng)急預(yù)案》，組織討論，形成《相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。此項(xiàng)工作應(yīng)在毛爾蓋電站首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)前完成。

(6)整體的觀點(diǎn)：毛爾蓋電站三投后，集控中心是生產(chǎn)中心和指揮中心，三站是生產(chǎn)“車(chē)間”，要從流域調(diào)度的角度出發(fā)，把集控中心和三站看成一個(gè)有機(jī)“整體”來(lái)考慮各種問(wèn)題，如安全、運(yùn)行、發(fā)電計(jì)劃、檢修計(jì)劃、人員組織、后勤保障等等。

(7)急需探討和摸索的問(wèn)題：發(fā)電部提出以下問(wèn)題，需要共同探討和摸索，即統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、繪制年、月、日的流域來(lái)水量—三站庫(kù)區(qū)水位—發(fā)電量曲線(xiàn)圖。就目前來(lái)看，柳坪、雅都水情測(cè)報(bào)極為不準(zhǔn)確，現(xiàn)在二站的負(fù)荷申報(bào)都是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算，在毛爾蓋電站投入運(yùn)行后，水工班進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、繪制流域的流域來(lái)水量—三站庫(kù)區(qū)水位—發(fā)電量曲線(xiàn)圖。為聯(lián)合調(diào)度后年、月、日發(fā)電計(jì)劃提供準(zhǔn)確依據(jù)。