翠江电厂库容优化调度与经济运行.docx

翠江电厂优化调度与经济运行初探
何新娥1 李金林2
（1．湖南省郴州市苏仙区翠江水力发电厂有限公司 湖南 郴州423000
2． 湖南省郴州市湘粤水电建筑安装公司 湖南 郴州423000）
摘要：本文根据翠江电厂水库特征参数以及网络负荷的结构特点，从提高水能利用率、优化机组运行方式、提高综合电价等方面，就径流式电站如何利用有限的水资源发挥最好的经济效益进行了探讨。
关键词：水电站 优化调度 经济运行 效益
Preliminary Discussion on Optimized Dispatch and Economic Operation of Cuijiang Power Plant
He XinE Li JinLin
Abstract: The paper takes the example of Cuijianowg per plant, based on this reservoir station characteristics and factors as well as load network structure, from the standing of raising water energy utilization rate, optimizing unit operation mode, raising the comprehensive electricity price etc. discusses the ways that the run-off hydropower station shall take to optimize the water resources and give full play to the best economic benefits
【Keyword】：Hydropower station;Optimized dispatch;Economic operation;Benefits

1、翠江电厂工程概况
翠江电厂（原石面坦电站）位于湖南省郴州市苏仙区五里牌镇石面坦村，是湘江支流耒水流域梯级开发的第四级，以发电为主、兼顾灌溉。坝址以上集水面积为5992km2，占耒水流域面积的51%，（其中东江水库控制面积为4719km2、东江至坝址区间集雨面积为1273km2），坝址河面宽约260m。翠江水力发电厂属径流式日调节电站，正常蓄水位为125.00m，相应库容为1560万方，发电死水位为123.50m，调节库容610万方，无防洪库容。多年平均流量175m3/s，多年平均径流量55亿m3，总装机容量3×9300kw，设计多年平均发电量1.12亿kwh。电厂承担上游城区与乡镇的农田、农场、渔场等防洪任务。
其上游34km处，已建有大型龙头水库东江电厂，其总库容达81.2亿m3，有效库容56.7亿m3，为多年调节水库。大东江下游9km有小东江电厂，是大东江的反调节电站。三级鲤鱼江电厂正在规划中。东江电厂汛期以蓄水为主，由于东江电厂采用非常运行方式，该库建成后完全改变了下游地区的水文特性。这种水系梯级特有的调蓄能力，为其下游几个梯级电站创造了良好的开发条件。

2、优化调度的背景
随着经济的快速发展，电力生产的供需矛盾也日见突出，在国家加大新的电源、电网投资、建设的同时，如何充分发挥现有电站的潜能，提高其水能利用率，使水电站的运行由粗放式转向集约化，引起了发电企业的广泛关注。
翠江水力发电厂采用富春江水轮发电设备总厂生产的灯泡贯流式发电机组，水轮机型号为GZ(F02)—WP—410，设计单机引用流量136m3/s；设计水头7.94m，最高水头9.96m，最低水头5m。电站的负荷主要有三大部分：一条是通过110kV线路502线与郴电国际电网并网；另一条是通过412线路向苏仙区电力公司供电，主要是商业和民用电，这部分负荷相对稳定，但必须优先保障供电，且电能质量要求相对较高；再有就是近区几家高能耗直供用户，电价相对较高。由于502线实行季节分时电价（详细见表一），且丰谷电价相差44%，412线在502线季价的基础上上浮0.03元/kwh，但不分时；近区直供用户根据产品行情进行生产，枯水和平水期有时不能完全满足高耗能用户供电，这部分用户根据来水情况按计划安排供电，执行合同电价，不实行分时电价，在丰水期采取一定的优惠政策鼓励其进行生产，以提高供电均价。
如何优化调节库容、合理分配供电负荷是提高供电均价，是增加企业生产效益的重要关键。
502线上网分时电价表（表一）
分期、分段
月份
季价
尖峰、高峰段比季价上浮14%；平段实行季价；谷段比季价下浮30%；412线比相应季价高0．03元/KWH；近区用户实行合同电价。
丰水期
04、05、06、10
0．25元/KWH
平水期
03、07、08、09
0．28元/KWH
枯水期
11、12、01、02
0．32元/KWH
尖峰
19：00~22：00
高峰
8：00~11：00，15：00~19：00
平段
07：00~08：00，11：00~15：00，22：00~23：00
谷段
23：00~次日07：00

3、水库优化调度
库容调节可以分常规调节和优化两类。常规调节以调度规则为依据，利用径流调节理论和水能计算方法来确定满足水库既定任务的蓄泄过程，其方法简单、直观，但调度结果不一定最优；优化调节则是一种以水库为中心的水利水电系统的目标函数，拟订其应满足的约束条件，然后用最优化方法求解，由目标函数和约束条件组成的方程组，使目标函数取得极值的水库控制运用方法。
梯级水电站优化调度需要综合考虑水、机、电诸方面，约束条件复杂，调度目标形式多样。优化调度综合考虑当时水电系统的运行状态（水库水位、流量等）和电网的的实际状况，制定水库的切实可行的运行方案，灵活运用与实施。由于降雨的时空分布在年内与年际分布极不均匀，水电站水库来水年内一般也很不均匀，翠江电厂的入库流量已通过大东江水库进行了再次分配，因此电厂在不同时期运行的侧重点是不同的。汛期由于来水量较大，此时水电站优化运行侧重于提高水量利用率，减少弃水量，增发电量；枯水期径流量较小，一般不会弃水，则要考虑充分利用水能，如提高发电水头。
3．1总的调度原则是：在确保大坝工程以及机组设备安全的前提下，充分利用水资源、力求最大限度地发挥电站经济效益。汛期行洪期间上游水位控制在124.60m以下，确保上游防洪安全的同时兼顾发电效益。具体措施如下：
3．1．1及时、准确了解库区水文与气象预报资料，对来水量进行分析预测，根据上游来水调节下泄流量，丰水期以充分利用水量为主，尽量满发满供，确保少弃水或不弃水。
3．1．2枯水期，尽量提高上游水位以增加发电水头，使机组在高效区运行，以充分利用水能，降低单位电度耗水量，使相同的来水量发更多的电。针对现在实行分时电价，且峰、谷电价相差较大，在来水量偏少的情况下，合理分配一天的负荷非常重要，峰段多发多供、谷段蓄水，使相同的发电量以期获得尽可能大的经济效益。
3．1．3利用短期天气预报精度较高的优势，汛期在暴雨来临之前加大出力，预泄腾库，拉低上游水位，既可重复利用库容，又可达到错峰削峰的效果，同时减轻上游淹没损失。汛末及时截拦洪尾抢抓效益。
3．2来水流量分析。
由于电厂流域内没有建立雨量站网，水文、气象、降雨径流预报还不够准确，加之近区负荷变化较大，有时难以利用来水流量进行平衡调节。如当预报上游出现一个较大流量、而实际来水量小于预报的流量时，按预报来水量安排运行方式，可能造成水位下降很快，给回蓄造成一定困难，造成长时间低水位运行，使发、供电受到严重的影响。相反，如果预报上游来水量小而实际来水量大时，而库容调节能力有限，可能造成水位上升很快，甚至提闸放水而造成大量弃水。因此，为了充分合理地利用来水流量，并综合考虑发电、防洪之间的企业效益与社会效益，尽可能实现优化运行。
通过与东江电厂水调中心签订水文情报拍报协议，每3小时（08时、11时、14时、17时、20时、23时、02时、05时）东江水调中心向翠江拍报小东江实时出库流量，如出库流量变幅超过50m3/s，则及时加报。东江流量400m3/s到翠江坝址的传播时间太约为3小时。根据东江拍报流量、入库流量、负荷情况、实际水位等因素进行综合分析，对有限的可调库容实行动态调度。汛期根据降雨径流情况预测、估算区间入流，及时调整机组出力，合理调节、优化调度，通过多种途径节能降耗、挖潜增效，力求将有限的水资源创造最好的经济效益。
3．3日运行方式。如果按设计要求保持在正常蓄水位时，根据来水流量的多少增减负荷，这种运行方式在入库流量不是随负荷变化而变化的情况下，不能满足负荷变化的要求。为了增加有效调节库容，在实际运行中非汛期我们将上游正常蓄水位由125.00m提高到125.20m，使可调库容增加了108万方，可调节电量2.34万kW.h。为了充分利用丰枯、峰谷电价政策，提高综合电价水平，结合系统实际，采用了以下几种运行方式：
3．3．1在枯水期或平水期的枯水时段，当日平均入库流量小于120m3/s、库区水位控制在125.00~125.20m运行，一般由单机运行，主要考虑保证412线和近区用户供电。
3．3．2在枯水期丰水段或平水期的平水段，当日平均入库流量大于150m3/s、小于400m3/s，充分利用有限的调节库容实行动态补偿调节。根据东江电厂实时出库流量和我站入库流量预报和大坝水位预测，利用有效库容和消落水位，结合负荷的变化，在保证出力水位调度线和加高水位出力调度线上进行动态补偿调节。具体调节方法是：每天23时至次日7时降低出力，提高水位至125.00m以上；6时至7时压负荷清污,以保障峰段机组出力状况良好,8时至11时加大出力调早峰，水位降至124.80m左右；中午11时至15时适当降低出力，提高水位至125.00m以上，为晚高峰做准备；15时至22时加大出力调晚高峰，水位降至124.90m以下，但最低不能低于124.60m，如果低于此水位，由于来水流量较小，将难以恢复至正常水位。这种运行方式，充分利用了有效库容，较好地解决了入库流量不足的问题。但是开停机相对会比较频繁一点。
3．3．3在枯水期的丰水段或丰水期的平水段，当日平均入库流量大于300m3/s而小于400m3/s、库区水位尽量控制在125.00~125.20m运行，这是一个比较理想的来水状态,这时我们以充分利用水量为主,不需要进行日调节，三台机组全部满发,同时尽量保持较高的运行水头,因为这时下游水位相对偏高,毛水头为9m左右,机组出力在8.2~9.0MW之间。　
3．3．4当日平均入库流量大于400m3/s(丰水期)时，这时需要通过局部均匀开启弧形闸门来控制调节水位。洪水期间，如果出库流量大于2500m3/s或下游水位超过119m，会因为水头太低出力受限，那时只有全面开闸泄洪，上游水位可降至124.20m以下，待洪水退至1500m3/s以下时及时关闸蓄水，机组带适当负荷运行。
4、优化机组运行方式
4．1流量一定，出力最大化。
因1#F水轮机2005年进行了增容改造，与2#、3#机耗水率有明显差别。入库流量一定时选择何种组合运行方式总出力最大，或者说在相同流量下选择何种组合运行方式所发电量最多，要根据入库流量、负荷变化情况来灵活安排。如在高水头时，1#F机的出力明显要高于2#F、3#F机。当上游来水量（流量在100~120m3/s）刚好够一台机组满发时，可用1#F机运行。　　
4．2出力一定，流量最小化。
发电机出力大小主要取决于流量和水头。入库流量受天然降雨和上游来水多少的制约，人为无法控制，而控制发电水位，可以获得增量发电效益。在机组正常运行情况下，下游水位变化不大。不考虑下游水位变化对发电的影响，当上游水位提高相应地提高了发电水头，且尽量使机组避开振动区安排在高效区运行，使相同的出力所耗水量最小，可以降低单位电度耗水，提高水能利用率，获取较好的经济效益。
4．3实现机组协联运行于稳定区域，保证机组长期高效、稳定运行。
根据水电站的来水情况、日负荷计划或即将面临的负荷预测资料，事先进行机组启、停最优化计算，确定改变工作机组组合的合理性，使机组的启、停按最优化准则进行，在实际运行中进行厂内负荷的实时自动给定；在给定的全厂负荷下，进行工作机组台数和机组组合的最优化计算，并按最优化准则选择工作机组的台数和机组号，实现工作机组间负荷的最优分配。

5．经济效益分析
通过一系列的优化调度，每年在不增加投入的情况下可增发电量1.5~3.0%，平均供电均价可提高0.01元/kwh 。
即可多发电量： 1.12亿kwh*1.5%=168万度
1.12亿kwh*3.0%=336万度
按年平均供电均价0.3元/kwh计算
168*0.3=50.4万元
336*0.3=100.8万元
1. 12*0.01*10000=112万元
每年可增加发电收入162.4~212.8万元,经济效益是非常明显的。

6．结束语
总之，如何充分、合理有效地将有限的水资源，生产出更多的优质电能，搞好径流式电站的优化调度，最大限度地提高水电企业的生产效益，是水电站调度人员应深入研究和探讨的课题。本文对翠江电厂的经济运行作了一些初步探讨，更多更深入的探讨还有待于更多的工作人员在以后的生产运行中作更多的研探。

参考文献：[1]施嘉炀 水资源综合利用 中国水利水电出版社1995
[2]齐学义 李沛 人工智能与水电站经济运行 中国论文下载中心2006

作者简介：何新娥(1972—)女 注册二级建造师 工程师
通迅地址：湖南省郴州市苏仙区翠江水力发电厂有限公司 邮政编码：423000
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