梯级水电站水库联合调度运行分析及控制措施

王 刚，甘成勇，薛万军

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051）

梯级水电站水库联合调度运行分析及控制措施

王 刚，甘成勇，薛万军

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051）

结合两个水电站水库“首尾相连”运行特点，研究给出了两库联合运行调度模型及下游电站水库理想控制水位，分析了两库联合调度运行极端工况运行风险和控制措施，并根据两级水库运行的实际情况提炼出了两库联合调度运行关键技术；同时根据实际运行情况可以看出，本文所总结的相关技术措施切实可行，符合水库运行规律并满足水库安全要求。本文所分析的两级水库联合调度的运行技术也可供同类型水库电站在实际运用中作为参考。

两级水库；联合运行；关键技术；首尾相连

1 引言

“首尾连接”的流域梯级水库系统，水流在两库间基本不存在迟滞时间，水力联系十分紧密。与常规梯级水库系统相比，该类梯级水库系统调控运行存在明显差异。本文以大型流域水电站群中的下游两级水库系统为例，分析该类梯级水库联合调度运行特点及典型异常工况下的运行风险，提出正常及异常运行工况下的运行关键技术，供同类型水库参考。

2 两级水库系统及联合调度模型

2.1 水库系统特点

两级电站位于流域下游锦屏大河湾上，两站特征参数如表1所示。其中上游电站利用305 m双曲拱坝拦蓄水流发电，其水库调节库容49.1亿m3，具有年调节能力［1］。下游电站在靠近上游电站坝址下游建拦河闸坝，该坝拦蓄上游出库水流形成水库，通过长16.67 km的引水隧洞将干流河道截弯取直，获取约310 m水头发电，二级水库调节库容496万m3，基本无调蓄能力。两库“首尾相连”且库间无支流入库，因此库间水流迟滞时间及区间流量均可忽略不计。此外，下游电站引水隧洞使得雅砻江干流约150 km的锦屏大河湾成为减水河段，为降低对生态环境的影响，下游电站需向减水河段泄放指定的生态流量［2］。

表1 两级电站水库调度典型参数

2.2 流域水库联合调度模型

梯级水库系统采用中长期优化与短期优化相结合的运行模式，中长期优化依据流域径流来水预测结合强调蓄能力水库运用计划，以弃水流量最小、流域蓄能最高为目标获取流域中长期优化调度计划，弱调蓄能力水库保持高水位运行。短期优化则以中长期优化成果为依据，在满足电网安全、稳定运行需求，且兼顾梯级水库运行安全的前提下，尽量减少弃水，提高水能利用率，增加流域发电效益，适合采用梯级末期蓄能最大模型，其表达式如下［3］：

式中：

Hi——第i个水库平均水头；

Vi( tT)——第i个水库期末蓄水量。

该模型考虑了梯级电站水头差异，其约束条件主要有：

（1）机组运行约束，如机组最大、最小出力，不可水位，可采取的措施见表4所示。主要措施有负荷调整和泄洪闸门调整。其中，负荷调整措施平稳、快速，可为首选；不利因素是可能造成发电量减少，影响经济效益。调整泄洪闸门准备时间长（需经开度计算、下达命令单、现场准备、预警、通知有关单位等流程），且存在较多不可控因素，可作为备选措施。

3 两级联合运行极端工况风险分析

表4 锦一跳机（1、2台）工况下的下游水库水位控制措施

3.2 下游电站跳机（1～6台）工况分析

3.2.1 工况风险分析

下游电站通过东锦双线、东天双线共四回500 kV线路接入系统，其中东锦双线送电至锦屏换流站，为送电主要通道，全线除重冰区约14 km外其余均为同塔双回走线。根据安控装置故障切机策略，当东锦双回线故障跳闸时，根据全厂送出功率大小，将切除锦屏二级1～6台机组，策略详见表5。

当下游电站一台机组解列后，下游发电流量减小约220 m/s，原有入出库平衡将被打破，水库水位上升，上升速率约为0.95 m/h，从初始水位1 643 m升至控制最高水位1 646 m需时约189 min。如库水位超过高水位继续上行，则下游电站将存在严重的水库漫坝风险。因此运行人员必须在该时限内采取有利措施遏制下游电站库水位上升，实现两级水电运行再平衡。

表5 下游电站全接线方式下安控切机策略表

3.2.2 控制措施

下游电站机组解列后，为维持下游电站出入库的平衡，可采取的措施有：减少上游电站负荷；增加下游电站负荷；同时调整两级之间的负荷分配比例；开启下游电站闸门增加下泄流量。详见表6。

表6 下游电站跳机（1～6台）工况下的水库运行风险及控制措施

3.3 两级联合切机（2～5台）工况分析

当主要送出通道锦苏直流故障速降负荷或单、双极闭锁时，安控系统也将按切机策略动作切除两级电站相应机组。根据总切机台数，可分别考虑切除2～5台的各种情况，根据两级机组轮切原则，考虑被切机组分配情况1+1（上游电站切1台+下游电站切一台，下同）、2+1、2+2、3+2的情况，工况分析及应对策略如表7所示。

4 两级水库联合调度运行的关键技术

综合上述分析，结合运行实际，两级水库联合调度运行核心关键在于上游参与流域中长期及短期优

4.3 两级水库联合调度运行控制系统

由于下游水库库容小，闸门调整频繁，在电站“无人值班”模式下，遇系统故障等突发事件，很难满足稳定控制水位的基本要求，因此，应充分考虑自动化技术在水库实时调度方面的应用。对于下游电站的水库调度，根据前文策略表，可考虑建立联合调度运行控制系统。该系统自动采集两级当前的机组负荷、闸门开度、库水位、入库/出库流量等信息，进行实时计算和水位预测，根据计算结果，查询闸门调整策略表，控制下游闸门进行自动调整操作。

闸门调整策略表应充分考虑各种因素和限制条件，至少包括以下几方面：1）闸门的操作及运行方式需满足水库调度规程规定；2）闸门调整应缓慢平稳，每次闸门调整幅度不宜过大，速度不宜过快，以防止下游流量陡增陡降；3）尽量避免闸门频繁调整；4）兼顾下游官地水位控制要求；5）具备防误动检查和闭锁环节，防止采集错误数据、计算错误等原因导致误判误动出口，必要时增加人工确认的环节；6）正确的通信异常判断及处理环节，特别考虑下令期间、操作期间通信中断和通信恢复时的处理过程。此外，还需要考虑泄洪预警和异常情况下集控和现场的应急处理流程和策略等配套措施。

水库联合调度运行控制系统为水库调度人员提供策略显示和自动调整闸门支持，可有效减小锦屏二级水位控制风险和减轻人工作业量，提高联合调度运行的效率，为电站“无人值班”打下良好基础。

5 结语

两水库联合调度运行是一项风险较大且复杂的工作，本文针对两级水库系统“首尾相连”特点，分析了下游电站水库存在较大漫坝或拉空风险，给出了适合该系统的调度数学模型，求解出了下游电站理想控制水位。同时以下游电站水库理想控制水位至库水位运行上、下限时间为目标，分析了两库联合调度运行极端工况下的运行风险并提出了相应控制措施，提炼出了适合该系统联合调度运行的运行关键技术。实践表明所提出的运行关键技术切实可行，可供同类型水库联合调度运行参考。

［1］中国水电顾问集团成都勘测设计院.锦屏一级水电站设计运行说明书［z］.02013.06.

［2］中国水电顾问集团华东勘测设计院.锦屏二级水电站设计运行说明书［z］.2012.03.

［3］张勇传.水电站经济运行原理［M］.中国水利水电出版社1998.

［4］陈 鹏，余 平，蒲 瑜.雅砻江流域下游梯级水电站联合实时优化调度探讨 ［J］.中国农村水利水电，2014（09）：180-183.

TV734.4

B

1672-5387（2016）10-0081-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.025

2016-05-18

王 刚（1986-），男，工程师，从事水电站运行工作。