基于历史用水效率的龙江水电站优化调度研究.pdf

小水电!"#$年第(期（总第#’)期）技术交流基于历史用水效率的龙江水电站优化调度研究王雨雨，王磊之（南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京!#""!)）摘要：最大限度的利用水资源是水电站优化调度的目标之一。水资源包括水量资源及其能量资源，研究依据龙江水电站历史运行资料，分别从水量及其能量两种角度分析电站实际用水效率，得到蓄水位与单位水量发电量关系以及水电站综合出力系数特征图，用其分别指导水库中长期水量调度、电站短期发电引水流量调度，以达到充分利用水资源的目的。经验证，水电站历史用水分析为龙江水电站经济运行提供思路，在优化调度过程中表现出较强的指导性，该方法具有明显的社会经济效益。图$幅，表!个。关键词：水能利用；调度模拟；发电量；出力系数用水效率，根据分析结果寻求龙江水电站合理的调!引言度过程。根据我国第一次全国水利普查公报，截至"用水效率分析!"##年#!月，我国已建水电站!"*;;座，装机容量!9#’亿<=［#］。龙江水电站位于云南省德宏傣族水电站水能利用包括两个阶段：一是蓄水阶景颇族自治州潞西市境内，作为已建水电站之一，段，主要指导水库的运行过程，使得弃水最小且水是龙江>瑞丽江流域规划的第#&级梯级电站，装流在入库时势能损失最小，可用于发电的蓄水势能有&台水轮发电机组，单机容量*"?=，总装机容最大；二是水能转化阶段，使得蓄水势能转化为电量!$"?=，保证出力;*9(?=。水电站自!"#"年月’能的损失电量最小；前者可用水量利用效率表示，运行以来已累计近&.运行资料。后者可用水能利用效率表示。研究对龙江水电站水电站优化调度是充分利用水能资源的重要方!"#"年’月至!"#&年(月的历史日发电资料进行式，对于改善生态、提高社会经济以及建设可持续统计整理，从水量及其能量两方面来分析其用水发展社会具有重要作用。传统的优化调度是利用水效率。能计算及其水量平衡寻找具有一般性的优化调度方#9#水量利用效率分析案，但其并不能体现出水电站自身的运行特点；尤水电站水量利用效率是指发电水量转化电量的其是一些中小型电站，由于监测条件等限制，水能效率，是衡量水电站经济运行的一个重要指标。尽计算处理相对更为简单［!］。那么，如何在现有资料力提高水量转化为电量的效率，提高单位水量发电条件下，寻求已运行电站的自身特点，寻找其独具量，以小水量换取高电量是水电厂运行之本［&,(］。特色的优化调度方案是当前水库调度的一个现实问研究中水量转换效率用万方水量发电量表示，!题。正是基于这样的思想，研究通过分析龙江水电#@!即为综合耗水率，代表单位电量所消耗的发电站历史日发电资料，从水量及其能量两方面分析其水量。!#!A"A$%（#）收稿日期：!"#$%"$%"!式中，为万方水发电量（?=·7@万-&）；"基金项目：水利部公益性行业科研专项经费项目（编号：!为发电水量（万-&）；!为发电量（?=）；$为发!"#&"#"’(）作者简介：王雨雨（#)**%），女，硕士，研究方向为水资电引水流量（-&@B）；#为电站出力（?=）；%为源调度运行。+,-./0：12123.456478/9:4时间转换常数。·#· 技术交流;<=>>?@ABCDCEFB%"!-&()，*(+%,&(-./依据龙江电站历史运行资料，建立万方水发电根据上式绘制龙江电站水轮发电机单机运行特量指标与水头!的关系（见图!）。性图（见图%）。!图"电站综合出力系数特征图图!水电站水头与万方水发电量关系由图%可知，龙江水电站水能转化效率与发电水头以及发电流量有关，当流量小于!""3,45时，由图!可知，龙江水电站发电水头与万方水发水能转换效率主要受发电流量影响；流量由电量存在良好的线性相关关系（相关系数达("3,45增大到!""3,45时，水能转换效率由2#"增"#$!），且随着水头增大，万方水发电量逐渐增大。大到$#"；当流量大于!!"3,45时，水能转换效率根据电站下游水位流量关系曲线，相对于发电水主要受发电水头影响，水头越大效率越高，但增大头，电站下游水位随下泄流量变化很小，因而龙江效果不明显。水电站发电水头主要由水库蓄水位决定。据此，提在电站运行过程中，随着出力增大，,台机组高龙江水电站水量利用效率的关键在于保持电站以依次开启，单机引水流量经历小—大—小—大—小高水位运行，电站运行水位越高，某特定水量所蓄—大,个循环过程。若各水轮发电机组均按相同程水势能越大，发电量越大，水资源利用程度越高。度开启，则水电站综合出力系数的取值如下：!#%水能转化效率分析#（$，!）⋯⋯⋯⋯$!$0（67）&8&39:水电站水能转化效率是指势能转化为电能的程{#（$’%，!）⋯⋯⋯$0!$!%$0（67）&39:8&8%&39:（-）度，用"表示，出力系数则表示为"&$#’!"。一#（$’,，!）⋯⋯⋯%$08$!,$0（67）%&39:8&8,&39:般"凭借经验或现场试验取为定值，根据龙江水综合,台机组的运行效率存在如下的关系（见电站设计资料，"取值为’#(。然而，在实际运行图,）。因此，在龙江水电站运行过程中，可根据中，"并非定值且随不同工况条件发生变化［()’］，来水情况以及出力要求，合理启动机组，确定发电因此，研究根据文献［$］对水电站运行以来的单机运流量，使得发电机组尽量以高效率运行。行资料进行非线性模拟与率定，得到龙江水电站出力系数与发电流量、发电水头的关系：+%+%%!*%%$+*%,!+*%-$+!+*%.$*%(!#（$，!）&（%）$!$/$0!/!0$+&，!+&（,）$0!0其中，%1为模型系数矩阵，取值为%&［’%#!"，2’#,%，’$#%,，!"%#("，/,’#"(，$#%2］；$、!分别为发电流量和水头；$0、!0为设计单机引水流量以及设计发电水头，$,0&!,.#.!345，!0&((#..3。图##台机组启动过程与效率曲线·%· 小水电!6#:年第(期（总第#98期）技术交流ì(%$*%&#)（+%&,%）·#%&*%!用水效率分析在优化调度中的应用ïï-*+,"(%-#%"-*./约束条件：í（0）!"#优化水量效率的调度ï**+,"*%"**./通过对水量转化效率的分析可知，在来水情况ïî!*+,"!%"!*./已知的条件下，提高水量利用效益即是寻求一种合式中，!为水电站总发电量；!’为不满足保理蓄泄方案，平衡调度运行过程中的发电引水与存证出力时的惩罚电量；’%为&时段末水位；(%为&水，可用以指导水电站中长期调度方案，以保证计时段总发电水量；*%为&时段水库蓄水量；"（’）算时段内有限的水资源量产生最大的发电效益。据为水位为’时的万方水发电量；+%为入库流量；此建立龙江水电站中长期优化调度模型，寻求在满,%为弃水流量；-*+,、-*./为最小生态流量及最大足防洪、生态，以及水位库容等基本约束的基础引水流量；#%为时段转换系数；!*./为月发电容量。上，水电站的最大发电量及其调度过程。以月为计算时段，采用动态规划法求解以上模优化调度模型如下：型，最优调度过程如下所示（见表#）。%!$"#$!（!%&!’）&$#目标函数：（(）’!%$!’%(·%"（’）·)’%&#表!以月为时段的一次调度结果月入库总流量水位弃水量发电水量!-（34·5·优化发电量实际发电量年-月-（*1·2&#）-*-万*1-万*1万*&1）-34·5-34·5!6##-0#78"897(7"6661!:(8"7#"(187:887!"6(7#7#":!6##-9!69"08709"016!7#00"!#"9901(6616"8(6:(7"1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯!6#1-:(:"(8700"7(6#(187"9#"781:!8#(("(16:79"6!6#1-(97"8770!"9161!(!0"1#"7!69(8!!#"0((1:1"(总计#9:66!#"0#0178(9"0满足保证出力96"71(:"#9的保证率-;调度结果显示：优化调度发电量比历史运行发电保证率具有重要意义。因此，有必要从势能转化电量增大0"#9;。同时，月保证率由(:"!;提高效率角度进一步探究提高用水效率的调度方式。到96"7;。根据以上分析，以发电量最大为目标（见式!"!优化水能利用的调度（9）），约束条件同式（0），对!6##年#6月#日至虽然水量优化调度取得良好的调度结果，但月#6月1#日的水量调度结果进行二次调度计算（见调度过程较为粗略，且实际运用中，月内的来水量表!）。千变万化，以恒定的平均流量调度必然带来一定的%!$"#$!（!%&!’）&$#势能损失。从另一方面讲，在某月调度过程中，水目标函数：（9）位基本稳定，如何调度才能减小水头损失、规避水!%$#.-%’%式中，#为转化系数；.为出力系数，按（:）轮机震动区、提高水轮机和发电机等的运行效率，式取得；-%为&时段的发电流量；’%为&时段平充分利用蓄水势能，对增加水电站发电量、提高发均发电水头，其余同式（(）。·1· 技术交流4’566789:;<;(=:+*&/!"#，$"%&’!"()*表!以日为时段的二次调度过程来水水位弃水量发电流量优化发电量实际日发电流量实际日发电量日期!（"#·$%&）!"!"#!（"#·$%&）!’(·)!（"#·$%&）!’(·)&*!&+,-./-0*.,*.*+,-.//,,/.++,&.//&0#.&&*!++--.0-0*./*.*#+-./,10,.,+,#.0/+/0.1&*!#+1#./-0*./*.*+,#.///1*.0+11.2/#0&.-⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯&*!#*+**.,-0*.#*.*+/*.+/+&0.#&*1.&&-,/.0&*!#&&2*.--0*.,*.*&+&./+&,,.-&&0./+*1&.0总计&+&&1,.,&*&,#0.1满足保证出力&**&**的保证率!3相比于一次调度结果，在保证率为&**3不变试运行期）的入库过程进行优化调度，可发电的条件下，+*&&年&*月的二次调度结果使得月发&-#011/.*’(·)，相比于实际发电量&1#-2,-.1电量由&&1##1.+’(·)增大到&+&&1,.,’(·)，约’(·)约多发&+.&3的电量，并且满足日保证出力增加/.+3；相比于实际发电量&*&,#0.1’(·)约程度由/0.+3提高到,*.*3（见图/）。增大&2.#3。若采用此模型对历史运行期内（除图"历史日调度过程由图/中的水位过程可见：优化调度水位基本##+,*"!$或#,*"!$，与图#的分析结论相同，优化高于实际调度水位，证明高水位运行对增大发电量引水流量未发生频繁的锯齿状变化，并且合理的避具有重要作用。由发电流量过程可见：供水期引水开了龙江水电站机组的震动区，更利于水电站管理流量基本在&**"#运行。由此可见，合理确定引水流量对龙江水电站!$上下，汛期引水流量基本为·/· 小水电$%!,年第-期（总第!*(期）技术交流的运行效率具有重要的影响，而二次调度正是以调［’］"水文，!(((，!（()）：&*+&("［&］涂启玉，蔡建章"新改进的水电厂耗水率考核方法整引水流量为目的，使能量转换一直处于较高效率［’］"水电能源科学，$%!&，&（!$）：&$+&,的运行状态。［,］陈尧，马光文，杨道辉，等"水电站综合耗水率参数在水库优化调度中的应用［’］"水力发电，$%%(，&-!结论（,）：$$+$&，$."［-］畅建霞，王义民，黄廷林，等"水电站经济调度考核计研究提出针对龙江水电站实际情况，从实际运算研究［’］"水力发电学报，$%%)，$（--）：!+,，&%"行资料出发对水电站的用水进行分析，得到水电站［)］/01023，45678759:;<;5602;=;>?"3@;6A7@;60B;>@CD7>ECF用水效率规律，进而寻求水电站长期及其短期的优6A77EE0B071BGBHF875CEAGDFC7>7B6F0BH106［5?］"019CI7F41+化运行过程。分析计算证明，基于历史运行的分析<0177F01<:CB076GJ717F;>K77601<，$%%*"L444"$%%*：L444"!+*"和优化调度不仅考虑水电站实际的运行特征，而且［*］徐廷兵，马光文，李泽宏，等"基于M值分时段反向具有可行性和应用价值。然而，基于历史运行资料率定法的梯级水电站节水增发电考核［’］"水电能源的优化仍然不足以考虑管理人员的偏好和维护局部科学，$%!$，&（%-）：!!$+!!,，!))"利益的现实思想，在实际调度过程中还应根据具体［.］薛金淮"关于水能计算中M值的探讨［’］"电网与水力发电进展，$%%.，$（,&）：$*+$("利益需求，进一步权衡。［(］林志强，王雨雨，王宗志，等"龙江水电站动态出力系数计算及其合理性分析［’］，水电能源科学"$%!,，&$参考文献：（$）：),+)*"［!］中华人民共和国水利部，中华人民共和国国家统计局"!第一次全国水利普查公报［#］"$%!&"［$］潘理中，芮孝芳"水电站水库优化调度研究的若干进展责任编辑吴昊""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""农村水电增效扩容改造工作座谈会在京召开为进一步做好农村水电增效扩容改造全面实施工作，步明确了各省完成改造任务的时间节点。二要落实资金和$%!,年(月!$日，水利部水电局在京组织召开农村水电增政策，及时分解下达中央补助资金，按照责任书承诺尽快效扩容改造工作座谈会。水利部水电局田中兴局长出席会落实地方配套资金、项目单位自筹资金和电价、生态基流议并作总结讲话，水利部水电局刘仲民副局长主持会议。等政策措施。对于自筹资金落实差、改造不积极、不能按已完成全面试点的浙江省、重庆市，正在全面实施的广东、期完成任务的项目要坚决调出并追回财政补助资金。三要湖南等$-个省份和新疆兵团水电处（局、中心）主要负责严格执行项目调整和资金补助规定，调入、调出项目数量同志，以及水电局各处负责同志共,%多人参加了会议。要控制在本省项目总数的!%N以内，中央补助资金不得超财政部、水利部于$%!&年和$%!,年分两批启动了广过项目改造总投资的-%N，否则将要承担相应的审计责东、湖南等$-个省（区、市）和新疆兵团的农村水电增效任，并影响绩效评价结果。四要做好绩效评价准备，要在扩容改造全面实施工作，计划$%!-底全面完成。会议通报工作组织、建设管理、资金管理、工程验收、改造效果及了农村水电增效扩容改造全面实施进展情况，交流了浙江、长效机制等方面做好工作，并留存好相应的文件资料；五重庆全面试点的经验，听取了广东、湖南等$-个省份和新要同步实施安全生产标准化，增效扩容电站要严格按照疆兵团全面实施进展、做法和经验、工作安排等情况的汇《农村水电站技术管理规程》，健全制度体系，严格设备设报，分析了当前存在的突出问题，研究了做好下一步工作、施管理，规范作业行为；纳入全国农村水电安全生产标准化进一步加快实施进度的措施。建设试点的电站，要一边抓好改造、一边实现达标。田中兴局长在总结讲话中，充分肯定了各地一年多来座谈会还对农村水电其他工作进行了部署：一要全面在明确目标责任、落实资金和政策、加强管理服务、推进完成“十二五”各项任务，加快推进水电新农村电气化和全面实施取得积极进展等方面的成绩，认真分析了各地在小水电代燃料项目建设，积极实施绿色小水电试点，努力思想认识、前期工作、实施组织、地方资金到位、政策措完成中小河流水能资源开发规划修编，进一步加强安全生施落实等方面存在的差距，要求大家思想上再统一、认识产、统计和宣传工作。二要研究谋划“十三五”农村水电上再提高、工作上再努力，确保如期完成改造任务：一要发展思路、措施、目标和任务。加快实施进度，根据启动时间先后和改造任务轻重，进一来源：水利部水电局·-·