水庫聯合調度上下游電站之間出力優化運行

隋 鵬

(大唐鄉城(得榮)水電開發有限公司，四川 成都 212000)

1 梯級流域電站水庫聯合調度及優化運行的目的

中小水電站因庫容小，汛期來水量大，有限的庫容無法大量存儲水資源，有效庫容小，防汛壓力大，且機組均處于滿發狀態等因素，發電量提升空間低，而枯水期來水量偏低，滾動重復利用有限的水力資源，可提升水能利用率，增加枯期發電量，在枯水期提供清潔能源，可減少一定的碳排放量，并且提高企業的經濟效益，因此，以提高枯水期發電能力優先。由梯級流域電站龍頭電站提高運行水頭，穩定梯級下游電站來水量，并在避開機組振動區的情況下，保持電站機組較優的運行工況，降低機組耗水率。

2 水庫聯合調度

2.1 碩曲河流域電站概述

第一級電站為流域目前在役首級電站，為日調節能力引水式電站，第一級水電站正常蓄水位3 087 m，最大(閘)壩高27.7 m，總庫容為120萬m3，引水線路長約15.4 km，利用落差154 m，電站裝機3臺，總裝機93 MW，多年平均發電量為3.694億kW·h。第二級電站為目前在役第二級電站，日調節能力引水式電站，電站水庫正常蓄水位為2 933 m，庫容404萬m3，調節庫容為117萬m3，引水線路長約16.7 km，電站裝機容量為120 MW，設計引用流量為90.6 m3/s，多年平均發電量為5.453億kW·h。第三級電站為目前在役第三級電站，日調節能力引水式電站，電站為引水式開發，水庫正常蓄水位2 754 m，庫容154萬m3，調節庫容44萬m3，利用落差221.90 m，設計引用流量103.5 m3/s，總裝機容量為180 MW，多年平均發電量為7.577 3億kW·h。

2.2 引用發電流量與水位的關系

2.2.1 函數模型

以本梯級電站枯水期作為調度期(11月至翌年4月)的優化前的多年平均發電量(因2016年三級電站實際投產，故取2016、2017年枯水期)發電量作為對比，模型的函數首先確定入庫徑流量，并且滿足運行約束條件，在整個調度期內進行發電出力模擬，具體如下：

式中，N為模擬電站優化后的發電量，kW·h；ηi為電站出力的平均系數；qi，t為調度期內(t時段)的平均發電流量，m3/s；Δt為調度期內的時間之和；H為優化后水頭。

2.2.2 約束條件

水庫庫容、蓄水位、發電出力和下泄流量按以下公式進行約束，因計算模型枯水期計算，約束條件僅作為參考。

庫容Vimix≤Vi，t≤Vimax

水位Zimix≤Zi，t≤Zimax

出力Nimix≤Ni，t≤Nimax

發電流量Qi,tmix≤Qi，t≤Qi,tmax

式中，Vimix為的最大庫容，m3；Vi，t為t時段內的初始庫容，m3；Vimax為的最小庫容(死庫容)，m3。

式中，Zimix為的最高蓄水位，m；Zi，t為t時段內的平均蓄水位，m；Zimax為的最低蓄水位，m。

式中，Nimix為的最高出力，MW；Ni，t為t時段內的平均出力，MW；Nimax為的最低出力，MW。

式中，Qimix為的最高發電流量，m3/s；Qi，t為t時段內的平均發電流量，m3/s；Qimax為的最低發電流量，m3/s。

2.3 梯級流域上下游電站水位變化

按第一級電站平均2018年11月至翌年4月平均來水量繪制24 h內曲線圖分析，得出各級電站出力與水庫水位變化；按曲線圖變化分析，流域電站水庫水位曲線(見圖1)，在保持高水位高效率區間運行的同時，第一級電站平均水位在3 086.495 5 m，第二級電站平均水位在2 932.696 9 m，第三級電站平均水位在2 753.484 8 m，可達到理想的出力水頭。

圖1 各級電站水庫水位變化曲線(單位：m)

2.4 模型參數(見表1)

表1 梯級流域電站各級參數

3 計算結果及分析

根據梯級電站實際來水情況，按照枯水期作為調度期(11月至翌年4月)，第一級電站以壩前水位為上限蓄水位3 087 m，庫容120萬m3，第二級、第三級電站均作為動態調節，水庫水位浮動在1 m范圍內的規則進行管理，各級電站優化前(2016、2017年)與優化后(2018年)枯水期的發電量對比分析。

優化后的各級電站出力均有所增加，受客觀因素影響，無法達到優化后模擬發電量，但實際發電量有較大的提升。第一級電站枯水期(11月至翌年4月)發電量優化后實際發電出力提升19.19%，耗水率降低0.547 m3/kW·h，枯水期(11月至翌年4月)發電量達9 841.7 MW·h；第二級電站枯水期(11月至翌年4月)發電量優化后實際發電出力提升9.73%，耗水率降低0.059 m3/kW·h，枯水期(11月至翌年4月)發電量達13 531.805萬kW·h；第三級電站枯水期發電量優化后實際發電出力提升11.93%，耗水率降低0.0077 m3/kW·h，枯水期(11月至翌年4月)發電量達23 900.93 MW·h。

綜上所述，優化調度后實際枯水期(11月至翌年4月)總出力達10.882 7 MW,較歷史同期提高11.94%，總發電量達47 274.435 MW·h，較歷史同期提高5 045.755 MW·h。圖2為各級水電站優化運行出力結果對比分析，圖3為各級水電站優化運行出力結果對比分析。表2為各級電站優化調度后數據結果對比分析。

圖2 各級水電站優化運行出力結果對比分析

圖3 各級水電站優化調度結果對比分析

表2 各級電站優化調度后數據結果對比分析

4 結 語

根據梯級電站的實際情況，采用數據模型計算最大發電量的函數模型，按照枯水期(11月至翌年4月)為一個調度周期計算，在保持高水位、高效率區間運行的同時，第一級電站水位平均水位在3 086.495 5 m，第二級電站平均水位在2 932.696 9 m，第三級電站平均水位在2 753.484 8 m，可達到理想的出力水頭。在分析周期內共計4 344 h中，第一級電站在實際運行過程中水頭變化較大，優化后運行出力增加19.19%；第二級電站在實際運行過程中水頭變化較大，優化后運行出力增加9.73%；第三級電站在實際運行過程中水頭變化較大，優化后運行出力增加11.93%；綜上，電站優化運行可提高電站的保證出力，減低耗水率，提高電站的經濟運行指標，但相對于電站運行水頭提高，取得實際效果將降低。

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