基于逐步回歸法的日發電量模型評估分析

錢 程（五凌電力有限公司株溪口水電廠，湖南長沙410000）

基于逐步回歸法的日發電量模型評估分析

錢 程（五凌電力有限公司株溪口水電廠，湖南長沙410000）

本文以一個典型的日調節庫容的低水頭電廠為例，取該電廠投產后七年的歷史數據，采用逐步回歸法分析確定該電廠出庫流量與下游水位的函數模型，繼而計算出發電量與來水流量的關系，應用此模型，根據實際來水情況計算電廠每年應發電量，評估實際年發電量生產水平，并提出核定發電量年計劃目標的方法。

發電量評估；逐步回歸；線性回歸；經濟運行

1 引言

目前中小型水電廠的年利用小時一般都達不到設計值，年發電量也難達設計發電量，影響發電量的因素有很多，其中水電廠上游來水量大小和電廠調度人員運行管理是重要原因之一。因此要公正客觀的評價水電廠通過自身努力增加發電量的貢獻，必須要區分上游來水量對發電量的影響。由于上游來水時空分布無法準確預測，決定了對水電廠的評價只能滯后于實際來水情況，即通過實際的來水情況來推算理應的發電量，然后將理應的發電量與實際發電量進行對比，來評價調度人員水平及尋找更有的調度方式，進一步提高水電廠發電管理水平。

本文基于SPSS軟件用逐步回歸法建立出庫流量與下游水位的模型，并在理想情況下維持上游水位恒定值，保持出庫流量與入庫流量相同，推算入庫流量水電廠發電量的關系，建立入庫流量與理想發電量關系模型，擬合歷史數據得出模型參數，并應用該模型計算出該電廠某天應發電量，同時通過對日實際發電量與理想發電量對比，客觀評價調度人員對水電廠的貢獻。

2 株溪口水電廠參數及概況

株溪口水電廠位于湖南省安化縣境內資水流域中游，是資水流域規劃的第八個梯級電站，以發電為主兼有防洪、灌溉、航運等綜合利用的水電樞紐工程。壩址控制流域面積23213km2，壩址多年平均流量 617m3/s，水庫正常蓄水位87.5m，死水位和汛期運行最低庫水位86.5m，總庫容3330萬m3，電站裝機4×18.5MW燈泡貫流式水輪發電機組，多年平均發電量2.952億kW·h，年利用小時數為3989h。

電站設計水頭6.1m，五年一遇洪水流量為4500m3/s。單臺機組設計流量351.5m3/s。從投運以來的情況看，來水流量達到3000m3/s時由于下游水位急劇抬高，電站水頭低至機組最低運行水頭3.5m，全廠停機不能發電。

3 日理想發電量計算條件及過程分析

株溪口水電廠上游水位可控制范圍在86.5～87.5m之間，以87.35m設定為理想上游水位，將每日分割成24h，每個小時的入庫流量與出庫流量相同，維持上游水位固定不變，計算出當日應發電量即為理想發電量。

3.1 機組運行水頭

株溪口水電廠下游水位L隨出庫流量Q變化而變化，本文采用逐步回歸法對電廠投產后至今八年以來每日每時的下游水位與出庫流量進行分析，選取回歸系數為95%的置信區間，當無變量剔除時，終止回歸過程，建立出庫流量與下游水位的數學模型。

令下游水位L=a0+a1Q+a2Q2+a3Q3+…，用SPSS軟件進行逐步回歸分析，剔除對因變量較小的變量后，得到下游水位L與出庫流量Q的關系為L=L（Q），因此可以得出機組運行水頭h與出庫流量關系h=87.35-L（Q）。

3.2 發電流量

基于前面已經給定上游水位，因此當無棄水時，發電流量與出庫流量相同，此時發電流量q=Q；由于入庫流量在較大時，株溪口電廠一般采取固定導葉開度調節，相當于恒定孔口出流，其過流量與電站水頭h0.5成正比。此時發電流量Q=a· h0.5，其中a為待定系數，h為運行水頭。因此可以建立發電流量與運行水頭的模型為q=min（Q，a·h0.5）。

3.3 水輪發電機組效率

機組效率η等于水輪機效率ηs與發電機效率ηf之積，即：

水輪機效率的計算過程較復雜，由于上述的水輪機運行在固定上游水位的前提下，因此水輪機的效率主要由水頭和出庫流量決定，又因水頭可用出庫流量相關，即可得出水輪機效率與出庫流量的模型ηs=ηs（Q）；發電機效率主要由有功功率和功率因數影響，廠家已經提供曲線，株溪口水電廠在功率因數為0.9，機組帶額定功率時發電機效率為97.06%，根據生產廠家提供的數據和效率曲線，可得出機組效率函數模型。

3.4 理想發電量

理想發電量，這里指在水電廠實際過流環境下，理想狀態下控制上游水位恒定，通過對應的實際出庫流量和理想運行工況，機組所能生產出的應發電量。根據公式N=9.81Qhη，式中N為水電站出力（萬kW）；Q為引用流量（m3/s）；h為凈水頭（m）（見水電站水頭）；η為水輪發電機組的總效率，其值為0.70～0.90。

可計算出記住每個小時的應帶出力，然后對24h發電量進行積分得出日理論發電量，計算公式為：

式中：Ni為每個時段平均出力（萬kW）；Ti為發電時間（h）。

根據制造廠家提供的機組效率數據、實際每時的平均入庫，即可計算出日理論發電量。其中η采用機組平均效率（即機組等流量運行對應的單機效率）。

3.5 年應發電量計算模型

根據以上分析，經反復計算比較，綜合考量計算精度、表達式復雜程度以及計算工作量之后，把每天的理想發電量累計起來定為年應發電量，因此年應發電量計算模型為：

P=Σp，其中p為每日理想發電量。

4 典型日入庫流量分析

我們選取了一個典型的株溪口調度日報表進行分析，如表1。

表1是株溪口水電廠某天調度情況，該廠全天實際發電量103.41萬kWh，經數據計算理想發電量102.928萬kWh。實際發電量必比理想發電量多了0.482萬kWh，同時水位較之前蓄高了15cm，根據當日的平均耗水率可算出此庫容對應的可發電量為 1.496萬 kWh，相當于增發電量為1.978萬kWh，說明調度人員合理安排運行方式，保持高水頭運行，提高了收益。

5 結語

通過基于實際水電廠的入庫流量計算發電量模型，不僅能夠定量分析水電廠調度人員管理水平，研究提升發電量的方法和途徑，客觀評價水電廠的管理努力對發電量的貢獻，同時也為核算電廠的年度發電目標提供了新方法、新思路，便于對水電廠進行合理評估，也為水電廠做好優化調度工作提供了較好的指導意義。

表1

[1]劉 涌.徑流式水電廠發電量計算模型探討[J].紅水河，2012（03）.

[2]夏守筠，王立勇.淺談常規水電廠發電量測算準確性的問題[J].科技尚品，2015（09）.

[3]鄺錄章.水電廠年度發電量評價策略[J].梯級調度控制研究論叢——2012年學術交流論文集（下冊），2014（01）.

TM76

A

2095-2066（2016）33-0065-02

2016-11-12

錢 程（1990－），男，助理工程師，本科，主要從事水電廠生產運行方面的工作。