考虑实际洪水过程的水电站能量指标复核研究

徐金英，胡红阳

（1.华电电力科学研究院，浙江杭州310030；2.浙江华电乌溪江水电厂，浙江衢州324000）

考虑实际洪水过程的水电站能量指标复核研究

徐金英1，胡红阳2

（1.华电电力科学研究院，浙江杭州310030；2.浙江华电乌溪江水电厂，浙江衢州324000）

湖南镇电站自1980年投运以来，年平均发电量有5.15亿kW·h左右，不足其运行设计发电量（5.27亿kW·h）。分析其主要原因为：运行设计发电量的计算过程未考虑水库汛限水位、水库实际的洪水过程、电站设计调度图不够精细等。为此，绘制了新的水电站调度图，并完成了电站新的能量指标计算。

实际洪水过程；湖南镇水电站；调度图；能量指标

0 引言

水电站能量指标复核实质上是水电站建成以后，对电站运行指标的后评估[1]，即在电站现有约束条件下，运用数学模型计算水电站的能量指标[2]，目前我国电站能量指标依然以保证出力和多年平均发电量[3]为主。传统的能量指标复核调节时段较长（一般以月径流为主），均化了的入库流量使弃水减少导致计算电量偏大[1]。许自达[1]在总结100座已复核水电站工作之后建议凡是有弃水产生时，无论是什么调节性能的水电站应改用日流量进行径流计算。

因此，本文在进行湖南镇电站能量指标计算时，摒弃了传统的单一调节时段的思想，为了统筹考虑结果精度和计算工作量，本计算在水库汛期按旬径流调节，在非汛期按月径流调节。为进一步量化实际洪水过程对电站发电量的影响，当遇实际洪水时改用调洪验算模型计算，计算时段依据电厂提供的洪水资料改为1h或3h。通过这种多时段、精细化调节计算，以期建立一套科学合理的水电站能量指标计算体系，为进一步形成用于水力发电企业效益考核体系[4]打下良好的基础。

1 工程概况

湖南镇水电站为乌溪江两级开发中的第一级，坝址位于衢县境内乌溪江区山峦处，坝址控制流域面积2151km2。电站为混合式开发，兼有发电、防洪、灌溉、供水等综合利用效益。水库正常蓄水位230.0m，与死水位（190.0m）间的发电调节库容为11.34亿m3，为不完全多年调节性水库。目前电站有新老两个厂房，共安装5台发电机组，现装机320MW（1#～4#机为50MW，5#为120MW）。原发电厂房位于大坝下游5km处，新建厂房位于大坝下游左岸。湖南镇电站水库特征值见表1。

表1 湖南镇水电站水库特征值

2 径流资料分析

湖南镇坝址从1952年到2014年间，多年平均流量77.56m3/s，此值与运行设计径流系列（77.6m3/s）基本持平，年平均径流量为24.48亿m3，年平均径流深为1137.97mm，其中最丰水年平均流量为128.42m3/s，最枯水年平均流量为39.86m3/s，丰枯比为3.22倍，分别为多年平均流量的1.65倍及51%。如图1所示。

由上图可知，该水电站1952～2014年间径流变化趋势不显著，说明当地的气候，环境，下垫面条件等因素较为稳定，年际变化不大。

3 电站保证出力及调度图复核

3.1 电站保证出力复核

湖南镇作为不完全多年调节水库，采用长系列等出力调节计算[5-7]，等出力法计算时要求水电站供水期各月出力相等。此种方法需先假定出力值为N1，则供水期就按照N1发电，控制条件为供水期初水库蓄满，供水期末水库水位回落至死水位。在各月调节计算时，还需假定调节流量q进行试算，试算流程为：

（1）在正常高和死水位已知的情况下，先假设保证出力为N1，调节流量为q1；

（2）在时段初水库蓄水量V1、水位Z11、入库水量、调节流量已知的条件下，利用水量平衡方程，求出时段末的水库蓄水量V2、水位Z12、水库下游水位Z2，从而算得时段平均水头H=（Z11+Z12）/2-Z2-Δh。（Δh为水头损失）。

（3）计算时段出力N1′=KHq1，判断|N1′-N1|是否小于预定的允许误差ε，若小于则进行下一时段计算；若大于则令q1=q1+（N1′-N1）/KH，返回（1）重新计算，直至满足精度要求。

（4）经过上述的长系列计算，统计供水期的保证率是否满足设计保证率，若不满足则进行保证出力的上调或下调，最终算得相应的保证出力NP。

采用上述方法，得到该电站的保证出力为52.3MW，相应保证率为85%。

3.2 电站调度图复核

由于该站的调节周期年数不固定，丰枯年组合不同，所以很难预知未来若干年径流组合情况，因而使用整个调节周期的运行图较困难，故多年调节水库多采用简化方法，即计算典型年法。在进行计算典型年选择时，应尽量确保该年的来水正好等于按保证出力工作所需要的水量。在该水电站的天然来水资料中，选出符合上述条件且径流年内分配不同的连续三年作为典型年序列，即得计算典型年组。

为了进一步细化调度图的分区，分别绘制60%、70%、80%、90%、1.25、1.5、1.75倍的保证出力区。选择P=85%的典型年组绘制调度图的保证出力和降低出力区，选择1-P=15%的典型年组绘制调度图的加大出力区。依然采用3.1节中的等出力调节计算方法，最终得到复核后的新调度图，见图2和表2。

表2 湖南镇水电站发电调度图出力及水位控制参数

配合上述调度图的使用规则如下：

（1）以水库月初水位在调度图中的位置，初定该月（或时段）湖南镇水电站的发电平均出力，该值为湖南镇水电站的发电出力。

（2）当水库水位处于保证出力区时，电站按照保证出力运行。若水库已蓄至正常高水位230m（汛期4-6月为汛限水位228m），则按来水流量发电。

（3）当水库水位超过保证出力区上限，加大出力，确保水位逐步回落到保证出力区内。

（4）当水库水位低于保证出力区下限水位时，降低出力，确保水位尽快回升至保证出力区。

（5）水库在多年运行阶段，水库水位不能低于死水位190m。

3.3 电站多年平均发电量复核

依据修改后的资料和新绘制的运行调度图，依据调度图的使用规则，汛期采用旬径流计算，其余时段以月为计算时段，分别计算考虑实际洪水过程有无的电站多年平均发电量，结果见表3。

表3 湖南镇水电站多年平均发电量计算情况

计算结果显示，采用新制调度图，无论是否考虑实际洪水过程均较原设计值偏小。分析其主要原因为：1）原运行设计指标计算时汛期没有汛限水位控制，1987年浙江省防汛办发文要求，电站汛期（4、5、6月）水位限制较正常高水位低2m。2）本计算方法在汛期按旬计算结果较原运行设计月计算结果小，是因为采用月为计算时段时，会将月内三旬流量的差异化进行坦化，减少了计算弃水所致。考虑实际洪水过程的计算结果较未考虑洪水过程的计算结果小，这是因为在遇实际洪水过程时，发电调度模型转为调洪验算与发电调度相结合的模型，并采用1h或3h为计算时段，从而消除了旬流量的洪水均化，增加了计算弃水所致。

将本次计算的两个结果与电站实际运行结果进行对比，发现即便采用新制调度图、多调节时段计算，如果没有考虑实际洪水的影响，得到的多年平均发电量依然比实际值大，只有考虑了实际洪水作用后得到的结果更接近电站实际运行指标，而且电站实际运行中增加了电站运行经验、优化软件的指导，因此算得的常规调度多年平均发电量小于电站实际运行值是比较合理和可信的结果。

4 结语

（1）在进行水电站能量指标复核工作时，汛期调节时段的大小对整个指标计算结果影响较大，尤其是在电站产生弃水的月份，应减少调节时段的长度，当遇实际洪水过程时，应以实际洪水资料的时段为调节时段，并引入调洪验算的计算模型，更精细地描述电站的弃水过程。

（2）建议当电站运行资料发生较大改变时，应及时进行能量指标复核工作，在电站现有约束条件下，绘制当下的电站运行调度图，从而更加科学合理地制定发电计划与考核管理目标。

（3）传统的能量指标复核工作不能够合理地指导电站的实际运行工作，如何开发适用于大型梯级电站能量指标复核计算方法是下一步研究工作的方向和重点。

[1]许自达.水电站能量指标复核初步小结[J].水力发电，2000，（3）：38-39.

[2]李子婷，黄强，畅建霞，等.安康水电站动能指标复核研究[J].西北水力发电，2006，22（4）：63-67.

[3]朱成章.水电站能量指标的探讨[J].水电能源科学，1989,（7）：84-89.

[4]陈建华.集团公司水电优化调度研究与应用[R].北京：中国华电集团公司，2015，39-42.

[5]周之豪，沈曾源，施熙灿，等.水利水能规划[M].北京：中国水利水电出版社，1997.

[6]罗志远，尹智力，杨全明.等流量与等出力法计算电站效益的差异性研究[J].水科学与工程技术，2012,（2）：72-73.

[7]张秀菊.水电站保证出力的计算方法[J].水力发电，2006，32（10）：21-23.

Study on Checking Energy Index for Hydropower Stations in Considering the Actual Flood Process

XU Jin-ying1，HU Hong-yang2
（1.Huadian Electric Power Reserch Institute，Hangzhou 310030，China；2.Wuxijiang Hydropower Station in Zhejiang Province，Quzhou 324000，China.）

Hunanzhen hydropower station’s annual output of power generation is 5.15 million kW·h,which is less than the design target 5.27 million kW·h.The main reasons was analyzied as follows:the design index without considering the flood control limit,the actual flood process and fine station dispatching map.Finally,the new dispatching map was completed by using new data,and it was applied to recalculate the new energy index of Hunanzhen hydropower station.

flood process；hydropower stations of Hunanzhen；dispatching map；energy index

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.013

TV737

B

2095-3429（2016）04-0052-03

2016-05-23

2016-07-01

徐金英（1989-），女，济南人，硕士，主要从事水电工程研究工作。