田灣河流域梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度淺析

田 碧 李 榮

（四川川投田灣河開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610213）

1 概述

田灣河發(fā)源于貢嘎山西側(cè)，是大渡河右岸的一級支流，流經(jīng)四川省甘孜州康定縣和雅安市石棉縣。據(jù)考證田灣河干流全長84.5km，全流域面積1400km2。在干流和支流環(huán)河上各有一個(gè)天然海子，干流上為巴王海河、環(huán)河上為仁宗海。田灣河最大的一級支流就是環(huán)河，其集水面積392km2，占全流域面積的28%。其上天然海子—仁宗海已建成龍頭水庫，海口控制集水面積332km2。

2 仁宗海水庫調(diào)度原則

2.1 仁宗海水庫特征

根據(jù)仁宗海水庫的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員經(jīng)過精心的計(jì)算，得出核洪水位2930.94m，設(shè)計(jì)洪水位較核洪水位略微偏低0.9m，正常蓄水位接近設(shè)計(jì)洪水位。設(shè)計(jì)死水位比較核洪水位低14米。總庫容1.12億m3，正常水位下庫容1.09億m3。死庫容0.1810億m3，占正常水位的比例16.6%；調(diào)節(jié)庫容0.91億m3，調(diào)節(jié)的比例占正常水位的83.4%。

2.2 水庫調(diào)度原則

無論采取什么樣的措施，前提都是保證電站安全運(yùn)行，獲得最大的發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益。水庫從死水位開始蓄水的時(shí)間是每年五月，通過五個(gè)月的蓄水期到十月為正常蓄水位，正常蓄水位運(yùn)行在每年十一月，在十二月開始進(jìn)行供水運(yùn)作，直到第二年四月又回到死水位，這樣周而復(fù)始。

3 田灣河流域梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度

3.1 田灣河流域梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的必要性

田灣河流域日漸受到人們的關(guān)注，自從相繼投產(chǎn)的仁宗海、金窩、大發(fā)等電站正式啟動(dòng)以來，其就成為了連接三大電站的梯級水電站群系統(tǒng)的核心。目前需要解決的問題就是利用田灣河流域核心作用，來將聯(lián)合調(diào)度工作做好。主要是在年內(nèi)高峰期和枯竭期以及正常運(yùn)行期與三個(gè)時(shí)期電量進(jìn)行合理的分配和調(diào)度，目的就是為了提高電力企業(yè)的收入，保障電力的正常供應(yīng)。

3.2 田灣河流域梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型

3.2.1 目標(biāo)函數(shù)

水能資源應(yīng)該實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的利用，提倡在硬件基礎(chǔ)之上發(fā)揮最大的優(yōu)勢，與此同時(shí)考慮四川電網(wǎng)豐枯電價(jià)差，計(jì)算企業(yè)最佳的收入。由此訂立了三項(xiàng)指標(biāo)：

（1）梯級電站年內(nèi)最大化最小出力指標(biāo)

目標(biāo)Ⅰ：

在式（1）中：最大化的最小出力用NP表示。A表示某一電站的出力系數(shù)值，其中i表示某一電站；Qi.t是某一電站發(fā)電流量，t代表時(shí)間周期。Hit是某一電站的發(fā)電凈水頭，t代表時(shí)間周期。T是全年時(shí)段的總和。N為梯級電站總數(shù)。

（2）梯級電站年發(fā)電量最大

目標(biāo)Ⅱ：

在式（2）中：年發(fā)電量用E表示。Mt同樣為時(shí)間段。

（3）梯級電站年發(fā)電收入最大

目標(biāo)III：

在式（3）中：年發(fā)電收入用S表示。唯一電價(jià)變化因子用ηt表示。

3.2.2 約束條件

（1）水量平衡約束

在式（4）中：Vi，t+1—指某一電站在一定時(shí)間段尾的水庫蓄水量。Vi，t—指某一電站在一定時(shí)間段初的水庫蓄水量；qi，t——指某一電站在一定時(shí)間段期間產(chǎn)生的入庫流量。si，t—指某一電站在一定時(shí)間段期間的水庫蓄水量棄水流量。△t—表示時(shí)間段的長短。

（2）水庫蓄水量約束

在式（5）中：Vit，min—某一電站在一定時(shí)間段期間水庫最小蓄水量。Vit—某一電站在一定時(shí)間段期間內(nèi)水庫蓄水量。Vit，max—允許情況下某一電站在一定時(shí)間段期間水庫最大蓄水量。

（3）水庫下泄流量約束

式（6）、（7）中：Qit，min—某一電站在一定時(shí)間段期間的水庫最小下泄流量。Qit，max—某一電站在一定時(shí)間段期間的水庫最大下泄流量。

（4）電站出力約束

式（8）中：Ni，min—某一電站在一定時(shí)間段期間的最小出力。

Ni，max—某一電站在一定時(shí)間段期間的裝機(jī)容量。

（5）條件約束

根據(jù)相關(guān)要求，上述變量均呈現(xiàn)為正變量。

3.3 田灣河流域梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型的求解

鑒于動(dòng)態(tài)規(guī)劃法已在我國許多水電站優(yōu)化調(diào)度中進(jìn)行了成功的應(yīng)用，且田灣河梯級水庫電站中仁宗海電站具有年調(diào)節(jié)性能的水庫外，金窩、大發(fā)調(diào)節(jié)能力較差。因此對中長期優(yōu)化調(diào)度而言，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解。

3.4 優(yōu)化調(diào)度計(jì)算及結(jié)果分析

為了闡述上述模型和方法的可行性，特對田灣河流域歷史資料設(shè)計(jì)典型年豐水年64～65年、平水年67～68年、枯水年95～96年進(jìn)行了模擬計(jì)算，并得出相關(guān)的結(jié)論：一是豐水年64～65年最小出力值按照平均水平設(shè)置為290MW，期末平均值按照平均值設(shè)置成為2886m。平水年67～68年，相對應(yīng)的數(shù)字是286MW和2886m。枯水年95～96年，相對應(yīng)的數(shù)字設(shè)定成為255MW和2886m，見表1。

優(yōu)化的結(jié)果需要用數(shù)據(jù)來進(jìn)行真實(shí)的表達(dá)，由此將豐水年、平水年、枯水年的豐、平、枯期的電量展示出來能夠讓我們一目了然掌握全貌。結(jié)果表明無論是豐水年、平水年還是枯水年其豐水期電量比例均在60%左右、平水期為12%左右、枯水期為27%左右。年發(fā)電量指標(biāo)仁宗海電站為10.83億kW·h、金窩電站為12.69億kW·h。多年來梯級所作出的貢獻(xiàn)電量為35.85億kW·h。由此我們也對各個(gè)時(shí)期（豐水年、平水年、枯水年）的各個(gè)梯級的電站進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，通過對梯級、仁宗海、金窩、大發(fā)的發(fā)電量三個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)對比我們發(fā)現(xiàn)：豐水年比平水年在發(fā)電量上要總體多出5%-7%，豐水年比枯水年在發(fā)電量上要總體多出15%-20%。但是數(shù)據(jù)同時(shí)表示全年梯級最小出力豐水年比平水年在發(fā)電量上要總體多出2%左右，豐水年比枯水年在發(fā)電量上要總體多出12%左右。這就提示我們，在所有時(shí)期比較之后我們發(fā)現(xiàn)：為了保證企業(yè)的最大利益化，需要在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)整，其中豐平枯期電量結(jié)構(gòu)更加合理。

表1 田灣河梯級水電站典型年逐月優(yōu)化計(jì)算結(jié)果表

3.5 梯級水電站優(yōu)化調(diào)度的影響因素

在實(shí)際調(diào)度運(yùn)行過程中，由于水庫及其河道來水預(yù)測、電力系統(tǒng)安全、需求、模型等有很多雷同的地方，往往體現(xiàn)不出最優(yōu)勢的所在，一旦氣候產(chǎn)生不利于企業(yè)正常生產(chǎn)的條件，就會(huì)產(chǎn)生意想不到的情況。再者田灣河梯級電站在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)頻、調(diào)峰及事故備用，但由于落實(shí)不到位，使得相應(yīng)的方案并沒有具體實(shí)施。而由于市場變化往往不是憑借企業(yè)想法來進(jìn)行的，因此在某一個(gè)時(shí)期不免會(huì)造成水量的白白棄掉。如果企業(yè)能多下功夫，找到市場增發(fā)電量的渠道，也會(huì)使得水量的流失減少到最低程度。因此改進(jìn)、提高和完善田灣河梯級電站優(yōu)化調(diào)度主要應(yīng)從提高入庫流量預(yù)測精度、優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式、加強(qiáng)電力營銷等方面進(jìn)行。

結(jié) 語

幾年來實(shí)踐表明，采用梯級電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行，不僅使得企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到最大的保證，也使得在水能利用效率上得到進(jìn)一步的提升。一方面起到了非常好的興利效果，二方面也增加了發(fā)電量，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在激烈的市場競爭中，電力企業(yè)需要抓住機(jī)遇促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和會(huì)效益的雙豐收；同時(shí)對市場進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查研究，將電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測與梯級電站優(yōu)化運(yùn)行相結(jié)合。

[1]李坤軍.寶珠寺水庫優(yōu)化調(diào)度淺析[J].四川水利發(fā)電，2007（03）.

[2]徐剛.計(jì)及電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)的水電站短期優(yōu)化調(diào)度[J].中國農(nóng)村水利水電，2006（01）.