低水头电站尾水变幅约束对发电优化的影响

包崇虎 帅 佳

（1四川省水利水电勘测设计研究院， 四川 成都 611731 2四川省水利水电勘测设计研究院， 四川 成都 611731）

低水头电站尾水变幅约束对发电优化的影响

包崇虎1帅 佳2

（1四川省水利水电勘测设计研究院， 四川 成都 611731 2四川省水利水电勘测设计研究院， 四川 成都 611731）

低水头电站的调度过程中，若只追求经济效益就会带来很多问题。本文针对低水头电站发电优化调度中存在的问题，提出了应引入尾水变幅约束以满足通航以及实际情况的要求。

低水头电站；发电优化调度；尾水变幅约束

1 低水头电站的特点以及其重要性

为了应对能源危机和全球变暖等日益突出的问题，越来越多的小型水电站被开发和利用[1]。相对大型水电站，小型水电站有易开发、对地质要求较低和对环境影响较小等优点。小型水电站一般为低水头电站，一般分为无调节和日调节的径流电站，地处河流的中下游，地形开阔．人口密集，经济较发达、水头低、断面过水流量大，水头对发电的影响敏感[2]，库容较小，基本不承担调洪和调峰的任务，而且调节天然来水的能力有限，在有限的能力范围内电站的运作方式对其经济效益有很大的影响。本文基于逐步优化算法对低水头电站调度过程进行优化调度，分析优化调度过程中出现的问题以及解决问题方法。

2 运行实例

根据逐步优化调度数学模型，以发电量最大为目标，以大源渡航电枢纽为例进行优化调度。大源渡航电枢纽位于湖南湘江上，湘江是湖南省最主要的水运通道，湘江的水运量占全省水运量的80%，大源渡枢纽最大的设计工作水头为11.2m，机组最大过流能力1800m3/s，年设计通航能力1200万t，属于低水头日调节航运电站。大源渡枢纽主要承担了保证土谷塘枢纽到株洲枢纽之间河段通航的任务，对通航保证的要求高。

对大源渡航电枢纽进行优化调度，优化调度实例如下：入库流量为4000m3/s，坝前出水位为 50.00m，坝前末水位为 50.00m。优化调度结果中的入库～出库流量变化和水位变化如下图：

图1 出库流量～入库流量关系图

图2 电站坝前水位变化图

从以上两幅图可以看出，在低水头电站的发电优化调度中，当入库流量较大并产生弃水时，出库流量和坝前水位会出现锯齿状波动。

大源渡航电枢纽航运要求高，若按照上述的优化调度方案进行调度，就会出现上游通航水深出现锯齿状波动、下游通航水深出现剧烈变化问题。对大源渡这种低水头电站而言，在入库流量较大的情况下，决定其发电量的主要因素是发电水头，而对于低水头电站而言，坝前水位变化幅度不大，此时决定发电量的主要因素是下游尾水位。尾水位跟出库流量有着密切的关系，出库流量越大，尾水位就越高，水头就越小，发电量就越小。在上述调度方案中，程序计算结果显示，在少数时段集中加大下泄，牺牲这个时段的发电量，但是在其他时段可以减小下泄流量从而得到较低的尾水位，以获得较大发电水头，从而达到发电量最大的目的。

为了解决大源渡枢纽实际通航要求中不允许下游尾水变幅过大，因而在数学模型中引入一个约束条件——相邻时段尾水变幅约束。

3 尾水变幅约束对发电量优化的影响

在逐步优化调度数学模型中加入尾水变幅约束，对大源渡航电枢纽进行优化调度。为了研究尾水变幅约束对发电优化调度的影响，现对大源渡航电枢纽进行优化调度。

优化调度实例如下：入库流量为 4000m3/s，坝前出水位为 50.00m，坝前末水位为50.00m。优化调度成果如下表2

表2 尾水变幅对发电量优化的影响（变幅：m发电量：万kWh）

由表 2可以看出，优化调度发电量是随着尾水变幅约束放宽而增加。由于大源渡枢纽最大工作水头为11.2m，因此当尾水变幅约束增加到一定程度，优化发电量将不在增加。

4 结论和讨论

上述对大源渡枢纽的发电优化调度进行了分析，可以看出尾水变幅约束的加入完善了优化调度模型，使优化调度模型更好的满足大源渡枢纽实际调度情况。尾水变幅约束可以限制发电优化调度过程尾水变幅过大，尾水变幅过大会带来下面两个问题：第一，尾水变幅过大时，容易形成较大的波浪，不利于大源渡下游河道的通航；第二，尾水变幅原因是出库流量的变化引起的，而出库流量主要是通过闸门控制，若出库流量变化如图1，则会有闸门频繁开启的现象，实际闸门操作中是不允许这种现象发生的。

与大源渡枢纽类似的低水头电站的优化调度也会出现上述问题，因此低水头电站发电优化调度应该注意在约束条件中加入尾水变幅约束，在枢纽实际运行情况中，尾水变幅约束也有其现实的意义和作用，例如在通航的河道，尾水变幅过大对通航有不利的影响，同时枢纽的闸门也不允许频繁的启闭，因此在尾水变幅约束是在低水头电站发电优化调度中必不可少的。

[1]邓志红.低水头电站的经济运行[J]. 中国水能及电气化，2007（6）：19～20

[2]卜继勘，李玲，罗纯军. 低水头电站水库回水分析研究[J]. 广东水利水电，2003（12）：22～23

[3]吴爱华，陶东兵，李承军.基于随机动态规划方法的水电站水库优化调度的研究与应用[J]. 广东水利水电，2002（2）：23～26

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