新電力形勢下梯級水電站經(jīng)濟調(diào)度集中控制系統(tǒng)研究

王冉旋

【摘 要】如何在復(fù)雜的條件下應(yīng)對電力市場的變化，使梯級水電效益最大化成為目前梯級水電站群亟需解決的問題，開展梯級水電站經(jīng)濟調(diào)度控制系統(tǒng)研究工作迫在眉睫。本文主要研究電網(wǎng)、電站和生態(tài)灌溉用水之間在電力、水力和水利之間的關(guān)系，立足于處理三者之間的矛盾，從滿足電網(wǎng)安全運行、電站經(jīng)濟運行和滿足灌溉用水需求等角度出發(fā)，著重研究與AGC高度融合，實現(xiàn)對流域梯級各水電站實時在線集中經(jīng)濟調(diào)度控制，為梯級電站控制集約化管理和安全、經(jīng)濟運行提供研究基礎(chǔ)，充分發(fā)揮梯級電站的發(fā)電及其它各方的綜合效益。

【關(guān)鍵詞】梯級電站;經(jīng)濟調(diào)度;集中控制;系統(tǒng)研究

1 研究背景

新疆 YLKSH流域，全長296km，自上而下分別為S、T、J1、J2、N、W共6座水電站，S電站裝機容量80MW，引水式電站，無調(diào)節(jié)能力，以發(fā)電為主，兼有河道生態(tài)基流任務(wù);T電站類型同S電站一樣;J1電站裝機容量500MW，不完全多年調(diào)節(jié)電站，以發(fā)電為主，兼有灌溉和防洪任務(wù);J2電站裝機容量50MW，日調(diào)節(jié)水電站，以發(fā)電為主，兼有生態(tài)、灌溉任務(wù);N電站裝機容量240MW（4×60MW），設(shè)計發(fā)電量12.79億千瓦時，位于KSH中游河段，為引水式電站，以發(fā)電為主，兼有灌溉、河道生態(tài)基流任務(wù);W水電站裝機容量180MW，季調(diào)節(jié)電站，兼有灌溉任務(wù)。

新疆區(qū)域電力市場供需矛盾較為突出，風(fēng)電和光伏等新能源機組占據(jù)發(fā)電第一序列，在供給側(cè)比重較大，汛期易占用水電送出通道;枯水期有調(diào)節(jié)能力水電調(diào)峰力度大，上下游電站水量不匹配，對梯級電站的經(jīng)濟運行造成一定影響。另新疆 YLKSH流域6座電站分布于該流域的上、中、下游，各電站調(diào)節(jié)性能不一;共22臺機組，送出方式多樣復(fù)雜;S、T電站屬地調(diào)調(diào)管，J1、J2、N、W電站屬省調(diào)調(diào)管，梯級電站調(diào)管級別不同。運行期間存在電站間負(fù)荷分配不均、上下級電站水量不平衡、灌溉用水與發(fā)電用水矛盾等問題，既無法滿足水電經(jīng)濟運行的要求和灌溉用水的需求，更不利于電站及電網(wǎng)的安全運行。

如何在復(fù)雜的條件下應(yīng)對電力市場的變化，使梯級水電綜合效益最大化是今后梯級水電發(fā)展的一個趨勢，梯級中小水電優(yōu)化目標(biāo)將由原來簡單追求發(fā)電量最大向多目標(biāo)發(fā)展，傳統(tǒng)優(yōu)化算法的改進和新型智能混合算法將不斷被創(chuàng)新和應(yīng)用。梯級水電的優(yōu)化調(diào)度模型也將更注重廠內(nèi)、外的聯(lián)系，進行梯級水電站廠內(nèi)、外的一體化調(diào)度，以期獲得的優(yōu)化結(jié)果能夠更好指導(dǎo)電站的實際應(yīng)用。

2 研究內(nèi)容

梯級水電站集中經(jīng)濟調(diào)度控制系統(tǒng)功能按經(jīng)濟調(diào)度決策腦和AGC執(zhí)行腦兩層設(shè)計。決策腦負(fù)責(zé)梯級總負(fù)荷在各電站間的最優(yōu)分配和梯級水位動態(tài)控制，主要考慮最優(yōu)蓄放水次序、站間聯(lián)合躲避振動區(qū)、避免負(fù)荷在站間大規(guī)模轉(zhuǎn)移、電網(wǎng)送出分配、生態(tài)灌溉用水需求等因素;執(zhí)行腦負(fù)責(zé)電站總負(fù)荷在投入AGC的所有機組間的最優(yōu)分配，主要考慮機組躲避振動區(qū)、機組啟停順序、最短開停機時間、主輔機優(yōu)化運行工況等因素。主要研究內(nèi)容包括以下方面：

（1）針對KSH梯級水電站分布、庫容、裝機容量等特點，研究基于優(yōu)化運行原則的梯級水電站經(jīng)濟調(diào)度模型;

（2）在保證電網(wǎng)和梯級水電站安全穩(wěn)定運行的前提下，根據(jù)梯級水電站當(dāng)前運行狀況及電力系統(tǒng)負(fù)荷要求，與自動發(fā)電控制（AGC）協(xié)同，研究梯級電站在不同經(jīng)濟調(diào)度模型下的全自動實時在線分析控制系統(tǒng);

（3）研究站內(nèi)經(jīng)濟運行管理策略，機組關(guān)鍵運行參數(shù)如何與狀態(tài)監(jiān)測結(jié)合，自動分析診斷機組最優(yōu)運行工況;

（4）研究經(jīng)濟調(diào)度決策腦如何與氣象預(yù)測系統(tǒng)、生態(tài)灌溉用水需求實現(xiàn)聯(lián)動，實現(xiàn)水資源的合理分配。

3 研究工作

（1）收集整理相關(guān)資料。分析梯級水電站廠內(nèi)經(jīng)濟運行、梯級水電站優(yōu)化調(diào)度、送出線路潮流分布、生態(tài)灌溉用水需求等現(xiàn)狀，明確主要研究內(nèi)容、擬采用的技術(shù)路線和創(chuàng)新點。

（2）梯級水電站經(jīng)濟調(diào)度模型研究。分析梯級電站的分布形式，并結(jié)合梯級電站優(yōu)化調(diào)度的基本理論，以及龍頭水庫在梯級水電中的作用和梯級水電聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的特性，對梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度以及水電站廠內(nèi)經(jīng)濟運行的數(shù)學(xué)模型、目標(biāo)函數(shù)和約束條件等進行詳細(xì)研究，建立梯級水電站經(jīng)濟調(diào)度模型。

（3）水電站廠內(nèi)經(jīng)濟運行研究。研究梯級電站機組特性，給定不同邊界或約束條件，反復(fù)執(zhí)行計算程序，計算不同組合情景下的實時機組調(diào)度最佳運行方式，形成指導(dǎo)梯級水庫在不同限制條件下的發(fā)電運行方案。

（4）梯級水電站實時自動在線集中控制系統(tǒng)研究。將水電站廠內(nèi)經(jīng)濟運行引入到梯級電站優(yōu)化調(diào)度模型中，建立對應(yīng)的一體化調(diào)度數(shù)學(xué)模型，協(xié)同自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC），建立梯級水電站自動在線集中控制系統(tǒng)。

（5）實際生產(chǎn)應(yīng)用研究，修正系統(tǒng)模型。根據(jù)梯級電站的運行特征，以理論研究為基礎(chǔ)，對其進行簡化求解，檢驗?zāi)Ｐ湍芊褫^好地反映電站的實際運行狀況，求解思路和方法是否合理可行，求解結(jié)果是否可以指導(dǎo)梯級電站的生產(chǎn)實踐，不妥地方修正。

4 創(chuàng)新點和難點

（1）通過經(jīng)濟調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)，在確保電網(wǎng)安全運行的前提下，實現(xiàn)22臺機組的統(tǒng)一調(diào)度，打破目前一站一調(diào)的傳統(tǒng)調(diào)度模式。如何將該系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)相結(jié)合，層層設(shè)防，保障電網(wǎng)安全運行，是項目研究的難點和關(guān)鍵。

（2）結(jié)合梯級電站送出線路結(jié)構(gòu)及各電站特點，利用經(jīng)濟調(diào)度系統(tǒng)分析電網(wǎng)潮流，自動在線調(diào)整梯級電站間負(fù)荷，充分利用中游J1水電站的不完全多年調(diào)節(jié)“龍頭水庫”性能，實現(xiàn)上游兩座無調(diào)節(jié)引水式電站向下“借庫發(fā)電”和下游N引水式電站向上“借庫發(fā)電”。

（3）在水庫優(yōu)化調(diào)度理論的基礎(chǔ)上，引入了水電站廠內(nèi)參數(shù)，利用系統(tǒng)自動分析診斷功能，通過對機組各部位運行狀態(tài)的分析，自動調(diào)整站內(nèi)經(jīng)濟運行策略。目前通常為人工分析機組工況和站內(nèi)經(jīng)濟運行管理，如何實現(xiàn)系統(tǒng)自動分析是項目研究的一個難點和創(chuàng)新點。

（4）利用經(jīng)濟調(diào)度系統(tǒng)與氣象預(yù)報系統(tǒng)、生態(tài)灌溉用水需求的聯(lián)動功能，根據(jù)降雨量和灌溉用水量的變化，在線自動調(diào)整梯級電站的發(fā)電用水量，實現(xiàn)灌溉用水動態(tài)精細(xì)化管理，達到水資源利用最大化。如何在數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等技術(shù)層面實現(xiàn)三個方面聯(lián)動是項目研究的一個難點。

5 預(yù)期目標(biāo)

主要預(yù)期目標(biāo)如下：（1）保證電網(wǎng)和梯級水電站安全穩(wěn)定運行;（2）梯級電站經(jīng)濟調(diào)度，上下游電站水量關(guān)系匹配，有效避免棄水，流域水資源重復(fù)利用最大化;（3）調(diào)度自動化程度提高，減少負(fù)荷調(diào)整時間，提高機組利用小時數(shù);（5）減少人力時間的投入，提高工作效率，員工總結(jié)分析時間大幅度增加，有效提升員工綜合能力;（6）智慧化經(jīng)濟調(diào)度，發(fā)電生產(chǎn)管理模式轉(zhuǎn)變;（7）實現(xiàn)節(jié)能減排、優(yōu)化水資源、確保生態(tài)灌溉用水等綜合社會效益;（8）實現(xiàn)機組運行數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計分析為機組智慧檢修提供支撐。

6 結(jié)語

本文主要結(jié)合新疆 YLKSH流域梯級水電站的特性，從滿足電網(wǎng)安全運行、電站經(jīng)濟運行和滿足灌溉用水需求等角度出發(fā)，著重研究經(jīng)濟調(diào)度系統(tǒng)與發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）高度融合，探索了流域梯級各水電站的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度和機組負(fù)荷集中控制分配的新型生產(chǎn)管理模式，充分發(fā)揮了梯級電站的發(fā)電及其它各方的綜合效益，為梯級電站控制集約化管理和安全、經(jīng)濟運行提供了研究基礎(chǔ)，并對我國各地的梯級水電站群開展實時在線聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度工作起到了借鑒作用。

參考文獻：

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（作者單位：國家能源集團新疆吉林臺水電開發(fā)有限公司）