水庫聯(lián)合調(diào)度上下游電站之間出力優(yōu)化運(yùn)行

隋 鵬

(大唐鄉(xiāng)城(得榮)水電開發(fā)有限公司，四川 成都 212000)

1 梯級(jí)流域電站水庫聯(lián)合調(diào)度及優(yōu)化運(yùn)行的目的

中小水電站因庫容小，汛期來水量大，有限的庫容無法大量存儲(chǔ)水資源，有效庫容小，防汛壓力大，且機(jī)組均處于滿發(fā)狀態(tài)等因素，發(fā)電量提升空間低，而枯水期來水量偏低，滾動(dòng)重復(fù)利用有限的水力資源，可提升水能利用率，增加枯期發(fā)電量，在枯水期提供清潔能源，可減少一定的碳排放量，并且提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此，以提高枯水期發(fā)電能力優(yōu)先。由梯級(jí)流域電站龍頭電站提高運(yùn)行水頭，穩(wěn)定梯級(jí)下游電站來水量，并在避開機(jī)組振動(dòng)區(qū)的情況下，保持電站機(jī)組較優(yōu)的運(yùn)行工況，降低機(jī)組耗水率。

2 水庫聯(lián)合調(diào)度

2.1 碩曲河流域電站概述

第一級(jí)電站為流域目前在役首級(jí)電站，為日調(diào)節(jié)能力引水式電站，第一級(jí)水電站正常蓄水位3 087 m，最大(閘)壩高27.7 m，總庫容為120萬m3，引水線路長約15.4 km，利用落差154 m，電站裝機(jī)3臺(tái)，總裝機(jī)93 MW，多年平均發(fā)電量為3.694億kW·h。第二級(jí)電站為目前在役第二級(jí)電站，日調(diào)節(jié)能力引水式電站，電站水庫正常蓄水位為2 933 m，庫容404萬m3，調(diào)節(jié)庫容為117萬m3，引水線路長約16.7 km，電站裝機(jī)容量為120 MW，設(shè)計(jì)引用流量為90.6 m3/s，多年平均發(fā)電量為5.453億kW·h。第三級(jí)電站為目前在役第三級(jí)電站，日調(diào)節(jié)能力引水式電站，電站為引水式開發(fā)，水庫正常蓄水位2 754 m，庫容154萬m3，調(diào)節(jié)庫容44萬m3，利用落差221.90 m，設(shè)計(jì)引用流量103.5 m3/s，總裝機(jī)容量為180 MW，多年平均發(fā)電量為7.577 3億kW·h。

2.2 引用發(fā)電流量與水位的關(guān)系

2.2.1 函數(shù)模型

以本梯級(jí)電站枯水期作為調(diào)度期(11月至翌年4月)的優(yōu)化前的多年平均發(fā)電量(因2016年三級(jí)電站實(shí)際投產(chǎn)，故取2016、2017年枯水期)發(fā)電量作為對(duì)比，模型的函數(shù)首先確定入庫徑流量，并且滿足運(yùn)行約束條件，在整個(gè)調(diào)度期內(nèi)進(jìn)行發(fā)電出力模擬，具體如下：

式中，N為模擬電站優(yōu)化后的發(fā)電量，kW·h；ηi為電站出力的平均系數(shù)；qi，t為調(diào)度期內(nèi)(t時(shí)段)的平均發(fā)電流量，m3/s；Δt為調(diào)度期內(nèi)的時(shí)間之和；H為優(yōu)化后水頭。

2.2.2 約束條件

水庫庫容、蓄水位、發(fā)電出力和下泄流量按以下公式進(jìn)行約束，因計(jì)算模型枯水期計(jì)算，約束條件僅作為參考。

庫容Vimix≤Vi，t≤Vimax

水位Zimix≤Zi，t≤Zimax

出力Nimix≤Ni，t≤Nimax

發(fā)電流量Qi,tmix≤Qi，t≤Qi,tmax

式中，Vimix為的最大庫容，m3；Vi，t為t時(shí)段內(nèi)的初始庫容，m3；Vimax為的最小庫容(死庫容)，m3。

式中，Zimix為的最高蓄水位，m；Zi，t為t時(shí)段內(nèi)的平均蓄水位，m；Zimax為的最低蓄水位，m。

式中，Nimix為的最高出力，MW；Ni，t為t時(shí)段內(nèi)的平均出力，MW；Nimax為的最低出力，MW。

式中，Qimix為的最高發(fā)電流量，m3/s；Qi，t為t時(shí)段內(nèi)的平均發(fā)電流量，m3/s；Qimax為的最低發(fā)電流量，m3/s。

2.3 梯級(jí)流域上下游電站水位變化

按第一級(jí)電站平均2018年11月至翌年4月平均來水量繪制24 h內(nèi)曲線圖分析，得出各級(jí)電站出力與水庫水位變化；按曲線圖變化分析，流域電站水庫水位曲線(見圖1)，在保持高水位高效率區(qū)間運(yùn)行的同時(shí)，第一級(jí)電站平均水位在3 086.495 5 m，第二級(jí)電站平均水位在2 932.696 9 m，第三級(jí)電站平均水位在2 753.484 8 m，可達(dá)到理想的出力水頭。

圖1 各級(jí)電站水庫水位變化曲線(單位：m)

2.4 模型參數(shù)(見表1)

表1 梯級(jí)流域電站各級(jí)參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)梯級(jí)電站實(shí)際來水情況，按照枯水期作為調(diào)度期(11月至翌年4月)，第一級(jí)電站以壩前水位為上限蓄水位3 087 m，庫容120萬m3，第二級(jí)、第三級(jí)電站均作為動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，水庫水位浮動(dòng)在1 m范圍內(nèi)的規(guī)則進(jìn)行管理，各級(jí)電站優(yōu)化前(2016、2017年)與優(yōu)化后(2018年)枯水期的發(fā)電量對(duì)比分析。

優(yōu)化后的各級(jí)電站出力均有所增加，受客觀因素影響，無法達(dá)到優(yōu)化后模擬發(fā)電量，但實(shí)際發(fā)電量有較大的提升。第一級(jí)電站枯水期(11月至翌年4月)發(fā)電量優(yōu)化后實(shí)際發(fā)電出力提升19.19%，耗水率降低0.547 m3/kW·h，枯水期(11月至翌年4月)發(fā)電量達(dá)9 841.7 MW·h；第二級(jí)電站枯水期(11月至翌年4月)發(fā)電量優(yōu)化后實(shí)際發(fā)電出力提升9.73%，耗水率降低0.059 m3/kW·h，枯水期(11月至翌年4月)發(fā)電量達(dá)13 531.805萬kW·h；第三級(jí)電站枯水期發(fā)電量優(yōu)化后實(shí)際發(fā)電出力提升11.93%，耗水率降低0.0077 m3/kW·h，枯水期(11月至翌年4月)發(fā)電量達(dá)23 900.93 MW·h。

綜上所述，優(yōu)化調(diào)度后實(shí)際枯水期(11月至翌年4月)總出力達(dá)10.882 7 MW,較歷史同期提高11.94%，總發(fā)電量達(dá)47 274.435 MW·h，較歷史同期提高5 045.755 MW·h。圖2為各級(jí)水電站優(yōu)化運(yùn)行出力結(jié)果對(duì)比分析，圖3為各級(jí)水電站優(yōu)化運(yùn)行出力結(jié)果對(duì)比分析。表2為各級(jí)電站優(yōu)化調(diào)度后數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比分析。

圖2 各級(jí)水電站優(yōu)化運(yùn)行出力結(jié)果對(duì)比分析

圖3 各級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度結(jié)果對(duì)比分析

表2 各級(jí)電站優(yōu)化調(diào)度后數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比分析

4 結(jié) 語

根據(jù)梯級(jí)電站的實(shí)際情況，采用數(shù)據(jù)模型計(jì)算最大發(fā)電量的函數(shù)模型，按照枯水期(11月至翌年4月)為一個(gè)調(diào)度周期計(jì)算，在保持高水位、高效率區(qū)間運(yùn)行的同時(shí)，第一級(jí)電站水位平均水位在3 086.495 5 m，第二級(jí)電站平均水位在2 932.696 9 m，第三級(jí)電站平均水位在2 753.484 8 m，可達(dá)到理想的出力水頭。在分析周期內(nèi)共計(jì)4 344 h中，第一級(jí)電站在實(shí)際運(yùn)行過程中水頭變化較大，優(yōu)化后運(yùn)行出力增加19.19%；第二級(jí)電站在實(shí)際運(yùn)行過程中水頭變化較大，優(yōu)化后運(yùn)行出力增加9.73%；第三級(jí)電站在實(shí)際運(yùn)行過程中水頭變化較大，優(yōu)化后運(yùn)行出力增加11.93%；綜上，電站優(yōu)化運(yùn)行可提高電站的保證出力，減低耗水率，提高電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)，但相對(duì)于電站運(yùn)行水頭提高，取得實(shí)際效果將降低。

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