水位控制考核机制下乌江梯级水库优化调度策略分析

李泽宏(贵州乌江水电开发有限责任公司 水电站远程集控中心,贵州 贵阳 550002)

水位控制考核机制下乌江梯级水库优化调度策略分析

李泽宏(贵州乌江水电开发有限责任公司 水电站远程集控中心,贵州 贵阳 550002)

水位控制系数，是指水库实际运行水位在死水位以上的高度占水位可调最大变幅的比例，它既表征水库的蓄满程度、又反映发电水头的高低。基于水位控制系数的考核机制,为评价水电站调度运行水平提供了一种全新的方法，并已在中国华电集团公司全面推行。对基于水位控制考核机制的乌江梯级优化调度策略分析过程作了介绍,详细阐释了水位控制考核的原理，深入分析了新考核机制的特点，提出了乌江梯级水库相应的优化调度策略建议。

水位控制;考核机制;水库调度;梯级调度;乌江

1 水位控制考核背景

中国华电集团公司(以下简称华电集团)现有水电装机容量2 329万kW，共有342台水电机组，居五大发电集团首位。为了加强水电优化调度管理，进一步提高水能资源利用率，华电集团于2015年2月出台了《中国华电集团公司水电优化调度水位控制考核管理办法(试行)》，在全集团水电产业板块推行水位控制考核，并将考核结果纳入《中国华电集团公司企业绩效考核暂行办法》，与华电集团各二级单位的年度绩效考核挂钩，其评价得分在二级单位年度绩效考核总分中占15%。

贵州乌江水电开发有限责任公司(以下简称乌江公司)是华电集团的二级单位，负责乌江梯级水电站群的运营管理。该水电站群共有水电站9座、机组32台、装机容量8 665MW，是华电集团最大的水电基地。新的考核管理办法将会对梯级调度工作产生哪些影响，以及如何实施优化调度水位控制考核管理办法，将是乌江公司面临的挑战。

2 水位控制考核机制

水电站的优化调度，实质上就是在发电水量相同的情况下,通过各种措施多发电，或者是在发电量相同的情况下设法少消耗水量。众所周知，通过采用增大发电水头，就能够减小发电水耗、多发电，达到水电优化调度的目标。但是，发电水头等于水库水位减去坝下水位，发电水头越高就意味着水库水位越高、弃水风险就越大，一旦在流域发生洪水、机组故障而不能发电等情况下,就容易导致弃水。由此可见，水库水位的控制是水电站优化调度控制的最关键的因素，需要在优化调度和弃水风险之间找到平衡点，在汛期、枯期各时段,将水位控制在合适的范围，就能充分体现水电优化调度控制水平。华电集团近2a来数次组织专家研讨，提出了水位控制系数概念，并确定将其作为评价水电优化调度水平的关键指标。

2.1 水位控制系数概念

水位控制系数，是指水库的实际运行水位在死水位以上的高度占水位可调最大变幅的比例。该系数既可表征水库的蓄满程度、又能反映发电水头的高低。水位控制系数为无量纲，为使用方便，将其扩大10倍变为0～10之间的数值，计算公式为

(1)

式中,Ks为水位控制系数;S0为水库死水位;Sy为运行水位;Sj为水库正常高水位。

2.2 水位控制系数目标值的确定

水位控制系数目标值以月度为基本时段确定，主要考虑以下2个方面的因素。

(1) 考虑电站设计对水库运行的要求，取水库调度图正常工作区中心线对应的月度水位，用水位控制系数公式计算出一个月度的水位控制系数。

(2) 取前10a每个月运行水位的月度平均值，用水位控制系数公式计算出前另一个水位控制系数。将每个月的这2个水位控制系数进行算术平均，就可以得到1a内每个月的水位控制系数目标值Ks目标，该目标值既考虑了设计要求,又参考了近10a水库的实际运行情况。

2.3 用水位控制系数评判优化调度效果

采集水库某月的实际运行平均水位数据，根据水位控制系数公式,计算出该水库某月的水位控制系数实际值Ks实际，并与月度水位控制系数目标值Ks目标进行比较，判断水库优化调度效果。若月度水位控制系数实际值不小于月度水位控制系数目标值，则说明水电站水库优化调度控制效果良好；反之,则说明水电站水库优化调度控制效果差。根据水库优化调度效果，需要采取抬高水库水位措施，直至月度水位控制系数实际值达到月度水位控制系数目标值以上。

2.4 水位控制考核评分

2.4.1 月度水位控制系数指标评分

由每天8:00水库水位算术平均得到月度平均水位，按水位控制系数公式算出该月的实际水位控制系数;再将该月的实际水位控制系数与考核目标值作比较，计算出该月的评分。各水库水位控制系数月度考核基本分为15分，如果月度水库水位控制系数实际值比目标值每高0.6，则加1分，最多可加3分；反之亦然，最多减3分。计算公式为

(2)

式中,τij为第i个水库第j月的水位控制系数考核指标的月度评价得分;φij为第i个水库第j月的水位控制系数考核指标的月度实际完成值;γij为第i个水库第j月的水位控制系数的月度考核指标值;ROUNDDOWN表示往绝对值减小方向取整的函数。

2.4.2 年度水位控制系数指标评分

为了水电站在汛期减少弃水量、在枯期降低耗水率，在水库水位控制系数计算公式中,设定有不同的权重系数,以体现“汛期侧重水量利用、枯期侧重降低水耗”的差异化。规定对水库的水位控制系数指标进行年度评价时，枯期权重系数为1.5、汛期权重系数为0.5；全年各月的水位控制系数加权平均结果即为年度评价得分。

(3)

式中,δi为第i个水库的水位控制系数考核指标年度评价得分。

2.4.3 二级单位年度水位控制系数指标评分

为了体现管理多座水电站的二级单位在水位控制方面的重点，调节库容越大、装机容量越大的水电站，在年度评分中所占的权重就越大。二级单位年度评分为各水库水位控制系数指标年度评分的加权平均值，其中,调节库容比例和装机容量比例各取1/2权重计算。即

(4)式中,δ为二级单位水位控制系数考核指标年度评分;n为二级单位下属具有水位控制系数考核指标水库的个数;VTi为二级单位下属具有水位控制系数考核指标的第i个水库的调节库容；VT为二级单位下属具有水位控制系数考核指标的水库调节库容之和(VT=VT1+VT2+……+VTn);Pi为二级单位下属具有水位控制系数考核指标的第i个水库的装机容量;P为二级单位下属具有水位控制系数考核指标的水库装机容量之和(P=P1+P2+……+Pn)。

3 水位控制考核特点

与以前常见的综合耗水率、水电站蓄能曲线、水能利用提高率等考核相比，华电集团推行的水位控制考核制均不尽相同，主要表现在以下几个方面。

(1) 考核目标值与往年的优化调度水平密切相关。水位控制系数指标由设计调度图正常工作区中心线对应的月度水位、近10a水库的实际平均水位2个部分的算术平均而来，既考虑到了设计要求、又参考了近10a水库水位控制的实际情况，是一个随“近10a”变化而动态改变的指标，它对水位控制水平的要求越来越高。若水库近些年优化调度做得较好，则水位控制系数目标值就较高。

(2) 水位控制及耗水率评分权重高于发电量。按照《中国华电集团公司企业绩效考核暂行办法》，在二级单位(指水电)的经济效益分类指标中,发电量占10%、水位控制完成率占15%、耗水率占15%，水位控制、耗水率2项指标的权重达到30%。水位控制系数考核以月度为评价的最小时段，而用于计算评价得分的月平均水位是每天早上8:00水位的平均值。因此,实际上是强调过程控制，体现的是以天保证月、以月保证年的水位控制管理思路。只要水位过程控制达到了控制系数指标的要求，就表明水电站处于适度的高水头运行，耗水率自然就处于较低的水平，因此,水位控制完成率和耗水率2个指标是密切相关的。

(3) 年度评分权重体现汛枯期优化调度差异化。在对水库的水位控制系数指标进行年度评分时，对汛期、枯期各月在年度评分内设置不同的权重，枯期权重系数为1.5、汛期权重系数为0.5，全年各月的水位控制系数评分加权平均结果为年度评价得分，枯期各月的权重为汛期的3倍。由此可见，汛枯期水位控制的评分权重是在引导水电站“汛期侧重水量利用、枯期侧重降低水耗”。

(4) 水电站评分权重体现调节性能及装机容量差异化。对于管理多座水电站的二级单位，其水位控制系数的年度评分为所辖水电站年度评分的加权平均值。华电集团在计算二级单位水位控制年度评分时,应当考虑到各水电站调节库容、装机容量在该二级单位全部水电站总量中所占的比例来进行计算。调节库容比例和装机容量比例各占一半的权重，水库调节性能越好、装机容量越大的水电站，其水位控制系数评分在二级单位年度评分内的权重就越大，能够充分体现各水电站在二级单位所辖电站中的差异化，以及各水电站在优化调度中的重要程度。

4 水位控制考核下的优化调度策略

华电集团水电优化调度水位控制考核管理的重要基础,是“基于水位控制系数的水库优化调度控制方法”，该方法已申请国家发明专利，且已被受理、进入实审阶段，表明其具有较高的科学合理性。随着水位控制考核管理办法的实施，作为华电集团的二级单位，乌江公司应着力开展乌江梯级水电优化调度工作，以下优化调度策略均为个人观点，仅供参考。

(1) 华电集团于每年年初下达当年各水电站的水位控制系数目标值，考核目标值是与往年的优化调度水平密切相关的，这实际上是在提示水电站的水位控制应平稳。在调度方面，应避免不同年份间水位控制系数大起大落，水位控制系数评分不低于基准分15分(即水位控制完成率达到100%)即可。不能因为追求更高的评分而使水位过高，这样不但会增加弃水风险，而且也会提高次年的水位控制系数目标值。

(2) 水电发电量主要取决于流域来水、设备状况、优化调度、市场营销等多个因素，优化调度是其中的主要因素之一，通过优化调度,可以带来发电量的增量而不是发电量的全部。发电量完成得好不能等同于优化调度水平高，反之,发电量完成得差亦不等于是优化调度做得不好。优化调度水平与发电量之间有联系，但不是必然的因果关系，因此,不能用发电量任务完成情况来衡量优化调度工作，可以将水库水位控制系数作为主要指标进行评价。

(3) 水位控制系数具有直接明了、适用范围广以及不受调节性能影响的特点，在水电调度工作中,应加大水位控制系数的横向、纵向对标力度，将优化调度工作与水位控制系数更加紧密地联系起来，围绕水位控制系数指标开展优化调度工作，尽量避免为追求当年发电量而造成低水位运行、并给次年优化调度带来不利的影响。

(4) 根据分析计算，乌江梯级水电站装机容量+调节库容所占的权重,分别是构皮滩水电站的33.6%、洪家渡水电站的22.3%、乌江渡水电站的14.8%、沙沱水电站的8.1%、思林水电站的7.8%、东风水电站的6.8%，而索风营、大花水及格里桥水电站的权重均在4%以下。因此，梯级调度中水位控制的优先级可按权重排序，抓大放小，这虽然与传统经验相比具有明显的差异，但仍值得尝试。

(5) 在汛期侧重水量的利用，不用太关注耗水率问题。汛前结合水情预报，构皮滩、洪家渡、乌江渡3座水电站的水库应将水位降至可调空间的30%～50%(对应水位控制系数3～5)，以尽量拦蓄洪水；东风、大花水2座水电站的水库应将水位降到死水位至可调空间的30%之间(对应水位控制系数0～3),以提高水量利用率。

(6) 在枯期侧重降低水耗，不应过于担心来大水的小概率事件。汛末加快抬高库水位，降低发电水耗。作为龙头水库,洪家渡水电站水库在汛期应以最大能力尽量蓄水，在汛末使水位达到最高点，枯期开始为了往下补水，应抬高下游各水库水位；构皮滩、乌江渡水电站水库应逐步将水位抬升到可调空间的70%(对应水位控制系数7)以上，东风、大花水水电站水库应逐步将水位抬升到可调空间的75%(对应水位控制系数7.5)以上。

(7) 如果日调节水库全年均保持在较高水位运行，则可将水位保持在可调空间的85%(对应水位控制系数8.5)以上，可按短期预报在必要时下调水位以临时腾库。在日调节水库弃水的问题上,需要改变传统观念，虽然可能会出现短期预报不准而造成弃水，但以小概率的弃水换来全年保持高水位运行、节约更多的水量是值得的。

(编辑：赵秋云)

2015-04-09

李泽宏，男，贵州乌江水电开发有限责任公司水电站远程集控中心,副总工程师,教授级高级工程师.

1006-0081(2015)04-0019-03

TV697.11;P332.3

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