潘口建库对黄龙滩发电效益影响研究.pdf

133第 46 卷 第 08 期2023 年 08 月Vol.46No.08Aug.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation1 潘口、黄龙滩水电站概况堵河为汉江中上游南岸一大支流，发源于大巴山北麓，有西、南两源：汇湾河与官渡河，在两河口汇合后称堵河。潘口与黄龙滩水电站依次位于堵河下游，形成梯级串联水库群。黄龙滩水电站位于鄂西北山区堵河下游、十堰市黄龙镇以上 4 km 的峡谷出口处，坝址以上控制流域面积 11 140 km2，年径流量 60.4 亿 m3，为不完全年调节水库。总库容11.625亿m3，工程以发电为主，同时具有工业供水，农田灌溉，改善航运，发展渔业等综合效益。2005 年黄龙滩机组改造扩建，电站装机增容至 510 MW。潘口水电站位于湖北省堵河下游河段，下距湖北省十堰市竹山县城 13 km，坝址以上流域面积8 950 km2，年径流量 51.8 亿 m3，调节库容 11.2 亿 m3，为年调节水库，工程以发电为主，兼有防洪、灌溉，梯级补偿等综合效益。潘口于2008 年 12月正式发电。2 基本研究资料潘口水电站建成后，与黄龙滩形成串联水库群，研究统一采用竹山站历史水文资料作为潘口建库前后的入库流量，以正常蓄水位、防洪限制水位、死水位，以及各电站的装机容量、保证出力、最大过机流量等为约束条件，结合水位库容曲线、尾水水位流量曲线，以发电量最大为目标1，研究潘口、黄龙滩单库优化调度及联合优化调度的发电效益2。潘口与黄龙滩水电站的基本特征参数见表 1。表 1 潘口、黄龙滩水电站主要特征参数黄龙滩潘口调节性能不完全年调节年调节正常蓄水位/m247355相应库容/百万 m3787.271 970防洪限制水位/m247355正常死水位/m226330相应库容/百万 m3344.13850装机容量/MW510500保证出力/MW5086.7最大过机流量/m3/s7466843 潘口、黄龙滩单库发电调度分析3.1 黄龙滩单库发电调度假设潘口水电站未建，以竹山站历史多年平均旬时段入流作为黄龙滩的入库流量，设黄龙滩初始水位为 230 m，分别采用常规算法设计调度图模拟法3和优化算法逐次逼进动态规划法4（DPSA）求解黄龙滩的年发电计划，发电结果见表 2。收稿日期：2023-07-11作者简介：于 茜（1986-），女，工程师，从事梯级优化调度、运行管理、工程标准化管理等工作。潘口建库对黄龙滩发电效益影响研究于 茜（中国南水北调集团东线有限公司，北京 100053）摘 要：潘口建库之后与黄龙滩形成汉江支流堵河上的梯级水电站，本文基于单库逐步优化算法（POA），采用逐次逼进动态规划（DPSA）梯级优化算法与设计调度图模拟法求解梯级调度模型，对比潘口、黄龙滩单库优化调度与潘黄两库联合优化调度结果，分析潘口位于黄龙滩上游，对黄龙滩发电调度的影响情况。最终得出结论，具有年调节性能的潘口水库可充分调节黄龙滩的入库流量，不仅提高了黄龙滩的防洪标准，更加大了黄龙滩的发电效益，取得了良好的社会效益。关键词：梯级水电站；优化算法；POA；DPSA中图分类号：TV736文献标识码：A文章编号：1672-5387（2023）08-0133-03D O I：10.13599/ki.11-5130.2023.08.037134第 46 卷水 电 站 机 电 技 术表 2 黄龙滩单库调度发电结果表设计调度图模拟法逐次逼进动态规划法增发电量增发百分比/%平均出力/MW95.699.2-发电量/万 kW h82 599.2685 713.513 114.253.8根据黄龙滩设计调度图模拟计算，黄龙滩年平均发电量为 82 599.26 万 kW h，若采用优化算法对全年水位过程进行优化，可增加发电量 3 114.25 万 kW h，提高 3.8%。DPSA5单库优化的黄龙滩年水位过程如图 1 所示，发电过程如图 2 所示。可见，黄龙滩单库优化调度规律是，时段初降低水位加大发电流量，既补充来水不足，又腾空库容做汛前准备，自汛期开始不断蓄水抬高水头，保持高水头发电，时段末加大流量利用高水头多发电的同时，再消落至初始水位。因而，其全年各时段的发电量会出现汛期和年末两个过程较高。图 1 DPSA 单库优化黄龙滩水位过程线图 2 DPSA 单库优化黄龙滩发电量柱状图3.2 潘口单库发电调度若潘口水电站建成后，只考虑其独立运行情况，以竹山站历史多年平均旬时段入流作为潘口的入库流量，设潘口初始水位为 340 m，分别采用常规算法设计调度图模拟法和优化算法逐次逼进动态规划法（DPSA）求解潘口的年发电计划，发电结果见表 3。表 3 潘口单库调度发电结果表设计调度图模拟法逐次逼进动态规划法增发电量增发百分比/%平均出力/MW102.1113.9-发电量/万 kW h88 188.8998 377.7410 188.8511.6根据潘口设计调度图模拟计算，潘口年平均发电量为 88 188.89 万 kW h，若采用优化算法对全年水位过程进行优化，可发电量 98 377.74 万 kW h，增发 10 188.85 万 kW h，提高 11.6%。在相同的入流条件下，潘口水电站的优化调度作用明显高于黄龙滩水电站，这是由于潘口具有年调节性能，而黄龙滩仅具有不完全年调节性能，因而潘口水库的调节作用远大于黄龙滩，优化效果更为显著。DPSA 单库优化的潘口年水位过程如图 3 所示，发电过程如图 4 所示。可见，潘口单库优化调度规律与黄龙滩相似，均为先降低水位，腾空库容，汛期蓄水抬高水位以高水头多发电，汛末水位逐渐消落，年末降至初始水位。由于潘口库容大，调节能力强，汛期可调控使水位均匀缓慢蓄起，因而其发电量均匀稳定，仅在汛末和年末出现两个发电量高峰。图 3 DPSA 单库优化潘口水位过程线图 4 DPSA 单库优化潘口发电量柱状图4 潘口、黄龙滩联合发电调度分析潘口水电站建成后，在堵河上与黄龙滩形成串联水库群，对两库进行梯级联合发电调度分析，以竹山站历史多年平均旬时段入流作为潘口的入库流量，假设黄龙滩与潘口无区间流量，设潘口初始水位为 340 m，黄龙滩初始水位为 230 m，分别采用常规算法设计调度图模拟法和优化算法逐次逼进动态规划法（DPSA）求解梯级年发电计划，发电结果见表 4。表 4 潘口、黄龙滩梯级调度发电量结果表单位：万 kW h设计调度图模拟法逐次逼进动态规划法增发电量增发百分比/%潘口88 188.8998 261.2510 072.3611.4 黄龙滩71 53291 647.7820 115.7828.1 梯级总计159 720.89189 909.0330 188.1418.9 135第 08 期于 茜：潘口建库对黄龙滩发电效益影响研究前面已经分析过，采用逐次逼进动态规划法对潘口、黄龙滩进行单库优化，发电量增发效果显著，在同样的已知条件下，采用该方法进行潘口、黄龙滩梯级优化调度计算，较常规梯级调度图模拟可增发电量 30 188.14 万 kW h，增发 18.9%，充分体现了该方法的梯级寻优能力。研究以 DPSA 优化结果分析潘口、黄龙滩梯级优化调度发电量与该两库单库优化调度发电量，结果对比情况见表 5，潘口与黄龙滩的梯级优化水位过程线分析见图 5、图 6。表 5 潘口、黄龙滩梯级与单库调度发电量优化结果对比表单位：万 kW h单库梯级增发电量增发百分比/%潘口98 377.7498 261.25-116.49-0.1 黄龙滩85 713.5191 647.785 934.276.9 总计184 091.25189 909.035 817.783.2 潘口、黄龙滩联合优化后，潘口优化发电量比单库优化时减少了 116.49 万 kW h，黄龙滩梯级优化发电量比其单库时多了 5 934.27 万 kW h，增发了6.9%，整个梯级优化较各电站分别单库优化增发5 817.78 万 kW h，增发了 3.2%。可见，潘口、黄龙滩联合优化调度后，潘口牺牲了自身发电效益，充分发挥梯级补偿作用，大大提高了黄龙滩的发电量。图 5 潘口梯级优化与单库优化水位过程线对比图图 6 黄龙滩梯级优化与单库优化水位过程线对比图如图 5 与图 6，潘口梯级联合运行与单库优化调度相比，水位过程线几乎无变化，仅在调度期末略提前降低水位回落，而黄龙滩在梯级联合运行之后，其水位过程与单库优化调度差异较大，不再遵循单库优化调度规律，以调度期内时段初蓄水抬高水头，时段末加大流量利用高水头多发电的方式提高黄龙滩的发电量。黄龙滩单库优化时，由于调度期初来水较少，为了多发电，只能降低水位，加大流量，至来水增多，才蓄水抬高水头，以高水头发电；而黄龙滩梯级优化时，由于上游潘口的调节作用，自调度期初就有充足的水量抬高水位以高水头多发电，至第 4 时段，由于上游潘口降至死水位，无法继续调节出库流量，黄龙滩水位略有降低，加大流量增加发电量，后期来水增大，潘口、黄龙滩都蓄至高水位运行，由于黄龙滩库容比潘口小，因而比潘口更快蓄满，充分利用高水头大流量增加发电量。同时，在堵河来水不大的情况下，潘口汛前腾空库容即可满足洪水调度要求，由于龙头电站潘口的调节作用，下游黄龙滩不用汛前腾空库容，而是保持较高水头，利用潘口的出库流量增加发电量。图 7 潘口投产运行前后黄龙滩发电量对比图5 结论潘口投产运行之后，对黄龙滩的发电量影响很大，显著提升黄龙滩的发电效益。潘口作为堵河流域潘口、黄龙滩梯级串联的龙头电站，充分发挥其调节补偿的作用，通过其调控，不仅能增加黄龙滩的发电量，还能利用潘口水库的滞洪库容，控制下泄流量，提高黄龙滩的防洪标准6，为整个堵河以及汉江流域带来巨大的社会效益和经济效益。参考文献：1黄强，畅建霞.水资源系统多维临界调控的理论与方法M.北京：中国水利水电出版社，2007.2马光文，刘金焕，李菊根.流域梯级水电站群联合优化运行 M.北京：中国电力出版社，2008.3张铭.水电站水库调度图及短期优化调度研究 D.武汉：武汉大学，2004.4宗航，李承军，周建中，等.POA 算法在梯级水电站短期优化调度中的应用 J.水电能源科学，2003（3）：73-75.5李义,李承军，等.POA-DPSA 混合算法在短期优化调度中的应用 J.水电能源科学，2004（1）：37-39.6余蔚卿，饶光辉，谢敏.三里坪和寺坪水库对汉江中下游防洪的作用 J.湖北水力发电，2008，74（1）：69-72.