梯級水電站水庫聯合調度運行分析及控制措施

王 剛，甘成勇，薛萬軍

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051）

梯級水電站水庫聯合調度運行分析及控制措施

王 剛，甘成勇，薛萬軍

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051）

結合兩個水電站水庫“首尾相連”運行特點，研究給出了兩庫聯合運行調度模型及下游電站水庫理想控制水位，分析了兩庫聯合調度運行極端工況運行風險和控制措施，并根據兩級水庫運行的實際情況提煉出了兩庫聯合調度運行關鍵技術；同時根據實際運行情況可以看出，本文所總結的相關技術措施切實可行，符合水庫運行規律并滿足水庫安全要求。本文所分析的兩級水庫聯合調度的運行技術也可供同類型水庫電站在實際運用中作為參考。

兩級水庫；聯合運行；關鍵技術；首尾相連

1 引言

“首尾連接”的流域梯級水庫系統，水流在兩庫間基本不存在遲滯時間，水力聯系十分緊密。與常規梯級水庫系統相比，該類梯級水庫系統調控運行存在明顯差異。本文以大型流域水電站群中的下游兩級水庫系統為例，分析該類梯級水庫聯合調度運行特點及典型異常工況下的運行風險，提出正常及異常運行工況下的運行關鍵技術，供同類型水庫參考。

2 兩級水庫系統及聯合調度模型

2.1 水庫系統特點

兩級電站位于流域下游錦屏大河灣上，兩站特征參數如表1所示。其中上游電站利用305 m雙曲拱壩攔蓄水流發電，其水庫調節庫容49.1億m3，具有年調節能力［1］。下游電站在靠近上游電站壩址下游建攔河閘壩，該壩攔蓄上游出庫水流形成水庫，通過長16.67 km的引水隧洞將干流河道截彎取直，獲取約310 m水頭發電，二級水庫調節庫容496萬m3，基本無調蓄能力。兩庫“首尾相連”且庫間無支流入庫，因此庫間水流遲滯時間及區間流量均可忽略不計。此外，下游電站引水隧洞使得雅礱江干流約150 km的錦屏大河灣成為減水河段，為降低對生態環境的影響，下游電站需向減水河段泄放指定的生態流量［2］。

表1 兩級電站水庫調度典型參數

2.2 流域水庫聯合調度模型

梯級水庫系統采用中長期優化與短期優化相結合的運行模式，中長期優化依據流域徑流來水預測結合強調蓄能力水庫運用計劃，以棄水流量最小、流域蓄能最高為目標獲取流域中長期優化調度計劃，弱調蓄能力水庫保持高水位運行。短期優化則以中長期優化成果為依據，在滿足電網安全、穩定運行需求，且兼顧梯級水庫運行安全的前提下，盡量減少棄水，提高水能利用率，增加流域發電效益，適合采用梯級末期蓄能最大模型，其表達式如下［3］：

式中：

Hi——第i個水庫平均水頭；

Vi( tT)——第i個水庫期末蓄水量。

該模型考慮了梯級電站水頭差異，其約束條件主要有：

（1）機組運行約束，如機組最大、最小出力，不可水位，可采取的措施見表4所示。主要措施有負荷調整和泄洪閘門調整。其中，負荷調整措施平穩、快速，可為首選；不利因素是可能造成發電量減少，影響經濟效益。調整泄洪閘門準備時間長（需經開度計算、下達命令單、現場準備、預警、通知有關單位等流程），且存在較多不可控因素，可作為備選措施。

3 兩級聯合運行極端工況風險分析

表4 錦一跳機（1、2臺）工況下的下游水庫水位控制措施

3.2 下游電站跳機（1～6臺）工況分析

3.2.1 工況風險分析

下游電站通過東錦雙線、東天雙線共四回500 kV線路接入系統，其中東錦雙線送電至錦屏換流站，為送電主要通道，全線除重冰區約14 km外其余均為同塔雙回走線。根據安控裝置故障切機策略，當東錦雙回線故障跳閘時，根據全廠送出功率大小，將切除錦屏二級1～6臺機組，策略詳見表5。

當下游電站一臺機組解列后，下游發電流量減小約220 m/s，原有入出庫平衡將被打破，水庫水位上升，上升速率約為0.95 m/h，從初始水位1 643 m升至控制最高水位1 646 m需時約189 min。如庫水位超過高水位繼續上行，則下游電站將存在嚴重的水庫漫壩風險。因此運行人員必須在該時限內采取有利措施遏制下游電站庫水位上升，實現兩級水電運行再平衡。

表5 下游電站全接線方式下安控切機策略表

3.2.2 控制措施

下游電站機組解列后，為維持下游電站出入庫的平衡，可采取的措施有：減少上游電站負荷；增加下游電站負荷；同時調整兩級之間的負荷分配比例；開啟下游電站閘門增加下泄流量。詳見表6。

表6 下游電站跳機（1～6臺）工況下的水庫運行風險及控制措施

3.3 兩級聯合切機（2～5臺）工況分析

當主要送出通道錦蘇直流故障速降負荷或單、雙極閉鎖時，安控系統也將按切機策略動作切除兩級電站相應機組。根據總切機臺數，可分別考慮切除2～5臺的各種情況，根據兩級機組輪切原則，考慮被切機組分配情況1+1（上游電站切1臺+下游電站切一臺，下同）、2+1、2+2、3+2的情況，工況分析及應對策略如表7所示。

4 兩級水庫聯合調度運行的關鍵技術

綜合上述分析，結合運行實際，兩級水庫聯合調度運行核心關鍵在于上游參與流域中長期及短期優

4.3 兩級水庫聯合調度運行控制系統

由于下游水庫庫容小，閘門調整頻繁，在電站“無人值班”模式下，遇系統故障等突發事件，很難滿足穩定控制水位的基本要求，因此，應充分考慮自動化技術在水庫實時調度方面的應用。對于下游電站的水庫調度，根據前文策略表，可考慮建立聯合調度運行控制系統。該系統自動采集兩級當前的機組負荷、閘門開度、庫水位、入庫/出庫流量等信息，進行實時計算和水位預測，根據計算結果，查詢閘門調整策略表，控制下游閘門進行自動調整操作。

閘門調整策略表應充分考慮各種因素和限制條件，至少包括以下幾方面：1）閘門的操作及運行方式需滿足水庫調度規程規定；2）閘門調整應緩慢平穩，每次閘門調整幅度不宜過大，速度不宜過快，以防止下游流量陡增陡降；3）盡量避免閘門頻繁調整；4）兼顧下游官地水位控制要求；5）具備防誤動檢查和閉鎖環節，防止采集錯誤數據、計算錯誤等原因導致誤判誤動出口，必要時增加人工確認的環節；6）正確的通信異常判斷及處理環節，特別考慮下令期間、操作期間通信中斷和通信恢復時的處理過程。此外，還需要考慮泄洪預警和異常情況下集控和現場的應急處理流程和策略等配套措施。

水庫聯合調度運行控制系統為水庫調度人員提供策略顯示和自動調整閘門支持，可有效減小錦屏二級水位控制風險和減輕人工作業量，提高聯合調度運行的效率，為電站“無人值班”打下良好基礎。

5 結語

兩水庫聯合調度運行是一項風險較大且復雜的工作，本文針對兩級水庫系統“首尾相連”特點，分析了下游電站水庫存在較大漫壩或拉空風險，給出了適合該系統的調度數學模型，求解出了下游電站理想控制水位。同時以下游電站水庫理想控制水位至庫水位運行上、下限時間為目標，分析了兩庫聯合調度運行極端工況下的運行風險并提出了相應控制措施，提煉出了適合該系統聯合調度運行的運行關鍵技術。實踐表明所提出的運行關鍵技術切實可行，可供同類型水庫聯合調度運行參考。

［1］中國水電顧問集團成都勘測設計院.錦屏一級水電站設計運行說明書［z］.02013.06.

［2］中國水電顧問集團華東勘測設計院.錦屏二級水電站設計運行說明書［z］.2012.03.

［3］張勇傳.水電站經濟運行原理［M］.中國水利水電出版社1998.

［4］陳 鵬，余 平，蒲 瑜.雅礱江流域下游梯級水電站聯合實時優化調度探討 ［J］.中國農村水利水電，2014（09）：180-183.

TV734.4

B

1672-5387（2016）10-0081-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.025

2016-05-18

王 剛（1986-），男，工程師，從事水電站運行工作。