大藤峡水利枢纽主汛期发电优化调度研究.pdf

:/.:/第 卷 增 人民珠江 年 月 收稿日期:作者简介:朱磊()男硕士工程师主要从事水文水资源等工作 :.大藤峡水利枢纽主汛期发电优化调度研究朱 磊王占海刘喜燕(中水珠江规划勘测设计有限公司广东 广州)摘要:大藤峡主汛期 月承担防洪、航运、灌溉和发电等多项任务为了协调各项任务间的关系以充分发挥工程效益通过约束法将多目标决策问题转化为单目标问题采用汛限水位动态控制对发电调度方案进行优化提出了大藤峡主汛期 月水位动态控制调度方案并采用优化前、后的调度方案进行调节计算 分析计算结果表明:与目前采用的固定水位调度方案相比动态控制调度方案同样能够满足防洪、生态、航运和淹没等要求并能显著增加发电效益关键词:多目标动态水位发电优化调度大藤峡水利枢纽中图分类号:.文献标志码:文章编号:()大藤峡水利枢纽位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峡出口弩滩上工程开发任务为防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用是保障西江下游粤港澳大湾区水安全的主要屏障 大藤峡水利枢纽自 年 月开工建设首台机组已于 年 月发电计划 年底工程完工大藤峡正常蓄水位.汛期 月与龙滩水库联合运行共同承担下游防洪任务需要在正常蓄水位之下预留 亿 防洪库容防洪起调水位.从防洪安全角度考虑大藤峡主汛期 月发电调度目前采用按固定水位.运行的调度方式 该运行调度方案虽然充分考虑了防洪要求但最高运行水位偏低导致发电水头较低影响机组运行效率和发电效益库区通航里程和灌区提水扬程也受到影响 制约了工程的综合效益发挥 为了协调防洪与发电等任务间的矛盾本文通过汛限水位动态控制对发电调度方案进行优化与传统的调度方法相比汛限水位动态控制在不降低水库防洪标准、确保水库及上下游防洪安全的前提下通过充分利用防洪与兴利间的结合库容达到提高洪水资源和水能资源利用率的目的 王本德等在总结大伙房、碧流河等水库调度经验的基础上对水库汛限水位动态控制理论、方法和应用进行了系统的分析和研究并归纳了包括预蓄预泄法在内的多种汛限水位动态控制方法 高波等在分析汛限水位主要影响因素和约束条件后提出了水库汛限水位调整综合分析论证所应遵循的原则、风险设计分析论证的框架、定量分析方法和论证汛限水位调整合理性的方法 冯平等探讨了洪水预报误差对水库动态汛限水位控制调度风险的影响并针对该影响提出了估算方法 张改红等利用洪水预报和短期降雨预报估算预见期内的预蓄预泄能力和起调水位提出汛限水位实时动态控制模型并对动态调度的风险因素和概率进行了分析和计算 任明磊等针对洪水汇流速度快、依据洪水预报信息决策时效短的水库结合降雨预报信息对预蓄预泄法进行了改进 赵云发等结合水情气象预报研究了三峡水库动态汛限水位控制运行方式结果表明汛限水位动态控制在不增加下游防洪压力的前提下还可以增大三峡的发电效益 北江飞来峡水利枢纽采用提前 预泄调度方式对水库水位进行动态控制取得了不错的效果人民珠江 年增刊 针对汛限水位动态控制虽然开展了较多研究在国内也成功应用于不同的工程中但由于水库自身条件、流域水文气象特点和承担工程任务均有所差异因此研究不同水库汛限水位动态控制时均有不同的侧重点 大藤峡主汛期 月承担防洪、航运、灌溉和发电等多项任务通过汛限水位动态控制进行发电优化调度的关键是协调好各项任务间的关系是个典型的多目标决策问题 本文通过约束法将其转化为单目标问题在满足其他约束条件的前提下寻求发电效益最优的运行调度方式 优化调度模型在优先满足防洪、航运、灌溉等目标前提下进一步优化发电调度方案通过优化调度模型实现各目标间的耦合以充分发挥工程效益.目标函数以防洪、航运、发电和灌溉的综合效益最大化为目标的目标函数为:()()式中 防洪效益 航运效益 发电效益 灌溉效益将防洪、航运、灌溉等效益作为约束条件将发电效益作为主要目标将多目标模型转换为满足约束条件下的单目标问题:()()式中 调度期初始时刻 调度期结束时刻()第 时段的平均出力 第 时段的发电流量 第 时段的平均水头 时段长度.约束条件.坝前水位约束.防洪要求主汛期 月大藤峡与龙滩水库联合运行共同承担下游防洪任务在正常蓄水位以下预留 亿防洪库容防洪起调水位为.因此在进入防洪调度前需将库水位降低至.以保证发电调度与防洪调度顺利衔接.()式中 进入防洪调度前坝前水位.库区淹没要求各级流量对应水位应不超过库区淹没线要求的坝前水位库区淹没控制线见图()()式中 第 时段坝前水位()第 时段入库流量对应的淹没控制坝前水位图 大藤峡库区淹没控制线.流量约束()式中 第 时段出库流量 第 时段允许最小出库流量以满足下游生态、航运等要求 第 时段允许最大出库流量.下游水位变幅约束为了保障下游航运安全下游水位变幅不能太大按时变幅 控制()/()式中、第 时段和第 时段坝下水位.出力约束()()式中 第 时段出力()第 时段预想出力 电站装机容量.计算流程在满足各约束条件的基础上通过试算求得不同流量级对应的最高水位即可作为运行调度规则计算流程见图 人民珠江 年增刊 图 计算流程 调度方案.固定水位调度方案为了确保实现工程的防洪任务并有效减少水库淹没目前大藤峡主汛期 月采用固定水位调度方案将水位固定在.运行 当上游红水河的迁江站、柳江的柳州站和洛清江的对亭站三站的实测流量之和大于 /时水库从发电调度转入防洪调度水库水位进一步降低至.以减少淹没 调度规则见表 该运行调度方案虽然充分考虑了防洪要求但最高运行水位.比正常蓄水位.低.平均发电水头.仅占额定水头.的.运行水位偏低降低了机组运行效率和发电效益而且减少了库区通航里程和增加了灌区提水扬程制约了工程的综合效益发挥表 固定水位调度方案汛期 月调度规则三站合成入库流量/()当前库水位/水库下泄量/()要求达到水库水位/备注.().停止发电进一步降低水位减少淹没注:迁江、柳州、对亭三站实测流量()坝址前 下泄流量坝址当前流量水库水位.动态控制调度方案根据大藤峡主汛期 月日平均流量排频成果(图)入库流量大于 /的概率约为.由此可见入库流量大于 /即发生洪水的概率较低大部分情况下入库流量较小此时可适当抬高水库水位以增加发电效益而不会加大防洪压力和增加库区淹没 但在洪水来临前需将水位降至.以与防洪调度衔接降低水位过程中控制各级流量对应的坝前水位以满足库区淹没要求腾空库容过程中控制下泄流量最小值和增幅以满足下游生态等用水需求和水位时变幅要求因此在满足各约束条件下求得不同流量级对应的最高水位即可作为发电调度规则见表 由表 可知动态控制调度方案可将主汛期 月最高发电运行水位抬高至.比正常蓄水位.仅低.平均发电水头.略低于额定水头.可以增加机组运行效率和发电效益并增加库区通航里程、降低灌溉提水扬程图 大藤峡主汛期 月日平均流量保证率曲线人民珠江 年增刊 表 动态控制调度方案汛期 月调度规则三站合成入库流量/()要求达到水库水位/备注.最高发电运行水位 .防洪起调水位.停止发电 结果分析.约束条件满足情况根据“峰高、量大”对防洪偏不利的原则选取了“”“”“”“”等洪峰发生在主汛期 月的 场洪水分别采用固定水位调度方案和动态控制调度方案进行调节计算以验证不同调度方案对防洪、生态、航运等约束条件的满足情况结果见表 表 不同调度方案对各约束条件满足情况对比典型洪水 /流量时坝前水位/固定水位调度方案动态控制调度方案突破淹没控制线次数/次固定水位调度方案动态控制调度方案“”.“”.“”.“”.典型洪水最小下泄流量/()固定水位调度方案动态控制调度方案坝下水位最大时变幅/固定水位调度方案动态控制调度方案“”.“”.“”.“”.根据表 可以看出 当洪水来临流量达到 /时动态控制调度方案坝前水位虽然略高于固定水位调度方案但均低于防洪起调水位.同样满足防洪调度要求 种调度方案均未突破库区淹没控制线满足库区淹没要求 种调度方案最小下泄流量均为 /坝下水位最大时变幅均小于 满足生态和航运要求 因此与固定水位调度方案相比动态控制调度方案同样能够满足防洪、生态、航运和淹没要求.发电效益分析选取 年共 年 月日平均流量过程分别采用固定水位调度方案和动态控制调度方案进行电能计算结果见表 与固定水位调度方案相比动态控制调度方案可将汛期 月最高发电运行水位由.抬高至.最大发电水头由.抬高至.发电平均水头由.抬高至.多年平均发电量由.亿 增加至.亿 增加约.由此可见动态控制调度方案可显著增加发电效益表 不同调度方案电能指标对比发电指标固定水位调度方案动态控制调度方案最高运行水位/.最大发电水头/.发电平均水头/.多年平均发电量/(亿).结论本文采用汛限水位动态控制对大藤峡主汛期 月发电调度方案进行优化提出了动态控制调度方案与目前采用的固定水位调度方案对比得出以下结论)固定水位调度方案主汛期 月最高运行水位即为防洪起调水位.虽然充分考虑了防洪要求但水位偏低影响了航运、灌溉、发电等综合效益的发挥)主汛期 月入库流量大于 /的概率较小在小流量时通过汛限水位动态控制将最高运行水位抬高至.发生洪水前再将水位降至防洪起调水位.可以在保证防洪安全的人民珠江 年增刊 前提下增加库区通航里程、降低灌溉提水扬程并增加发电量)主汛期 月承担的防洪、航运、灌溉、发电等各项任务间彼此联系又相互制约本文通过约束法将多目标决策问题转化为单目标问题在优先满足防洪、航运等目标前提下进一步优化发电调度方案以充分发挥工程效益 但本文以发电效益最优为主要目标防洪、航运等其他效益仅作为约束条件而如何实现各项任务的综合效益最优仍需进一步研究参考文献:中水东北勘测设计研究有限责任公司中水珠江规划勘测设计有限公司.大藤峡水利枢纽工程初步设计报告.廖志伟.大藤峡水利枢纽的战略地位和效益研究.中国水利():.陈杨.大藤峡水利枢纽工程首台机组投产发电.人民珠江().胥加仕吕忠华郭东浦.大藤峡水利枢纽建设思路调整与效益分析.中国水利():.钟平安.防洪限制水位研究的几点思考.河海大学学报(自然科学版)():.王本德周惠成.水库汛限水位动态控制理论与方法及其应用.北京:中国水利水电出版社.高波王银堂胡四一.水库汛限水位调整与运用.水科学进展():.冯平徐向广温天福等.考虑洪水预报误差的水库防洪控制调度的风险分析.水力发电学报():.张改红周惠成王本德等.水库汛限水位实时动态控制研究及风险分析.水力发电学报():.任明磊何晓燕丁留谦等.基于改进预泄能力约束法的水库汛限水位分期动态控制域确定及应用.中国水利水电科学研究院学报():.赵云发刘志武张继顺.三峡水库动态汛限水位控制范围探讨.水电自动化与大坝监测():.戴力群.飞来峡水利枢纽水库运行调度方式.人民珠江():.王先甲.水资源持续利用的多目标分析方法.系统工程理论与实践():.陈南祥李跃鹏徐晨光.基于多目标遗传算法的水资源优化配置.水利学报():.叶秉如.多目标规划的理论、方法及在水资源规划中的应用.河海大学科技情报():.(责任编辑:高天扬)(上接第 页)李国杰刘松郭涛等.技术在航道整治工程全生命期的应用.():.董思远范海文张金刚.技术在内河航道工程中的应用.():.黄鹏嘉王广铭丘仕能.大藤峡工程项目管理系统的设计与实现.水利信息化():.吴文勇焦柯童慧波等.建筑结构设计过程的研究与实现.建筑结构():.裴彦飞苏芮苏谦.基于 的中低速磁浮土建构件管理平台开发.铁道标准设计():.王雪青任远杨秋波 的国际发展态势 基于网站内容分析.工程管理学报():.满庆鹏李晓东基于普适计算和 的协同施工方法研究.土木工程学报():.(责任编辑:程 茜)