田湾河流域梯级水电站联合优化调度浅析

田 碧 李 荣

（四川川投田湾河开发有限责任公司，四川 成都 610213）

1 概述

田湾河发源于贡嘎山西侧，是大渡河右岸的一级支流，流经四川省甘孜州康定县和雅安市石棉县。据考证田湾河干流全长84.5km，全流域面积1400km2。在干流和支流环河上各有一个天然海子，干流上为巴王海河、环河上为仁宗海。田湾河最大的一级支流就是环河，其集水面积392km2，占全流域面积的28%。其上天然海子—仁宗海已建成龙头水库，海口控制集水面积332km2。

2 仁宗海水库调度原则

2.1 仁宗海水库特征

根据仁宗海水库的特点，设计人员经过精心的计算，得出核洪水位2930.94m，设计洪水位较核洪水位略微偏低0.9m，正常蓄水位接近设计洪水位。设计死水位比较核洪水位低14米。总库容1.12亿m3，正常水位下库容1.09亿m3。死库容0.1810亿m3，占正常水位的比例16.6%；调节库容0.91亿m3，调节的比例占正常水位的83.4%。

2.2 水库调度原则

无论采取什么样的措施，前提都是保证电站安全运行，获得最大的发电经济效益。水库从死水位开始蓄水的时间是每年五月，通过五个月的蓄水期到十月为正常蓄水位，正常蓄水位运行在每年十一月，在十二月开始进行供水运作，直到第二年四月又回到死水位，这样周而复始。

3 田湾河流域梯级水电站联合优化调度

3.1 田湾河流域梯级水电站联合优化调度的必要性

田湾河流域日渐受到人们的关注，自从相继投产的仁宗海、金窝、大发等电站正式启动以来，其就成为了连接三大电站的梯级水电站群系统的核心。目前需要解决的问题就是利用田湾河流域核心作用，来将联合调度工作做好。主要是在年内高峰期和枯竭期以及正常运行期与三个时期电量进行合理的分配和调度，目的就是为了提高电力企业的收入，保障电力的正常供应。

3.2 田湾河流域梯级水电站联合优化调度的数学模型

3.2.1 目标函数

水能资源应该实现最优化的利用，提倡在硬件基础之上发挥最大的优势，与此同时考虑四川电网丰枯电价差，计算企业最佳的收入。由此订立了三项指标：

（1）梯级电站年内最大化最小出力指标

目标Ⅰ：

在式（1）中：最大化的最小出力用NP表示。A表示某一电站的出力系数值，其中i表示某一电站；Qi.t是某一电站发电流量，t代表时间周期。Hit是某一电站的发电净水头，t代表时间周期。T是全年时段的总和。N为梯级电站总数。

（2）梯级电站年发电量最大

目标Ⅱ：

在式（2）中：年发电量用E表示。Mt同样为时间段。

（3）梯级电站年发电收入最大

目标III：

在式（3）中：年发电收入用S表示。唯一电价变化因子用ηt表示。

3.2.2 约束条件

（1）水量平衡约束

在式（4）中：Vi，t+1—指某一电站在一定时间段尾的水库蓄水量。Vi，t—指某一电站在一定时间段初的水库蓄水量；qi，t——指某一电站在一定时间段期间产生的入库流量。si，t—指某一电站在一定时间段期间的水库蓄水量弃水流量。△t—表示时间段的长短。

（2）水库蓄水量约束

在式（5）中：Vit，min—某一电站在一定时间段期间水库最小蓄水量。Vit—某一电站在一定时间段期间内水库蓄水量。Vit，max—允许情况下某一电站在一定时间段期间水库最大蓄水量。

（3）水库下泄流量约束

式（6）、（7）中：Qit，min—某一电站在一定时间段期间的水库最小下泄流量。Qit，max—某一电站在一定时间段期间的水库最大下泄流量。

（4）电站出力约束

式（8）中：Ni，min—某一电站在一定时间段期间的最小出力。

Ni，max—某一电站在一定时间段期间的装机容量。

（5）条件约束

根据相关要求，上述变量均呈现为正变量。

3.3 田湾河流域梯级水电站联合优化调度数学模型的求解

鉴于动态规划法已在我国许多水电站优化调度中进行了成功的应用，且田湾河梯级水库电站中仁宗海电站具有年调节性能的水库外，金窝、大发调节能力较差。因此对中长期优化调度而言，采用动态规划法求解。

3.4 优化调度计算及结果分析

为了阐述上述模型和方法的可行性，特对田湾河流域历史资料设计典型年丰水年64～65年、平水年67～68年、枯水年95～96年进行了模拟计算，并得出相关的结论：一是丰水年64～65年最小出力值按照平均水平设置为290MW，期末平均值按照平均值设置成为2886m。平水年67～68年，相对应的数字是286MW和2886m。枯水年95～96年，相对应的数字设定成为255MW和2886m，见表1。

优化的结果需要用数据来进行真实的表达，由此将丰水年、平水年、枯水年的丰、平、枯期的电量展示出来能够让我们一目了然掌握全貌。结果表明无论是丰水年、平水年还是枯水年其丰水期电量比例均在60%左右、平水期为12%左右、枯水期为27%左右。年发电量指标仁宗海电站为10.83亿kW·h、金窝电站为12.69亿kW·h。多年来梯级所作出的贡献电量为35.85亿kW·h。由此我们也对各个时期（丰水年、平水年、枯水年）的各个梯级的电站进行数据整合，通过对梯级、仁宗海、金窝、大发的发电量三个时期的数据对比我们发现：丰水年比平水年在发电量上要总体多出5%-7%，丰水年比枯水年在发电量上要总体多出15%-20%。但是数据同时表示全年梯级最小出力丰水年比平水年在发电量上要总体多出2%左右，丰水年比枯水年在发电量上要总体多出12%左右。这就提示我们，在所有时期比较之后我们发现：为了保证企业的最大利益化，需要在结构上进行调整，其中丰平枯期电量结构更加合理。

表1 田湾河梯级水电站典型年逐月优化计算结果表

3.5 梯级水电站优化调度的影响因素

在实际调度运行过程中，由于水库及其河道来水预测、电力系统安全、需求、模型等有很多雷同的地方，往往体现不出最优势的所在，一旦气候产生不利于企业正常生产的条件，就会产生意想不到的情况。再者田湾河梯级电站在系统中担任调频、调峰及事故备用，但由于落实不到位，使得相应的方案并没有具体实施。而由于市场变化往往不是凭借企业想法来进行的，因此在某一个时期不免会造成水量的白白弃掉。如果企业能多下功夫，找到市场增发电量的渠道，也会使得水量的流失减少到最低程度。因此改进、提高和完善田湾河梯级电站优化调度主要应从提高入库流量预测精度、优化机组运行方式、加强电力营销等方面进行。

结 语

几年来实践表明，采用梯级电站联合优化调度运行，不仅使得企业的经济效益得到最大的保证，也使得在水能利用效率上得到进一步的提升。一方面起到了非常好的兴利效果，二方面也增加了发电量，创造了较好的经济价值。在激烈的市场竞争中，电力企业需要抓住机遇促进企业经济效益和会效益的双丰收；同时对市场进行详细的调查研究，将电网负荷预测与梯级电站优化运行相结合。

[1]李坤军.宝珠寺水库优化调度浅析[J].四川水利发电，2007（03）.

[2]徐刚.计及电价风险的水电站短期优化调度[J].中国农村水利水电，2006（01）.