动态模拟法在山口电站增效扩容改造机组选型中的应用

2020-09-23黄定波

广东水利水电 2020年9期

杜君，黄定波

(1.五大连池市山口湖开发建设中心，黑龙江五大连池 164500；2.广州市恩莱吉能源科技有限公司，广东广州 510655)

1 概述

随着计算机运算速度的提高，智能算法的进步和大数据处理能力的增强以及人工智能的发展，笔者在“点算法”的基础上，开发了《水电站水能动态模拟设计软件V1.0》(登记号：2014SR095764)并取得发明专利《水电站水能动态模拟算法》(专利号：2016106934930)。动态模拟法的意义以及数学模型文献[2-3]已阐明，不再赘述。动态模拟法的过程是：① 扫描录入水轮机转轮综合特性曲线(无需点绘)；② 神经网络算法将综合特性曲线映射到数据库；③ 选择决策变量X和目标参量Y；④ 导入水文过程数据库值；⑤ 优化算法寻优；⑥ 比较选择。

动态模拟法在国内得到较多的应用，就广东而言，较典型的有东江水利枢纽和清远水利枢纽(新建，径流式)、孟洲坝水电站和红桥水电站(增效扩容，径流式)、云南金水河三级四级电站(广东水电云南投资金平电力有限公司，新建，水库电站)、花山水电站(增效扩容，水库电站)。

动态模拟法除了在水能设计、水库优化调度等方面有较好应用效果，也可以用来解决工程中相关的一些疑难问题，如广东五华益塘水电站双速凸极同步水轮发电机的转速选择[3]。

黑龙江省五大连池山口水电站增效扩容中，有两种性能特别相近的转轮型号难以比较优劣，最后用动态模拟法的计算成果，确定了转轮型号。

2 山口水电站工程概况

山口水电站位于黑龙江省五大连池市东南部、嫩江一级支流讷谟尔河上游，坝址位于小兴安岭与松嫩平原接壤的五大连池市二龙山农场东20 km处，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾供水、发电、养鱼、旅游等综合利用的大Ⅱ型水利枢纽。坝址以上集水面积为3 745 km2，多年平均流量为24.35 m3/s，正常蓄水位为313.0 m。电站于1999年末并网发电，2台装机为13 MW的ZZ500-LH-310机组，额定水头为20.5 m，额定流量为76.43 m3/s，额定转速为214.3 rpm。2018年电站进行增效扩容改造。

3 增效扩容改造机组选型

经设计单位及水轮机制造厂等多方研究，山口电站拟扩容至2×15 MW，在满足扩机出力及空化条件下，最终机组选型ZZA1101和ZZD471两种转轮(机组参数见表1所示)。

表1 机组参数

图1 出库流量过程曲线示意

图2 水库水位过程曲线示意

图3 电站下游水位流量关系曲线示意

表2 各方案决策指标

由表1、2可看出，在直径、转速、安装高程、比转速一样，制造成本相近的情况下，方案1与方案2相比：年平均发电量增加87.1万kWh；电能加权效率高0.7%；但空化性能相对较差。由于电站已建成，此次改造的主要目标是增效扩容，水轮机实际吸出高度为-12.55 m，小于-11.06 m，满足空化要求，因此，Y(1)=(2475.5，92.57，-11.06)是综合最优解，即是满意解。从图4～5的运行工况分布看，方案1更多的工况落在效率91%以上区域内运行，而从表1所示额定工况效率看方案1却不如方案2。显然，按传统的选型方法是无法分辨出方案1和方案2的上述差异的。该电站最终选择方案1，于2018年7月改造完毕并网运行，运行的各项指标如稳定性、空化性能、发电量等都达到了预期效果。