新形勢下集控水電廠經濟運行工作變化與對策

唐世戡，王 義

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004；2.湖南省水電智慧化工程技術研究中心，湖南 長沙 410004）

0 引言

五凌電力發電集控中心成立于2010年3月，目前公司在湘黔兩省所屬的13座常規水電廠，受控容量469萬kW，全部接入湖南電網。現集控中心將13個水電廠劃分為4個值班區域，實行“一人一席多廠”的區域值班模式。集控中心通過流域梯級水庫調度、電力生產監控和指揮等手段，實現梯級電站聯合優化調度與聯合經濟運行工作。

水電廠經濟運行，是指水電廠在機組設備安全穩定運行的基礎上，使有限的入庫水量盡可能多發電的運行方式。開展水電廠經濟運行工作，提高水電廠經濟運行的管理水平，深挖潛力，對增加水電廠的發電效益、確保電網的安全運行有著重要的現實意義，是充分利用水能資源、減少水能消耗的有效措施，也是水電廠在“廠網分開，競價上網”的電力系統新體制下降低生產成本的重要手段[1]。

1 背景介紹

1.1 電力輔助服務市場發展引起的變化

2020年12月，湖南電力市場輔助服務市場正式運行，現階段主要開展深度調峰、啟停調峰、緊急短時調峰以及旋轉備用交易，目前對水電機組經濟性影響較大的是深度調峰交易。深度調峰交易是指系統調峰困難（負備用不足）或者可再生能源消納困難的情況下，由火電機組降低出力至其核準容量50%以下、抽水蓄能電站機組抽水和儲能電站充電，從而提高系統負備用水平，提升可再生能源消納能力。

由于湖南電網日峰谷差較大，據統計2019年最大峰谷差達1557萬kW·h，2020年最大峰谷差達1497萬kW·h，電網調峰困難，從而導致深度調峰市場頻繁開啟。以五凌集控東坪電廠為例，2021全年參與深調分攤天數256 d，占全年天數的70.14%，發生深調分攤費用巨大，全年分攤費用259.644 9萬元，折算成電量占據電廠全年約3%～4%的發電量損失。故分析深度調峰開啟、關閉趨勢和優化電廠經濟運行方案，制定可執行的有效控制措施，是當前形勢下減少電廠深度調峰分攤費用，提高電廠經濟運行指標，減少電廠電量損失的重要有效途徑之一。

1.2 兩個細則考核日趨嚴格引起的變化

在國家能源轉型的戰略背景下，華中區域2020年版《并網發電廠輔助服務管理實施細則》、《發電廠并網運行管理實施細則》于2020年11月開始實施。相對以往2011年兩個細則版考核內容來說，新版更加合理和規范，更加符合電力系統發展的需求，但考核內容同時也更加趨于嚴格。發電計劃、無功和母線電壓考核是水電廠日常考核內容，母線電壓合格率、無功考核變化相對以往變化較大，尤其是在2021年下半年公司所屬網調直調電廠將AVC投入調度側后，電壓考核次數和電量增加了不少，也造成了不同程度的經濟損失。新舊版考核內容變化對比見表1、表2。從上表可以看出，新舊版考核內容變化較大，尤其是無功考核。

表1 新舊版發電計劃偏差考核內容

表2 新舊版無功和母線電壓不合格考核內容

1.3 電網結構發展引起的變化

（1）交直流特高壓發展引起的變化

近年來，隨著國家電網“一特四大”戰略深入推進，特高壓加速發展，西電東送、北電南送的能源配置格局逐漸形成。2017年6月，±800 kV祁韶特高壓直流帶電投運，接入湖南韶山換流站；2021年12月，南昌至長沙1 000 kV交流特高壓竣工投產，華中“日”字型特高壓環網雛形漸現。交直流特高壓入湘后，標志著湖南邁入特高壓交直流混聯電網新時代，電網安全穩定水平將大幅提升，電網運行方式更加靈活，不管是對電網還是發電企業都有一定的影響。對電網來說，在不同電網負荷情況下，湖南對電網的穩控策略和220 kV及以上水、火電并網機組旋轉備用有了更嚴格的控制要求。對發電企業來說，電網實時調峰能力下降，火電廠利用小時不可避免下降，水電廠豐水期低谷將不可避免產生棄水調峰。

（2）風、光新能源發展以及負荷斷面受限帶來的變化

近幾年，隨著我國電力事業的快速發展，風電、光伏發電等清潔新能源加速發展，可再生能源的接入比例不斷提高。例如，從2018年至2021年，四年間湖南清潔能源中風電裝機容量從347.6萬kW增加至742萬kW，增長迅速，現已占湖南統調裝機的15.36%。從能源配置上來說，湖南是一個水電大省，受季節特點影響，來水多集中在春、秋兩季，且來水集中、分布范圍廣、持續時間長等特點。在汛期時，各水電廠往往長時間滿負荷運行，火電發電方式一般維持在系統穩定要求的最小開機方式。系統負荷在增加時，不同調度等級的電站優先級是不同的，并不意味著各電廠的出力一定會增加。風、光電相對于水電來說，雖同為綠色環保能源，但受政策影響，在發電方式安排上優先于省調直調水電。例如，湖南電網系統負荷在增加時優先級別如下：外送電（例如：特高壓、聯絡線）＞網調直調水電＞抽水蓄能＞中小電站（例如：風電、光伏、小水電）＞省調直調水電[2]。

目前在電網的某些局部區域，電網結構的發展跟不上新能源高速發展的速度，在大發、滿發時，易發生局部負荷潮流斷面受限導致送出受阻。在負荷低谷時段和豐水期較為明顯，易發生棄風、棄水現象，水電棄水壓力增大，棄水損失電量增多。五凌公司受此影響的主要是線路送出為220 kV電壓等級的省調直調水電。

因此，在水電經濟運行工作中應及時了解特高壓和聯絡線功率，了解湖南實時負荷動態，根據實際情況，制定調度策略，合理控制水庫水位，避免發生棄水損失。

1.4 水電與新能源互補運行引起的變化

充分利用和大力開發風、光、水等可再生能源資源稟賦是我國在2060年前實現碳中和目標的重要途徑。過去十多年，我國新能源發電裝機實現了快速增長。但是，以風、光電為代表的可再生能源具有間歇性、波動性以及隨機性等特征，導致消納問題一直非常突出，特別是伴隨并網規模的快速擴大，巨大的靈活性需求帶來的棄電風險、高比例清潔能源系統安穩運行等問題越來越突出[3]。將風光水打捆運行，形成多能互補系統是一種有效解決途徑。即利用水電機組的快速調節能力，用以對沖新能源發電的波動，形成優質穩定的電源，從而很好地滿足電網對負荷穩定性的要求。

五凌公司擬建設三板溪水光互補工程，采用水電以出力補償光電，光電以電量補償水電的方式進行。工程建成后，水電對光電的補償體現在短期，當光伏出力變化時，及時調節水電機組出力，可使二者出力之和等于系統所下達的負荷，利用三板溪電廠的出線將組合電源送入電力系統；光電對水電的補償則體現在中長期，當枯水期水庫來水不足時，水電機組讓出部分負荷由光伏電站承擔，讓出的部分負荷則以水能的形式存儲在水庫之中，用于枯水期徑流或電力補償。

由于風、光電等新能源的不可調度性，多能互補調度的本質上是新能源接入邊界下的水電站水庫再調度。多能系統互補工程投產后，在滿足安全、穩定的前提下，機組調度策略和發電計劃編制應充分考慮經濟運行參數和指標。

2 改進的建議和對策

2.1 優化經濟運行策略，合理避免分攤

通過學習及研究電力輔助服務市場及電力營銷相關文件政策規則，可收集相關數據，匯總分析，研究深度調峰市場啟停趨勢和規律，得出尋優方案或組合，用于電廠騰庫、經濟運行、減少輔助服務分攤費用的參考建議。在徑流式電站中開展效果相對較為明顯，制定切合實際、操作性強經濟運行方案，優化機組運行方式，可按照以流量定機組臺數，以水位定導葉開度，使機組在高效率區運行，減少水量損失，減少費用分攤[4]。可采用如下方式規避：

（1）固定時段規避分攤：根據數據分析，得出分攤費用較多或深調開啟概率較大的時段，根據上游電廠水位和方式合理安排機組運行方式，在該時段全停或少負荷運行，達到不能避免分攤就盡量減少分攤的目的；

（2）趨勢預判規避分攤：根據數據分析，得出深調開啟關閉規律，并進行深調啟停趨勢預判，根據預判結果提前騰庫，合理安排機組運行方式，進而減少分攤。

2.2 制定有效措施避免發生兩個細則考核

通過學習和研究《并網發電廠輔助服務管理實施細則》、《發電廠并網運行管理實施細則》等相關文件和制度，制定切實可行兩個細則考核預防措施。

（1）加強設備定值和動作性能管理，加強網源協調管理，按規定要求定期進行復核試驗，從物防、技防的角度避免因設備原因未正常動作或動作不到位發生兩個細則考核。例如：完善AVC程序內P/Q曲線、優化AVC機端電壓減無功閉鎖、優化機組勵磁系統欠勵限制定值等，避免因動作不到位引起母線電壓考核；

（2）規范人的操作行為，編制AGC、AVC、一次調頻、PSS等投入操作流程，以及開停機并網時間點選擇、有功無功調整順序等，從人防的角度避免兩個細則考核。例如：華中區域發電計劃、母線電壓考核采集點都是時間逢“0”、“5”的整點，系統峰谷時段轉換、機組開停機操作，往往是系統頻率、電壓波動變化較大的時候，所有開停機選擇應避開逢“0”、“5”的時間點并網或解列，且并網后，先調整無功負荷，將母線電壓控制在正常范圍內，避免有功、無功負荷調整不及時發生兩個細則考核。

2.3 了解系統負荷特點，規避棄水電量損失

學習電網《主網穩定運行規定》，值班過程中加強與調度溝通協調，了解省網用電負荷、風電、光伏、水電、火電出力以及受電等信息，了解管轄電廠機組在電網的電氣鏈接位置及出力限制條件，主動適應新的形勢變化。根據各潮流斷面特點，合理制定調度策略，根據電站水庫水位、來水情況及時申請發電負荷，合理消納或騰庫，避免棄水，確保發電利益最大化。

2.4 開展多能互補研究，綜合考慮經濟效益

風光水多能互補是有效利用水電的靈活性補償光電功率的波動性和間歇性，但這種方式可能在一定程度上會影響水電系統的長期運行效益，互補關鍵在于水庫具有調蓄能力，互補能力實質在很大程度取決于水電站的長期水位控制，水電單獨運行相比較于多能互補聯合運行，整體效益是做出了犧牲和讓步的，例如機組運行時偏離高效率區、汛期風光電擠占水電發電空間等。在當風光電獲得發電空間后提高了經濟收益，用以適當補償水電。故在考慮多能互補項目的經濟效益時，單一效益應服從于整體效益，最終追求整體效益最大化。在編制發電計劃（以水定電）和實時經濟運行（以電定水）時，在保證水電機組安全穩定基本條件下，應充分考慮風光電的出力特性。同時在預測方面盡可能采用先進的技術手段進行，例如數值天氣預報、集合預報、概率預報、人工智能技術等，提高預測準確率。

在光水多能互補項目中，光伏裝機容量是水光互補系統中的一個關鍵參數，對系統的安全經濟運行至關重要。當光伏電站裝機容量較小時，光資源得不到充分有效的開放利用，當光伏裝機電站裝機容量較大時，投資成本過高，過剩的光電也無法被電網消納，造成資源的浪費。因此，對于已建成的水電站水庫能捆綁多大的光伏裝機容量存在一個臨界閾值。在光伏裝機容量閾值中結合光伏補貼電價、初始投資成本、運維成本、折現率、水庫調節庫容、水庫調節性能、水電裝機容量等因素綜合計算分析，最終得出全生命周期內的運行效益最大的光伏裝機容量值[5]。

2.5 建章立制，積極發揮管理效益

開展電改新政策及其影響的研究分析，及時制定應對舉措，同時根據電網結構變化、電力市場政策以及所在流域特征等特點，編制和完善相關管理制度和規程，從制度上完善管理短板，充分發揮管理效益，最大限度減少電量損失、經濟損失。

2.6 加強培訓，結合形勢發展補充培訓內容

在水電集控運行工作過程中，根據各形勢發展變化的需要，及時編制和完善培訓方案，通過集中授課、專題培訓、座談討論等多種方式，切實開展行業政策研究、電力市場營銷、梯級水庫調度、電網結構、調度新規等方面內容的培訓活動，進而提高運行值班人員工作業務技能，全力做好經濟運行工作。

3 結語

“經濟運行、降本增效”是水電廠長久不衰始終如一的根本宗旨，在當前發展形勢下，要做好集控水電經濟運行工作，既要一如既往做好諸如：優化調度，減少棄水；合理控制水位，降低耗水率；節能增效，降低綜合廠用電率；加強檢修管理，提高設備可靠性；優化機組運行方式，提高機組效率等傳統提高經濟運行工作的重要措施[6]。也要與時俱進，適應電力系統發展、電力市場改革的需求，結合交直流特高壓電網發展、風光電新能源快速增長、送出負荷斷面受限和用電負荷空間受限等變化特點，加強溝通協調，制定切實可行的應對措施，減少無效棄水；同時在發電運行過程中落實好減少電量分攤、減少兩個細則考核的預防措施，進而達到增發電量、降低發電生產成本的目的，全力提升水電廠的經濟運行水平，充分發揮最大的經濟效益和社會效益。