基于蓄能分析的水电站蓄水调度规律研究

刘红岭，蔡建章，蔡华祥

(云南电力调度控制中心，昆明 650011)

基于蓄能分析的水电站蓄水调度规律研究

刘红岭，蔡建章，蔡华祥

(云南电力调度控制中心，昆明 650011)

从水库蓄能分析的角度出发，提出以来流能损失表示可发水量的损失，以增加蓄能表示水头的增加，以来流能的高效利用为目标确定水电站蓄水调度运行策略。通过来流能损失与一定水库蓄能利用率下的动用未来水库蓄能的比较分析，提出以蓄能利用效率和电网用电需求确定月内最佳蓄水方案的决策方法。

水电站；来流能；水库蓄能；蓄水调度

0 前言

水电站长期最优运行是在原始数据和一定约束条件下，由初始状态过渡到终了状态的最优控制问题。水电站蓄水期运行方式的确定需考虑防洪安全、下游供水及发电效益等多重因素，对保障后续枯水期水电站的运行效益具有重要意义。

目前，水电站蓄水期运行方式的制定有两类方法：一类是将蓄水期作为长期发电调度周期中的一段，在整体优化中确定蓄水期的运行方式[1-13]。这类方法能够兼顾当前时段与未来时段间的决策关联，获得最佳整体效益。

本文从蓄能分析的角度研究水电站蓄水运行规律，以高效利用水库蓄能为目标，通过合理控制水位上升过程减少来来流能的损失，提出兼顾水量利用与水头利用的蓄水调度策略。

1 水电站蓄水调度规律

1.1 问题的描述

依据水电能源学的观点，水电站发出的电能由两部分组成[18]：一部分是来流能，它是由来水经水电站直接发出的电能；另一部分是水库中的动用蓄能，它是由水库中的蓄水下泄而得到的电能。

一般而言，蓄水期间来水的一部分蓄入水库，表现为水库蓄能的增加；另一部分以发电流量下泄的形式，直接转化为发电电能的增加。来流能的使用情况如图1所示。

图1 来流能使用情况曲线

从蓄能利用的角度出发，将部分来水用于直接发电意味着动用了未来可用的水库蓄能。而这种部分蓄水、部分放水发电的运行方式相比较于将来水全部蓄入水库的运行方式而言，发电水头有一定的损失，即意味着来流能的损失。为实现尽可能多发来流能电量的目标，需要在动用水库蓄能时保证有一定的利用效率能，即保证有λ· ΔE(V)的实际转化电能：

E′(Q)-E(Q)≤(1-λ)·ΔE(V) (1)

式中，等式左边的E′(Q)表示来水全部蓄入水库的运行方式下的来流能，E(Q)表示来水部分蓄水、部分放水发电的运行方式下的来流能；等式右边的ΔE(V)表示放水发电部分来水所动用的未来可用水库蓄能。

根据上述区域重磁、典型矿床地质和物探剖面异常特征，结合区域矿产和其它物化探资料，推测已出露的高山岩体和宝山岩体为同源岩体，并初步圈定了1km埋深内其隐伏岩体的分布范围(图1至图4)。主要找矿区预测如下：

通过对水电站蓄水规律的深入研究，能够确定水电站蓄水或发电的临界最优决策方式，保证来流能在蓄水过程中的高效利用。

1.2 最佳蓄水调度策略

水库蓄水过程中，由于来水部分用于发电放水，降低了发电水头，从而使得水库蓄能增加的同时，面临着一定的来流能的损失。蓄水运行期间来水较小及来水较大情况下的蓄水过程曲线如图2所示。

图2 蓄水过程曲线

在蓄水过程中，由于处在汛期，汛限水位与正常高水位是运行期间的控制水位Z控制。

蓄水过程中最少蓄水的运行方式分为以下2种情况：1)若来水较小，水电站维持初始水位Z初不蓄水，以来水流量发电；2)若来水大于最大引用流量，水电站满发，水位将自然蓄至Z满发。

而将来水全部蓄入水库的最大蓄水运行方式能够实现来流能的最大利用，水电站将以高水头运行获得未来的最大发电量，此时水位将蓄至Z全蓄。需要说明的是，若来水全部蓄入水库后超过相应时段的控制水位Z控制，则以控制水位控制蓄水过程，高于控制水位部分的可蓄来水转化为必发电能。

实际蓄水过程中，由于要满足负荷需求，部分来水将用于放水发电，水库将蓄水至Z部蓄，部分来流能转化为发电电能。来水由于未能全部转化为水库蓄能，意味着来流能以较低水头发电，存在着来流能损失：

式中，ΔH为蓄水过程中由于来水未来全部蓄起造成的发电水头损失。

水库蓄水过程中动用的未来水库蓄能：

式中，μ为水电站平均发电耗水率。水库蓄能变化的计算可依据上游水位-库容曲线中水位变化与库容变化间的对应关系得到，如图3所示。

图3 上游水位-水库蓄能计算曲线

2 应用实例

2.1 基本参数

以某不完全多年调节水电站与不完全季调节水电站为例，进行蓄水期最佳蓄水运行方式的计算分析。某水电站的装机容量4 200 MW，死水位1 166 m，汛限水位1 132 m，正常高水位1 240 m，水电站出力系数取为8.7，平均发电耗水率取为1.6～2.0，最大引用流量为2 340 m3/s。2011年蓄水期6月至10月的运行要求是从死水位1 166 m蓄至正常高水位1 240 m，期间以汛限水位控制。漫湾水电站的装机容量1 670 MW，死水位982m，汛限水位988m，正常高水位994m，水电站出力系数取为8.6，平均发电耗水率取为4.5-4.9，最大引用流量为1 970 m3/s。2011年蓄水期6月至10月的运行要求是从死水位982 m蓄至正常高水位994 m，期间以汛限水位控制。水电站6月至10月的入库流量如表1所示。

表1 6月至10月小湾与漫湾水电站入库流量

2.2 蓄水期调度策略分析

由于小湾与漫湾水电站调节能力差别很大，蓄水运行将对电站可发电能及蓄能利用效率产生不同影响，因而对其蓄水期运行方式分别计算分析。

2.2.1 小湾水电站蓄水期运行方式分析

表2 6月份小湾水电站蓄水过程中的来流能利用

在6月份，小湾水电站的入库流量为1 750 m3/s，小于最大引用流量。若将来水全部蓄入水库，水位将由1 166 m上升至1 207.52 m。由图3的水位上升可查到相应的水库蓄能的变化，进而可分别由式 (2)和式 (3)求得来流能的损失与动用的未来水库蓄能。由于月内运行水位较低，耗水率取为2.0。表2为相应的小湾水电站蓄水过程中的来流能利用情况。

从表2中可看到，随着蓄水的加大，来流能的损失在减少，获得了更大的蓄能利用效率。但由于来水更多的转化为水库蓄能，水电站的实际可发电能逐渐减少。在电网供电形势紧张时，可牺牲一定的蓄能利用效率，以获得最大的实际可发电能；而在电量需求不足时，则可在高效利用蓄能的同时满足电量平衡。在此选择将水位上升14 m的蓄水方案，月末蓄水至1 180 m。

3 结束语

本文综合考虑来流能与水库蓄能的利用，提出以水库蓄能高效利用为目标的水电站蓄水调度运行策略，以协调水量利用与水头利用间的矛盾。通过对蓄水期水位上升过程中来流能损失与动用的未来水库蓄能的比较分析，提出以蓄能利用效率作为蓄水决策的量化指标，结合电网电量需求，确定最佳蓄水决策，为基于蓄能分析的蓄水调度规律在水电站调度运行决策中的应用提供参考。

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Analysis on Optimal Operation Principle of Hydropower Station during Storing Water Period based on Storage Energy Analyzation

LIU Hongling，CAI Jianzhang，CAI Huaxiang
(Yunnan Power Dispatching and Control Center，Kunming 650011，China)

In this paper，from the prospect of storage energy analization，the loss of water quality is represented with the loss of inflow energy and the additon of water level is represented with the addition of storage energy.With the objective of high efficient utilization of inflow energy，a new optimal operation mode of storing water period is proposed.Through the comparison between the loss of inlfow energy and the utilized future storage energy，an optimal storing decision method is proposed based on storage energy utilization efficience and power demand.

hydropower station；inflow energy；storage energy；storing decision

TM73

B

1006-7345(2014)06-0005-03

2014-10-24

刘红岭 (1981)，男，工程师，从事电力系统安全经济调度、水电能源调度运行等方面的研究工作 (e-mail)lb3799＠163.com。

国家863高技术基金项目 (2012AA050205)；国家自然科学基金项目 (51109080)；中国南方电网科技项目 (KYN2012-482)；中国南方电网科技项目 (K-YN2014-033)。