清水河流域水电站梯级联合优化调度管理

冯欢

摘 要：清水河位于贵州省中部，属长江流域乌江水系，是乌江中游右岸较大的一级支流。大花水、格里桥水电站是清水河干流水电梯级规划中的第三、第四个梯级，两站投运后形成了一个小型梯级调度关系。为了充分发挥梯级水库间的水文补偿和库容补偿能力，获得更多的综合利用效益，在提高水库管理人员专业技术水平的同时，对清水河流域的水文径流、电站运行资料进行统计、分析，分枯、汛期对水库运行水位进行优化控制，实现对梯级电站的优化调度。

关键词：清水河流域；梯级水库；优化调度；效益

中图分类号：TV697.1+2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0094-02

1 电站概况

贵州乌江清水河水电开发有限公司（以下简称清水河公司）成立于2004年，公司的主要任务是开发清水河流域的水能资源。目前，清水河公司下辖大花水、格里桥两个水电站，大花水电站（装机2×100 MW）于2007-11投产发电，格里桥水电站机组（装机2×75 MW）也已于2010-02和2012-03投产发电。

大花水电站是清水河干流水电梯级规划中的第三个梯级，电站位于清水河中游，大花水坝址控制流域面积4 328 km2，坝址多年平均流量75.8 m3/s，年径流量2.41×108 m3。电站水库正常蓄水位868.00 m，死水位845.00 m，调节库容为1.355×107 m3，库容系数为0.056，水库具有不完全年调节能力。格里桥水电站是清水河干流水电梯级规划中的第四个梯级，正常蓄水位为719.00 m，死水位为709.00 m，调节库容1.881×107 m3，属日调节水库，调节性能较差。

大花水、格里桥水电站均位于清水河流域，格里桥水电站距上游大花水电站厂房约21 km，距离较短，形成了一个小型的梯级调度模式。两站工程规模适中，地理位置优越，距负荷中心近，工程的主要任务是发电，为贵州东部电网供电，是东部电网的主要支撑电源，同时，在贵州电力系统中，它们还承担着调峰、调频和事故备用等任务。

2 研究背景及意义

随着生产经营管理理念的不断转变，清水河公司已经认识到单一电站的水库调度运行方式较为简单，远不如梯级联合水库经济调度的运行情况复杂，而且其对水资源的整体利用效率不高。当格里桥水电站建成并投运后，如何能够既满足梯级电站的防洪安全调度，又满足电站水库经济调度的需要，发挥小流域梯级电站的整体效应，已经成为了清水河公司必须重视和亟待解决的课题。课题研究方向也将解决流域内水资源利用三个方面的问题：①协调水能资源在时间和空间上的再分配；②提高电站安全防洪度汛能力；③提高水能利用效率，实现水库节能优化调度。

因此，在新形势下，为了取得更好的经济效益和社会效益，组织开展和探索、研究清水河小流域梯级联合水库优化调度运行方式具有非常重要的意义。

3 梯级联合优化调度管理的具体措施

3.1 数字化管理流域梯级电站

清水河公司积极采用先进的技术手段，建立并投入运行了清水河流域水调自动系统，规模为1个中心站（大花水电站），22个遥测站点，并于2010年实现了与乌江公司中心站的连接。系统运行以来，公司先后对流域水调自动系统的通信组网方式、系统平台、洪水预报和图形报表等不断完善和优化。目前，采用VHF/GSM、光纤/GSM、GSM/Inmarsat-c、光纤/Vsat四种双信道混合组网的通信方式，这样确保了系统的安全性、稳定性和可靠性。

水调自动化系统的建设满足了水调实际生产的需要，功能设置考虑了水调工作的特点，将多种类、多时段（实时和历史）的数据紧密结合，集实时监视、综合应用和统计分析于一体，实现了水调数据分析的图形化、报表化，使水调人员能及时、详细掌握水库流域的降雨量和运行情况，大幅提高了水调人员的工作效率。

3.2 注重人才培养，加强技术培训

为了做好清水河流域的水库调度工作，清水河公司积极组织“内培为主，外培为辅”的技术培训活动。近几年来，水库专业管理人员共参加了3期乌江集控中心水情人员专业技术培训，并在培训后开展资格认证考试，7位水情人员获得了水库调度员资格，实现了水情值班人员持证上岗工作。同时，还组织相关人员参加了2期由水情系统供应商南瑞公司开展的应用培训。通过开展一系列有目的、有计划的技术培训工作，不断强化职工的专业理论知识和技能。

由于新技术、新观念的不断应用和发展，清水河公司水情人员的业务素质和技术水平都有了很大的提高。水情人员在计算机管理和应用、水情自动测报系统、水文预报、水库调度及其他水务管理方面都有了进步。近几年来，随着清水河公司的规范化管理，水务管理也逐步向规范化、制度化的方向发展，人员素质已基本满足水库梯级联合调度的要求。

3.3 提高水文预报精度

清水河公司对清水河流域范围内的17个小水电进行实地调查，对大花水水库上游的松柏山水库、花溪水库、阿哈水库、下坝水电站等较大的水库资料进行了核实。通过一系列的调查工作，调查人员熟悉了大花水、格里桥水库上游水利设施建设的分布情况，理清了各水库之间的相互关系，也掌握了其泄洪能力，并以此分析了在不同洪水量级条件下各水库泄洪时洪水进入大花水水库库区的时间，为清水河流域内洪水预报的准确性提供了保障。

精度较高的水文预报使清水河公司在协调防洪、兴利用水之间的矛盾时，在一定的遇见期内可以提前计算入库洪水的流量和洪量等参数。有效利用精度较高的短中期水文和气象预报，能够在汛期提前防御洪水，确保防洪安全，在后汛期和汛末能够最大程度地抬高水位，提高后期兴利的效益。中长期水文预报具有较长的预见期，在防汛工作中，结合短期洪水预报，在一定程度上掌握了整个防汛斗争的主动权。

3.4 制订水库优化调度方案

3.4.1 大花水电站

基本资料的选择是以大花水水电站历年的运行资料为主，并参考水文系列资料，以最不利于大坝安全运行条件为原则，选取历年入库的洪水资料，以最大一场洪水洪量分析水位允许到达的下限值（产生的洪量越大，水库需要预留的防洪库容也就越多，水位相应地就会变低），以月多年平均洪量确定水位运行的上限值，排除偶然性事件，由此确定大花水水库在经济运行过程中各个时期的水位控制范围。

通过计算可知，大花水水库年水位分期控制为：汛初（5月），大花水水位为850.07～859.75 m；汛中（6—7月），大花水水位维持在845.0 m；汛中（8—9月），大花水水位维持在863.0～867.0 m；汛末（10月），大花水水位为865.64 m；枯期（11月—次年4月），大花水水位维持在868.0 m（863.0～868.0 m，枯期最低运行水位不得低于863.0 m）。

3.4.2 格里桥水电站

3.4.2.1 利用补偿调节作用优化水位运行方式

格里桥水库入库径流绝大部分是由上游大花水水库发电水量供给，区间流量较少。当进入汛期时，大花水电站根据来水情况和库存水量适时调整和控制补偿水量，来水较大、库水位较高时，要保证两站一条线满发电量；而在枯水期，格里桥水电站由于受调节能力的限制，大花水电站则利用水库存蓄的水量加大出力发电，为下游格里桥水电站补偿水量，提高运行水位，降低耗水率，增加发电量。这样的联合调度的优点是：①可以提高水量的重复利用率，增加两站的发电量；②兼顾了格里桥水电站，优化了其运行方式，从而实现梯级水库运行经济效益最大化。

3.4.2.2 掌握来水特性，分期控制运行水位

分别以汛期和枯期大花水至格里桥区间（以下简称“大格区间”）流量的时期变化为基础，对区间流量进行分析、讨论，以此优化格里桥水电站在不同条件下的经济运行水位。

3.4.2.2.1 大格区间流量分析

格里桥电站入库流量主要由大花水电站出库流量、支流蛤蚌河和冷水河天然径流三部分组成。根据2010—2011年流量数据资料统计分析，在枯期，当大格区间面雨量达到20 mm左右时，并在持续小雨的情况下，区间流量可达到20～35 m3/s；当流域内持续小到中雨时，区间流量在10～20 m3/s之间。

3.4.2.2.2 基本资料选择和经济运行水位分析

汛期，两站机组满发，区间流量取最大值35 m3/s；枯期，两站机组满发，区间流量值取15 m3/s。

汛期：大花水电站满发流量175 m3/s，最大区间流量35 m3/s，格里桥电站净入库流量25 m3/s，当水位涨至719.0 m时，需要21.98 h。在汛期内，由于天气形势变化无常，暴雨频繁，再加上格里桥电站调节库容小，电站防汛压力大，所以，建议汛期格里桥电站经济运行水位还是保持在717.0 m。

枯期：当格里桥水电站枯期运行水位控制在718.00 m，大花水电站满发流量为175 m3/s，最大区间流量为15 m3/s，格里桥电站净入库流量为5 m3/s时，水位涨至719.0 m需要109.9 h，约4.6 d。在枯期，大花水电站发电流量和区间流量不可能连续4 d达到175 m3/s和15 m3/s，即使都达到了最大流量，在接近5 d的调节时间里，通过大花水电站运行方式调节，完全可以保证格里桥电站的运行安全。因此，在枯期，格里桥电站水位控制在718.0 m运行是可行的。

结论：格里桥水电站汛期水位在717.0 m左右运行，枯期水位可抬高到718.0 m左右运行，这种运行方式是可行的。

4 梯级联合优化调度管理的实施效果

4.1 梯级联合调度经济效益

实施梯级联合优化调度管理后，大花水、格里桥水电站耗水率指标逐年提高，节能经济运行效益显著。

通过对流域大花水和格里桥水电站的梯级优化调度管理运行方式的探索、研究和实践，结合流域来水特性，不断深挖大花水、格里桥水电站的发电潜力，分时期对其水位进行优化控制，这是清水河公司在开展管理现代化创新活动中的重大举措。公司提出的水库经济运行方式对提高格里桥水电站水资源利用水平和增加发电效益有非常明显的效果。

大花水电站经过优化调度管理后，2012年比2011年耗水率降低了6.92%，按2011年发电水量计算，增发电量1.658×107 kW·h，折合经济效益446万元。2013年，优化运行方式后，格里桥水电站耗水率比2010年降低了9%，经过计算，2013年比2011年增发电量3.363×107 kW·h，按上网电价0.269元/kW·h计算，直接经济效益比2011年增加了约905万元。

4.2 梯级联合调度环境效益

水资源是作为清洁能源被利用的，水电不仅可以代替部分火电、核电，具有调峰的优点，在电网安全运行中还起到了非常重要的作用，可以提高水资源的利用效率而基本上不改变水质、不排放污染物。

梯级水库联合调度调节也在一定程度上减少了火电等一次性能源的发电量和电力生产对一次性能源的消耗，缓解了日益紧张的能源压力，而且梯级水库比单个水库的抗御洪、涝、旱、碱等自然灾害的标准要高。同时，梯级水库联合调度还降低了灾害的影响程度，有效地保护了生态环境和生物的生存生境，减少了水灾、旱灾对人类和动、植物造成的破坏，减少了水土流失和土壤侵蚀，也减少了洪水造成的污染扩散和疾病流行，为人们提供了相对稳定、安全的生活和生产环境。

参考文献

[1]周苗菲.小水库群梯级联合调度研究与应用[D].保定：华北电力大学，2011.

[2]朱江.乌江流域实行梯级联合调度的必要性和可行性分析[J].贵州水力发电，2003，10（4）.

[3]朱永英.水库中长期径流预报及兴利调度方式研究[D].大连：大连理工大学，2004.

[4]谢如昌.清江梯级水电站水库群优化调度研究[D].保定：华北电力大学，2011.

〔编辑：白洁〕