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水库群梯级调度
洮河流域梯级电站水库群的联合调度模型
实施梯级水库的集中联合调度,主要目的在于提高了流域水能利用率,提高发电效率。
水库群的集中调度管理主要依靠“乌江流域卫星水情自动化系统”。
流域遭遇来水特枯年份,在上下游来水极不均衡情况下,不仅要实现流域各梯级电站的水库零弃水,而且还要完成集团公司下达的年度发电计划。
梯级电站水库特征水位表
3.4.2水库的特征水位
根据装机规模论证和水库回水特征,经调洪验算确定水库的特征水位为:
水库校核洪水位2004.0m
水库设计洪水位2002.00m
水库正常蓄水位2002.00m
水库汛期限制水位2001.00m(5~10月)
水库发电死水位2000.0m
3.4.3汛期库水位
本电站水库为日调节,其发电出力主要受来水流量控制,汛期来水量一般大于电站额定引用流量,水库汛限水位2001.00m。
当中、小洪水流量Q<603m3/s时,水库水位2002.00m。
当洪水流量二十年一遇(P=5%)1680m3/s>Q≥603m3/s时,水库水位2002.00m。
当洪水流量2360m3/s(设计洪水)>Q≥(P=5%)1680m3/s时,水库设计洪水位2002.00m。
当洪水流量Q>设计洪水2360m3/s时,水库水位由2002.00m逐渐上升到最高洪水位2004.00m,在任何情况下,水库水位不得高于2004.00m。
3.4设计标准及水库水位
3.4.1枢纽设计标准
正常蓄水位1968.80m,相应库容780万m3;
设计洪水标准为3.33%,设计洪水位1969.1m,相应洪峰流量2110m3/s,相应库容1000万m3;
校核洪水标准为0.5%,校核洪水位1970.5m,校核洪峰流量3230m3/s,相应库容1362万m3;
最低发电水位1966m。
3.4.2汛期库水位根据来水量规定如下:
流量为20.00—632.00m3/s时,水位1969.10—1968.50m
流量为632.00—1000.00m3/s时,水位1968.50—1967.50m
流量为1000.00—1500.00m3/s时,水位1966.00—1967.00m
流量为1500.00—2000.00m3/s时,水位1965.00—1966.00m
流量为2000.00—2500.00m3/s时,水位1963.00—1965.00m
流量为2500m3/s以上时,水位不高于是1959.1m,在任何情况下,库水位不得高于1970.50m。
九甸峡电站总装机容量300MW,单机容量30MW,设计年发电量8.971亿kw.h,保证出力50.4MW,年利用小时数3395h。
最大水头18m,设计水头16.2m,最小水头12.22m。
设计单机流量90m3/s,总额定流量约为270m3/s。
发电引水系统水头损失采用0.5m。
莲麓一级电站总装机容量66MW,单机容量22MW,设计年发电量2.382亿kw.h,保证出力13.87MW,年利用小时数3609h。
最大水头30.4m,设计水头27.5m,最小水头21.75m。
设计单机流量90.28m3/s,总额定流量约为270.84m3/s。
发电引水系统水头损失采用0.5m。
莲麓二级电站总装机容量37.5MW,单机容量12.5MW,设计年发电量1.450亿kw.h,保证出力8.54MW,年利用小时数3625h。
最大水头18m,设计水头16.2m,最小水头12.22m。
设计单机流量90m3/s,总额定流量约为270m3/s。
发电引水系统水头损失采用0.5m。
海甸峡电站总装机容量60MW,单机容量20MW,年发电量2.708亿kw.h,保证出力15.4MW,年利用小时数4513h。
最大水头33.36m,设计水头29.5m,最小水头23.49m。
设计单机流量81.4m3/s,总额定流量约为243m3/s。
发电引水系统水头损失采用0.5m。
三甲电站总装机容量31.5MW,单机容量10.5MW,设计年发电量1.450亿kw.h,保证出力8.54MW,年利用小时数3625h。
最大水头17.4m,设计水头15.8m,最小水头14.1m。
设计单机流量70.2m3/s,总额定流量约为210.6m3/s。
发电引水系统水头损失采用0.5m。
二滩水电站水库优化调度及经济运行实践
缪益平蹇德平陈国春
(二滩水电开发有限责任公司,四川成都610051)
摘要:
二滩水电站是以发电为主的大型水力发电枢纽,自1998年投入运行以来,累计发电量已超过l240亿kW·h,为川渝地区经济发展作出了巨大的贡献。
对二滩水电站水库优化调度及经济运行实践情况进行了分析。
为了给雅砻江流域梯级水电站群联合优化调度积累经验,对二滩水电站在推行水库优化调度、降低机组耗水率等方面而采取的一些行之有效的措施作了简要介绍。
关键词:
水库;优化调度;经济运行;二滩水电站
中图分类号:
TV697.11文献标识码:
A
1概述
二滩水电站位于四川省西南部攀枝花市境内的雅砻江下游,距雅砻江与金沙江的交汇口33km,是以发电为主的大型水力发电枢纽;坝型为混凝土双曲拱坝,最大坝高240m,是中国已建成的最高坝,在世界同类型坝中居第3位。
水电站装机容量330万kW,多年平均发电量为170亿kW·h。
水库正常蓄水位1200m,总库容58亿m。
,调节库容33.7亿m,为季调节水库。
1987年9月,开始进行二滩水电站施工的前期准备工作;1991年9月14日,主体工程开工;1993年11月2613,二滩水电工程实现大江截流;1998年5月1日,水库开始蓄水;同年8月18Et,第1台机组并网发电;1999年l2月,二滩水电站工程全部建成投产。
自投产以来,二滩水电站一直担负着系统调频、调峰、调压和事故备用任务,80%以上的运行时段作为川、渝电网第一调频和调峰电厂。
低谷时,电厂机组进相调压,为提高电网的安全运行水平和电网频率、电压合格率起着不可替代的作用,也大大改善了系统的供电质量和运行条件,使川、渝电网的频率合格率达到了99.99%,电压合格率提高了3%。
二滩水电站建成抗入运行,改变了川渝地区多年缺电的局面,对充分合理利用四川水能资源,促进川渝地区经济持续健康发展做出了巨大贡献。
2008年是二滩水电站建成投产l0周年,在这过去的10a里,二滩水电站运行之路历经坎坷。
建成投产初期,由于JiI渝电力市场需求、输出线路等因素影响,1998~2001年发电能力利用率为56%。
在中央和地方政府的关注和支持下,2002年开,起二滩水电站年计划发电量达146亿kW·h。
2003~2005年二滩水电站取得了良好的发电效益,其中2004、2005年节水增发电量分别为4360、2370万kW·h。
2006年二滩水电站水库遭遇了自1953年以来雅砻江流域来水特枯年份,2007年来水持续偏枯,二滩水电站实际发电量连续2a没有达到146亿kW·h。
面对不利因素,二滩水电开发有限责任公司加强了对二滩水电站的经济运行管理,增加发电量,力争在2008年使发电量取得新的突破。
2推行水库优化调度,动态控制水库水位二滩水电站水库发电调度原则是,在满足电力系统要求的条件下,充分合理地利用水量与水头,尽可能多地增发电量,取得最好的经济效益。
公司为此积极采用优化调度方法来挖掘二滩水电站经济运行的潜力,一方面,以水电站发电量最大化为目标,在协调好电网、防汛管理部门与二滩水电站之间各方面关系的基础上,充分发挥水库调节性能,提高发电效益;另一方面,当二滩水电站受制于短期电网负荷需求,无法实现中长期发电量最大化目标时,二滩水电站以耗水量最小为目标,安排机组运行发电。
二滩水电站水库优化调度是以长、中、短期三者优化调度紧密结合为主,长期优化调度是在分析历史径流资料,对水库来水做中长期预报的前提下,推求二滩水库年内逐月水位控制目标;中期优化调度是将长期优化的目标进一步细化,结合实际来水情况,对水库来水滚动(旬、日)预报,并依据电网实际负荷需求调整逐句(日)水库运行发电计划;经过电网每日的负荷分配及电力系统限制进行校正,可得出短期优化调度的目标,即峰平谷的电量分配。
2.1汛期(6—1O月)水库优化运行
雅砻江流域来水丰富,根据所进行的径流系列分析,二滩水库汛期6~t0月来水量占据全年来水总量的76.6%。
二滩水库在设计方案是设计为不承担上下游的防洪任务,也无防洪限制水位。
由于泄洪能力大,在原设计方案中,二滩水库为高水位运。
后来,结合调度经验,对二滩水库汛期运行方式进行了研究。
结果表明,在确保水库蓄满水和完成发电计划的前提下,适当降低水库汛期的运行水位,可以提高水库调度的主动性和灵活性,减少泄洪闸门的操作频次和有效库容淤积,有利于合理分摊泄量,保证大坝及枢纽工程安全度汛,同时,还可获得较好的发电量效益。
随着雅砻江流域水电开发工程的深入,对二滩水库的运行要求也在不断提高。
2007、2008年为了兼顾雅砻江流域在建电站防洪安全,对二滩水电站水库汛期运行方式进行了深入的分析研究,根据不同来水情况,研究了汛期运行水位的动态控制过程,确定蓄水时机,以便在确保安全防洪度汛的前提下,完成发电任务和保证汛末蓄满水库。
2.1.16月份的水位控制
对二滩水库运行资料进行的分析表明,5月中旬,库水位消落至死水位1155.0m左右为宜。
雅砻江雨季大部分在5月下旬开始,此时来水逐渐增加,5月底水位逐渐』二升至1160.0m左右。
根据水轮机运转特性曲线,在库水位达到1185m时,可满足额定水头165m的要求,且能避免机组容量受阻,满足电网调峰、调频的要求。
计算表明,当6月底水位分别控制在1185、1190m时,二滩水电站汛期6月上句至7月上甸多年均发电量分别为19.44、18.86亿kW·h。
6月未发生弃水,月底库水位不宜过高,在满足机组发电水头的前提下,充分利用水量发电,可获得较好的发电效益;当发生弃水时,适当提高库水位,首次泄洪时,将水库水位控制在1190m,以中孔泄洪为主,这样有利于排沙和减少有效库容淤积。
6月底,则应将水位控制在1185.0~1190.0m。
2.1.27、8月份的水位控制
7、8月份,雅砻江流域处于主汛期,二滩水电站来水较大,水头高,并出现弃水。
根据计算分析,7、8月底,二滩水库水化
应按119om或1197nl控制,这样对二滩水电站7、8月的发电量影响不大。
7、8月属于雅砻江主汛期,为掌握洪水调度的主动权,减少闸门启闭次数,宜将二滩水库水位控制在1190.0~l197.0nl的范围内。
2.1.39、10月份的水位控制
9月是汛后蓄水的关键时期,水库运行方式直接关系着二滩水库汛末能否蓄满水库。
设置9月初不同的起调水位,考虑二滩水电站在9月上旬至10月中旬各旬送出的负荷为月平均最大出力300万KW(月平均负荷率采用0.92),以此来研究二滩水库的蓄水时机和蓄满率问题。
针对9月初设置1180.0、1181.,1182.0,⋯,1200.0m共21个不同蓄水方案,根据1958~2006年9月上旬至l0月中旬共49a的汛后各旬入库径流资料进行了计算分析。
结果表明,当二滩水电站水库9月初运行水位在1190.0nl以上时,二滩水库在9月底蓄至正常蓄水位1200.0m的蓄满率均在82%以上;按照蓄满率最大的原则,二滩水库蓄满水库的最佳时机在9月下旬。
9月底应将水位控制在1200.0m左右。
10月为雅砻江副汛期,来水逐渐减少,10月下旬来水平均出力不足300万KW,可按来水发电。
10月份,水库可以维持在正常蓄水位1200.0m运行。
对二滩水库汛期水位采取控制措施后,为二滩水电站水库优化调度工作发挥了巨大的作用。
比如:
2006年、2007年雅砻江连续遭遇偏枯来水,二滩水电站均能在满足电力系统需求的情况下,圆满完成汛末水库蓄水任务。
2.1.4汛期发电效益
随着二滩水电站送出线路的建设,二滩送出负荷极限得到逐步提高。
2001年,二滩水电站最大负荷为250万kW;2002年4月,二滩水电站安全稳定装置投入运行,使送出负荷提高到270万kW;2002年底,二石线500kV线路投运,将送出负荷提高到了290万kW;2007年6月,随着送出线路串联补偿装置及二石二线竣工,二滩最大负荷限制达到了330万kW,满足设计出力水平。
二滩水电站负荷送出瓶颈的逐步化解,为二滩水电站水库汛期优化调度提供了有利条件。
二滩水电站日最大发电量从6908万kW·h逐步提高到7673、7848万kW·h,直至提高到7962万kW·h;月最大发电量从20.1亿kW-h提高到了20.45亿kW·h,直至提高至目前的22.55亿kW·h。
由此可见,汛期优化调度效益显著。
2.2枯平期水库优化调度
枯平期,即11月至次年5月,雅砻江流域退水规律明显,径流预报精度较高,为二滩水库优化调度提供了有利条件。
原则上,11—12月份,二滩水库要求尽量维持在高水位运行,充分利用高水头,按照来水发电。
1~5月均匀消落水位,5月中旬消落
至死水位。
为实现二滩水电站2008年1~5月水库优化调度,二滩水电开发有限责任公司组织对优化调度方案进行专题研究。
结合电力系统的电力需求,以枯期发电量最大为目标,采用动态规划方法推求各旬末的水库水位控制过程,以指导二滩水电站水库运行。
二滩水电站水库2008年初的水位为1196.71m,1月底为l187.94m,降幅为8.77lit;2月末,水位为l178.09m,降幅为9.84m;3月底,水位消落至1165.75m,降幅达12.34m。
而2007年3月底,二滩水库水位为1169.82m,相比之下,2008年第一季度的二滩水库水位消落较快。
4月底水位为1160.25m,水位降幅为9.57m,水位基本符合控制L1标。
经二滩水电开发有限责任公司与电力调度部门积极协调、共同努力,2008年5月3日18时,水位消落至1155.39m,逼近死水位,成功完成了二滩水电站水库2008年汛前供水发电任务。
2008年1~5月,二滩水电站发电量为39.O9亿kW·h,比2007年同期(发电量为36.53亿kW·h)增加了2.56亿kW-h。
2008年1~5月库水化的合理消落,有效降低了发电耗水率。
3降低机组耗水率,加强厂内经济运行管理通过对历年耗水率进行分析,发现二滩水电站厂内负荷分配不尽合理是导致二滩水电站枯水期耗水率增大的主要原因,为此,通过进一步落实精细化管理,制定降低耗水率的技术措施,优化设备运行方式,加强设备状态分析,以提高设备的可靠性、稳定性及机组的等效利用率。
同时,还开展了加深机组进相深度、减少机组空转耗水的试验研究工作,并加大对设备的巡查和日常维护保养力度,以提高设备检修质量,保证设备完好率。
二滩水电站厂内经济运行主要是在系统负荷给定的条件下,根据机组工作特性及运行经验,判断可投入机组发电效率的高低。
通过AGC自动发电控制系统,减少机组空载耗水,合理安排工作机组投入的次序、投运机组组合及机组负荷分配,实现厂内耗
水量最优化控制,从而提高二滩水电站的发电量。
随着电网建设的推进,四川500kV电网结构发生了重大变化,枯期系统无功过剩问题更加突出,在枯水期小负荷运行方式下,二滩水电工程进相调压任务艰巨。
二滩水电开发有限责任公司积极开展机组优化运行、节水增发电工作,多次召开有关节
水增发电的专题会议,协调解决二滩枯水期优化运行方式。
经过积极努力,四川省调度中心2007年2月调整了二滩机组低励
限制整定值,枯期减少一台机组空转,使节水增发电工作取得了一定的效果。
图1为二滩水电站2007年枯平期耗水率分布情
况。
3.1机组空转时间大大缩短
以单机负荷小于6万kW为空转统计,2007年1~3月份,机组累计空转时间为491.2h,比2006年同期机组累计空转时
间(605.07h)减少了近113.87h,尤其是2007年3月份,机组空转时间减少了68.77h(2007年3月机组空转时间为122.2h,2006年3月机组空转时间为190.97h)。
3.2机组耗水率降低
以2007年5月14Et二滩水库降至死水位运行为界,根据2006年及2007年1月1日~5月14习逐日平均水头及耗水率,经统计,得到在相同水头级别运行下的平均耗水率。
对2006年、2007年在185—149m水头段相应的耗水率进行了分析,结果表明,当水头降至170m以下(2007年2月19日以后)时,相同水头下2007年的耗水率明显低于2006年的耗水率水平。
4结语
截止2007年底,四川省电力系统总装机容量为2450.9万kW,其中,水电站装机容量为1377.2万kW,二滩水电站大约占四川省水电总装机容量的24%。
二滩水电站的水电容量也在逐步得到利用,其在川渝电网中的骨干作用和在川渝地区经
济发展中的支撑作用已明显显现。
十年磨一剑。
在二滩人的共同努力下,二滩水电站在水库优化调度及经济运行实践方面走出了一条科学发展的道路。
如何推行雅砻江梯级电站联合优化调度运行,充分发挥梯级电站补偿效益及库容效益,为国家经济发展提供优质电能,将是水电站经济运行研究所面临的课题。
1概述
三峡水库正常蓄水位175m时,回水区长达614km,库面面积约2000km2,水库的长宽比很大,属于典型的河道型水库。
三峡梯级水利枢纽由三峡枢纽和葛洲坝枢纽形成一个串型梯级枢纽,具有防洪、发电、航运等多项综合效益。
电站设计共装有26台单机额定功率为700MW的水轮发电机组,三峡电站全部建成后水库为季调节水库,按防洪、发电、航运的综合利用要求进行调度。
目前,处于围堰发电期,为围堰期运行,一般情况下原则按135m水位控制,初期实时调度中库水位允许在134.7~135.4m范围内运行。
电站属于径流式运行,在电力系统中主要承担基荷和腰荷,非汛期电站有限参与系统的调峰。
洪水调度以确保围堰和枢纽安全为主。
葛洲坝水利枢纽距三峡水利枢纽下游约40km,为长江上游的出口处。
库水位逐步放宽在63.0~66.5m范围内运行,与三峡枢纽联合运行后,利用两坝间水库进行航运反调节,使三峡电站在系统调峰时,保障葛洲坝上下游航运安全。
葛洲坝洪水调度以确保枢纽自身安全为主。
为满足梯级水库调度要求,在上达金沙江的石鼓水文站,下至长江汉口站的广大地区布设报汛站网,重点在重庆至宜昌区间(称三峡区间)还布设自动遥测站。
水情信息收集获取的数据通过处理生成的重要信息形成完整的水库调度自动化数据库系统,以支持系统完成监视、查询、预报、调度等功能。
三峡梯级水库调度根据三峡入库洪水水文预报成果,按水库调度规程要求,考虑枢纽工况等信息进行调洪演算,对天然来水进行合理蓄放,满足水库各项综合利用要求,制定防洪、发电调度计划。
水库实时调度时根据上级调度部门批准的发电计划及防洪主管部门下达防洪计划或调度命令,确定梯级水库的蓄泄对策及闸门的开启程序与方式,制定闸门的操作命令。
如入库来水有变化,则实时提出修正方案,经上级同意后实施。
三峡出库流量加上区间流量即为葛洲坝入库流量,葛洲坝枢纽水库调度在汛期时与三峡枢纽一样,基本按径流方式运行,在非汛期配合三峡反调节运行。
2水库调度原理
2.1水库调度计算
水库常规调洪演算方法使用净库容水量平衡法,不考虑库面蒸发、水库渗漏等损失。
演算时,给定入库流量预报过程后,一般有两种方式,一种是给定水位过程计算出库流量过程,一般用于发电出力预报;第二种是给定出库流量过程计算库水位过程,一般用于防洪调度计算。
由于水库下游水位必须通过出库流量查算,所以,调洪演算时,一般要进行试算。
三峡水库调洪演算时段计算公式为:
ΔQ三入-ΔQ三出=ΔV三/ΔT
式中:
ΔQ三入:
ΔT时段内三峡入库流变化量,(m3/s);
ΔQ三出ΔT时段内三峡出库流量变化量,(m3/s);
葛洲坝水库调洪演算时段计算公式为:
ΔQ三出(t-τ)+ΔQ区-ΔV葛出=ΔV葛/ΔT
式中:
ΔQ三出(t-τ)(t-τ)时刻前,ΔT时段内三峡出库流量变化量,(m3/s);
τ:
三峡出库流量传播至葛洲坝前的传播时间;
ΔQ区:
ΔT时段内三峡至葛洲坝区间入库量变化量,(m3/s);
ΔQ时段内葛洲坝出库流量变化量,(m3/s);
ΔVΔT:
ΔT时段内葛洲坝水库库容变化量,(m3/s);
2.2发电调度计算
电站发电出力计算方法有K值法、出力限制线查算法及N-H-Q曲线查算法3种,一般在制定中长期计划时,使用K值法结合出力限制线查算法计算,在制定短期计划时,使用N-H-Q曲线查算法结合出力限制线查算法计算。
K值法计算公式为:
N=KQH
式中:
:
电站出力,(kW);
Q:
电站发电流量,(m3/s);
K:
电站综合效率系数;
H:
发电净水头,(m)。
三峡K值一般取8.5,葛洲坝一般取8.35。
2.3防洪调度计算
规防洪调度时一般给定库水位上(下)限,当调洪演算水位越上(下)限时,判断可用操作区,根据调度规程开启(关闭)闸门,形成闸门操作命令。
由于要计算出准确的闸门操作时间,计算步长要求很短,一般取5min。
以下以葛洲坝常规调度基本过程为例说明一次闸门操作的计算过程:
①计算越限时段初出入库平衡泄量变化量Q平:
Q平=IQ入-Q出I
式中:
Q入越限时段初出库流量。
Q出越限时段初出库流量。
②n=1。
③计算闸门启闭流量变化量Q泄=Q平+100×n,由此泄量计算开度(取整),维持此开度保持不变计算水位变化过程(从越限时段初开始按计算步长计算至下次越限时停止)。
计算确定最低(高)库水位H,即下一个水位越限时段初至当前越限时段初水位过程间的最低(高)库水位,同时确定下一个水位越限时段初至当前越限时段初的时段长T。
④若H超出库水位下(上)限,则取
Q泄=Q平+100×(n-1),跳出循环。
⑤若T≥最长动门时间,则取
Q泄=Q平+100×n,跳出循环。
⑥n=n+1,转至③。
2.4几个特殊的计算参数
库容差折减系数:
因常规调洪演算使用的是净库容水量平衡方法,但来水实际情况是动库容,因此,在时段计算时,库容差(△V)应乘以库容差折减系数,该系数的取值范围一般为0.~2.0,该系数与入库来水大小,型式及水库调度方式等有关,运用时由水库调度技术人员灵活掌握。
最长动门时间:
一次闸门操作中闸门开启孔数(或闸门开度的大小)一般由人为确定,在引入最长动门时间参数概念后,闸门操作时间及增(减)下泄流量可以准确计算,较好的解决了闸门操作的自动计算的实用化问题。
下游站水位差:
水库出库流量与下游站水位流量关系对发电流量计算关系很大,该关系受出库流量的涨退水及枢纽的运用方式的影响定线误差较大,引入下游站水位差参数消除其影响。
三峡至葛洲坝洪水传播时间:
目前三峡至葛洲坝洪水传播时间一般取40min,通过该参数使三峡与葛洲坝的调洪演算有机地结合起来。
3系统介绍
3.1软件总体介绍
WDS9002系统应用软件是以网络数据服务子系统为核心,连接了数据库系统的应用软件各子系统,三峡-葛洲坝梯级枢纽常规水库调度系统是该应用软件系统的一部分。
高级应用部分软件的业务流程如下:
开始→信息采集、处理、入库(水情实况、雨情实况、上游水情预报、降雨预报、枢纽运行信息等)→坝址流量预报制作→发电调度→洪水调度→调度方案实施(闸门启闭、水位调节、冲沙排漂、下泄流量控制等)
3.2发电调度
发电调度是已知水库的入流
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- 关 键 词:
- 水库 梯级 调度