梯級(jí)水電廠群短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行探討

【摘要】筆者依據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)資料的記載，對(duì)梯級(jí)水電廠群短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則進(jìn)行分析，希望可以在日后提升水電廠群運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的過(guò)程中，起到一定促進(jìn)性作用，最終在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程向前推進(jìn)的過(guò)程中，做出一定貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】梯級(jí)；水電廠群；短期；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；分析

1、問題研究背景及意義

在水利發(fā)電事業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，特別是梯級(jí)水電站聯(lián)合應(yīng)用的背景下，可以讓電網(wǎng)負(fù)荷平衡性及系統(tǒng)穩(wěn)定性得到大幅度提升。但是依據(jù)實(shí)際調(diào)查經(jīng)驗(yàn)可以得知，因?yàn)樘菁?jí)水電站和水電機(jī)組本身的限制，想要讓梯級(jí)水電站之間負(fù)荷科學(xué)合理的分配，并讓電站整體水能利用率得到大幅度提升，是一件比較困難的事情。筆者為了可以讓短期調(diào)度要求得到滿足，將相關(guān)文獻(xiàn)資料當(dāng)中的記載作為依據(jù)，詳細(xì)的對(duì)“以電定水”梯級(jí)水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行研究分析。在這里所說(shuō)的“以電定水”是在計(jì)劃期之內(nèi)，已經(jīng)得知梯級(jí)水電站群的總負(fù)荷過(guò)程和預(yù)測(cè)來(lái)水流量過(guò)程等條件的情況下，希望應(yīng)用優(yōu)化準(zhǔn)則，讓水電站各個(gè)時(shí)間段當(dāng)中，工作機(jī)組臺(tái)數(shù)最優(yōu)，并讓各個(gè)工作機(jī)組之間得到最優(yōu)的分配，與此同時(shí)讓水庫(kù)蓄泄?fàn)顟B(tài)變化情況得到有效地控制。雖然有關(guān)于水電站優(yōu)化運(yùn)行方面的文章有很多，但是有關(guān)于梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化在調(diào)度領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用，基本上沒有，現(xiàn)場(chǎng)的做法是，一般情況下是上級(jí)調(diào)度人員依據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和水電站建議編制發(fā)電任務(wù)，因?yàn)樘菁?jí)水電站群當(dāng)中電站存在上下游制約關(guān)系，如果負(fù)荷分配不是十分科學(xué)合理，就難以對(duì)水能利用效率做出保證，也難以讓生態(tài)領(lǐng)域當(dāng)中的要求得到滿足，因此會(huì)形成不必要的水資源浪費(fèi)問題，甚至有可能讓水輪機(jī)組遭受到破壞，應(yīng)當(dāng)怎樣下發(fā)發(fā)電任務(wù)才可以讓水能利用率得到大幅度提升，梯級(jí)電站之間維持平衡，也可以讓水電站的利益得到滿足。依據(jù)上文中的敘述，應(yīng)當(dāng)將電網(wǎng)調(diào)度及水電站管理人員的實(shí)際需求作為出發(fā)點(diǎn)，讓梯級(jí)水電站群得到短期聯(lián)合優(yōu)化處理，最終將各個(gè)梯級(jí)水電站每一個(gè)時(shí)間段當(dāng)中的出力和電站內(nèi)機(jī)組組合情況確定下來(lái)。因?yàn)樘菁?jí)水電站群會(huì)將多個(gè)上下游電站組合在一起，其中包含的機(jī)組數(shù)量比較多，并且變量的范圍十分廣泛，為了可以讓電站之間發(fā)電任務(wù)明確下來(lái)，并讓優(yōu)化時(shí)間得到有效地控制，在充分考慮上文中所說(shuō)的這些因素的情況下，可以讓機(jī)組得到分類處理。分為上下游電站負(fù)荷分配和站內(nèi)機(jī)組優(yōu)化組合兩種模型。上下游負(fù)荷合理分配和站內(nèi)機(jī)組優(yōu)化兩種模型實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，既可以讓梯級(jí)電站發(fā)布的任務(wù)顯得更為直觀一些，也可以將水電站當(dāng)中機(jī)組的實(shí)時(shí)狀態(tài)呈現(xiàn)在人們的眼前。使用機(jī)組分類處理工作模式，可以將能量特性相同的機(jī)組當(dāng)成是一臺(tái)等效機(jī)組參與到負(fù)荷分配優(yōu)化領(lǐng)域當(dāng)中，等效機(jī)組優(yōu)化結(jié)果可以在站內(nèi)機(jī)組組合領(lǐng)域當(dāng)中得到應(yīng)用。通過(guò)驗(yàn)證，可以對(duì)這種方法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值做出保證。

2、梯級(jí)水電廠群最優(yōu)準(zhǔn)則分析

梯級(jí)水電廠群短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不同的優(yōu)化原則，產(chǎn)生的優(yōu)化結(jié)果自然也不同，那么怎樣的優(yōu)化原則才是最為科學(xué)合理的，筆者針對(duì)幾種得到廣泛應(yīng)用的最優(yōu)準(zhǔn)則進(jìn)行分析。

2.1將國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益最大或者國(guó)民經(jīng)濟(jì)費(fèi)用最低作為最優(yōu)準(zhǔn)則

這種最優(yōu)準(zhǔn)則的理論知識(shí)十分全面，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，難度比較高。國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益除去在發(fā)電效益領(lǐng)域當(dāng)中有所體現(xiàn)，也在其他很多領(lǐng)域當(dāng)中有所體現(xiàn)，在這些效益當(dāng)中既有一些正效益，也有一些負(fù)效益。并且其中某些效益除去和供水有關(guān)之外，也和其他因素之間有一定相互關(guān)系，是一個(gè)系統(tǒng)性問題，特別是某些因素具備不確定性和模糊性。如果依據(jù)這種準(zhǔn)則在各種類型運(yùn)行模式當(dāng)中進(jìn)行選擇，想要將效益明確的計(jì)算出來(lái)，是一件較為困難的事情。

2.2梯級(jí)水電廠群發(fā)電量最大為最優(yōu)準(zhǔn)則

這個(gè)準(zhǔn)則僅僅待梯級(jí)水電廠群是一個(gè)獨(dú)立供電系統(tǒng)的情況下，展現(xiàn)出來(lái)的適用性比較強(qiáng)，并且供電量是一種供不應(yīng)求的態(tài)勢(shì)?，F(xiàn)階段基本上全部梯級(jí)水電廠群都并入到大規(guī)模電網(wǎng)當(dāng)中，無(wú)論是在什么時(shí)間段發(fā)多少電，都是需要接受電網(wǎng)的調(diào)度，不可以任意開展各項(xiàng)工作，電力系統(tǒng)是由水電廠、火電廠、風(fēng)電廠和光伏電廠構(gòu)成的，火電廠一般情況下是由鍋爐、管道以及發(fā)電機(jī)構(gòu)成，為了可以讓鍋爐和熱力機(jī)組的運(yùn)行安全性及穩(wěn)定性得到保證，熱力機(jī)組不可以頻繁的開啟和關(guān)閉，在每一次熱力機(jī)組開啟、關(guān)閉的過(guò)程當(dāng)中，都有可能引發(fā)熱力損失問題，經(jīng)濟(jì)性不是很強(qiáng)；但是在水電廠當(dāng)中機(jī)組開啟和關(guān)閉間隔時(shí)間卻沒有明確的要求，并且開啟和關(guān)閉的速度非?？?，2min之內(nèi)就可以完成并網(wǎng)發(fā)電工作。電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行領(lǐng)域當(dāng)中一般都會(huì)分配火電廠帶基荷，水電廠調(diào)峰以及調(diào)頻。這樣做，即便水電廠本身的效率較低，但是整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性比較強(qiáng)。依據(jù)這一項(xiàng)準(zhǔn)則當(dāng)中提出的要求，雖然水電廠的經(jīng)濟(jì)效益水平比較高，水輪機(jī)要么就是在高效率區(qū)域當(dāng)中運(yùn)行，要么就是處于停機(jī)狀態(tài)，使用這種運(yùn)行模式，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性造成一定影響。因此這一項(xiàng)最優(yōu)準(zhǔn)則在我國(guó)梯級(jí)水電廠群短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行領(lǐng)域當(dāng)中，適用性并不是很強(qiáng)。

2.3滿足網(wǎng)調(diào)負(fù)荷的情況下，將梯級(jí)水電廠群總耗水量當(dāng)成最優(yōu)準(zhǔn)則

這一個(gè)最優(yōu)準(zhǔn)則是我國(guó)范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用的準(zhǔn)則，就可以滿足電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求，也可以節(jié)省下來(lái)一定數(shù)量水資源，從而也就可以讓梯級(jí)水電廠群經(jīng)濟(jì)效益得到大幅度提升。但是筆者在研究過(guò)程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，這一最優(yōu)準(zhǔn)則實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，在水頭最高的情況下，水電廠水資源消耗量比較大，因此容易形成水庫(kù)水位過(guò)低以及低水位運(yùn)行等問題。之所以會(huì)發(fā)生這種問題，是因?yàn)檫@一項(xiàng)最優(yōu)準(zhǔn)則當(dāng)中，關(guān)心的僅僅是水資源消耗量問題，但是高水頭電廠和低水頭電廠在相同立方米水量的情況下，形成的發(fā)電效益并不一樣，應(yīng)用相同的水，這一項(xiàng)最優(yōu)準(zhǔn)則分配模式，會(huì)讓高水頭電廠有限開展棄水棄電工作，也就是高水頭電廠水資源消耗量比較大。一般情況下高水頭電廠發(fā)電的功率比較大，是電力系統(tǒng)當(dāng)中十分重要的電廠，將高水頭水庫(kù)水位降的過(guò)低或放空，對(duì)電力系統(tǒng)是一件不利的事情，對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻效能造成影響。換一種說(shuō)法，水位降的過(guò)低或放空之后，后續(xù)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益沒有辦法調(diào)度。除此之外，梯級(jí)水電廠群第一級(jí)水電廠放水，水會(huì)流入到第二級(jí)水電廠的水庫(kù)當(dāng)中，并不會(huì)在整個(gè)梯級(jí)水電廠群當(dāng)中產(chǎn)生過(guò)多的水資源，在應(yīng)用這一項(xiàng)準(zhǔn)則的過(guò)程當(dāng)中，下游位置上的水庫(kù)只要是不發(fā)生棄水問題，就會(huì)盡可能使用上游位置上水庫(kù)當(dāng)中的水。