電力行業(yè)中梯級水電站優(yōu)化運行的研究

魯托

國網(wǎng)西藏電力有限公司日喀則發(fā)電公司 西藏日喀則 857000

水能是一種清潔可再生的能源，不僅現(xiàn)在電力行業(yè)占據(jù)主要地位。在未來電力行業(yè)和可持續(xù)發(fā)展社會經(jīng)濟中，這種綠色無污染能源具有更好地優(yōu)勢，水能是未來電力工業(yè)的重要支柱。能源緊缺的未來，梯級水電站的優(yōu)化運行將是我們追求的目標，現(xiàn)在探討電力市場運作模式下的水電運營工作問題具有重要意義。

1 原運行方式配置情況

常規(guī)運行方式中，曬谷坪水電站曬07開關提供隔河巖水電站6kV廠用電二大段主供電源，曬02開關提供左岸變備用電源，曬03開關同時提供左岸變主供電源以及隔河巖大壩防汛備用電源。其中，左岸變是隔河巖水利樞紐中一個重要的變電所，承擔了大壩武警、一二級升船機等重要電源負荷，所內兩路電源進線均取自曬谷坪電站，分別為曬02開關及曬03開關。西寺坪電站坪08開關經(jīng)曬谷坪電站曬11開關為曬谷坪電站6kVⅡ段母線提供電源，該線路連接電纜配置為雙回3×120電纜（型號為ZRYJV29-6/10），采用此雙回電纜配置的設計初衷是因當時曬谷坪電站為民營性質，從經(jīng)濟效益最大化考慮，為在蓋屋嶺變電站線路故障及線路檢修等情況時，曬谷坪電站可經(jīng)坪曬線反送西寺坪電站上網(wǎng)發(fā)電。自清能公司改制轉型以來（在2008年以前是民營企業(yè)，2008年隨著清江公司資產(chǎn)重組，成為清江公司全資子公司），公司要求把為隔河巖電廠安全可靠保電放在首位，對發(fā)電不做硬性要求，故利用西寺坪電站上網(wǎng)的設計在如今已失去了實際意義。

2 建立梯級水電站優(yōu)化運行模型

2.1 梯級水電站短期發(fā)電優(yōu)化調度模型的建立

以1天或幾天時間為一個調度期的調度稱為短期調度，在這個周期內以15min，0．5h或1h為時段的一類水庫調度。通過這些時段的數(shù)據(jù)建立模型分析預測出各水電站在下一調度期內逐時段的運行狀態(tài)以及電網(wǎng)負荷在各電站間的分配比，從而有效地利用水能創(chuàng)造出最大的效益。通過短周期調度能夠更好地根據(jù)水庫水電站實際運行狀況制定出最優(yōu)的發(fā)電計劃。短期調度能夠將水電系統(tǒng)當時的運行狀態(tài)(各水庫水位、入庫流量等)和電網(wǎng)的實際狀況結合在一起制定出水庫運行方案，并應用到各水電站中。梯級水電站群短期發(fā)電優(yōu)化調度的模型主要有：耗水量最小模型、蓄能最大模型、調度期內發(fā)電量最大模型及調峰電量最大模型等。

2.2 發(fā)電量最大模型的建立

優(yōu)化調度問題描述：已知一定調度期內水庫初、末水位(或調度期總可調節(jié)水量)和水庫預報入庫流量時，求解水電站的最優(yōu)運行方式使調度期內總發(fā)電量最大應考慮滿足綜合利用要求及各種約束條件，目標函數(shù)如下：

式中：E為調度期內總發(fā)電量；Ni，t為i水庫t時段平均出力；Δt為時段長；N為水庫數(shù)目：T為時段數(shù)目。

2.3 提出優(yōu)化調度的目標函數(shù)

為保證電力系統(tǒng)的出力最大和企業(yè)經(jīng)濟利益最大化的要求在滿足電站保證出力的前提下，將電站年發(fā)電收益最大值作為優(yōu)化調度模型的目標函數(shù)，通過聯(lián)立（1）式目標函數(shù)可由下面的目標函數(shù)：

上述約束條件中：Fm，n為第n電站第m時段的發(fā)電量，

ηmn為第n電站第m時段出力系數(shù)，tm為第m時段的持續(xù)時間，Qmn為第n電站第m時段的引水流量，Hmn為第n電站第m時段的平均發(fā)電凈水頭；x為運行過程的時段總數(shù)；y為流域梯級水電站個數(shù)；Bm為該時段的分時上網(wǎng)電價。梯級水電站優(yōu)化運行的研究需要考慮的約束條件主要包括如下內容：①發(fā)電站入庫流量約束；②水庫水位的約束；③泄洪流量約束；④發(fā)電率約束；⑤發(fā)電企業(yè)總出力約束；⑥水庫水量平衡約束；⑦梯級水電站群間的水流耦合約束；⑧非負約束。在實際應用中，還要根據(jù)不同的情況和條件制定其它的約束限制。

2.4 模型求解算法研究

梯級水電站優(yōu)化調度模型的算法，采用較多的是動態(tài)規(guī)劃或遺傳算法。遺傳算法(GA)是基于自然選擇和生物進化的一種優(yōu)化算法，GA算法具有全局優(yōu)化搜索。遺傳算法利用基因進化原理，對解進行優(yōu)化搜索，其具有搜索效率和精度非常高的優(yōu)點。

3 運行方式優(yōu)化可行性

針對本次運行方式優(yōu)化，充分考慮方案可行性，總結出以下幾點：①不需要重新敷設電纜，整個變更過程僅需利用原有舊電纜進行小范圍調整，施工難度及經(jīng)濟成本較低；②技術變更舉措中施工難度最大的坪08開關至曬11開關電纜施工已在臨時供電方式調整中完成，工程量大大減??；③西寺坪電站坪12開關為備用開關，可直接投入使用；④變更后坪曬線及曬左線電纜均采用單回3×120電纜（型號為ZRYJV29-6/10），經(jīng)查閱相關技術資料，該電纜在空氣中允許持續(xù)載流量為345A，經(jīng)計算允許最大負荷約為3196kW（cos取0．85），左岸變最大負荷約為300kW，曬站廠房最大負荷約為150kW，該電纜的負載能力遠遠超出實際使用需求，故采用單回電纜可以滿足長期供電技術要求；⑤西寺坪電站6臺機組（6×0．55MW）供電可靠性高，長期為隔河巖工區(qū)安全供電，將左岸變、壩上武警等重要負荷納入西寺坪電站主供、曬谷坪電站備供后，供電綜合可靠性進一步提升，曬站檢修不再受外界條件制約。

4 結語

本文先簡要講解了梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調度的概念和目標，建立水電站群聯(lián)合優(yōu)化調度以及分時電價制度條件下的優(yōu)化模型。利用水力發(fā)電站各個約束條件以及峰谷電量和電價對模型進行約束，再采用遺傳算法對模型進行求解，得出了最優(yōu)運行條件，這些研究對梯級水電站優(yōu)化運行有一定的指導作用。