貴州烏江梯級(jí)水電站日調(diào)節(jié)水庫水位控制策略

賀亞山(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司 水電站遠(yuǎn)程集控中心，貴州 貴陽 550002)

貴州烏江梯級(jí)水電站日調(diào)節(jié)水庫水位控制策略

賀亞山(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司 水電站遠(yuǎn)程集控中心，貴州 貴陽 550002)

為避免水庫保持高水位運(yùn)行造成泄洪而帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失，選取烏江梯級(jí)電站中索風(fēng)營、格里橋、思林、和沙沱4座日調(diào)節(jié)水庫，分別從正常運(yùn)行、汛期區(qū)間暴雨、因故機(jī)組全停等3種情況展開研究，詳細(xì)分析了各水庫水位的控制要素，總結(jié)出各自的水位控制策略，并提出了這4座水庫的水位控制目標(biāo)?？蔀槠渌畮斓乃徽{(diào)節(jié)控制提供借鑒。

梯級(jí)水庫;日調(diào)節(jié)水庫;水位控制;策略研究;思林水電站;沙沱水電站;索風(fēng)營水

1 概 述

烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)管理烏江流域貴州境內(nèi)干流7座水電站和支流清水河的2座水電站，依次為洪家渡、東風(fēng)、索風(fēng)營、烏江渡、構(gòu)皮灘、思林電站、沙沱、大花水、格里橋9座電站，已完建，總裝機(jī)為866.5萬kW。其中，洪家渡水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，構(gòu)皮灘水庫為年調(diào)節(jié)水庫，烏江渡、東風(fēng)、大花水3座水庫為不完全年調(diào)節(jié)水庫，其余4座為日調(diào)節(jié)水庫。在梯級(jí)水庫調(diào)蓄作用下，構(gòu)皮灘水庫可達(dá)到多年調(diào)節(jié)性能，烏江渡水庫可達(dá)到年調(diào)節(jié)性能。

該公司的水電站遠(yuǎn)程集控中心負(fù)責(zé)水庫的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度管理，其中索風(fēng)營、格里橋、思林、沙沱4座水庫為日調(diào)節(jié)水庫。2014年，通過汛前各日調(diào)節(jié)水庫保持長時(shí)間高水位運(yùn)行，降低了耗水率，節(jié)約水資源量達(dá)5.22億m3，增發(fā)電量1.25億kW·h，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)3 500萬元。由此可見，日調(diào)節(jié)水庫保持高水位運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，但其水位不可一味偏高，否則造成的泄洪也會(huì)給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。本文將對(duì)烏江梯級(jí)4個(gè)日調(diào)節(jié)水庫的水位控制策略進(jìn)行分析。

2 日調(diào)節(jié)水庫基本特性

(1) 索風(fēng)營電站裝機(jī)600 MW，正常高水位837 m，死水位822 m，調(diào)節(jié)庫容0.67億m3，為日調(diào)節(jié)水庫；上游的東風(fēng)電站裝機(jī)695 MW，為季調(diào)節(jié)水庫，貓?zhí)犹菁?jí)最后一級(jí)為紅巖電站，裝機(jī)30 MW，為日調(diào)節(jié)水庫。索風(fēng)營電站水位在835～837 m時(shí)，每小時(shí)水位變化1 cm所對(duì)應(yīng)的入庫流量為16 m3/s。東風(fēng)電站正常發(fā)電至索風(fēng)營電站的匯流時(shí)間約為3 h。

(2)格里橋電站裝機(jī)150 MW，正常高水位719 m，死水位709 m，調(diào)節(jié)庫容0.19億m3，為日調(diào)節(jié)水庫；上游的大花水電站裝機(jī)200 MW，為季調(diào)節(jié)水庫。格里橋電站水位在714～719 m之間時(shí)，每小時(shí)水位變化1 cm所對(duì)應(yīng)的入庫流量為5.5 m3/s。大花水電站正常發(fā)電至格里橋電站的匯流時(shí)間約為1 h。

(3) 思林電站電站裝機(jī)1 050 MW，正常高水位440 m，死水位431 m，調(diào)節(jié)庫容3.17億m3，為日調(diào)節(jié)水庫，設(shè)計(jì)汛限水位為435 m(6～8月)。上游的構(gòu)皮灘電站裝機(jī)3 000 MW，為年調(diào)節(jié)水庫。思林電站電站水位在430～435 m時(shí)，每小時(shí)水位變化1 cm所對(duì)應(yīng)的入庫流量為92 m3/s；水位在435～440 m時(shí)，為103 m3/s。構(gòu)皮灘正常發(fā)電至思林電站的匯流時(shí)間約為3 h。

(4) 沙沱電站裝機(jī)1 120 MW，正常高水位365 m，死水位353.5 m，調(diào)節(jié)庫容2.87億m3，為日調(diào)節(jié)水庫,設(shè)計(jì)汛限水位357 m(6～8月)。上游為思林電站水電站裝機(jī)1 050 MW，為日調(diào)節(jié)水庫。沙沱水位在355～360 m時(shí)，每小時(shí)水位變化1 cm所對(duì)應(yīng)的入庫流量為66 m3/s;水位在360～365 m時(shí)，為77 m3/s。思林電站正常發(fā)電至沙沱的匯流時(shí)間約為4 h。

3 日調(diào)節(jié)水庫控制策略

3.1 控制要素

(1) 上下游流量匹配關(guān)系。烏江梯級(jí)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度追求梯級(jí)綜合效益最大，日調(diào)節(jié)水庫保持優(yōu)化運(yùn)行對(duì)上下游發(fā)電有制約與反制約的關(guān)系，需綜合考慮梯級(jí)整體效益。

(2) 電網(wǎng)約束。貴州是國內(nèi)推行節(jié)能優(yōu)化調(diào)度的省份，對(duì)電站發(fā)生棄水的考核嚴(yán)格，因此要求日調(diào)節(jié)水庫保留一定安全裕度，確保不因調(diào)度原因發(fā)生棄水。

(3) 水位日變化幅度。從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度出發(fā)，考慮電力市場(chǎng)的峰谷差異實(shí)際情況，確定日調(diào)節(jié)水庫運(yùn)行水位的變化范圍。

3.2 各水庫控制策略

由于日調(diào)節(jié)水庫庫容小，上游一旦泄洪，日調(diào)節(jié)水庫一般均會(huì)發(fā)生泄洪，故本文不考慮上游電站泄洪情況，僅在正常運(yùn)行、區(qū)間暴雨、機(jī)組全停3種情況下,研究日調(diào)節(jié)水庫的水位控制策略。

在正常運(yùn)行情況下，只需考慮上下游發(fā)電匹配進(jìn)行水位控制；在考慮汛期區(qū)間暴雨影響的情況下，反推日調(diào)節(jié)水庫不棄水的水位控制高限值；在日調(diào)節(jié)水庫因故機(jī)組全停的情況下，將上游電站無泄洪風(fēng)險(xiǎn)立即由枯期的常規(guī)運(yùn)行和汛期最大運(yùn)行方式調(diào)整至全停，反推日調(diào)節(jié)水庫不棄水的水位控制高限值。

3.2.1 索風(fēng)營水庫水位控制

據(jù)統(tǒng)計(jì)，東風(fēng)、索風(fēng)營、紅巖3座電站的滿發(fā)額定流量分別為632，995 m3/s和96 m3/s。多年平均區(qū)間流量為58 m3/s，暴雨產(chǎn)生的最大區(qū)間流量為200 m3/s。

(1)正常運(yùn)行情況。在這3座電站中，索風(fēng)營電站的滿發(fā)流量超過東風(fēng)和紅巖電站的滿發(fā)流量，可接近正常高水位運(yùn)行。

(2)區(qū)間暴雨情況。索風(fēng)營電站的滿發(fā)流量超過東風(fēng)、紅巖電站的滿發(fā)流量以及暴雨產(chǎn)生的最大區(qū)間流量之和，故也可接近正常高水位運(yùn)行。

(3)機(jī)組全停情況?？煞譃橐韵聝煞N情況： ①汛期上游電站由最大運(yùn)行方式調(diào)整至全停，反推日調(diào)節(jié)水庫的水位控制高限值； ②枯期上游電站由常規(guī)運(yùn)行方式調(diào)整至全停，反推日調(diào)節(jié)水庫的水位控制高限值。

在汛期，東風(fēng)、紅巖電站發(fā)電水量傳播至索風(fēng)營電站的時(shí)間分別為3 h、1 h，區(qū)間流量按58 m3/s考慮。在索風(fēng)營電站機(jī)組因故全停后，立即將東風(fēng)、紅巖電站機(jī)組全停，3h后到達(dá)索風(fēng)營電站的水量為780萬m3。在高水位情況下，水位將上漲1.35 m，之后每小時(shí)入庫水量為21萬m3、流量為58 m3/s。水位每小時(shí)上漲3.7 cm，考慮到10 h的全停影響，10 h后水位將上漲1.61 m，由索風(fēng)營電站正常高水位837 m反推其水位可按835.39 m控制。

在枯期，東風(fēng)電站按300 MW負(fù)荷(流量為300 m3/s)考慮，紅巖電站不發(fā)電，區(qū)間流量按20 m3/s考慮。在索風(fēng)營電站機(jī)組因故全停后，立即將東風(fēng)電站機(jī)組全停。3 h后到達(dá)索風(fēng)營電站的水量為346萬m3，在高水位情況下,水位將上漲0.60 m，之后每小時(shí)入庫水量為7.2萬m3、流量20 m3/s，水位每小時(shí)上漲1.3 cm，考慮到10 h的全停影響，10 h后水位將上漲0.69 m，由索風(fēng)營電站正常高水位反推其水位可按836.31 m控制。

3.2.2 格里橋水庫水位控制

據(jù)統(tǒng)計(jì)，大花水、格里橋2座電站的滿發(fā)額定流量分別為160 m3/s和200 m3/s。多年平均區(qū)間流量為10 m3/s，暴雨產(chǎn)生的最大區(qū)間流量為85 m3/s。

(1)正常運(yùn)行情況。格里橋電站滿發(fā)流量超過大花水電站滿發(fā)流量和多年平均區(qū)間流量之和，可接近正常高水位運(yùn)行。

(2)區(qū)間暴雨情況。大花水電站滿發(fā)流量和暴雨產(chǎn)生的最大區(qū)間流量之和超過格里橋電站的滿發(fā)流量，考慮到格里橋電站區(qū)間洪水陡漲陡落，暴雨產(chǎn)流小于38萬m3的水量，保留2 m調(diào)節(jié)庫容(40萬m3水量)，故該水庫可按正常高水位下2 m運(yùn)行。若考慮大花水為格里橋錯(cuò)峰，格里橋可接近正常高水位運(yùn)行。

(3)機(jī)組全停情況。大花水電站發(fā)電水量傳播至格里橋時(shí)間為1 h,區(qū)間流量按10 m3/s考慮，在格里橋機(jī)組全停后，立即將大花水發(fā)電機(jī)組由滿發(fā)調(diào)整至全停，1 h后到達(dá)格里橋電站水量為61萬m3，在高水位情況下水位將上漲0.28 m，之后每小時(shí)入庫水量為3.6萬m3、流量10 m3/s，水位每小時(shí)上漲1.6 cm,考慮10 h的全停影響，10 h后水位將上漲0.43 m, 格里橋水位可按718.57 m控制。

3.2.3 思林電站水庫水位控制

據(jù)統(tǒng)計(jì)，構(gòu)皮灘、思林電站2座電站的滿發(fā)額定流量分別為1 900 m3/s和1 800 m3/s，其多年平均區(qū)間流量分別為717 m3/s和114 m3/s。在構(gòu)皮灘、思林2座電站滿發(fā)情況下，思林電站水位日變幅分別為0.56 m(水位為435 m以下)和0.50 m(水位為435 m以上)。

(1)正常運(yùn)行情況。構(gòu)皮灘與上游配合可滿足多年調(diào)節(jié)性能。思林電站滿發(fā)流量超過構(gòu)皮灘壩址多年平均流量和區(qū)間流量之和，可接近正常高水位運(yùn)行。

(2) 區(qū)間暴雨情況。思林電站上游構(gòu)皮灘水庫是多年調(diào)節(jié)水庫。在主汛期，構(gòu)皮灘與思林電站實(shí)行聯(lián)合調(diào)度，思林電站區(qū)間產(chǎn)生暴雨時(shí)，構(gòu)皮灘電站負(fù)荷減至最低50 MW(電網(wǎng)調(diào)電壓要求，對(duì)應(yīng)流量30 m3/s)錯(cuò)峰，思林電站汛限水位實(shí)行動(dòng)態(tài)控制，最高按438.76 m控制，438.76～434.5 m間動(dòng)態(tài)庫容為1.54億m3。思林電站區(qū)間暴雨以1 d暴雨強(qiáng)度最大，洪水過程為3 d。暴雨后，3 d內(nèi)構(gòu)皮灘電站最低負(fù)荷運(yùn)行、思林電站滿發(fā)，發(fā)電消耗洪水量為4.59億m3，加上可蓄動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)庫容為1.54億m3，可攔3 d洪水量為6.13億m3，能抵御思林電站區(qū)間50 a一遇洪水(3 d洪水量5.6億m3)，故主汛期該電站水位可按434.5 m運(yùn)行。

(3) 機(jī)組全停情況?？煞譃橐韵聝煞N情況： ①主汛期最大運(yùn)行方式調(diào)整至全停，反推日調(diào)節(jié)水庫不棄水的水位控制高限值； ②非主汛期常規(guī)運(yùn)行方式調(diào)整至全停，反推日調(diào)節(jié)水庫不棄水的水位控制高限值。

在主汛期，構(gòu)皮灘電站發(fā)電水量傳播至思林電站時(shí)間為3 h,區(qū)間流量按20 a一遇區(qū)間洪水、最大流量3 360 m3/s考慮，在思林電站機(jī)組全停后，立即將構(gòu)皮灘機(jī)組減至最低負(fù)荷50 MW，3 h后到達(dá)思林電站水量為0.57億m3，水位上漲1.74 m,之后每小時(shí)入庫水量為1 220萬m3、流量為3 390 m3/s，水位每小時(shí)上漲0.37 m,考慮10 h的全停，10 h后水位將上漲4.33 m,若主汛期思林電站水位按434.5 m運(yùn)行，水位最高漲至438.83 m，基本滿足最高限制水位438.76 m要求，因此，在主汛期，思林電站水位可按434.5 m運(yùn)行。

在非主汛期，構(gòu)皮灘電站按1 500 MW負(fù)荷(流量950 m3/s)考慮，思林電站電站區(qū)間流量按照114 m3/s考慮。在思林電站機(jī)組全停后，立即將構(gòu)皮灘電站負(fù)荷減至最低50 MW，3 h后到達(dá)思林電站電站水量為1 149萬m3。在高水位情況下,水位將上漲0.32 m，之后每小時(shí)入庫水量為52萬m3、流量144 m3/s，水位每小時(shí)上漲1.4 cm，考慮到10 h的全停影響，10 h后水位將上漲0.42 m,由思林電站電站正常高水位反推其水位可按439.58 m控制。

3.2.4 沙沱水庫水位控制

據(jù)統(tǒng)計(jì)，思林電站、沙沱2座電站的滿發(fā)額定流量分別為1 800 m3/s和 1 965 m3/s，多年平均區(qū)間流量為114 m3/s。在思林電站、沙沱滿發(fā)情況下，沙沱水位日變幅分別為-0.19 m(水位357 m以下)和-0.16 m(水位357 m以上)。

(1)正常運(yùn)行情況。沙沱電站滿發(fā)流量超過思林電站滿發(fā)流量和區(qū)間流量之和，可接近正常高水位運(yùn)行。

(2) 區(qū)間暴雨情況。在主汛期，沙沱電站滿發(fā)流量超過思林電站電站滿發(fā)流量和多年平均區(qū)間流量之和，思林電站可按汛限水位357 m運(yùn)行。6～8月，豐水年月平均流量為530 m3/s，思林電站滿發(fā)和區(qū)間流量超過沙沱電站滿發(fā)流量。沙沱電站水位日均上漲1.33 m,在汛限水位下可堅(jiān)持7 d才到正常高水位，若考慮構(gòu)皮灘、思林電站聯(lián)合為沙沱電站錯(cuò)峰，不泄洪時(shí)間不小于7 d。因此，在預(yù)報(bào)思林電站電站無暴雨情況下，在主汛期，沙沱電站可按汛限水位357 m略低運(yùn)行。若思林電站遭遇暴雨或持續(xù)暴雨天氣，應(yīng)積極開展構(gòu)皮灘、思林電站聯(lián)合調(diào)度，沙沱電站應(yīng)1條線滿發(fā)，并根據(jù)上游錯(cuò)峰能力考慮泄洪。

(3) 機(jī)組全停情況。可分為2種情況： ①主汛期最大運(yùn)行方式調(diào)整至全停，反推日調(diào)節(jié)水庫不棄水的水位控制高限值； ②非主汛期常規(guī)運(yùn)行方式調(diào)整至全停，反推日調(diào)節(jié)水庫不棄水的水位控制高限值。

在主汛期，思林電站發(fā)電水量傳播至沙沱電站時(shí)間分別為4 h，區(qū)間流量按530 m3/s(偏豐年)考慮。在沙沱電站機(jī)組全停后，立即將思林電站減至最低負(fù)荷180 MW，4 h后到達(dá)沙沱電站水量為3 355萬m3。在汛限水位情況下，水位將上漲1.21 m，之后每小時(shí)入庫水量為281萬m3、流量為780 m3/s，水位每小時(shí)上漲1.2 cm?？紤]到10 h的全停影響，10 h后水位將上漲1.93 m, 主汛期，沙沱電站如按汛限水位357 m運(yùn)行,水位上漲不會(huì)超過正常高水位365 m。

在非主汛期，思林電站按日均520 MW(流量900 m3/s)考慮，區(qū)間流量按114 m3/s考慮。在沙沱電站機(jī)組全停后，立即將思林電站機(jī)組全停，4 h后到達(dá)沙沱電站水量為1 296萬m3。在高水位情況下，水位將上漲0.53 m，之后每小時(shí)入庫水量為41萬m3、流量114 m3/s。水位每小時(shí)上漲1.48 cm?？紤]到10 h的全停影響，10 h后水位將上漲0.62 m，由沙沱正常高水位反推其水位可按364.38 m控制。

4 結(jié) 論

通過以上分析，可得到以下結(jié)論。

(1) 正常運(yùn)行時(shí)，只需考慮上下游發(fā)電匹配，索風(fēng)營、格里橋、思林和沙沱4座電站均可接近正常高水位和汛限水位運(yùn)行。

(2) 在考慮汛期區(qū)間暴雨情況下，索風(fēng)營電站可接近正常高水位運(yùn)行。在大花水電站為格里橋電站錯(cuò)峰的情況下，格里橋電站可接近正常高水位運(yùn)行，思林、沙沱電站可按接近汛限水位或正常高水位運(yùn)行。

(3) 在日調(diào)節(jié)水庫因故機(jī)組全停時(shí)，索風(fēng)營電站汛期水位可按不超835.39 m，枯期可按不超836.31 m控制；格里橋電站全年可按不超718.57 m控制。在主汛期，在充分利用汛限庫容的情況下，思林、沙沱電站可接近汛限水位運(yùn)行；在非主汛期，思林電站可按439.58m控制；沙沱電站按364.38 m控制。

綜上所述，按高峰、低谷電網(wǎng)和電站運(yùn)行特性，保留一定的安全裕度，并考慮相應(yīng)的不利因素，推薦這4座日調(diào)節(jié)水庫運(yùn)行按以下水位進(jìn)行控制。索風(fēng)營電站汛期水位可按835 m左右控制，枯期按836 m左右控制；格里橋電站全年水位可按718 m左右控制；思林電站主汛期水位可按434.5 m左右控制，非主汛期按439 m左右控制；沙沱電站主汛期水位可按356.5 m左右控制，非主汛期按364 m左右控制。

(編輯：唐湘茜)

2015-04-09

賀亞山，男，貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司水電站遠(yuǎn)程集控中心，高級(jí)工程師.

1006-0081(2015)04-0067-03

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