基于电力市场现货交易下的黑河流域梯级电站水库优化运行方案研究

汪文波

（甘肃电投河西水电开发有限责任公司，甘肃 张掖 734000）

0 引 言

电力现货交易和梯级电站联合量化调度运行是在不需要投资的情况下获得显著的经济效益。黑河流域梯级电站水库优化运行主要根据黑河的来水，并结合电力现货实时交易情况，充分利用流域内龙首二级和宝瓶水电站两座大水库进行水库的预发、预泄和预蓄，即洪水来之前进行预发滕库，洪水结束后则在满足大坝安全的条件下进行蓄库，并结合现货交易进行水库调节，从而实现各级电站水库优化运行和电力现货交易的双重丰收。

1 黑河流域梯级电站概况

黑河从发源地到居延海全长821 km，是我国第二大内陆河。目前，甘肃电投河西水电有限责任公司在黑河流域建成投产五级电站，从上游到下游依次为宝瓶、三道湾、龙首二级、龙汇和龙首一级，距离张掖市依次距离为120 km、102 km、42 km、36 km和30 km。

龙首一级水电站大坝坝型为碾压砼薄拱坝，最大坝高80 m，坝顶高程1 751.5 m，设计总装机容量59 MW（3×15 MW+2×7 MW），设计年发电量为1.98×108kW·h。电站设计库容为1.32×107m3，水库正常蓄水位1 748.0 m，校核洪水位1 749.4 m。

龙首二级水电站坝型为砼面板堆石坝，最大坝高146.5 m，坝顶高程1 924.5 m，设计总装机容量157 MW（3×45 MW＋1×22 MW），设计年发电量为5.28×108kW·h，水库设计总库容9.140×107m3，水库正常蓄水位1 920 m，校核洪水位1 923 m。

龙汇水电站坝型为溢流橡胶坝，橡胶坝高4.5 m。设计总装机容量13 MW（2×6.5 MW），设计年发电量5.357×107kW·h，枢纽设计水位1 764 m，设计洪水位1 765.5 m，校核洪水位1 767 m。

三道湾水电站坝型为砼面板堆石坝，最大坝高48.7 m，坝顶高程2 373.7 m，设计总装机容量112 MW（2×45 MW＋1×22 MW），设计年发电量为4.003×108kW·h。水库设计总库容5.30×106m3，水库正常蓄水位2 370 m，校核洪水位2 372.41 m。

宝瓶水电站坝型为砼面板堆石坝，最大坝高93.5 m，坝顶高程2 528.6 m，设计总装机容量123 MW（2×50 MW＋1×23 MW），设计年发电量为4.137 5×108kW·h。水库设计总库容2.05×107m3，水库正常蓄水位2 521.0 m，校核洪水位2 522.72 m。

2 电力现货交易概况

每年的12月底，省电力调度控制中心会依据各电站前3年发电量平均值按一定比例核定下一年度中长期发电量，超出中长期的电量则要通过电力市场现货交易。甘肃电力市场现货交易对水电站的特殊要求是报量不报价，若水电站在白天新能源大发期间实际所带负荷高于中长期电量（或自发电计划电量），在电网早晚高峰水电站实际所带负荷低于中长期电量（或自发电计划电量），均要受到调峰和偏差考核。因此，水电站水库日调节和现货交易需做好充分协调，从而达到效益最大化。

3 黑河流域梯级电站电力市场现货交易及水库优化调度决策依据

3.1 龙首二级水库的调节特性参数

龙首二级最低发电水位到最高水位可调节库容如图1所示。

图1 水位与库容关系曲线

3.2 宝瓶水库的调节特性参数

宝瓶最低发电水位到最高水位可调节库容如图2所示。横纵坐标分别表示水位（米）和库容（万方）。

图2 宝瓶水电站水位曲线

3.3 黑河上游水情规律

根据2010—2019年水情统计测量经过统计计算，计算得出了月度区间汇流的情况和平均区间汇流，计算成果见表1[1]。

可以得出：（1）汛期龙首二级与宝瓶之间的区间汇流约为20%；（2）黑河的产流80%来自宝瓶断面以上；（3）5月份来大洪水的可能性不大；（4）6月份随着黑河流域的降雨增多，入库流量逐渐增大，其中6—9月黑河每月都有洪水过程，且每年的洪水过程为3～5次，每次洪水过程之间的间隔跨距在3～31天，洪水过程在2～15天。因此做好水情预测并及时掌握宝瓶断面上游流域7天内气象信息是做好水库优化运行的重要依据。

表1 2010—2019年月度区间汇流情况统计表

续表1

4 电力现货交易与非汛期水库优化运行方案

（1）在非汛期（每年的10月上旬—次年5月上旬），黑河上游来水一般小于60 m3/s。为便于现货交易，宝瓶电站库区水位调节范围为1.5 m即2 519.3～2 520.8 m，龙首二级电站库区水位调节范围为1.6 m即1 918.2～1 919.8 m（库区未结冻前深调水位）。龙首一级、龙汇及三道湾电站库区水位以高水位（正常蓄水位）运行，分别随龙首二级及宝瓶电站过机流量调整负荷，高水头运行以减少机组耗水率。

（2）非汛期，黑河上游来流量较小，要结合现货交易发电曲线合理安排机组运行方式。申报时尽量按“早晚高峰高负荷，白天消纳新能源期间低负荷”填报。填报96点负荷曲线时，10:00—17:00低于中长期电量曲线，18:00—21:00、6:30—9:00高于中长期电量曲线，剩余时段保持或稍高于中长期电量曲线安排机组运行方式。运行人员根据中长期负荷曲线和日申报负荷曲线合理安排机组运行方式，且偏差不超过±2%。要充分考虑库容调节能力和运行的经济性，避开机组振动区域，追求效益最大化。

（3）日常工作中要尽量减少机组开停机次数和机组定期空转次数，同时应尽量减少机组空载带厂用的时长。要及时处理导叶臂错位问题，从而降低机组停机态的漏水量。为减少导叶漏水量，在电站安全可靠的情况下可关闭漏水量大的备用机组蝶阀。

5 电力现货交易与次汛期水库优化运行方案

次汛期指5月1日—6月10日。此期间黑河来大洪水的概率较小，而新能源利用小时数逐步上升，但上游来水逐步增加。近10年宝瓶与龙首二级水电站水情信息表明，5月份黑河来洪水的可能性不大，但在6月上旬黑河来洪水的可能性较大。通过宝瓶、龙首二级电站深调电站库水位（调节水位最低要保证生态放流足额），在新能源大发时段10:00—17:00降低机组负荷。此时段电力现货出清价格会压到最低，在保证机组工况的前提下最大限度深调与中长期电量曲线产生负偏差，但与日前自申报负荷曲线计划一致，通过发电权置换实现利益最大化。在电网早晚高峰（18:00—21:00，6:30—9:00）最大限度带高负荷与中长期电量曲线产生正偏差，此时段电力现货出清价格会抬到最高，其余时段按照自申报负荷曲线带负荷，保证电站收益。

6 电力现货交易与主汛期水库优化运行方案

6月10日—9月中旬，统计显示黑河流域的洪水过程一般有3～5次。根据这几年洪水统计，每次洪水间的间隔时间4～30天，洪水过程3～14天。根据水情统计，6月中旬宝瓶入库一般都大于60 m3/s，此区段各级电站现货交易按照10:00—17:00跟踪自申报负荷曲线运行，在18:00—9:00高于自申报负荷曲线（机组超发），剩余时段跟踪自申报负荷曲线或机组超发安排机组运行方式。例如，在洪水期向电网争取负荷，减少弃水。

根据多年水库运行经验，采用中央气象台发布的短期、中期及长期天气预报，并结合卫星云图和雨量数据分析，对未来的天气做出较为准确的分析，从而预测黑河的来流情况。具体做法为7天作为一个预报周期，提前制定出7天无雨、小雨（降雨量0.1～10 mm）、中雨（10～24.9 mm）、大雨（25～49.9 mm）及其组合方式下的水库及机组运行方式。在制定运行方式时，要充分考虑上游来水量、现货交易、库水位及天气的降雨量等，并结合3天短期天气预报进行随时滚动修正，进行宝瓶及龙首二级预发滕库（龙首二级最低起调水位为1 914 m，宝瓶最低起调水位为2 514.5 m，要足额满足生态放流）。水库优化运行调度运行方式以7天一个循环，来回滚动、修正，从而做好龙首二级和宝瓶两级电站预发、预泄滕库的工作（主汛期宝瓶及二级水库量化如表1所示）。在预蓄上，根据天气预报和上游水情信息，利用降雨径流的预见期，在黑河洪水消退结束前将各级电站水位蓄至要求的汛限水位，做到各级电站水量利用的最大化。根据水库量化经济运行的实践经验，每年能完成4次左右的水库量化调度过程。

表1 龙首二级及宝瓶电站主汛期量化水位表

7 结 论

经测算：宝瓶水库每调蓄1 m3水，公司五级电站可发电约1.2 kW·h；龙首二级水库每调蓄1 m3水，一、二级及龙汇电站可发电约0.51 kW·h（其中龙首一级0.13 kW·h、龙首二级0.35 kW·h、龙汇0.03 kW·h）。通过水库优化调度宝瓶电站平均量化水量约2×107m3，龙首二级平均量化水量约3×107m3，共增发电量约4×107kW·h。通过电力现货交易与水库调节早晚高峰交易电量1.8×108kW·h，从而实现了水库量化调度运行和现货交易双重丰收。