宝兴河梯级电站优化调度的研究

张春,马大海,田斌,施德航

(四川华能宝兴河电力股份有限公司,四川雅安625000)

0 引言

宝兴河系青衣江主源，发源于夹金山南麓，上游分东、西两河，东河为主流，东河主河段长83km。东、西两河在宝兴县城上游约2km处汇合后始称宝兴河，在与天全河、荥经河相汇后称青衣江，宝兴河长59km。

宝兴河梯级电站规划为“一库八级”，由四川华能宝兴河电力股份有限公司进行开发和运营。目前已建成投产的电站有4座，即将建成投产的有1座，待建的有3座。已投产和即将投产的5座电站，其基本情况见表1和图1。

表1宝兴河梯级现有电站参数表

1 宝兴河梯级电站的主要特性分析

1.1 各电站的一些基本特性

硗碛电站拥有具备年调节能力的大型水库，其他电站的水库调节能力差。硗碛电站、宝兴电站为高水头电站，机组发电的单位耗水率低。硗碛电站和宝兴电站都是长隧洞引水式电站，引水隧洞长度均达到了18km，整个发电引水系统的水头损失随流量的增大会明显增大，对硗碛电站的运行数据进行分析计算，其发电引水系统的水头损失约为2～21m。各电站发电量和发电用水量情况见表2。

图1 宝兴河各电站地理位置分布示意图

1.2 硗碛电站发电的特点及其对下游各电站发电的影响

硗碛电站处于最上游的位置，其发电下泄的水流会被下游其他电站利用进行发电。硗碛电站因硗碛水库的调节作用，在不造成弃水的情况下能够使电站的日平均发电功率在(0，36～240MW)范围内灵活调整，甚至是全天不发电也不会造成弃水。分析硗碛电站的实际运行负荷曲线后发现，有较多曲线底部值为零的锯齿波形曲线，这也说明了硗碛电站的负荷可以根据需要灵活调整且具有较宽的调整范围。

硗碛电站下泄流量的大小对于下游电站发电有以下的影响作用:宝兴电站和小关子电站的发电量和硗碛电站的下泄流量关系密切；铜头电站的发电量也受硗碛下泄流量的影响，但受影响的程度不很显著；雨城电站的发电量受硗碛电站下泄流量的影响最小，可以忽略这种影响作用。硗碛电站对宝兴电站、小关子电站的影响作用明显:当河道天然来水不大时，如果硗碛电站发电功率大幅度变动(变动前后都有数小时的稳态运行)，宝兴电站、小关子电站的发电功率就会随之大幅变化；当天然河道来水较大时，如果硗碛电站下泄流量也比较大或者宝兴电站、小关子电站有机组因故停运，宝兴电站、小关子电站就会产生弃水。

2 简化的宝兴河梯级电站优化调度模型

通过以上分析和对各电站实际运行数据的分析计算，提出以下简化的宝兴河梯级电站优化调度模型:

①铜头电站和雨城电站作为相对孤立的电站进行优化调度计算，根据上游来水预报，只进行短期优化调度，以单个电站短期内的发电收益最大为调度目标。②硗碛电站和宝兴电站看做一个整体进行以年为计算周期的优化调度，以二座电站在一个调度年内总发电收益最大为调度目标。③小关子电站的优化调度需要考虑二个主要因素:西河的短期来水流量预报；宝兴电站下泄流量短期预报(主要依据硗碛水库的优化调度运行计划)。根据以上二个因素，对小关子电站进行短期优化调度计算，以短期内小关子电站的发电收益最大为调度目标。

该简化的调度模型将宝兴河流域的电站划分为三个部分(子系统):坐落在东河上的硗碛电站至宝兴电站(含未来修建的民治电站)；位于东河和西河交汇处下游不远的小关子电站；铜头电站及其以下的电站(含未来修建的灵关电站、飞仙关电站)。

该简化模型中的三个子系统有较大的相对独立性，可以分别编写程序进行优化调度计算，这样有利于程序的编写与维护和计算结果的分析与应用。进行整个梯级电站总发电收益最大的优化调度计算，只需把三个子系统之间的关联约束条件加入到每个子系统优化调度程序中，对程序进行少量的修改即可完成。

3 硗碛水库确定性优化调度计算

根据上述的宝兴河梯级电站优化调度模型，将整个梯级电站的优化调度计算分解为相对独立的三个部分进行，其中最重要且最具优化调度价值的部分是位于东河上的电站，其作为梯级的局部调度却能决定整个梯级调度的优劣。在2009年末宝兴电站投运后，可以结合宝兴电站的实际运行状况，将硗碛电站和宝兴电站作为一个整体进行优化调度计算。目前，宝兴电站尚未建成投运，本文仅对硗碛水库--硗碛电站组成的一库一站模型进行确定性优化调度计算，以硗碛电站年发电收益最大为计算目标。计算采用动态规划法，在IntelVisualFortran9.1程序开发环境下编写程序进行计算。

计算采用的原始径流数据为:2004年1月1日以来的实测日平均入库流量数据(此前数据不连续)。

计算采用的售电单价为:硗碛电站实际上网电价的日负荷平段价格(见表3)。

首先，以日历旬作为计算时段进行硗碛水库确定性优化调度计算:将2004年1月1日至2009年6月30日的硗碛水库日平均入库流量数据按照以旬为时段计算旬平均流量，把198个旬平均流量值作为计算的输入数据。将水库调节库容离散为800等份进行计算，计算结果显示出，在每年的4月下旬，即枯水期结束时，水库水位都要降至最低水位2060.00m。这一特性和售电单价的时段划分有很好的吻合性，为了提高计算精度和便于实施水库调度，引入了“调度年、调度月、调度旬”的概念进行改进计算。

调度年、调度月、调度旬的定义:本年4月26日至下一年4月25日为调度年；上月26日至本月25日为调度月；上月26日至本月5日为上调度旬，本月6日至15日为中调度旬，本月16日至25日为下调度旬。

以调度旬作为计算时段进行计算时，利用2004年4月26日至2009年4月25日的日平均入库流量数据，计算得出5个调度年共180个调度旬的平均入库流量值作为程序的输入数据。计算得出的5个调度年的年平均发电量为82906万kW·h，年平均售电收入为2.635亿元，水库时间加权平均水位为2118.93m。

计算结果显示，在2004至2008调度年内，各调度旬的水库水位值和电站发电功率值都比较接近，具有很好的规律性。根据计算结果绘制出硗碛水库优化运行的平均水位和硗碛电站平均发电功率曲线图(图2，该图的时间坐标为“调度月、调度旬”)，此图可以作为硗碛水库实际调度运行的参照标准指导水库调度。

图2 硗碛水库优化运行平均水位和硗碛电站平均发功率曲线图

4 宝兴河梯级电站优化调度的基本原则

对图2进行分析，得出硗碛水库优化调度的基本原则:①硗碛水库以本年4月26日至下一年4月25日为一个调度周期，即调度年。调度年起止时刻的水库运行目标水位为2060.00m；②4月26日至5月25日(调度月为四月)作为一个小的水库运行周期，使水位在“2060-2070-2060”区间变化；③5月26日至7月5日期间，使硗碛电站平均发电功率小于40MW运行，要快速升高水库水位，力求在7月6日，使水库水位达到2115m以上；④8月16日至10月16日期间，水库水位接近汛期限制水位(2037.5m)运行；⑤10月16日至25日，升高水位至2140.00m；⑥10月26日至12月15日，保持水位在2140.00m；⑦12月16日至次年4月25日，逐旬加大硗碛电站旬平均发电功率运行，逐渐降低水位至2060m。在此期间，前期要缓慢降低水库水位，力求在3月6日之前，保持水库水位高于2110m。⑧硗碛电站发电主设备适宜的检修期为5月26日至7月15日、11月6日至次年1月15日。

5 改善宝兴河梯级电站优化调度计算结果的措施

在未来数年内，宝兴电站和其他三座待建电站会相继建成发电，宝兴河梯级电站的数量会不断增加。这种变化就需要在今后很长的时间内对优化调度计算程序进行不断地修改完善。从长期不断改善宝兴河梯级电站优化调度计算结果和不断提高优化调度的经济效益考虑，建议采取的主要措施为:

①对整个流域的历史径流量数据进行全面整理并进行深入分析，为优化调度计算提供可靠完整的数据；②对与优化调度计算有关的电站运行数据进行统计分析，将分析结果加入到优化调度计算程序中，使优化调度计算结果更接近实际；③更加精确地测定硗碛水库的库容曲线；④通过试验测定硗碛电站、宝兴电站的发电引水系统水头损失与发电流量的关系；⑤对各电站机组进行效率试验，重点进行硗碛电站水轮机效率试验；⑥对流域内关键点增加高精度流量测量装置，更准确地掌握流量特性数据；⑦加强与电网调度部门的协调，力求实现“在7月6日，将水库水位升高至2115m以上；在3月6日之前，保持水库水位高于2110m”，这对优化调度效果的影响至关重要；⑧计算分析得出增大汛期限制水位值(改变旬限水位曲线)和汛末短期超正常蓄水位蓄水的可行方案并实施，在确保安全的前提下多发电；⑨在不断地积累完善优化调度程序所需的各类数据、统计分析各电站运行数据的基础上，持续地维护改进优化调度程序的代码，使优化调度程序的计算结果更加实用、使优化调度的收益不断提高。

6 水库调度工作成效的评价指标

实际的水库调度工作是在无法准确预先知道水库未来入库流量的情况下，由调度人员根据事先制定的水库调度原则和一些实际情况下达调度指令来完成的。水库调度人员的工作好坏一般没有明确而可靠的数值指标予以评价。如果有可靠的评价指标，就能直观地判断出某调度年内的水库调度工作的好坏，这有利于激发水库调度人员的工作积极性和创造性，最终起到提高水库优化调度收益的目的。

在一个调度年结束后，根据该调度年内的入库流量数据进行水库确定性优化调度计算可以得出理论上最大的年发电收益，假定该值为M1。用该调度年内实际的日发电量乘以表3中的电价并累加可以得出虚拟的年发电收益，假定该值为M2。M2/M1是小于1的数，其值越大，说明水库调度工作越好。M2/M1可以消除不同调度年入库流量的差异，反映出水库调度工作的优劣，建议采用“调度比”，即M2/M1作为水库调度工作成效的评价指标。