三峡-葛洲坝梯级电站优化调度的探索与实践

袁杰,邹鹏

(三峡梯调通信中心,湖北宜昌443133)

0 引言

三峡水利枢纽梯级调度通信中心是三峡总公司所属电站的运行调度和协调机构，主要职能是在发挥三峡-葛洲坝梯级水利枢纽防洪作用和确保航运安全的前提下，最大限度地发挥梯级枢纽的综合效益。三峡梯调成立之初，中国长江三峡工程开发总公司(以下简称三峡总公司)在对国内外现有梯级枢纽调度模式进行全面考察和科学系统分析的基础上，结合国家电力体制改革形势发展的总体趋势，在国内率先创造和实施了适合三峡梯级枢纽运行特点的调度模式——梯级枢纽水电联合调度管理模式。这种调度模式适应国家电力体制改革的趋势；能充分发挥梯级枢纽的防洪、发电及航运综合效益；有效协调枢纽运用的各方矛盾，弥补传统调度模式的不足。本文对三峡-葛洲坝梯级水利枢纽实施优化调度的各项管理手段和措施的详细阐述，为国内流域梯级调度管理方式提供了新思路，具有很高的参考价值和实用价值。

1 三峡梯调通信中心简介

三峡水利枢纽梯级调度通信中心(简称三峡梯调)是三峡总公司所属电站的运行调度和协调机构，隶属于长江电力股份公司，主要职能是在发挥三峡-葛洲坝梯级水利枢纽防洪作用和确保航运安全的前提下，最大限度地发挥梯级枢纽的综合效益。

2002年4月9 日，为适应三峡水利枢纽水库下闸蓄水和机组投产发电的需要，建立完整、灵活、高效的水库调度和发电调度联合调度机构，经三峡总公司批准，三峡梯调通信中心正式成立，三峡梯调开始对葛洲坝实施调度。三峡梯调统一接受上级调度部门的调度指令，对内全面负责三峡-葛洲坝梯级水利枢纽水库调度、电力调度、通信系统运行维护和航运协调等工作。2003年7月10日，三峡电站首台机组并网发电，三峡梯调成功实施对三峡电站的发电调度；2008年10月，三峡右岸电站最后一台机组投产发电，三峡梯调实现对三峡－葛洲坝梯级电站所有机组的联合调度。三峡梯调通信中心目前设有技术部、调度部、自动化部、通信部和综合管理部等五个部门，有正式员工142人。

三峡梯调通信中心调度运用的情况十分复杂，对外协调面广，涉及防洪、航运、发电、水文、气象和通信等多个部门，要求的技术含量高，但是可挖掘的调度潜力也很大，三峡梯调通信中心的业务性质与枢纽综合效益的发挥(特别是发电效益)密切相关，是对三峡-葛洲坝梯级枢纽实施管理和发挥效益的重要部门。

2 三峡-葛洲坝梯级电站优化调度的规划与实现

2.1 长江流域水电开发现状

我国水能资源总量居世界首位，有很大的开发潜力。长期以来，水利电力部根据水资源的分布情况、开发条件和经济发展的需要，提出了建设流域水电开发基地的方案，重点为12个大水电基地。规划总装机规模为210480MW，年发电量9946亿kW·h。

长江流域第一座水电站——石龙坝建于1910年，到20世纪后期至本世纪，为适应西部大开发战略和“西电东送”要求，我国水电开发的重点转移到水能资源丰富的长江上游和西南诸河等地区，到2001年底，全流域已建和在建水电站2441座，装机容量69727.1MW，年发电量2924.96亿kW·h，占全国水电装机容量的70%左右。全流域已建、在建水电站装机容量和年发电量分别占经济可开发量的30.5%和27.9%。从地区分布来看，中下游地区水能开发利用程度已经超过50%，上游地区不到20%，而长江江源至宜宾河段，水电开发不到经济可开发量的5%，所以，今后20年，长江水电开发的主战场在长江上游地区。

在当前技术水平条件下，长江流域可开发利用的水电资源装机容量为25627.29万kW；在当前经济条件下，技术可开发资源中具有经济开发价值的资源装机量为22831.87万kW。目前世界最大电站--三峡电站的总装机容量为2240万kW，这两项指标的装机容量均相当于修建10个三峡工程左右。这些具有巨大开发潜力的水力资源集中在长江上游地区，尤其是金沙江、雅砻江、大渡河、乌江等水力资源富集的河流。

长江上游是指长江的宜宾至宜昌干流河段，也称为川江，河段长1045km。长江在宜昌以上流域面积100.0万km2。川江区间流域面积52.7万km2，约占长江宜昌以上流域面积的52.7%，多年平均流量14300m3/s，多年平均径流量4510亿m3，天然落差220m。

川江地处我国中心地带，包含世界水电开发规模最大的三峡工程河段，是我国水能资源开发条件优越的巨大能源宝库之一。川江开发的主要任务为防洪、发电、航运、及其他，其经济效益、社会效益非常巨大，对我国经济社会可持续发展具有十分重要的影响。

2.2 三峡—葛洲坝梯级调度规划

三峡工程是中国、也是世界上最大的水利枢纽工程，是治理和开发长江的关键性骨干工程，三峡水利枢纽是治理开发长江的一项关键工程，具有防洪、发电、航运等巨大的综合利用效益。防洪方面可将荆江河段的防洪标准由目前的约10年一遇提高到100年一遇，遭遇大于100年一遇特大洪水时，辅以分洪措施可防止发生毁灭性灾害。发电方面，电站装机容量1820万kW，年发电量847亿kW·h，对缓和华中、华东、华南地区能源紧张状况有重要作用。航运方面，可改善长江特别是川江渝宜段(重庆-宜昌)的航道条件，提高下游河段的枯水流量和航深，对促进西南与华中、华东地区的物资交流和发展长江航运事业具有积极作用。此外，还具有巨大的养殖、旅游等方面的效益，是一个条件优越、效益显著的综合利用水利枢纽。

葛洲坝工程是在长江干流上建设的第一座大型水利枢纽，工程位于长江三峡出口南津关与宜昌市城区之间，距三峡工程坝址约40km。工程1989年枢纽建成。葛洲坝工程正常蓄水位66m，装机21台，装机容量2715MW，多年平均发电量157亿kW·h。

三峡水利枢纽工程具有防洪、发电、航运等综合效益，它距葛洲坝水利枢纽仅38km。葛洲坝水利枢纽是三峡水利枢纽下游的一个反调节水库，与三峡水利枢纽形成梯级电站。葛洲坝的来水，基本上就是三峡的下泄水量，两电站的供电范围也基本相同，无论在水力还是在电力方面都有着密不可分的联系。三峡水库正常蓄水后，初期与后期分别有89亿m3和165亿m3的调节库容，具有一定的调峰能力。三峡电站进行日调节时，其下泄流量造成的不恒定流将对航运产生一定的不利影响。葛洲坝为径流式电站，三峡则有季调节水库，运行条件和特点又各不相同。因此，在进行三峡--葛洲坝梯级枢纽的调度过程中，只有实行梯级联合优化调度才能真正发挥梯级的综合效益。

三峡梯调成立之初，中国长江三峡工程开发总公司(以下简称三峡总公司)在对国内外现有梯级枢纽调度模式进行全面考察和科学系统分析的基础上，结合国家电力体制改革形势发展的总体趋势，积极探索，大胆创新，在国内率先创造和实施了适合三峡梯级枢纽运行特点的调度模式--梯级枢纽水电联合调度管理模式，并培育成为公司核心竞争力之一。2003年6月，三峡工程实现初期蓄水135m后，梯级水利枢纽水电联合调度模式随之正式投入运转。

2.3 三峡—葛洲坝梯级调度现状

梯级水利枢纽水电联合调度模式适应国家电力体制改革的趋势；能充分发挥梯级枢纽的防洪、发电及航运综合效益；有效协调枢纽运用的各方矛盾，弥补传统调度模式的不足。

三峡梯调通信中心在对三峡--葛洲坝梯级水利枢纽实施调度过程中，以调度为龙头，对发电公司所属梯级电站进行统一的调度管理。各电站建立与梯级调度中心调度、通信、监控等的网络联结，直接接受梯级调度中心的调度命令，调度执行由梯级枢纽监控系统完成。

三峡梯调负责流域梯级枢纽运行、电力生产组织的统一指挥、调度和协调，按规程和规范发挥各梯级综合效益的同时，充分利用水资源，力求发电效益最大化，是三峡梯级枢纽的效益中心。同时，三峡梯调负责整个流域的水情监测、预报，统一安排各梯级调度运行，编制调度计划、机组检修计划、运行方式，统一负责各梯级电站与电网、防洪、航运等部门的联络和协调。发电方面，正常情况下，电网所有调度指令下达到三峡梯调，再由三峡梯调下达到各梯级电站，紧急事故情况下电网调度指令可直接下达到电厂。具体到电站管理运行方面，各梯级电站直接接受三峡梯调指令，执行检修计划，进行设备维护。

3 三峡—葛洲坝梯级电站优化调度实践

五年来，梯调通信中心在全面考察和系统分析国内外现有梯级枢纽管理的基础上，不断摸索和实践，通过开展多个科研项目研究，加强三峡水库优化调度，形成了一套适合三峡--葛洲坝水利枢纽梯级调度的管理模式，在流域梯级调度方面积累了成熟的科学调度经验

对梯级电站进行梯级调度的最终目标就是在满足防洪、航运等方面的基础上，通过水电联合调度实施优化调度，全过程的组织精细化生产，节水增发。在不增加额外投资的情况下，力争水能利用率提高5%左右，提高企业的经济效益。水电联合优化调度非常复杂，同时，对不同流域，其应用方式各有不同。

在三峡-葛洲坝梯级枢纽的调度和运行管理过程中，为充分利用水能资源，响应国家建设节约型社会的要求，同时提高自身调度运行管理水平，充分发挥三峡-葛洲坝梯级枢纽的综合效益，三峡梯调通信中心在成立之初就提出了“用好每一方水，调好每一度电”管理方针。五年来，三峡梯调通信中心始终坚持这一方针，同时开创性的提出了“一切为了调度，一切为调度服务”、“精确预报、精细调度、精心维护”等理念，科学管理，准确预报，精心调度，在确保电网和枢纽安全的前提下，使梯级枢纽的社会效益和经济效益均得到了最大限度的发挥。

五年来，三峡梯调通过精心准备、合理安排，圆满完成了三峡26台机组的调试投运，多次在长江流域洪水期实施防洪调度，为长江中下游的防洪安全做出了重要贡献，成功实现了三峡水库135m、139m、156m、175m蓄水目标，使三峡工程由围堰发电期转入正常运行期，同时，三峡梯调通过精益化管理，采取各种优化调度的管理措施，在发挥梯级枢纽的经济效益和社会效益都得到了有效体现。截至2008年9月30日，梯级电站累计发电3606.15亿kW·h，节水增发电量180.83亿kW·h，梯级电站水能利用提高率从2005年的5.2%上升到5.52%。

3.1 防洪调度

防洪，是兴建三峡工程的首要目的。三峡工程的防洪规划是在汛期6～9月水库预留防洪库容221.5亿m3，在中下游干流堤防达到加高加固标准的基础上，由三峡工程对长江洪水进行调控，使荆江地区防洪标准达到100年一遇，在遇到1000年一遇或类似1870年洪水时，控制枝城泄量不大于80000m3/s，在已规划安排的分蓄供区的配合运用下，保证荆江河段行洪安全，避免南北两岸干堤溃决发生毁灭性灾害。同时，还要兼顾使城陵矶附近区的分供量有较大幅度的减少。遇超过1000年一遇的更大洪水，则应保证三峡工程大坝的绝对安全。

三峡水库采用“削峰滞洪”的方式发挥巨大的防洪作用。当上游洪峰到来时，拦蓄入库洪水流量中超过下游安全泄量的部分，以保证水库下游的行洪安全。一次洪峰过后，在保证下游防洪安全的前提下，将水库水位下泄至防洪限制水位145m，以迎接下一次洪峰的到来。

三峡水库蓄水后，河道水力学特性发生了较大变化，洪水特性也发生了较大改变，三峡梯调根据上游流域水文特性，短期洪水预报采用降雨径流经验单位线、新安江三水源模型、马斯京根演算、水动力学模型等方法，多模型、多途径综合预报。实时预报过程中，加强对历史洪水的分析总结，加强水文气象的会商，对重要洪水过程实行滚动跟踪预报，为枢纽实时调度和安全度汛提供了可靠的水情依据。

2005年7 月中旬，由于嘉陵江，岷江流域出现大到暴雨，形成当年唯一一次大于45000m3/s的洪水过程。此次洪水期，根据梯级水库调度规程，按照“均匀、间隔、对称”的原则，三峡水库最多开启了21个泄洪深孔参与泄洪，仅六天时间，就使洪峰流量由最大46000m3/s，快速下退到23200m3/s。

2007年7 月下旬，长江上游流域持续大范围强降水过程，形成当年最大的一次洪水过程。为准确预报洪水过程，三峡梯调技术人员利用已建成的上游流域自动测报系统、水情报汛系统及气象服务网络，密切监视上游流域水雨情实况及未来降水预测，实施跟踪滚动预报。7月28日08时，根据上游流域水雨情实况，预报31日20时坝址流量将达到45000m3/s；7月29日20时，根据水雨情实况及未来降水预测，不考虑未来降雨，30日08时坝址流量将达到46000m3/s，若按未来降水预报的均值考虑，30日08时坝址流量将达到50000m3/s，其洪峰量值将取决于未来降水的区域和强度，梯调中心及时将预报结果及未来洪水可能的演变趋势通报相关部门。实况为:洪峰流量52500m3/s，出现时间为30日08时。在此次洪水调度期间，三峡水库最多同时开启了18个泄洪深孔参与泄洪；洪水过坝期间，葛洲坝相继开启二江泄水闸和大江冲砂闸。最大泄量分别为21300m3/s、15200m3/s。

3.2 发电调度

三峡工程承担防洪、发电、航运等综合利用任务，通过水库调度来协调以上各部门用水要求，以实现综合利用效益最大的目标。发电调度是保证三峡工程获取经济效益的重要手段之一，发电调度遵循的总原则为:发电调度应与航运调度相互协调，当与防洪调度发生矛盾时应服从防洪调度。

在初期运行期，三峡工程的发电任务是在保证工程施工、防洪运用、航运安全等综合要求的前提下，合理利用调节库容调配水量，满足电力用户需求，合理承担电力系统调峰调频等任务，充分利用来水多发电量。发电调度方案以电网、三峡、和葛洲坝电站的安全运行为前提，保证梯级电站的经济、优质运行。在调度过程中，葛洲坝电站在三峡电站调峰时，利用反调节库容进行反调节，适应航运的需要。

三峡梯调在三峡--葛洲坝梯级水利枢纽的日常调度中，通过不断研究、分析和总结，借鉴国内外梯级电站优化调度经验，在电力调度和水库优化调度中积累了一系列适合三峡—葛洲坝梯级电站特点的优化调度措施和管理经验。

3.3 电力调度

目前三峡左右岸26台机组已经全部投产发电，三峡左岸电站共有14台700MW机组，分别由ALSTOM制造8台，VGS制造6台；三峡右岸电站共有12台700MW机组，分别由东电、ALSTOM、哈电各制造4台。

三峡工程建设以来，逐步由围堰发电期向正常运行期过渡，期间三峡水库进行了135、139、156、175m四次蓄水。蓄水过程中，三峡电站选取不同类型机组，在不同负荷工况下进行了机组振动、摆度、挠度、厂房振动、水轮机水压脉动和噪声等各项试验，全面了解机组在不同水位、不同运行工况下的运行情况，以及各种防范措施(如补气等)的效果，为分析和掌握三峡机组的稳定性状况，研究在运行范围内是否存在特殊水压脉动、卡门涡及叶道涡等情况，合理划分机组的安全稳定运行区域及机组减振措施奠定了基础，为电站发电调度提供了最准确、直观的依据。

对比实验结果，研究发现尽管左岸、右岸机组额定水头不一样，但左岸ALSTOM机组和右岸ALSTOM机组的综合运转特性曲线、稳定运行区是一致的。左岸ALSTOM机组同VGS机组特性基本一样。同一水头下，VGS机组出力限制比ALSTOM机组高，ALSTOM机组出力限制比哈电机组高。

通过以上研究，三峡梯调技术人员对三峡不同型号机组的运行工况有了详细了解。因此在实时调度过程中，运行人员采取的优化调度措施是:

加强同国调、网调、三峡电厂、葛洲坝电厂的联系，根据水雨情的变化及航运、电网的需求，及时调整两个电站的机组出力；

提高机组发电效率:非弃水期，相同水头下，机组出力运行区域对水轮机效率影响明显，特别是三峡机组，影响尤其显著。因此，为提高水能利用率，增加电站出力，梯调中心技术人员根据电站运行实际，在三峡电站日常调峰调度中，优化机组开启台数和调峰量，尽量使机组处于最优效率区。合理安排机组检修计划，避免因机组检修造成发电流量不足而弃水。

在切机出力限制方面，三峡机组目前单机切机容量为650MW，三峡梯调通过跟踪机组实际运行情况，正在积极与电网调度部门沟通，将单机切机容量调为600MW，这样不仅能基本满足全年电网发电调度要求，而且还能增大调峰量，使机组在汛期在最优工况下运行。

提高机组检修效率和质量，合理安排机组检修时间，使机组检修工作尽量在汛期到来前完成。提高机组检修质量，确保汛期机组安全稳定运行。汛期开展机组诊断性检修，尽量缩短检修工期，减少因检修造成的弃水损失电量。

3.4 水库调度

三峡梯调在五年多的梯级水利枢纽水电联合调度中，结合三峡—葛洲坝梯级调度特点，研究开发优化调度方式，进行了多项科研项目开发，通过开展三峡梯级调度研究、长江上游流域径流特性变化及三峡枯季来水频率分析，建立了三峡—葛洲坝水库短期优化调度的动态规划模型，在梯级电站水库优化调度方面积累了很多值得借鉴的经验和成果。

在实时调度中，三峡梯调主要采用以下措施来进行优化调度:

(1)加强对上游流域水雨情分析，不断分析总结三峡水库蓄水后水文特性的变化规律，多模型、多方案、多途径，准确预报来水，向国调、华中网调提供及时、准确的三峡电站、葛洲坝电站出力预报。

(2)合理控制水库水位

a)三峡水库水位

三峡水利枢纽与葛洲坝水利枢纽相距仅38km，水力联系紧密，合理控制三峡和葛洲坝水库水位，在保证枢纽安全运行及防洪安全的前提下，在弃水期采取勤动门的方式，非弃水期采取合理安排发电计划的方式，使三峡水库水位尽量偏高运行，可使梯级发电量增加，从而提高电站的发电效益。

b)葛洲坝水库水位

葛洲坝库水位对三峡尾水位有一定影响，其影响程度随上游来水的大小而变化。在实际运行过程中，葛洲坝水库水位在保证航运安全的前提下以梯级电站发电量最大为控制目标，根据不同的来水，合理调节水库水位。

2007年汛期，通过机组超设计出力线运行，三峡、葛洲坝电站分别增发电量5.13亿kW.h、3.91亿kW.h。

(3)充分利用水情自动测报系统，为相关部门及时准确的提供拦污栅压差信息，使得拦污栅清渣工作得以及时进行，同时，为有利于导漂，在调度上积极采取措施，适时调整泄水建筑物运行方式，从而增加机组净水头。

(4)重复利用库容，对小洪水实施优化调度

在实际调度过程中，调度人员充分利用三峡的有限调节库容，在洪水到来之前，加大三峡电站机组出力，将库水位降到最低，洪水过后，及时拦蓄洪水尾巴，以增大电站的发电量。

三峡和葛洲坝水库调节能力虽然有限，但通过准确的来水预测，合理运用枢纽泄水建筑物，重复利用有限的库容，仍可对弃水与非弃水过渡期的洪水实施优化调度，从而达到提高电站发电效益的目的。

2006年是三峡工程由围堰发电期向初期运行期过渡的一年，坝址出现了百年不遇的特枯水年，但是通过重复利用库容，共实施6次洪水优化调度，三峡电站增发电量1.2亿kW·h；2007年通过重复利用库容，共实施5次洪水优化调度，梯级电站增发电量0.9亿kW·h。

3.5 调峰调度

三峡电站规模巨大，在电力系统中有着举足轻重的作用。三峡电站参与电力系统调峰运行，可以缓解电力市场供需矛盾，改善调峰电力紧张的局面，维护电网安全稳定运行，同时也是充分发挥三峡工程效益、提高三峡电站市场竞争力的需要。

随着三峡工程建设的进行，三峡电站已经进入初期运行期，装机容量达到设计规模，水库在今年完成175m试验性蓄水工作，水库水位运行范围加宽，发电效益更加显著，调峰能力也有所提高，三峡水利枢纽的运行条件较前期有了很大变化，参与电网调峰已成为电站主要任务之一。三峡梯调在三峡—葛洲坝水利枢纽的实际调度中，充分考虑电网需要，结合三峡—葛洲坝梯级电站运行情况，在调峰调度上进行了进一步优化。

目前电网的负荷特性是:电网最高负荷出现在夏季，夏季的调峰问题更加突出；日负荷曲线为双峰形态，一般晚峰略高于早峰；供电范围内各电网负荷特性相似，仅负荷高峰出现时间稍有差异。

三峡-葛洲坝梯级电站在调峰方式上采取联合调峰方式，实行统一调度。在制定调峰计划时，将葛洲坝电站与三峡电站统一考虑。

三峡电站调峰幅度根据工程建设的情况、下游航运的适应情况采用渐进的方式逐步加大。在初期运行期，三峡电站在一般情况下(按照调峰模式一运行)汛期库水位为145m时，调峰幅度以582万kW为上限；枯水期库水位为156m时，调峰幅度最大可达773万kW；枯水期库水位为165m时，调峰幅度最大可达852万kW。

当三峡电站承担调峰任务时，葛洲坝电站出力过程仅依据三峡电站下泄流量及坝前水位确定，以控制航道流态达到航运要求。葛洲坝电站通过优化葛洲坝电站反调节方式和下泄流量过程，充分发挥葛洲坝电站对三峡电站调峰下泄流量过程的“削峰填谷”功能；在三峡电站流量变化时，相应延长一个时段的葛洲坝电站流量，即在葛洲坝坝前水位降低或抬高之前进行葛洲坝电站减或增负荷，这样不仅能有效抑制葛洲坝坝前水位出现短时间的涌高或跌落，而且不使葛洲坝下游水条件发生实质性改变。受葛洲坝下游最小通航流量影响，当入库流量小于4 000m3/s时，葛洲坝电站不能再进行调峰。

4 结束语

三峡—葛洲坝梯级电站联合调度是一个新生事物，五年来，三峡—葛洲坝水利枢纽从围堰运行期到正常运行期，通过不断摸索、分析和总结，引进和吸收国内外优秀管理成果，形成了一套可复制的水电联合调度管理新模式。三峡梯调通信中心通过在防洪调度、发电调度、航运调度、生态调度等方面开展优化调度，为社会提供了大量清洁能源，逐步积累了可借鉴的管理经验和优秀成果，为加快流域梯级枢纽统一联合调度的决策和实施提供了有力支撑，有效确保了流域梯级枢纽统一联合调度核心竞争力的早日全面实现，为总公司和长江电力的可持续发展打下坚实的基础。

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