桂東電網水調自動化系統發電調度應用效益分析

歐業平，黃慶東，李友松

（廣西桂東電力股份有限公司，廣西 賀州 542800）

桂東電網水調自動化系統發電調度應用效益分析

歐業平，黃慶東，李友松

（廣西桂東電力股份有限公司，廣西 賀州 542800）

桂東電網是一個地方性區域電網，網內小水電較多，通過對水庫調度自動化系統應用效果進行分析，對梯級及獨立運行的水電廠優化調度可能增發的電量進行測算，提出周、日以下調節性能的水電廠增發電量的主要途徑，并結合實際提出發電調度計劃的優化措施和方案運用的建議。

桂東電網；水庫調度；自動化系統；優化調度；發電量

1 桂東電網及水庫調度自動化系統簡述

桂東電網是一個地方性區域電網，供電范圍以賀州市三縣兩區為主，網內小水電較多，直接調度的水電廠總裝機容量約33萬kW，其中有4座中型以上的水電廠，分別是桂江干流綜合利用規劃（平樂以下河段）6個梯級水電站中的第一、第二、第三梯級的巴江口、昭平、下福水電廠，以及賀江流域裝機容量最大的合面獅水電廠，這4個水電廠總裝機容量282.5 MW，保證出力50.7 MW（95％），設計年發電量合計129.8 MWh。目前桂東電網自發水電電量占電網總供電量的1/3到1/2，不足部份通過外購電量補充。

桂東電網為提高發、供電的安全性、穩定性及電網經濟效益，加強直調水電廠的防洪度汛及水庫發電調度管理，提高水能利用率，于2013年在桂東電力調度中心建設了“桂東電網水庫調度自動化系統”，系統設1個中心站（桂東電力調度中心）、4個分中心站（分別設在4個水電廠），具有水庫日常調度、水務計算、水文預報、電網短期發電調度、經濟運行評價等功能，能夠滿足水電廠防洪安全、桂江梯級調度、桂江-賀江跨流域調度等經濟運行的需要，2014年4月投入試運行。

2 電網水庫發電調度管理的模式及優化調度增發電量的途徑

2.1 桂東電網水庫發電調度管理的模式

桂東電網根據自身的特點，在廠、網的管理上有獨到的地方，水電廠及電網為同一控股股東，電網整體利益最大化是經濟運行的根本要求，因此發供電管理一體化是必然要求。桂東電網的水電廠發電調度管理設在電力調度中心，統一管理桂江3個梯級電站及跨流域的合面獅水電廠的水庫發電調度。這種管理模式對以水力發電為主的地方電網來說具有獨到的優勢，可以使電網的運行方式與水庫發電運行方式有機結合，統籌調配各水電廠的出力，特別是協調好各水庫之間的調度運行，合理安排出力計劃，對確保電網的高效、穩定運行十分有利，從而提高經濟效益。

2.2 桂東電網直調水電廠特性

巴江口、昭平、下福3座水電站位于珠江流域西江支流桂江中上游，分別為桂江干流綜合利用規劃（平樂以下河段）6個梯級水電站的第一、第二、第三級，巴江口和昭平為大（2）型水庫、下福為中型水庫，均為日調節。合面獅水電站位于珠江流域西江支流賀江中游，電站上游干流有多年調節的龜石水庫，電站下游6km處是信都鎮，下游有防洪要求，屬季調節水庫。合面獅水庫調節庫容較大，其次為巴江口水庫，這兩個電廠在電網中的調峰、調頻及事故備用方面起到主要作用，各電廠水庫特性及技術參數見表1。

表1 各電廠水庫特性及技術參數表

2.3 電網水電廠經濟調度提高發電效益主要途徑

桂東電網的4個大中型水電站水庫具備日調度能力，合面獅水電站調節能力略強，可達季調節能力，水庫優化調度增發電量主要通過以下途徑實現。

（1）提高水能利用率，減少單位電度耗水率方式。水庫枯水期及汛期的非泄洪時段，在入流較穩定時段，發電計劃制訂按以水定電原則，維持各水庫高水位運行，提高發電水頭，相同的來水發出更多的電能。

（2）提高水量利用率方式。開展調洪優化調度，采用中、短期天氣預報及洪水預報，洪水前加大機組出力騰空庫容，洪水后攔截洪尾重新蓄滿水庫，重復利用有效庫容，提高來水的利用率增發電量。

（3）提高機組運行效率方式。電力調度中心安排各電廠的日負荷計劃時，配合廠內經濟運行，優化開機方式和機組負荷分配，盡可能讓水輪發電機組在最優工況下運行，提高發電機組效率增發電量。

（4）其它工程措施，如尾水清於、進水口清污、合理安排設備檢修等方法，提高電廠運行效益。

水庫優化調度增發電量，以提高經濟效益主要是通過前3種方式實現，現就桂東電網的直調4水電廠充分利用水庫調度自動化系統的實時水雨情信息，水文預報等現代化的技術手段，增發電量前景進行測算分析。

3 桂東電網直調水電廠優化發電調度增發電量測算

根據水電廠所在的桂江、賀江流域的水文、氣象歷史資料，參考《南方電網水電經濟運行指標規范》的計算方法，結合作者在電力調度中心側的調度管理考評模式實際，對桂東電網4個水電廠的優化調度增發電量進行分析，以下就主要的發電調度優化措施分別進行測算。

3.1 提高水能利用率，減少單位電度耗水率方式

本文只就各水庫保持高水位運行，提高發電水頭的增發電量進行測算。巴江口、昭平、下福屬日調節水庫，來水在1日或1周內分配使用，調節性能較差；合面獅水庫有季調節能力，來水可以按月度調配使用。各水庫在枯水期及洪水期的非泄洪時間，通過合理安排出力計劃，在避免棄水的前提下，保持各電廠水庫的高水位運行，可有效提高各電廠的發電量。

提高平均庫水位，節水增發電量計算方法：

式中：E——節水增發電量（kWh）；

η——機組綜合效率，各電廠按實際各月多年平均值（0.85-0.90）；

（Z實－Z考）——水頭差，即實際日平均水位與考核日平均水位之差；

Z實——實際庫水位（m）。為日平均庫水位；

Z考——考核庫水位（m）。日調節水庫的考核庫水位為正常蓄水位至死水位的中間；季調節水庫考核水位按的調度圖的月均水位確定；

Q：——發電流量（m3/s），取機組實際日平均發電流量；

T——計算時段，為24小時（h）。

如當日有開閘泄洪時，則當日無節水增發電量，E=0。

以上公式計算時段為日（24h），逐日、逐月正負累計計算可得全年的節水增發電量。節水增發電量為正值，表明水庫經濟（優化）調度有成效或效果顯著；若為負值，則表明實際調度運行未達到原設計調度水平，無優化效果。各水電廠提高水頭增發電量測算見表2，4座水電廠該項年均增發電量為：1 383萬kWh。

另在開閘泄洪期間，受下游水位抬高影響，機組在小于額定水頭狀態下運行，出力受阻，在設計允許范圍內保持高水位運行，也可直接提高發電水頭增加機組出力的目的，如下福電廠在排洪狀況下，機組的負荷受上、下游水位差影響較大，每提高水頭0.2m，每臺機可增加出力0.1萬kW，3臺機組日發電量可增加7萬kWh，本文不計算這部份增發電量。

3.2 洪水優化調度，提高水庫水量利用率增發電量測算

表2 各水電廠提高水頭增發電量測算表?

（1）年度洪水情況及可提前騰空庫容發電的可調節洪水次數：洪水多發生在4～7月份，5～6月份發生洪水次數最多，約占70％，受強降雨及流域特性決定，洪水暴漲暴落，來得快去得也快，一般一場洪水過程多為7d左右。由于洪水在年內分配不均勻，集中在5～6月份，有時兩次洪水之間間隙時間短，上次洪水沒有完全退去，下一場洪水就來了，這種情況的洪水就不能提前騰空庫容進行發電調節。表3按豐、平、枯水文年統計的洪水情況及可進行預騰庫容調節的洪水次數。

表3 桂江豐、平、枯水文年洪水統計及可進行發電調節的洪水次數

（2）桂江梯級電站預騰空庫容增發電量計算方法：桂江梯級中巴江口水庫的庫容最大、處于梯級中的第一級，巴江口的消落庫容不僅可以使巴江口電廠增加發電量，下游的昭平電廠和下福電廠也同時利用。按巴江口水庫調節1.0m水位計算：桂江梯級的3個電廠水庫都騰空至死水位，消落1m，各電廠最大可增發電量。

巴江口電廠：可利用水量1 577萬m3，按單位耗水率17.9m3/kWh計算，增發的電量為88萬kWh。

昭平電廠：可利用水量：2 357萬m3，按單位耗水率26.9m3/kWh計算，增發的電量為88萬kWh。

下福電廠：可利用水量：2 957萬m3，按單位耗水率46m3/kWh計算，增發的電量為64萬kWh。桂江3個電廠合計增發電量：240萬kWh。

（3）合面獅電站預騰空庫容增發電量計算方法。合面獅電站調節庫容大，是桂東電網安全、可靠的電源點，擔任調峰和事故備用任務，水庫有季調節能力，騰空庫容時間長，要保持一定的備用庫容，要從可靠性與經濟性方面考慮，現按每次洪水騰空2.0m庫容計算，庫水位從86.00m消落至84.00m，可利用水量：2 932萬m3，按單位耗水率13.8m3/kWh計算，增發的電量為212萬kWh。

（4）各電廠洪水前騰空庫容增發電量的多少，取決于每一次降雨、洪水預報的準確度、預見期的長短、起漲流量、電網負荷情況。如果每次洪水能騰空庫容60％，全年桂江梯級按10次可調洪水，賀江合面獅也按10次可調洪水計算，全年該項可增加發電量為：

桂江梯級電廠：240×10×60％=1 440（萬kWh）合面獅電廠：212×10×60％=1 272（萬kWh）4個水電廠合計：2 712萬kWh。

3.3 水電廠內優化機組運行方式，提高機組效率增發電量測算

在一個周期（或時段）內，根據電廠及水輪發電機組特性，在滿足給定負荷（或來水）及發電水頭情況下，確定廠內機組開機臺數及各機組的負荷分配，保持各機組在最優工況下運行，提高機組的綜合效率，降低水耗多發電。各電廠水輪發電機組綜合效率在0.85～0.92之間，廠內或梯級電廠之間合理分配負荷，可有效提高效益。以昭平電廠為例，在15m水頭，給定平均負荷27 MW，現分兩種機組運行組合比較，組合一：一臺機帶19 MW，另一臺機組帶8 MW，總負荷27 MW，其加權平均綜合效率0.853；組合二：一臺機帶13 MW，另一臺機組帶14 MW，則平均綜合效率為0.89；很明顯組合二比組合一綜合效率高3.7％，即相同的來水按組合二方式運行，發電量增加3.7％，一天的發電量增加2.4萬kWh。從全年綜合分析及大多數理論計算認為，廠內優化機組運行方式可增發電量為1％～2％之間，因各電廠情況不同有差異。現按增發電量為1％計，直調4個水電廠非泄洪時期的年均發電量為82 920萬kWh（機組非滿發），則總增加的發電量為：82920萬kWh×1.0％=829萬kWh。

從以上測算結果可知，對于桂東電網調節能力較小的日、周調節水電廠，提高效益主要是通過洪水優化調度增發電量；其次是水庫保持高水位運行，提高發電水頭的增發電量；廠內優化機組運行方式也可有效增加發電量。桂東電網在實際水庫優化調度的應用中，2014年及2015年直調4個水電廠通過調洪優化調度及水庫保持高水位運行兩個途徑增發電量統計如表4，總增發電量均超過以上兩項測算平均值，電網水庫調度自動化系統應用取得了較好的經濟效益。

表4 直調四水電廠增發電量情況 萬kWh

4 電網發電優化調度建議

（1）電力調度中心根據入庫流量及水文氣象預報情況，結合電網的負荷預測，編制各電廠水庫日發電、庫水位控制調度計劃。調度人員應隨時監控水庫運行狀況，水情發生變化時，及時修改、變更計劃，確保電網運行的可靠性和經濟性。

（2）巴江口、昭平、下福屬日調節水庫，調節性能較差，做好水文、氣象預報，特別是短期水情預報，非泄洪時段盡可能保持高水位運行，以減少水頭損失，在允許的范圍內承擔部分調峰任務。

（3）合面獅水庫有季調節能力，在供水期初應保持高水位，汛前騰空庫容，汛期根據水情盡可能重復利用庫容多發電，汛末利用后期洪水蓄至正常高水位，供水期應多承擔電網的調峰、調頻和事故備用任務。

（4）桂江梯級中的巴江口電廠水庫庫容最大、處于梯級中的第一級，調節的庫容對下游的昭平電廠和下福電廠也帶來很大的效益，必須重點利用好。桂江梯級水電廠水庫之間的調度運行應相互協調，以總體利益最大化為基本原則，合理安排出力計劃，避免不必要的棄水。

（5）關于洪水優化調度，預騰庫容計劃實施問題。各電廠在不同入庫流量情況下，騰空1.0m庫容所需時間見表5。

表5 各電廠不同入庫流量情況下騰空1.0m庫容所需時間

從表5看，在入庫流量150m3/s的情況下，騰空1.0m庫容的時間，合面獅電廠需27h，巴江口電廠需14.7h，而目前洪水預報的預見期大約為6～10h，所以僅采用洪水預報決策是不夠的，實際操作應綜合參考中、短期天氣預報、實時降雨資料以及電網負荷情況綜合分析。另預騰庫容較早，洪水過程推遲，水庫處于低水頭運行時間過長，增發效益會降低，把握好決策時機很重要。

5 結語

桂東電網水庫調度自動化系統集水庫運行有關的監視、預報、調度和水情信息管理等功能于一體。該系統依靠先進的采集和傳輸技術，及時準確地獲取流域的水文和水庫運行信息，利用數據庫管理技術及相關數學模型進行洪水預報、水務計算和處理，迅速提供包括防洪和發電在內的綜合調度決策方案，是水庫防洪及優化調度的重要工具；系統不但為防洪度汛指揮系統提供決策依據，而且實現了發電優化調度實時、動態管理，使運行管理人員能及時掌握水情，合理利用水能資源，提高水庫運行效率。

（責任編輯：劉征湛）

Analysis of power generation benefits from application of automatic reservoir regulation system in Guidong power grid

OU Ye-ping，HUANG Qing-dong，LI You-song
（Guangxi Guidong Electric Power Co.，Ltd.，Hezhou 542800，China）

Guidong power grid is a local grid consisting of many small hydropower stations.Analysis was made on the application effects of automatic reservoir regulation system.The authors estimate the increase of power genera?tion from regulation optimization of cascades or independent hydropower plants；put forward the major measures for energy increase at those hydropower plants of weekly or daily regulation；give suggestions for optimization of power generation regulating plan as well as application of proposed scheme，so as to render the maximum benefits of whole grid.

Guidong power grid；reservoir regulation；automation system；regulating optimization；power genera?tion

TV697.11

B

1003-1510（2016）05-0078-05

2016-04-28

歐業平（1966-）男，廣西藤縣人，廣西桂東電力股份有限公司工程師，主要從事水利電力工程建設及水庫調度管理工作。