新形勢(shì)下集控水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作變化與對(duì)策

唐世戡，王 義

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004）

0 引言

五凌電力發(fā)電集控中心成立于2010年3月，目前公司在湘黔兩省所屬的13座常規(guī)水電廠，受控容量469萬kW，全部接入湖南電網(wǎng)?，F(xiàn)集控中心將13個(gè)水電廠劃分為4個(gè)值班區(qū)域，實(shí)行“一人一席多廠”的區(qū)域值班模式。集控中心通過流域梯級(jí)水庫調(diào)度、電力生產(chǎn)監(jiān)控和指揮等手段，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度與聯(lián)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作。

水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是指水電廠在機(jī)組設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，使有限的入庫水量盡可能多發(fā)電的運(yùn)行方式。開展水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作，提高水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的管理水平，深挖潛力，對(duì)增加水電廠的發(fā)電效益、確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，是充分利用水能資源、減少水能消耗的有效措施，也是水電廠在“廠網(wǎng)分開，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的電力系統(tǒng)新體制下降低生產(chǎn)成本的重要手段[1]。

1 背景介紹

1.1 電力輔助服務(wù)市場(chǎng)發(fā)展引起的變化

2020年12月，湖南電力市場(chǎng)輔助服務(wù)市場(chǎng)正式運(yùn)行，現(xiàn)階段主要開展深度調(diào)峰、啟停調(diào)峰、緊急短時(shí)調(diào)峰以及旋轉(zhuǎn)備用交易，目前對(duì)水電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響較大的是深度調(diào)峰交易。深度調(diào)峰交易是指系統(tǒng)調(diào)峰困難（負(fù)備用不足）或者可再生能源消納困難的情況下，由火電機(jī)組降低出力至其核準(zhǔn)容量50%以下、抽水蓄能電站機(jī)組抽水和儲(chǔ)能電站充電，從而提高系統(tǒng)負(fù)備用水平，提升可再生能源消納能力。

由于湖南電網(wǎng)日峰谷差較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)2019年最大峰谷差達(dá)1557萬kW·h，2020年最大峰谷差達(dá)1497萬kW·h，電網(wǎng)調(diào)峰困難，從而導(dǎo)致深度調(diào)峰市場(chǎng)頻繁開啟。以五凌集控東坪電廠為例，2021全年參與深調(diào)分?jǐn)偺鞌?shù)256 d，占全年天數(shù)的70.14%，發(fā)生深調(diào)分?jǐn)傎M(fèi)用巨大，全年分?jǐn)傎M(fèi)用259.644 9萬元，折算成電量占據(jù)電廠全年約3%～4%的發(fā)電量損失。故分析深度調(diào)峰開啟、關(guān)閉趨勢(shì)和優(yōu)化電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，制定可執(zhí)行的有效控制措施，是當(dāng)前形勢(shì)下減少電廠深度調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用，提高電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)，減少電廠電量損失的重要有效途徑之一。

1.2 兩個(gè)細(xì)則考核日趨嚴(yán)格引起的變化

在國家能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略背景下，華中區(qū)域2020年版《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》、《發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》于2020年11月開始實(shí)施。相對(duì)以往2011年兩個(gè)細(xì)則版考核內(nèi)容來說，新版更加合理和規(guī)范，更加符合電力系統(tǒng)發(fā)展的需求，但考核內(nèi)容同時(shí)也更加趨于嚴(yán)格。發(fā)電計(jì)劃、無功和母線電壓考核是水電廠日?？己藘?nèi)容，母線電壓合格率、無功考核變化相對(duì)以往變化較大，尤其是在2021年下半年公司所屬網(wǎng)調(diào)直調(diào)電廠將AVC投入調(diào)度側(cè)后，電壓考核次數(shù)和電量增加了不少，也造成了不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。新舊版考核內(nèi)容變化對(duì)比見表1、表2。從上表可以看出，新舊版考核內(nèi)容變化較大，尤其是無功考核。

表1 新舊版發(fā)電計(jì)劃偏差考核內(nèi)容

表2 新舊版無功和母線電壓不合格考核內(nèi)容

1.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)展引起的變化

（1）交直流特高壓發(fā)展引起的變化

近年來，隨著國家電網(wǎng)“一特四大”戰(zhàn)略深入推進(jìn)，特高壓加速發(fā)展，西電東送、北電南送的能源配置格局逐漸形成。2017年6月，±800 kV祁韶特高壓直流帶電投運(yùn)，接入湖南韶山換流站；2021年12月，南昌至長沙1 000 kV交流特高壓竣工投產(chǎn)，華中“日”字型特高壓環(huán)網(wǎng)雛形漸現(xiàn)。交直流特高壓入湘后，標(biāo)志著湖南邁入特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)新時(shí)代，電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平將大幅提升，電網(wǎng)運(yùn)行方式更加靈活，不管是對(duì)電網(wǎng)還是發(fā)電企業(yè)都有一定的影響。對(duì)電網(wǎng)來說，在不同電網(wǎng)負(fù)荷情況下，湖南對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)控策略和220 kV及以上水、火電并網(wǎng)機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用有了更嚴(yán)格的控制要求。對(duì)發(fā)電企業(yè)來說，電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)峰能力下降，火電廠利用小時(shí)不可避免下降，水電廠豐水期低谷將不可避免產(chǎn)生棄水調(diào)峰。

（2）風(fēng)、光新能源發(fā)展以及負(fù)荷斷面受限帶來的變化

近幾年，隨著我國電力事業(yè)的快速發(fā)展，風(fēng)電、光伏發(fā)電等清潔新能源加速發(fā)展，可再生能源的接入比例不斷提高。例如，從2018年至2021年，四年間湖南清潔能源中風(fēng)電裝機(jī)容量從347.6萬kW增加至742萬kW，增長迅速，現(xiàn)已占湖南統(tǒng)調(diào)裝機(jī)的15.36%。從能源配置上來說，湖南是一個(gè)水電大省，受季節(jié)特點(diǎn)影響，來水多集中在春、秋兩季，且來水集中、分布范圍廣、持續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn)。在汛期時(shí)，各水電廠往往長時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行，火電發(fā)電方式一般維持在系統(tǒng)穩(wěn)定要求的最小開機(jī)方式。系統(tǒng)負(fù)荷在增加時(shí)，不同調(diào)度等級(jí)的電站優(yōu)先級(jí)是不同的，并不意味著各電廠的出力一定會(huì)增加。風(fēng)、光電相對(duì)于水電來說，雖同為綠色環(huán)保能源，但受政策影響，在發(fā)電方式安排上優(yōu)先于省調(diào)直調(diào)水電。例如，湖南電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷在增加時(shí)優(yōu)先級(jí)別如下：外送電（例如：特高壓、聯(lián)絡(luò)線）＞網(wǎng)調(diào)直調(diào)水電＞抽水蓄能＞中小電站（例如：風(fēng)電、光伏、小水電）＞省調(diào)直調(diào)水電[2]。

目前在電網(wǎng)的某些局部區(qū)域，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展跟不上新能源高速發(fā)展的速度，在大發(fā)、滿發(fā)時(shí)，易發(fā)生局部負(fù)荷潮流斷面受限導(dǎo)致送出受阻。在負(fù)荷低谷時(shí)段和豐水期較為明顯，易發(fā)生棄風(fēng)、棄水現(xiàn)象，水電棄水壓力增大，棄水損失電量增多。五凌公司受此影響的主要是線路送出為220 kV電壓等級(jí)的省調(diào)直調(diào)水電。

因此，在水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作中應(yīng)及時(shí)了解特高壓和聯(lián)絡(luò)線功率，了解湖南實(shí)時(shí)負(fù)荷動(dòng)態(tài)，根據(jù)實(shí)際情況，制定調(diào)度策略，合理控制水庫水位，避免發(fā)生棄水損失。

1.4 水電與新能源互補(bǔ)運(yùn)行引起的變化

充分利用和大力開發(fā)風(fēng)、光、水等可再生能源資源稟賦是我國在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要途徑。過去十多年，我國新能源發(fā)電裝機(jī)實(shí)現(xiàn)了快速增長。但是，以風(fēng)、光電為代表的可再生能源具有間歇性、波動(dòng)性以及隨機(jī)性等特征，導(dǎo)致消納問題一直非常突出，特別是伴隨并網(wǎng)規(guī)模的快速擴(kuò)大，巨大的靈活性需求帶來的棄電風(fēng)險(xiǎn)、高比例清潔能源系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行等問題越來越突出[3]。將風(fēng)光水打捆運(yùn)行，形成多能互補(bǔ)系統(tǒng)是一種有效解決途徑。即利用水電機(jī)組的快速調(diào)節(jié)能力，用以對(duì)沖新能源發(fā)電的波動(dòng)，形成優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的電源，從而很好地滿足電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷穩(wěn)定性的要求。

五凌公司擬建設(shè)三板溪水光互補(bǔ)工程，采用水電以出力補(bǔ)償光電，光電以電量補(bǔ)償水電的方式進(jìn)行。工程建成后，水電對(duì)光電的補(bǔ)償體現(xiàn)在短期，當(dāng)光伏出力變化時(shí)，及時(shí)調(diào)節(jié)水電機(jī)組出力，可使二者出力之和等于系統(tǒng)所下達(dá)的負(fù)荷，利用三板溪電廠的出線將組合電源送入電力系統(tǒng)；光電對(duì)水電的補(bǔ)償則體現(xiàn)在中長期，當(dāng)枯水期水庫來水不足時(shí)，水電機(jī)組讓出部分負(fù)荷由光伏電站承擔(dān)，讓出的部分負(fù)荷則以水能的形式存儲(chǔ)在水庫之中，用于枯水期徑流或電力補(bǔ)償。

由于風(fēng)、光電等新能源的不可調(diào)度性，多能互補(bǔ)調(diào)度的本質(zhì)上是新能源接入邊界下的水電站水庫再調(diào)度。多能系統(tǒng)互補(bǔ)工程投產(chǎn)后，在滿足安全、穩(wěn)定的前提下，機(jī)組調(diào)度策略和發(fā)電計(jì)劃編制應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)和指標(biāo)。

2 改進(jìn)的建議和對(duì)策

2.1 優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略，合理避免分?jǐn)?/h3>

通過學(xué)習(xí)及研究電力輔助服務(wù)市場(chǎng)及電力營銷相關(guān)文件政策規(guī)則，可收集相關(guān)數(shù)據(jù)，匯總分析，研究深度調(diào)峰市場(chǎng)啟停趨勢(shì)和規(guī)律，得出尋優(yōu)方案或組合，用于電廠騰庫、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、減少輔助服務(wù)分?jǐn)傎M(fèi)用的參考建議。在徑流式電站中開展效果相對(duì)較為明顯，制定切合實(shí)際、操作性強(qiáng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，可按照以流量定機(jī)組臺(tái)數(shù)，以水位定導(dǎo)葉開度，使機(jī)組在高效率區(qū)運(yùn)行，減少水量損失，減少費(fèi)用分?jǐn)俒4]?？刹捎萌缦路绞揭?guī)避：

（1）固定時(shí)段規(guī)避分?jǐn)偅焊鶕?jù)數(shù)據(jù)分析，得出分?jǐn)傎M(fèi)用較多或深調(diào)開啟概率較大的時(shí)段，根據(jù)上游電廠水位和方式合理安排機(jī)組運(yùn)行方式，在該時(shí)段全?；蛏儇?fù)荷運(yùn)行，達(dá)到不能避免分?jǐn)偩捅M量減少分?jǐn)偟哪康模?/p>

（2）趨勢(shì)預(yù)判規(guī)避分?jǐn)偅焊鶕?jù)數(shù)據(jù)分析，得出深調(diào)開啟關(guān)閉規(guī)律，并進(jìn)行深調(diào)啟停趨勢(shì)預(yù)判，根據(jù)預(yù)判結(jié)果提前騰庫，合理安排機(jī)組運(yùn)行方式，進(jìn)而減少分?jǐn)偂?/p>

2.2 制定有效措施避免發(fā)生兩個(gè)細(xì)則考核

通過學(xué)習(xí)和研究《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》、《發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》等相關(guān)文件和制度，制定切實(shí)可行兩個(gè)細(xì)則考核預(yù)防措施。

（1）加強(qiáng)設(shè)備定值和動(dòng)作性能管理，加強(qiáng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)管理，按規(guī)定要求定期進(jìn)行復(fù)核試驗(yàn)，從物防、技防的角度避免因設(shè)備原因未正常動(dòng)作或動(dòng)作不到位發(fā)生兩個(gè)細(xì)則考核。例如：完善AVC程序內(nèi)P/Q曲線、優(yōu)化AVC機(jī)端電壓減無功閉鎖、優(yōu)化機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)欠勵(lì)限制定值等，避免因動(dòng)作不到位引起母線電壓考核；

（2）規(guī)范人的操作行為，編制AGC、AVC、一次調(diào)頻、PSS等投入操作流程，以及開停機(jī)并網(wǎng)時(shí)間點(diǎn)選擇、有功無功調(diào)整順序等，從人防的角度避免兩個(gè)細(xì)則考核。例如：華中區(qū)域發(fā)電計(jì)劃、母線電壓考核采集點(diǎn)都是時(shí)間逢“0”、“5”的整點(diǎn)，系統(tǒng)峰谷時(shí)段轉(zhuǎn)換、機(jī)組開停機(jī)操作，往往是系統(tǒng)頻率、電壓波動(dòng)變化較大的時(shí)候，所有開停機(jī)選擇應(yīng)避開逢“0”、“5”的時(shí)間點(diǎn)并網(wǎng)或解列，且并網(wǎng)后，先調(diào)整無功負(fù)荷，將母線電壓控制在正常范圍內(nèi)，避免有功、無功負(fù)荷調(diào)整不及時(shí)發(fā)生兩個(gè)細(xì)則考核。

2.3 了解系統(tǒng)負(fù)荷特點(diǎn)，規(guī)避棄水電量損失

學(xué)習(xí)電網(wǎng)《主網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定》，值班過程中加強(qiáng)與調(diào)度溝通協(xié)調(diào)，了解省網(wǎng)用電負(fù)荷、風(fēng)電、光伏、水電、火電出力以及受電等信息，了解管轄電廠機(jī)組在電網(wǎng)的電氣鏈接位置及出力限制條件，主動(dòng)適應(yīng)新的形勢(shì)變化。根據(jù)各潮流斷面特點(diǎn)，合理制定調(diào)度策略，根據(jù)電站水庫水位、來水情況及時(shí)申請(qǐng)發(fā)電負(fù)荷，合理消納或騰庫，避免棄水，確保發(fā)電利益最大化。

2.4 開展多能互補(bǔ)研究，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益

風(fēng)光水多能互補(bǔ)是有效利用水電的靈活性補(bǔ)償光電功率的波動(dòng)性和間歇性，但這種方式可能在一定程度上會(huì)影響水電系統(tǒng)的長期運(yùn)行效益，互補(bǔ)關(guān)鍵在于水庫具有調(diào)蓄能力，互補(bǔ)能力實(shí)質(zhì)在很大程度取決于水電站的長期水位控制，水電單獨(dú)運(yùn)行相比較于多能互補(bǔ)聯(lián)合運(yùn)行，整體效益是做出了犧牲和讓步的，例如機(jī)組運(yùn)行時(shí)偏離高效率區(qū)、汛期風(fēng)光電擠占水電發(fā)電空間等。在當(dāng)風(fēng)光電獲得發(fā)電空間后提高了經(jīng)濟(jì)收益，用以適當(dāng)補(bǔ)償水電。故在考慮多能互補(bǔ)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，單一效益應(yīng)服從于整體效益，最終追求整體效益最大化。在編制發(fā)電計(jì)劃（以水定電）和實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（以電定水）時(shí)，在保證水電機(jī)組安全穩(wěn)定基本條件下，應(yīng)充分考慮風(fēng)光電的出力特性。同時(shí)在預(yù)測(cè)方面盡可能采用先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行，例如數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、集合預(yù)報(bào)、概率預(yù)報(bào)、人工智能技術(shù)等，提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。

在光水多能互補(bǔ)項(xiàng)目中，光伏裝機(jī)容量是水光互補(bǔ)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。當(dāng)光伏電站裝機(jī)容量較小時(shí)，光資源得不到充分有效的開放利用，當(dāng)光伏裝機(jī)電站裝機(jī)容量較大時(shí)，投資成本過高，過剩的光電也無法被電網(wǎng)消納，造成資源的浪費(fèi)。因此，對(duì)于已建成的水電站水庫能捆綁多大的光伏裝機(jī)容量存在一個(gè)臨界閾值。在光伏裝機(jī)容量閾值中結(jié)合光伏補(bǔ)貼電價(jià)、初始投資成本、運(yùn)維成本、折現(xiàn)率、水庫調(diào)節(jié)庫容、水庫調(diào)節(jié)性能、水電裝機(jī)容量等因素綜合計(jì)算分析，最終得出全生命周期內(nèi)的運(yùn)行效益最大的光伏裝機(jī)容量值[5]。

2.5 建章立制，積極發(fā)揮管理效益

開展電改新政策及其影響的研究分析，及時(shí)制定應(yīng)對(duì)舉措，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化、電力市場(chǎng)政策以及所在流域特征等特點(diǎn)，編制和完善相關(guān)管理制度和規(guī)程，從制度上完善管理短板，充分發(fā)揮管理效益，最大限度減少電量損失、經(jīng)濟(jì)損失。

2.6 加強(qiáng)培訓(xùn)，結(jié)合形勢(shì)發(fā)展補(bǔ)充培訓(xùn)內(nèi)容

在水電集控運(yùn)行工作過程中，根據(jù)各形勢(shì)發(fā)展變化的需要，及時(shí)編制和完善培訓(xùn)方案，通過集中授課、專題培訓(xùn)、座談?dòng)懻摰榷喾N方式，切實(shí)開展行業(yè)政策研究、電力市場(chǎng)營銷、梯級(jí)水庫調(diào)度、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、調(diào)度新規(guī)等方面內(nèi)容的培訓(xùn)活動(dòng)，進(jìn)而提高運(yùn)行值班人員工作業(yè)務(wù)技能，全力做好經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作。

3 結(jié)語

“經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、降本增效”是水電廠長久不衰始終如一的根本宗旨，在當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)下，要做好集控水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作，既要一如既往做好諸如：優(yōu)化調(diào)度，減少棄水；合理控制水位，降低耗水率；節(jié)能增效，降低綜合廠用電率；加強(qiáng)檢修管理，提高設(shè)備可靠性；優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，提高機(jī)組效率等傳統(tǒng)提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作的重要措施[6]。也要與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展、電力市場(chǎng)改革的需求，結(jié)合交直流特高壓電網(wǎng)發(fā)展、風(fēng)光電新能源快速增長、送出負(fù)荷斷面受限和用電負(fù)荷空間受限等變化特點(diǎn)，加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)，制定切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施，減少無效棄水；同時(shí)在發(fā)電運(yùn)行過程中落實(shí)好減少電量分?jǐn)偂p少兩個(gè)細(xì)則考核的預(yù)防措施，進(jìn)而達(dá)到增發(fā)電量、降低發(fā)電生產(chǎn)成本的目的，全力提升水電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，充分發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。