日调节水电站梯级经济调度系统的实现与应用

刘建峰，金惠英，陈 清，黄 晖

（1. 福建闽兴水电有限公司，福建 南平 353000；2. 南京金水尚阳信息技术有限公司，江苏 南京 210008）



日调节水电站梯级经济调度系统的实现与应用

刘建峰1，金惠英2，陈 清2，黄 晖1

（1. 福建闽兴水电有限公司，福建 南平 353000；2. 南京金水尚阳信息技术有限公司，江苏 南京 210008）

摘 要：随着电力系统的迅速发展，日调节水电站在系统中承担的任务发生改变，对梯级联合经济调度的需求越发明显。以福建省富屯溪流域的三级日调节梯级水电站为研究对象，研究日调节水电站梯级联合调度模型，绘制、开发出日调节水电站联合调度图与相关的梯级经济调度系统软件，并且通过实际运行，达到梯级发电效益最大的经济目标，证明其具有经济、管理意义和推广价值，对其它类似梯级电站开展经济调度也有借鉴意义。

关键词：日调节水电站；梯级；经济调度

近年来，我国电力装机规模迅速扩张，对水电管理提出了更高的要求。随着经济制度的变革，目前水电厂开发管理实现了多个阶段的跨越发展[1]，同时，由于计算机、自动化控制、网络通信等信息技术的快速发展与深远影响，水电厂管理已逐步实现集中化与信息自动化。因此，将充分开发利用水能资源的水库调度技术与智能高效的信息科学相结合，进一步实现水电精细化管理是目前水电经济开发的需求所向。

随着梯级水电站的建设、增加，水电资源优化利用的社会意义日益凸显[2]。梯级水电站水库优化调度研究作为水电能源科学与信息科学交叉发展的前沿研究领域，其研究在国内常有进行，但是研究对象均为年或多年调节水电站，实际上，对于总数量上处于大比重的日调节水电站，尤其是水库衔接的日调节梯级水库，进行联合经济调度的潜力是很大的。因为随着电力体制改革的深入，我国电力工业实现了跨越式的发展，库容小、装机小的日调节水电站已不要求调峰运行，可以开展经济运行活动，在此背景条件下，福建闽兴水电有限公司结合流域情况提出开展日调节梯级水电站联合经济调度系统（以下简称调度系统）的研究，并通过此次研究，成功绘制出国内首张日调节水库梯级联合调度图，开发了相关的梯级经济调度系统，并且在实际应用中有效指导了生产调度，进一步实现了水电厂集中化与精细化的调度管理。

1　日调节水电站梯级经济调度的研究

1.1研究对象

日调节水电站梯级经济调度，实质为追求梯级发电效益最大化的日调节梯级联合优化调度。本研究选择福建闽兴水电有限公司管理的富屯溪流域顺昌至照口河段梯级开发的 3 座日调节水电站——洋口、峡阳及照口水电站作为研究对象，在于这 3 座水电站具有全国大部分日调节梯级水电站的普遍共同点，同时也是研究的重要前提条件，即日调节库容绝对值小，装机容量绝对值较小，上下游电站衔接。这在一定程度上保证了研究成果的普适性。

3 座水电站全为低水头、河床式日调节水电站，其中，洋口水电站为梯级开发的第 1 级电站，设计发电量为 2.047 亿kW•h；位于第 2 级的峡阳水电站的设计年发电量为1.925 亿kW•h；最后 1 级水电站为照口水电站，下接沙溪口水库末端，设计年发电量为 2.245 亿kW•h，控制流域面积 13 500 km2，占富屯溪全流域面积的 98.3%。

1.2研究技术路线

日调节梯级水电站的联合调度与年、多年调节梯级水电站的主要不同点在于单向性。国内常有研究的年、多年调节水电站梯级联合调度均为双向的，即上下游电站相互影响，利用电站间的补偿关系实现优化调度，但是作为调节库容较小的日调节电站，装机容量绝对值小，梯级联合调度实际上是单向的，电站间不再是补偿关系，而是一种同步关系，这也是国内以往研究中所忽视的。本次研究以富屯溪上洋口、峡阳及照口水电站组成的日调节水电站梯级联合优化调度为核心内容，技术路线具体如图 1 所示，研究成果不仅是日调节水电站梯级经济调度系统的实现，更是梯级水库联合调度研究的创新。

图1　洋口、峡阳与照口水电站梯级联合经济调度研究技术路线图

1.3研究成果

一般日调节水电站若要达到经济调度的目的，不论是枯季还是汛期，均需要将运行水位置于最高处——正常高水位运行，此时电站发电水头最大，在同样来水条件下必然多发电。本次研究通过对水电站水头、水量效益的计算与对比分析，可以确定洋口、峡阳与照口梯级水电站联合优化调度的主攻方向是充分利用水头，即水库衔接的日调节梯级水库都应当把运行水位放在正常高水位处。

为保证梯级各水电站的水位均在正常高水位处运行，也就是实现日调节水电站联合调度的同步性，研究利用水电站运行资料，推算出洋口至峡阳水电站、峡阳至照口水电站的水流传播时间，进而推求出洋口水电站出力与峡阳、照口电站出力之间的映射关系，再以维持高水头运行为调度目标，绘制出三级日调节水电站梯级联合调度图，如图 2 和 3所示。

图2　洋口—峡阳电站联合调度图

图 2 和 3 所示梯级联合调度图是本次梯级经济调度研究的重要创新。调度图主要由计算与修正出力 2 部分组成，最终得出的电站指令出力 N令= N计+ △N，通过该指令出力可以保证调度电站水位稳定在目标范围内。其中，计算出力图根据调度电站的尾水情况分为 2 种，图 2 的计算出力类型适用于调度电站下一级电站也开展优化调度，将库水位稳置于正常高水位处运行的情况，此时调度电站尾水流量关系曲线是单一线，峡阳电站就是这种情况，但是当下一级电站的运行水位是变化的或下游无衔接电站时，调度电站尾水关系表现为曲线簇，如照口电站，此时需采用图 3 类型的出力计算图。

调度图严格按照梯级流域物理成因关系与日调节水电站特性，在充分考虑上下游电站的水力与电力联系的基础上，利用电站之间的出力映射关系，保证梯级电站最大能力的高水头运行，实现梯级发电效益最大化。绘制的日调节水库梯级联合调度图可以运用于类似流域的梯级水库联合调度中，对于国内绝大多数日调节水电站均可适用，具有较强的普适性和推广价值。

图3　峡阳—照口电站联合调度图

2　日调节梯级水电站联合经济调度系统的设计与实现

2.1设计思想

为进一步实现水电信息化、精细化管理，在本研究成果的基础上，集成开发了富屯溪流域日调节水电站梯级经济调度系统软件，为调度人员提供便捷、有力的决策支持。梯级调度系统以富屯溪流域的洋口、峡阳与照口水电站的水文和水库运行等资料为信息源，采用 Java 语言进行开发，总体采用整体设计思想，通过清晰的系统结构，建立统一界面风格，规范化系统的流程设计，得到简单、高效的应用系统，同时，考虑到工程开发阶段沟通、日常业务操作及系统维护的需要，选择 B/S 结构，为水电厂日常调度管理工作提供较为完整的管理平台。

2.2功能模块

调度系统的功能主要由首页、梯级调度、实时信息、历史资料、静态曲线、工程特性、规程规范和系统设置 8 个功能模块组成，通过 Oracle 数据库建立各业务系统关系，各功能模块通过网页方式，建立相互之间的业务联系，通过底层数据库实现业务间的数据传递，其中“梯级调度”为本次经济调度系统的核心功能。

“梯级调度”展示各电站的水库优化调度方案，包括峡阳和照口水库的优化调度，该功能将上游电站时前时段的平均出力、尾水位和库水位，及调度电站的实时坝前和尾水位作为引进信息，根据调度目的、各电站约束条件等，通过计算由调度图发出指令出力信息。在实际运行中只要引入引进信息，调度图就会逐时段显示指令出力，机组运行人员按照调度图发出的指令出力及时调整机组出力，从而保证电站水位稳定在目标范围之内，达到经济调度的目标，同时，记录保留运行过程数据。

此外，为实现对富屯溪流域末端 3 座梯级水库经济调度数据的系统化、规范化管理，调度系统还有提供实时信息、历史资料、静态曲线、工程特性、规程规范等功能，对梯级水库的静态与动态、实时与历史、图形与报表数据进行整理和分析，为水电厂日常调度管理工作提供更为完整的管理平台，通过该平台，工作人员可以有效地对梯级水库进行调度和管理。

2.3系统特点

调度系统的主要特点是使用简便，查询直观，计算准确。作为调度系统核心内容的日调节水电站梯级联合调度图，绘制时充分考虑到了上下游电站的水位、流量、出力等因素与水力和电力的联系，从水头水量综合利用最大出发进行联合调度，利用该调度使水电站长期保持高水头运行，耗水率低，经济性能好。同时考虑到调度人员的操作性，在调度图的基础上，开发的梯级经济调度系统在保证准确性的同时，也满足了直观、易操作的应用需求。

3　日调节梯级水电站联合经济调度系统应用效果

调度系统自 2015 年 8 月在洋口、峡阳与照口梯级水电站进行应用，实际运行中利用调度系统可有效将水电站坝前水位长期控制在调度目标范围之内。具体应用效果如下：

1）经济效益。富屯溪水电资源丰富，流域末端的洋口、峡阳及照口水电站的装机容量分别为 4.80 万、4.38 万及 6.00 万kW，从洋口、峡阳及照口水电站梯级整体出发，对组成的梯级进行联合发电优化调度，通过实际运行，峡阳与照口水电站的发电运行水头同历史运行资料相比已抬高约 0.15 m，同样来水情况下大约可多发电 2%～3%，即每年增加电量约 1 000 万kW•h，增加发电效益近 400 万元。水库优化调度是挖掘水电站潜力的有效手段，通过对日调节水电站梯级联合优化调度，几乎可以在不增加任何额外投资的条件下，获得显著的经济效益。

2）管理意义。水能资源具有流域特性，对流域梯级电站实施联合调度，统一管理，有利于实现对水能资源的高效利用，充分发挥梯级枢纽的综合利用效益[3]。对富屯溪流域末端的日调节梯级水电站群实施联合优化调度，并充分应用现代化信息技术，将研究成果与水调、电调相结合，在实际运用中进一步实现水电站精细化调度，发现并解决以往运行管理中的一些问题，从而进一步提高对所辖流域电站的经济管理水平，同时，采用联合调度的集中管理模式还可以集中人力、物力资源，提高管理效率。

3）环境效益。水资源为清洁能源，梯级水库联合调度调节在一定程度上减少了火电等一次性能源的发电量和电力生产对一次性能源的消耗，缓解了日益紧张的能源压力[4]。梯级经济调度系统从水头水量综合利用最大化出发，追求梯级发电效益最大，在实际应用中提高了梯级电站的水能利用率，充分实现了对洋口、峡阳与照口梯级水电站所在流域的水能资源的高效利用，为我国节能减排事业做出一定贡献。

4　结语

水能利用作为应用科学，随着应用环境的变化而变化，其中的梯级水电站联合调度在技术上已经相当成熟，虽然仍存在不足与空缺，但是任何一门科学都是在不断的否定、创新中前进和发展的。日调节水电站梯级经济调度系统作为水库调度领域的一次创新，不仅对水电站，而且对电力系统都具有显著的经济、环境效益与管理意义，还具有重要的科学意义。本调度系统的研究成果，即日调节梯级联合调度图不仅限于富屯溪流域，对于全国众多类似的日调节梯级水电站，均具有适应性和推广性，为相关流域电站带来可观效益，应用前景值得期待。

参考文献：

[1] HUANG Xianfeng, DAI Huichao, FANG Guohua, et al. Management System Study on Large Hydropower Station Reservoirs Groups in Upper Yangtze River[J]. Procedia Environmental Sciences, 2011 (10): 2226-2232.

[2] 韩冰，张粒子，舒隽. 梯级水电站优化调度方法综述[J].现代电力，2007 (1): 78-83.

[2] 朱艳军，马光文，江拴丑，等. 中小流域梯级水电站联合调度管理模式研究[J]. 华东电力，2010 (4): 577-579.

[4] 冯欢. 清水河流域水电站梯级联合优化调度管理[J]. 科技与创新，2014 (16): 94-95.

Implement and Alpplication of Cascade Economic Dispatch System in Daily Regulation Cascade Hydropower Stations

LIU Jianfeng1, JIN Huiying2, CHEN Qing2, HUANG Hui1
(1. Fujian Min Xing Hydropower Co., Ltd., Nanping 353000, China; 2. Nanjing Goldenwater Information Technology Co., Ltd., Nanjing 210008, China)

Abstract:With the rapid development of electric power system, the tasks that daily regulation hydropower station groups undertake in the system have been changed. And the demand for cascade economic dispatch is becoming strong. By taking the three-stage daily regulation hydropower stations in Futunxi river basin in Fujian province as the research object, the article researches the cascade economic dispatch model of the daily regulation hydropower stations, drawing the joint dispatch chart of the daily regulation hydropower station and developing the related software system. Through the actual operation, the system achieves the goal of the maximum efficiency of cascade power generation. It is proved that the system implies economic significance, management significance and promotion value, and also has reference significance for the joint economic dispatch of other similar cascade hydropower stations.

Key words:the daily regulation hydropower station; cascade; joint economic dispatch

作者简介：刘建峰（1969-），男，福建浦城人，高级工程师，主要从事水电厂生产管理工作。

收稿日期：2015-12-31

中图分类号：TV73

文献标识码：A

文章编号：1674-9405(2016)01-0060-05