考慮實際洪水過程的水電站能量指標復核研究

徐金英，胡紅陽

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.浙江華電烏溪江水電廠，浙江衢州324000）

考慮實際洪水過程的水電站能量指標復核研究

徐金英1，胡紅陽2

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.浙江華電烏溪江水電廠，浙江衢州324000）

湖南鎮電站自1980年投運以來，年平均發電量有5.15億kW·h左右，不足其運行設計發電量（5.27億kW·h）。分析其主要原因為：運行設計發電量的計算過程未考慮水庫汛限水位、水庫實際的洪水過程、電站設計調度圖不夠精細等。為此，繪制了新的水電站調度圖，并完成了電站新的能量指標計算。

實際洪水過程；湖南鎮水電站；調度圖；能量指標

0 引言

水電站能量指標復核實質上是水電站建成以后，對電站運行指標的后評估[1]，即在電站現有約束條件下，運用數學模型計算水電站的能量指標[2]，目前我國電站能量指標依然以保證出力和多年平均發電量[3]為主。傳統的能量指標復核調節時段較長（一般以月徑流為主），均化了的入庫流量使棄水減少導致計算電量偏大[1]。許自達[1]在總結100座已復核水電站工作之后建議凡是有棄水產生時，無論是什么調節性能的水電站應改用日流量進行徑流計算。

因此，本文在進行湖南鎮電站能量指標計算時，摒棄了傳統的單一調節時段的思想，為了統籌考慮結果精度和計算工作量，本計算在水庫汛期按旬徑流調節，在非汛期按月徑流調節。為進一步量化實際洪水過程對電站發電量的影響，當遇實際洪水時改用調洪驗算模型計算，計算時段依據電廠提供的洪水資料改為1h或3h。通過這種多時段、精細化調節計算，以期建立一套科學合理的水電站能量指標計算體系，為進一步形成用于水力發電企業效益考核體系[4]打下良好的基礎。

1 工程概況

湖南鎮水電站為烏溪江兩級開發中的第一級，壩址位于衢縣境內烏溪江區山巒處，壩址控制流域面積2151km2。電站為混合式開發，兼有發電、防洪、灌溉、供水等綜合利用效益。水庫正常蓄水位230.0m，與死水位（190.0m）間的發電調節庫容為11.34億m3，為不完全多年調節性水庫。目前電站有新老兩個廠房，共安裝5臺發電機組，現裝機320MW（1#～4#機為50MW，5#為120MW）。原發電廠房位于大壩下游5km處，新建廠房位于大壩下游左岸。湖南鎮電站水庫特征值見表1。

表1 湖南鎮水電站水庫特征值

2 徑流資料分析

湖南鎮壩址從1952年到2014年間，多年平均流量77.56m3/s，此值與運行設計徑流系列（77.6m3/s）基本持平，年平均徑流量為24.48億m3，年平均徑流深為1137.97mm，其中最豐水年平均流量為128.42m3/s，最枯水年平均流量為39.86m3/s，豐枯比為3.22倍，分別為多年平均流量的1.65倍及51%。如圖1所示。

由上圖可知，該水電站1952～2014年間徑流變化趨勢不顯著，說明當地的氣候，環境，下墊面條件等因素較為穩定，年際變化不大。

3 電站保證出力及調度圖復核

3.1 電站保證出力復核

湖南鎮作為不完全多年調節水庫，采用長系列等出力調節計算[5-7]，等出力法計算時要求水電站供水期各月出力相等。此種方法需先假定出力值為N1，則供水期就按照N1發電，控制條件為供水期初水庫蓄滿，供水期末水庫水位回落至死水位。在各月調節計算時，還需假定調節流量q進行試算，試算流程為：

（1）在正常高和死水位已知的情況下，先假設保證出力為N1，調節流量為q1；

（2）在時段初水庫蓄水量V1、水位Z11、入庫水量、調節流量已知的條件下，利用水量平衡方程，求出時段末的水庫蓄水量V2、水位Z12、水庫下游水位Z2，從而算得時段平均水頭H=（Z11+Z12）/2-Z2-Δh。（Δh為水頭損失）。

（3）計算時段出力N1′=KHq1，判斷|N1′-N1|是否小于預定的允許誤差ε，若小于則進行下一時段計算；若大于則令q1=q1+（N1′-N1）/KH，返回（1）重新計算，直至滿足精度要求。

（4）經過上述的長系列計算，統計供水期的保證率是否滿足設計保證率，若不滿足則進行保證出力的上調或下調，最終算得相應的保證出力NP。

采用上述方法，得到該電站的保證出力為52.3MW，相應保證率為85%。

3.2 電站調度圖復核

由于該站的調節周期年數不固定，豐枯年組合不同，所以很難預知未來若干年徑流組合情況，因而使用整個調節周期的運行圖較困難，故多年調節水庫多采用簡化方法，即計算典型年法。在進行計算典型年選擇時，應盡量確保該年的來水正好等于按保證出力工作所需要的水量。在該水電站的天然來水資料中，選出符合上述條件且徑流年內分配不同的連續三年作為典型年序列，即得計算典型年組。

為了進一步細化調度圖的分區，分別繪制60%、70%、80%、90%、1.25、1.5、1.75倍的保證出力區。選擇P=85%的典型年組繪制調度圖的保證出力和降低出力區，選擇1-P=15%的典型年組繪制調度圖的加大出力區。依然采用3.1節中的等出力調節計算方法，最終得到復核后的新調度圖，見圖2和表2。

表2 湖南鎮水電站發電調度圖出力及水位控制參數

配合上述調度圖的使用規則如下：

（1）以水庫月初水位在調度圖中的位置，初定該月（或時段）湖南鎮水電站的發電平均出力，該值為湖南鎮水電站的發電出力。

（2）當水庫水位處于保證出力區時，電站按照保證出力運行。若水庫已蓄至正常高水位230m（汛期4-6月為汛限水位228m），則按來水流量發電。

（3）當水庫水位超過保證出力區上限，加大出力，確保水位逐步回落到保證出力區內。

（4）當水庫水位低于保證出力區下限水位時，降低出力，確保水位盡快回升至保證出力區。

（5）水庫在多年運行階段，水庫水位不能低于死水位190m。

3.3 電站多年平均發電量復核

依據修改后的資料和新繪制的運行調度圖，依據調度圖的使用規則，汛期采用旬徑流計算，其余時段以月為計算時段，分別計算考慮實際洪水過程有無的電站多年平均發電量，結果見表3。

表3 湖南鎮水電站多年平均發電量計算情況

計算結果顯示，采用新制調度圖，無論是否考慮實際洪水過程均較原設計值偏小。分析其主要原因為：1）原運行設計指標計算時汛期沒有汛限水位控制，1987年浙江省防汛辦發文要求，電站汛期（4、5、6月）水位限制較正常高水位低2m。2）本計算方法在汛期按旬計算結果較原運行設計月計算結果小，是因為采用月為計算時段時，會將月內三旬流量的差異化進行坦化，減少了計算棄水所致。考慮實際洪水過程的計算結果較未考慮洪水過程的計算結果小，這是因為在遇實際洪水過程時，發電調度模型轉為調洪驗算與發電調度相結合的模型，并采用1h或3h為計算時段，從而消除了旬流量的洪水均化，增加了計算棄水所致。

將本次計算的兩個結果與電站實際運行結果進行對比，發現即便采用新制調度圖、多調節時段計算，如果沒有考慮實際洪水的影響，得到的多年平均發電量依然比實際值大，只有考慮了實際洪水作用后得到的結果更接近電站實際運行指標，而且電站實際運行中增加了電站運行經驗、優化軟件的指導，因此算得的常規調度多年平均發電量小于電站實際運行值是比較合理和可信的結果。

4 結語

（1）在進行水電站能量指標復核工作時，汛期調節時段的大小對整個指標計算結果影響較大，尤其是在電站產生棄水的月份，應減少調節時段的長度，當遇實際洪水過程時，應以實際洪水資料的時段為調節時段，并引入調洪驗算的計算模型，更精細地描述電站的棄水過程。

（2）建議當電站運行資料發生較大改變時，應及時進行能量指標復核工作，在電站現有約束條件下，繪制當下的電站運行調度圖，從而更加科學合理地制定發電計劃與考核管理目標。

（3）傳統的能量指標復核工作不能夠合理地指導電站的實際運行工作，如何開發適用于大型梯級電站能量指標復核計算方法是下一步研究工作的方向和重點。

[1]許自達.水電站能量指標復核初步小結[J].水力發電，2000，（3）：38-39.

[2]李子婷，黃強，暢建霞，等.安康水電站動能指標復核研究[J].西北水力發電，2006，22（4）：63-67.

[3]朱成章.水電站能量指標的探討[J].水電能源科學，1989,（7）：84-89.

[4]陳建華.集團公司水電優化調度研究與應用[R].北京：中國華電集團公司，2015，39-42.

[5]周之豪，沈曾源，施熙燦，等.水利水能規劃[M].北京：中國水利水電出版社，1997.

[6]羅志遠，尹智力，楊全明.等流量與等出力法計算電站效益的差異性研究[J].水科學與工程技術，2012,（2）：72-73.

[7]張秀菊.水電站保證出力的計算方法[J].水力發電，2006，32（10）：21-23.

Study on Checking Energy Index for Hydropower Stations in Considering the Actual Flood Process

XU Jin-ying1，HU Hong-yang2
（1.Huadian Electric Power Reserch Institute，Hangzhou 310030，China；2.Wuxijiang Hydropower Station in Zhejiang Province，Quzhou 324000，China.）

Hunanzhen hydropower station’s annual output of power generation is 5.15 million kW·h,which is less than the design target 5.27 million kW·h.The main reasons was analyzied as follows:the design index without considering the flood control limit,the actual flood process and fine station dispatching map.Finally,the new dispatching map was completed by using new data,and it was applied to recalculate the new energy index of Hunanzhen hydropower station.

flood process；hydropower stations of Hunanzhen；dispatching map；energy index

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.013

TV737

B

2095-3429（2016）04-0052-03

2016-05-23

2016-07-01

徐金英（1989-），女，濟南人，碩士，主要從事水電工程研究工作。