新電力形勢下梯級水電站經濟調度集中控制系統研究

王冉旋

【摘 要】如何在復雜的條件下應對電力市場的變化，使梯級水電效益最大化成為目前梯級水電站群亟需解決的問題，開展梯級水電站經濟調度控制系統研究工作迫在眉睫。本文主要研究電網、電站和生態灌溉用水之間在電力、水力和水利之間的關系，立足于處理三者之間的矛盾，從滿足電網安全運行、電站經濟運行和滿足灌溉用水需求等角度出發，著重研究與AGC高度融合，實現對流域梯級各水電站實時在線集中經濟調度控制，為梯級電站控制集約化管理和安全、經濟運行提供研究基礎，充分發揮梯級電站的發電及其它各方的綜合效益。

【關鍵詞】梯級電站;經濟調度;集中控制;系統研究

1 研究背景

新疆 YLKSH流域，全長296km，自上而下分別為S、T、J1、J2、N、W共6座水電站，S電站裝機容量80MW，引水式電站，無調節能力，以發電為主，兼有河道生態基流任務;T電站類型同S電站一樣;J1電站裝機容量500MW，不完全多年調節電站，以發電為主，兼有灌溉和防洪任務;J2電站裝機容量50MW，日調節水電站，以發電為主，兼有生態、灌溉任務;N電站裝機容量240MW（4×60MW），設計發電量12.79億千瓦時，位于KSH中游河段，為引水式電站，以發電為主，兼有灌溉、河道生態基流任務;W水電站裝機容量180MW，季調節電站，兼有灌溉任務。

新疆區域電力市場供需矛盾較為突出，風電和光伏等新能源機組占據發電第一序列，在供給側比重較大，汛期易占用水電送出通道;枯水期有調節能力水電調峰力度大，上下游電站水量不匹配，對梯級電站的經濟運行造成一定影響。另新疆 YLKSH流域6座電站分布于該流域的上、中、下游，各電站調節性能不一;共22臺機組，送出方式多樣復雜;S、T電站屬地調調管，J1、J2、N、W電站屬省調調管，梯級電站調管級別不同。運行期間存在電站間負荷分配不均、上下級電站水量不平衡、灌溉用水與發電用水矛盾等問題，既無法滿足水電經濟運行的要求和灌溉用水的需求，更不利于電站及電網的安全運行。

如何在復雜的條件下應對電力市場的變化，使梯級水電綜合效益最大化是今后梯級水電發展的一個趨勢，梯級中小水電優化目標將由原來簡單追求發電量最大向多目標發展，傳統優化算法的改進和新型智能混合算法將不斷被創新和應用。梯級水電的優化調度模型也將更注重廠內、外的聯系，進行梯級水電站廠內、外的一體化調度，以期獲得的優化結果能夠更好指導電站的實際應用。

2 研究內容

梯級水電站集中經濟調度控制系統功能按經濟調度決策腦和AGC執行腦兩層設計。決策腦負責梯級總負荷在各電站間的最優分配和梯級水位動態控制，主要考慮最優蓄放水次序、站間聯合躲避振動區、避免負荷在站間大規模轉移、電網送出分配、生態灌溉用水需求等因素;執行腦負責電站總負荷在投入AGC的所有機組間的最優分配，主要考慮機組躲避振動區、機組啟停順序、最短開停機時間、主輔機優化運行工況等因素。主要研究內容包括以下方面：

（1）針對KSH梯級水電站分布、庫容、裝機容量等特點，研究基于優化運行原則的梯級水電站經濟調度模型;

（2）在保證電網和梯級水電站安全穩定運行的前提下，根據梯級水電站當前運行狀況及電力系統負荷要求，與自動發電控制（AGC）協同，研究梯級電站在不同經濟調度模型下的全自動實時在線分析控制系統;

（3）研究站內經濟運行管理策略，機組關鍵運行參數如何與狀態監測結合，自動分析診斷機組最優運行工況;

（4）研究經濟調度決策腦如何與氣象預測系統、生態灌溉用水需求實現聯動，實現水資源的合理分配。

3 研究工作

（1）收集整理相關資料。分析梯級水電站廠內經濟運行、梯級水電站優化調度、送出線路潮流分布、生態灌溉用水需求等現狀，明確主要研究內容、擬采用的技術路線和創新點。

（2）梯級水電站經濟調度模型研究。分析梯級電站的分布形式，并結合梯級電站優化調度的基本理論，以及龍頭水庫在梯級水電中的作用和梯級水電聯合優化調度的特性，對梯級水電站聯合優化調度以及水電站廠內經濟運行的數學模型、目標函數和約束條件等進行詳細研究，建立梯級水電站經濟調度模型。

（3）水電站廠內經濟運行研究。研究梯級電站機組特性，給定不同邊界或約束條件，反復執行計算程序，計算不同組合情景下的實時機組調度最佳運行方式，形成指導梯級水庫在不同限制條件下的發電運行方案。

（4）梯級水電站實時自動在線集中控制系統研究。將水電站廠內經濟運行引入到梯級電站優化調度模型中，建立對應的一體化調度數學模型，協同自動發電控制系統（AGC），建立梯級水電站自動在線集中控制系統。

（5）實際生產應用研究，修正系統模型。根據梯級電站的運行特征，以理論研究為基礎，對其進行簡化求解，檢驗模型能否較好地反映電站的實際運行狀況，求解思路和方法是否合理可行，求解結果是否可以指導梯級電站的生產實踐，不妥地方修正。

4 創新點和難點

（1）通過經濟調度系統建設，在確保電網安全運行的前提下，實現22臺機組的統一調度，打破目前一站一調的傳統調度模式。如何將該系統與電網調度系統相結合，層層設防，保障電網安全運行，是項目研究的難點和關鍵。

（2）結合梯級電站送出線路結構及各電站特點，利用經濟調度系統分析電網潮流，自動在線調整梯級電站間負荷，充分利用中游J1水電站的不完全多年調節“龍頭水庫”性能，實現上游兩座無調節引水式電站向下“借庫發電”和下游N引水式電站向上“借庫發電”。

（3）在水庫優化調度理論的基礎上，引入了水電站廠內參數，利用系統自動分析診斷功能，通過對機組各部位運行狀態的分析，自動調整站內經濟運行策略。目前通常為人工分析機組工況和站內經濟運行管理，如何實現系統自動分析是項目研究的一個難點和創新點。

（4）利用經濟調度系統與氣象預報系統、生態灌溉用水需求的聯動功能，根據降雨量和灌溉用水量的變化，在線自動調整梯級電站的發電用水量，實現灌溉用水動態精細化管理，達到水資源利用最大化。如何在數據關聯等技術層面實現三個方面聯動是項目研究的一個難點。

5 預期目標

主要預期目標如下：（1）保證電網和梯級水電站安全穩定運行;（2）梯級電站經濟調度，上下游電站水量關系匹配，有效避免棄水，流域水資源重復利用最大化;（3）調度自動化程度提高，減少負荷調整時間，提高機組利用小時數;（5）減少人力時間的投入，提高工作效率，員工總結分析時間大幅度增加，有效提升員工綜合能力;（6）智慧化經濟調度，發電生產管理模式轉變;（7）實現節能減排、優化水資源、確保生態灌溉用水等綜合社會效益;（8）實現機組運行數據自動統計分析為機組智慧檢修提供支撐。

6 結語

本文主要結合新疆 YLKSH流域梯級水電站的特性，從滿足電網安全運行、電站經濟運行和滿足灌溉用水需求等角度出發，著重研究經濟調度系統與發電控制系統（AGC）高度融合，探索了流域梯級各水電站的統一管理、統一調度和機組負荷集中控制分配的新型生產管理模式，充分發揮了梯級電站的發電及其它各方的綜合效益，為梯級電站控制集約化管理和安全、經濟運行提供了研究基礎，并對我國各地的梯級水電站群開展實時在線聯合優化調度工作起到了借鑒作用。

參考文獻：

[1]陳石;梯級水電站水庫聯合優化調度研究與應用[J];中國新技術新產品;2011年14期。

[2]季林奎;探討梯級聯合優化調度在節水發電中的作用[A];中國水力發電工程學會信息化專委會2009年學術交流會論文集[C];2009年。

（作者單位：國家能源集團新疆吉林臺水電開發有限公司）