梯級水電廠群短期經濟運行探討

【摘要】筆者依據實際工作經驗及相關文獻資料的記載，對梯級水電廠群短期經濟運行原則進行分析，希望可以在日后提升水電廠群運行經濟效益的過程中，起到一定促進性作用，最終在我國社會經濟發(fā)展進程向前推進的過程中，做出一定貢獻。

【關鍵詞】梯級；水電廠群；短期；經濟運行；分析

1、問題研究背景及意義

在水利發(fā)電事業(yè)發(fā)展的過程中，特別是梯級水電站聯(lián)合應用的背景下，可以讓電網負荷平衡性及系統(tǒng)穩(wěn)定性得到大幅度提升。但是依據實際調查經驗可以得知，因為梯級水電站和水電機組本身的限制，想要讓梯級水電站之間負荷科學合理的分配，并讓電站整體水能利用率得到大幅度提升，是一件比較困難的事情。筆者為了可以讓短期調度要求得到滿足，將相關文獻資料當中的記載作為依據，詳細的對“以電定水”梯級水電站短期經濟運行進行研究分析。在這里所說的“以電定水”是在計劃期之內，已經得知梯級水電站群的總負荷過程和預測來水流量過程等條件的情況下，希望應用優(yōu)化準則，讓水電站各個時間段當中，工作機組臺數最優(yōu)，并讓各個工作機組之間得到最優(yōu)的分配，與此同時讓水庫蓄泄狀態(tài)變化情況得到有效地控制。雖然有關于水電站優(yōu)化運行方面的文章有很多，但是有關于梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化在調度領域當中的應用，基本上沒有，現(xiàn)場的做法是，一般情況下是上級調度人員依據實際工作經驗和水電站建議編制發(fā)電任務，因為梯級水電站群當中電站存在上下游制約關系，如果負荷分配不是十分科學合理，就難以對水能利用效率做出保證，也難以讓生態(tài)領域當中的要求得到滿足，因此會形成不必要的水資源浪費問題，甚至有可能讓水輪機組遭受到破壞，應當怎樣下發(fā)發(fā)電任務才可以讓水能利用率得到大幅度提升，梯級電站之間維持平衡，也可以讓水電站的利益得到滿足。依據上文中的敘述，應當將電網調度及水電站管理人員的實際需求作為出發(fā)點，讓梯級水電站群得到短期聯(lián)合優(yōu)化處理，最終將各個梯級水電站每一個時間段當中的出力和電站內機組組合情況確定下來。因為梯級水電站群會將多個上下游電站組合在一起，其中包含的機組數量比較多，并且變量的范圍十分廣泛，為了可以讓電站之間發(fā)電任務明確下來，并讓優(yōu)化時間得到有效地控制，在充分考慮上文中所說的這些因素的情況下，可以讓機組得到分類處理。分為上下游電站負荷分配和站內機組優(yōu)化組合兩種模型。上下游負荷合理分配和站內機組優(yōu)化兩種模型實際應用的過程中，既可以讓梯級電站發(fā)布的任務顯得更為直觀一些，也可以將水電站當中機組的實時狀態(tài)呈現(xiàn)在人們的眼前。使用機組分類處理工作模式，可以將能量特性相同的機組當成是一臺等效機組參與到負荷分配優(yōu)化領域當中，等效機組優(yōu)化結果可以在站內機組組合領域當中得到應用。通過驗證，可以對這種方法的實際應用價值做出保證。

2、梯級水電廠群最優(yōu)準則分析

梯級水電廠群短期經濟運行不同的優(yōu)化原則，產生的優(yōu)化結果自然也不同，那么怎樣的優(yōu)化原則才是最為科學合理的，筆者針對幾種得到廣泛應用的最優(yōu)準則進行分析。

2.1將國民經濟效益最大或者國民經濟費用最低作為最優(yōu)準則

這種最優(yōu)準則的理論知識十分全面，但是在實際應用的過程中，難度比較高。國民經濟效益除去在發(fā)電效益領域當中有所體現(xiàn)，也在其他很多領域當中有所體現(xiàn)，在這些效益當中既有一些正效益，也有一些負效益。并且其中某些效益除去和供水有關之外，也和其他因素之間有一定相互關系，是一個系統(tǒng)性問題，特別是某些因素具備不確定性和模糊性。如果依據這種準則在各種類型運行模式當中進行選擇，想要將效益明確的計算出來，是一件較為困難的事情。

2.2梯級水電廠群發(fā)電量最大為最優(yōu)準則

這個準則僅僅待梯級水電廠群是一個獨立供電系統(tǒng)的情況下，展現(xiàn)出來的適用性比較強，并且供電量是一種供不應求的態(tài)勢?，F(xiàn)階段基本上全部梯級水電廠群都并入到大規(guī)模電網當中，無論是在什么時間段發(fā)多少電，都是需要接受電網的調度，不可以任意開展各項工作，電力系統(tǒng)是由水電廠、火電廠、風電廠和光伏電廠構成的，火電廠一般情況下是由鍋爐、管道以及發(fā)電機構成，為了可以讓鍋爐和熱力機組的運行安全性及穩(wěn)定性得到保證，熱力機組不可以頻繁的開啟和關閉，在每一次熱力機組開啟、關閉的過程當中，都有可能引發(fā)熱力損失問題，經濟性不是很強；但是在水電廠當中機組開啟和關閉間隔時間卻沒有明確的要求，并且開啟和關閉的速度非常快，2min之內就可以完成并網發(fā)電工作。電力系統(tǒng)經濟運行領域當中一般都會分配火電廠帶基荷，水電廠調峰以及調頻。這樣做，即便水電廠本身的效率較低，但是整個電力系統(tǒng)的經濟性和安全性比較強。依據這一項準則當中提出的要求，雖然水電廠的經濟效益水平比較高，水輪機要么就是在高效率區(qū)域當中運行，要么就是處于停機狀態(tài)，使用這種運行模式，會對電力系統(tǒng)經濟性造成一定影響。因此這一項最優(yōu)準則在我國梯級水電廠群短期經濟運行領域當中，適用性并不是很強。

2.3滿足網調負荷的情況下，將梯級水電廠群總耗水量當成最優(yōu)準則

這一個最優(yōu)準則是我國范圍內得到廣泛應用的準則，就可以滿足電力系統(tǒng)經濟運行要求，也可以節(jié)省下來一定數量水資源，從而也就可以讓梯級水電廠群經濟效益得到大幅度提升。但是筆者在研究過程當中發(fā)現(xiàn)，這一最優(yōu)準則實際應用的過程中，在水頭最高的情況下，水電廠水資源消耗量比較大，因此容易形成水庫水位過低以及低水位運行等問題。之所以會發(fā)生這種問題，是因為這一項最優(yōu)準則當中，關心的僅僅是水資源消耗量問題，但是高水頭電廠和低水頭電廠在相同立方米水量的情況下，形成的發(fā)電效益并不一樣，應用相同的水，這一項最優(yōu)準則分配模式，會讓高水頭電廠有限開展棄水棄電工作，也就是高水頭電廠水資源消耗量比較大。一般情況下高水頭電廠發(fā)電的功率比較大，是電力系統(tǒng)當中十分重要的電廠，將高水頭水庫水位降的過低或放空，對電力系統(tǒng)是一件不利的事情，對電力系統(tǒng)的調峰、調頻效能造成影響。換一種說法，水位降的過低或放空之后，后續(xù)的經濟運行效益沒有辦法調度。除此之外，梯級水電廠群第一級水電廠放水，水會流入到第二級水電廠的水庫當中，并不會在整個梯級水電廠群當中產生過多的水資源，在應用這一項準則的過程當中，下游位置上的水庫只要是不發(fā)生棄水問題，就會盡可能使用上游位置上水庫當中的水。