梯級(jí)水電站水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行分析及控制措施

李江西 侯賽

摘要：結(jié)合兩個(gè)水電站的“首尾相連”運(yùn)行特征，本研究提供了兩個(gè)水庫(kù)合作調(diào)度模型和下游發(fā)電廠水庫(kù)的理想控制水平以及兩個(gè)水庫(kù)合作的極端運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，分析了控制措施。兩級(jí)水庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行提取了兩水庫(kù)聯(lián)合作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，可以看到本文概述的相關(guān)技術(shù)措施是切實(shí)可行的，符合水庫(kù)的運(yùn)行規(guī)則和水庫(kù)的安全要求。本文分析的兩級(jí)水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行技術(shù)也可作為同類型水庫(kù)發(fā)電廠實(shí)際應(yīng)用的參考。

關(guān)鍵詞：管控方案 運(yùn)行特征 運(yùn)行規(guī)律

在“首尾相連”盆地級(jí)聯(lián)儲(chǔ)層系統(tǒng)中，兩個(gè)儲(chǔ)層之間基本上沒(méi)有滯后，并且液壓連接非常緊密。與傳統(tǒng)的梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)相比，這種梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)操作有很大的不同。本文以某大型水電廠的下游兩級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)為例，分析了這種梯級(jí)水庫(kù)的聯(lián)合運(yùn)行特征和異常情況下的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，并提出了在各種運(yùn)行條件下均能運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。

一、兩級(jí)油藏系統(tǒng)及聯(lián)合作業(yè)模型

1.1 水庫(kù)系統(tǒng)特征

上游電廠利用305m雙曲拱壩擋水發(fā)電，水庫(kù)的調(diào)節(jié)容量為100億立方米。下游發(fā)電廠在上游發(fā)電廠的壩址附近建造了一個(gè)河閘壩，該壩阻擋了上游水以形成水庫(kù)。主流水道沿一條16.67公里長(zhǎng)的過(guò)渡隧道切開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)約310m的水力。兩個(gè)水庫(kù)都是“首尾相連”的，并且在水庫(kù)之間沒(méi)有分支流入，因此可以忽略水庫(kù)之間的水流和水流的延遲。此外，為減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，下游發(fā)電廠必須排放指定流域的生態(tài)流量。

1.2 流域水庫(kù)合作模型

梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)采用中長(zhǎng)期優(yōu)化與短期優(yōu)化相結(jié)合的運(yùn)行模式，中長(zhǎng)期優(yōu)化基于分水嶺出水量預(yù)報(bào)，重點(diǎn)是庫(kù)容水庫(kù)運(yùn)行規(guī)劃。目的是為流域制定中長(zhǎng)期最佳調(diào)度計(jì)劃，并在監(jiān)管能力差的水庫(kù)中維持高水位運(yùn)行。短期優(yōu)化基于中長(zhǎng)期優(yōu)化結(jié)果，在滿足電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行要求的前提下，在最大限度地減少棄水，提高水資源利用率，在提高分水嶺發(fā)電效率的前提下，采用級(jí)聯(lián)的最后階段，并考慮級(jí)聯(lián)水庫(kù)運(yùn)行的安全性。該模型考慮了梯級(jí)發(fā)電廠的水頭的差異，主要限制因素是：

（1）設(shè)備運(yùn)行限制，例如設(shè)備的最大和最小輸出，對(duì)非運(yùn)行區(qū)域的限制等。（2）工廠運(yùn)行限制，例如電廠的容量限制，最大安裝容量限制，可運(yùn)行設(shè)備的數(shù)量，電廠功率限制等。（3）水庫(kù)運(yùn)行約束，例如水庫(kù)上下水位，水平衡約束等。（4）電平衡約束。（5）其他制約因素。

1.3 兩階段協(xié)同調(diào)度模型

兩級(jí)水庫(kù)是“首尾相連”的，在級(jí)聯(lián)水庫(kù)在河岸上的協(xié)作期間，可以將兩級(jí)水庫(kù)視為一個(gè)整體，因?yàn)榛旧蠜](méi)有調(diào)節(jié)和存儲(chǔ)能力。在下游側(cè)，根據(jù)上游發(fā)電廠的向外方向，平衡進(jìn)出水庫(kù)的水就足夠了。由于兩個(gè)發(fā)電廠都是大容量裝置，因此下游的流入和流出流量與可調(diào)節(jié)的存儲(chǔ)容量不能很好地匹配。在發(fā)電廠設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，兩個(gè)發(fā)電廠之間的水力平衡將被破壞，下游水庫(kù)中水位的快速上升和下降（其存儲(chǔ)容量較?。┛赡軙?huì)對(duì)水庫(kù)的安全運(yùn)行造成巨大風(fēng)險(xiǎn)。甚至可能會(huì)發(fā)生此類重大事故。因此，在二級(jí)水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，除了上游電廠參與流域聯(lián)合優(yōu)化計(jì)算外，還需要考慮下游電廠的安全運(yùn)行裕度目標(biāo)。

根據(jù)蓄水量水位曲線，與蓄水量相對(duì)應(yīng)的水位是理想的運(yùn)行水位。它的物理含義是，當(dāng)在附近執(zhí)行下游水庫(kù)水位時(shí)，對(duì)于在水庫(kù)內(nèi)部和外部存在巨大失衡的極端條件，操作員具有最大的時(shí)間安全余量來(lái)重新平衡水庫(kù)以避免洪水并盡可能地匹配流量。

1.4 兩階段協(xié)作中的極端條件風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)先前的分析，上游水庫(kù)，下游水庫(kù)主要水庫(kù)參與了流域的中長(zhǎng)期和短期最佳調(diào)度計(jì)算，下游發(fā)電廠存在過(guò)高充溢和清空的風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)安全裕度函數(shù)，水庫(kù)水位通常是理想的控制方法受水位的控制。同時(shí)，它與上游發(fā)電廠保持平衡。接下來(lái)，結(jié)合兩級(jí)液壓系統(tǒng)的實(shí)際操作，分析了系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)度操作中的幾種極端操作風(fēng)險(xiǎn)。為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程，假定設(shè)備在額定工作條件下運(yùn)行。

二、兩級(jí)聯(lián)合運(yùn)行極端工況風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 控制措施

安置上游電廠機(jī)組后，緊急調(diào)蓄水庫(kù)的關(guān)鍵是平衡下游電廠的流入和流出，以保持下游電廠的水位。主要措施是桿調(diào)節(jié)和閘調(diào)節(jié)。其中，負(fù)載均衡措施既穩(wěn)定又快速，可能是首選，但不利的因素是它會(huì)減少開(kāi)發(fā)并影響經(jīng)濟(jì)效益。水閘的調(diào)整準(zhǔn)備時(shí)間很長(zhǎng)，并且有許多無(wú)法控制的因素可以用作替代措施。

2.2 工作條件風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)安全控制裝置的故障隔離策略，在雙回路線路故障和跳閘期間，根據(jù)整個(gè)工廠的電源切斷1-6金平II類。拆卸下游發(fā)電廠的機(jī)組后，下游發(fā)電流量將減少約220m/s，原始的接入平衡將被破壞，水庫(kù)水位將從初始水位上升約0.95m/h。到達(dá)大壩高程大約需要189分鐘。如果水庫(kù)水位繼續(xù)上升到高水位以上，則下游發(fā)電廠有水庫(kù)溢水的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在此期限內(nèi)，工人必須采取有利措施，以抑制下游發(fā)電廠的水庫(kù)水位上升，并實(shí)現(xiàn)兩相水力發(fā)電的再平衡。

2.3兩級(jí)水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行控制系統(tǒng)

滿足基本要求，以在緊急情況下可靠地控制水位，例如發(fā)電廠處于無(wú)人值守模式下的系統(tǒng)故障，因?yàn)橄掠嗡畮?kù)的存儲(chǔ)容量較小且閘門經(jīng)常調(diào)整。考慮將自動(dòng)化技術(shù)完全應(yīng)用于實(shí)時(shí)油藏運(yùn)輸。對(duì)于下游電廠的水庫(kù)調(diào)度，可以考慮聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動(dòng)收集當(dāng)前單位負(fù)荷的兩個(gè)級(jí)別，即閘門開(kāi)度，水庫(kù)水位，入/出流量和其他信息，并執(zhí)行實(shí)時(shí)計(jì)算和水位預(yù)測(cè)。

三、結(jié)束語(yǔ)

兩個(gè)水庫(kù)的聯(lián)合運(yùn)營(yíng)是一個(gè)相對(duì)危險(xiǎn)且復(fù)雜的操作，本文基于兩級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)的“首尾相連”性質(zhì)分析了下游發(fā)電廠的水資源被淹沒(méi)或清空的風(fēng)險(xiǎn)，并提供了適合該系統(tǒng)的系統(tǒng)。建立數(shù)學(xué)模型提高了下游電廠的理想控制水平。同時(shí)，下游電廠水庫(kù)的理想控制水位將達(dá)到水庫(kù)水位運(yùn)行的上限和下限。在兩個(gè)水庫(kù)聯(lián)合作業(yè)的極端條件下，分析了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提出了相應(yīng)的控制措施，并提取了適合該系統(tǒng)聯(lián)合作業(yè)的系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)踐，所提出的核心作業(yè)技術(shù)是可行的，可作為同類型油藏聯(lián)合作業(yè)的參考。

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