抽水蓄能電站水庫水情計算程序研制及應用

李 鵬

（國網新源山西西龍池抽水蓄能電站有限責任公司運檢部，山西省忻州市 035503）

抽水蓄能電站水庫水情計算程序研制及應用

李 鵬

（國網新源山西西龍池抽水蓄能電站有限責任公司運檢部，山西省忻州市 035503）

抽水蓄能電站機組運行靈活，在電網中除了調峰填谷以外，還可承擔調頻、調相和緊急事故備用等作用，實時地密切關注抽水蓄能電站水庫水情及可發電、抽水時長等信息至關重要，基于以上需要，特提出研制水電站水庫水情計算程序。本文以國內某抽水蓄能電站水庫水情估算方法的實例，簡介水庫庫容水量比較和蓄能電站發電、抽水時長預估預判的程序研制及應用。

水電站水庫；水情；預估；程序

0 引言

抽水蓄能電站在全世界各國電力系統中迅速發展，主要原因是其以比較低的成本，為電網提供調峰、調谷、調相、調頻及緊急事故備用等功用，是為了解決電網高峰、低谷之間供需矛盾而產生的，是間接儲存電能的一種方式。它在用電低谷時用過剩電力將水從下水庫抽到上水庫儲存起來，然后在用電高峰時將水放出發電，并流入下水庫。

純抽水蓄能電站的特征是只有很少甚至沒有天然徑流進入上水庫，在調節時段內水量通過引水系統和廠房在上、下水庫之間往復循環，只由于抵消蒸發和滲漏的損失，需要補充少量水源，廠房內安裝的機組全部是抽水蓄能機組。純抽水蓄能電站要求有足夠的蓄能庫容，在建設時，有的利用現有水庫為上水庫（下水庫），新建另一水庫、引水系統和廠房；也有的利用不上現有水庫，完全依靠新建上，下兩個水庫，引水系統和廠房。

由于抽水蓄能電站具有多種功能，電網常把它作為綜合管理的工具，在此情況下，水庫中庫容量將直接影響發電和抽水時長，對抽水蓄能電站水庫水位和水情變化的監視是必要且有意義的。

1 技術背景

1.1 抽水蓄能電站發電、抽水時長需要預估

國內的抽水蓄能電站一般情況下配合核電或風電機組參與電網調峰調頻，或承擔事故緊急備用的作用，因此需要特別重視對水庫水位的監視和對可發電、抽水時長的預判，以滿足電力調度部門的計劃，實現隨調隨啟。電站運行技術人員目前的通用做法是根據發電凈水頭對應表和抽水凈揚程對應表人工讀表大概估計，這往往需要較長的時間，而由于水庫總庫容的蓄水量也會影響計算條件，預測的結果也不一定精確。

1.2 抽水蓄能電站水庫庫容需要監視

常規水電站只有一個水庫，在發電運行或承擔防洪、灌溉作用過程中，一般只需要關注該水庫的水位即可了解到當前的庫容信息，而且，常規水電站有自然來水，不涉及人工補水的情形。而抽水蓄能電站的水庫有上、下庫兩庫盆，總的蓄水量與兩庫盆均有關聯，不能簡單地通過某單一水位來判斷，同時，抽水蓄能電站水庫一般沒有自然來水，循環水在一段時間的蒸發滲漏后將不能滿足電站正常發電、抽水，此時應定期人工補水，這就需要運行人員時時掌握當前總庫容以判斷是否滿足補水條件。

如上論述，人工計算的過程也是較復雜的。

基于以上兩種情形，可研制一套計算機程序，應用于抽水蓄能電站水情監測系統，根據當前水位信息即可瞬時計算得出庫容和預計可發電、抽水時長，并對水庫水量容量狀況進行分析，得出是否需要調整水量（對庫補水）的結論供給參考借鑒，這將極大地提高電站運行人員工作效率，并簡化水庫水情監測的工作流程。

2 研制思路和原理

按照上文的論述，本發明想要研制的水庫水情計算程序，應實現如下功能：

一是要根據水位信息計算出水電站（抽水蓄能電站）水庫（上、下庫）庫容，包括：計算庫容、比較水庫水量、調取庫容曲線等功能，其特征在于：在計算水庫蓄水量過程中要省略人工計算庫容和查表的過程，使得實時水情計算更加迅速、結果更加精確可靠。

二是要實現機組發電（抽水）時長的預估計算，其特征在于：根據實時水庫水位數據計算當前庫容和預計可發電（抽水）時長，并且由于水庫容量的限制，要預先在已知庫容的前提下，考慮計算的先決條件，不能單一按照某水位讀表得出時長結論。（如在水量較多的情況下，受制于下庫庫容的限制，發電量將不能按照上庫水位信息得出，否則下庫水將溢出等情況）

三是通過水量比較分析得出對庫的補水建議和當前發電、抽水時長結果均由計算機軟件程序代碼實現，并要通過可視界面輸出結果。

程序編寫可由開發軟件Visual Basic實現，水電站水庫水情計算程序的運行環境是WindowsXP及以上系統，技術方案所述主要領域為計算機程序開發，數據庫來源為水工結構、抽水蓄能電站水庫實驗數據和運行信息。

3 實施方案

3.1 研發主要過程

3.1.1 庫容函數

本應用設計背景為某抽水蓄能電站，根據水庫設計、施工單位提供的上、下庫庫容計算成果表，分別繪制水庫水位—庫容曲線，如圖1示意。

圖1 水庫水位—庫容曲線

圖1所示采樣部分點數據列表統計，其他區域近似模擬為一次函數，通過Excel等輔助工具，得到庫容與水位關系。編寫成Visual Basic代碼，即可通過賦值上下庫水位，對應得到上下庫實際庫容。

圖2 水庫庫容判斷及函數代碼

3.1.2 水情分析

由上述得到的上下庫實際庫容總量即可與額定庫容比較分析，得出是否需要補水調節水量的結論。

額定庫容按照其中一個水庫額定水位，另一個水庫死水位設計，分別是：上庫額定水位1492.5m，下庫死水位798m，對應庫容539.76萬m3；下庫額定水位838m，上庫死水位1467m，對應庫容558.73萬m3。由于水庫會有滲漏蒸發等情況，本次發明將較大的庫容558.73萬m3設定為額定庫容，當水量小于該值時認定為需要補水。VB集成開發環境中編程語句通過當前總庫容與額定庫容大小比較判斷實現。

圖4 庫容比較代碼

3.1.3 預計可發電（抽水）時長計算

本發明設計的程序需要根據水位信息（或由庫容反算得到的水位），得到對應水位下的單機可發電（抽水）時長。

圖5 發電時長與水位對應表

由圖5發電凈水頭對應表或抽水凈揚程對應表可以查到某一水位下對應可發電（抽水）時長，本發明在VB集成開發環境中使用數組錄入該表格的數據，即可實現根據相應編號的水位查找相同編號的發電（抽水）時長。

圖6 編程代碼實現計算發電（抽水）時長

但是，需要注意的是，理論上機組發電（抽水）時長與水位并不是簡單的直接對應關系，它應當由當前庫容的水量確定。水位與庫容也有對應關系但是兩者在映射機組發電（抽水）時長時的定義域是不同的，這就要求在VB集成開發環境中計算之前首先需要確定復雜的判定條件，這也便是相比較于傳統的運行人員查表估計的舊方法，設計該程序提高準確性的意義所在。

設計案例電站上庫庫容較小，下庫庫容較大，具體參數如表1所示：

表1 設計案例電站水庫水位及容量規范表

以發電情況為例，理論上每一個上庫的當前庫容量可以對應得到相應的可發電時長，但是，若上下庫的總庫容存儲水量過多（大于558.73萬m3），就存在上庫還有水，下庫已滿的情況，此種情況下，發電時長需要根據下庫水位對應得到。

不同庫容下，發電（或抽水）時長將按照不同庫盆水位對應計算。

圖7 不同庫容下發電（抽水）時長計算原則示意

因此，在Visual Basic集成語言編程過程中，就需要首先根據上下庫水位計算出總庫容，再依據圖7中所示原則比較，在不同條件賦予變量不同的值（水位）套用語句計算出預計可發電（抽水）時長。

3.1.4 界面設計

如圖8～圖9所示，本程序調用Visual Basic基本控件，滿足水位數據輸入，觸發按鈕計算等功能。

圖8 水電站水庫水情計算程序界面

圖9 VB集成開發環境

3.1.5 其他條件設定及功能更新

本次應用設計過程中，還需要注意一些其他條件如輸入水位值超出范圍等，編程過程中均有所設定，在水位條件超出額定水位或低于死水位的情況下，會彈出提示框，并清空文本框輸入內容。

圖10 水位設定不滿足提示示意界面

更新版本的功能新增根據當前庫容和某一水庫水位反算另一水庫水位的功能，用來實現在水庫庫容一定的前提下，單一地依靠某一水庫庫容即可得出相應的水情信息。

實現方法為：按照庫容函數的介紹，對水庫水位—庫容曲線進行反算，得出庫容與水位的反函數關系。同理編寫成Visual Basic代碼，即可通過賦值庫容和某一水庫水位，對應得到另一水庫水位，從而進一步得到所有需要的水情數據。

3.2 主要應用

3.2.1 使用界面說明

如圖8所示即為本發明程序（水電站水庫水情計算程序）實際使用界面。

如圖11所示為發明程序（水電站水庫水情計算程序）圖標及水位對應抽水發電時長方法的說明，按照對應的計算方法，輸入上下庫水位信息并確保無誤后點擊確定，即可得到相應的水情信息。

3.2.2 具體操作方式

如圖8所示，在上庫水位和下庫水位文本框內鍵入當前水位數值，點擊確認按鈕，程序即可計算出上庫庫容、下庫庫容、總庫容、預計可發電時長、預計可抽水時長、庫容比較結論等水情信息。

圖11 水電站水庫水情計算程序圖標示意

雙擊上庫庫容、下庫庫容標簽，程序會彈出相應的水庫水位—庫容曲線供電站運行人員參考。

更新版可鍵入某一水庫水位和當前總庫容，點擊確認水位按鈕，可計算出另一水庫水位。

4 結束語

本程序研制完成后，已經應用于該抽水蓄能電站水情監測系統，根據當前水位信息即可瞬時得出庫容、蓄水量和預計可發電（抽水）時長，更好地實現了與電力調度部門的溝通，并定期對水庫容量和水量狀況進行分析，極大地提高了電站運行人員工作效率，并簡化了水庫水情監測的工作流程。

該實用型創新設計可以推廣應用于國內抽水蓄能電站運行和水庫庫容監測等相關領域。并對抽水蓄能電站中包含有常規機組的情形更具實用價值。

[1] Panichclli，er al.Quantitative Evaluation in System Plarming of Dynamic Duties for Load-curve Following.CIGRE，31-14.

[2] RAJAT D.Operating Hydroelectric Plants and Pumped Shorage Units in a Competitive Environment[J].The Electricity Journal，2000，13（3）.

[3] 楊明廣，王秀華，等.Visual Basic程序設計教程．中國科學技術出版社，2006．

李 鵬（1991—），男，主要從事水電站運維相關工作。

The Development and Application of Pumped Storage Power Station Reservoir

LI Peng
（Shan xi Xilongchi Pumped Storage Power Station Co.，Ltd.，Xinzhou 035503，China）

Pumped storage power station units are flexible when it’s running. It is not only regulate peaks and fill troughs in the grid，but also adjust the frequency of bear and adjust the phase and backup in case of emergency.Real-time and close attention to the reservoir water level of pumped storage power station and power generation，pumping duration and other information are very important.Based on the above needs，It is necessary to develop an application of Pumped Storage Power Station Reservoir computer program. This article set a domestic Pumped Storage Power Regimen estimation methods as an example to introduce the high water storage capacity of the reservoirs power generation，the development and application of time estimates predict when pumping.

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