陈村纪村梯级电站实时优化调度研究

王立刚 王艺菲 姜志群

陈村纪村梯级电站实时优化调度研究

王立刚 王艺菲 姜志群

一、概述

陈村水库位于长江支流青弋江上，坝址在泾县桃花潭镇以上3km。青弋江发源于黟县北部和黄山，下游在西河镇以下流入圩区，与水阳江、漳河水系沟通入长江。青弋江流域面积5760km2，陈村水库坝址以上流域面积2780km2。坝址以上主要支流麻川河，源出黄山，经石门里、谭家桥、太平在小河口汇入干流。陈村水库坝址以上流域多年平均降雨量1700mm，多年平均径流量 2.77×109m3，设计洪水流量 10600m3/s，校核流量 14400m3/s。水库正常蓄水位119.0m，设计洪水位122.2m，总库容2.476×109m3。电站安装3台50000kW机组，总容量150000kW。多年平均发电量0.316×109kW·h；设计灌溉面积97.7×103hm2，使 44×103hm2耕地的防洪标准提高到20年一遇。陈村水库是一座以防洪、发电、灌溉为主、兼有航运、水产养殖、旅游等综合效益的水库。

纪村电站是陈村水电厂的二级站，位于青弋江灌区总干渠枢纽末端，属于径流式电站，装机2台，总装机容量为34000kW。通过青弋江灌区总干渠与陈村水库下游溪口水库相连接，拦截徽水河区间来水，在纪村筑坝壅水发电，尾水进入青弋江老河道。是一个投资省、收效快、淹没少，十分经济合理的水电工程。

溪口水库是青弋江灌区总干渠枢纽渠首工程，位于泾县溪口下游约lkm处，截引青弋江干流水。溪口枢纽设计最低水位，即起调水位57.15m，相应库容3000万m3；坝上最高兴利水位57.50m，相应库容为3221万m3；坝上最高水位58.0m。控制区间集水面积500km2，总库容3750万m3。调节容量221万m3，具有日调节能力，无装机容量，当引水渠来水超过其过流能力时，多余的流量可直接从河道排向下游。

青弋江灌区总干渠总长40km，设计最大过水流量160m3/s，实际过流量140m3/s，黄村闸上游徽水河集水面积1100km2。

陈村和纪村电站联合优化调度在宏观层面上已经有过研究，但缺乏实际操作性，系统示意图见图1。在实际应用中，更需要实时性强的优化调度系统来支持梯级电站的优化调度，即需要研究开发实时优化调度决策支持系统，以便充分利用陈村尾水、徽水河及其区间来水，使得发电经济效益最优，提高电站的经济效益和社会效益。

二、基本算法

陈村和纪村实时优化调度模型必须考虑在一年不同时期水库的运行方式。在汛期，陈村水库以防汛为主，控制汛限水位运行。在非汛期，应考虑发电经济运行。所以，实时优化调度模型必须综合考虑这些因素。调度策略可简单描述为：

（1）汛期，当陈村水库库水位超过汛限水位时，陈村电站满发，纪村电站利用陈村尾水即可实现满发。

（2）汛期，当库水位达到汛限水位时，且上游无洪水入库，陈村电站按计划发电，纪村电站利用陈村尾水并通过徽水河和区间来水实现发电量最大。

（3）非汛期，最大限度地利用徽水河和区间来水，实现纪村电站发电量最大化。

由此，陈村和纪村实时优化调度模型采用补偿调度模型。

目标函数：陈村和纪村实时优化调度模型的目标函数可以描述为在规定的时段纪村电站发电量最大。即：

图1 系统示意图

式中：E—时段发电量；N—时段数。

约束条件：

（1）库容约束：水库的蓄水量控制在一定的上下限内。

式中：Vi—某时刻库容—库容下限—库容上限。

（2）水库泄量约束：某时刻水库所有泄流建筑物的泄流量不能大于其最大泄流量，也不能大于下游的安全泄量。

式中：Qi—某时刻泄流量；Qmax—最大泄流量；q—下游安全泄量。

（3）渠道行洪流量约束：渠道流量不能大于其行洪能力。

（4）出力约束：发电机出力应位于装机容量和保证出力间。

式中：Ni—某时刻发电机出力；—出力下限，相当于保证出力—出力上限，当出力不受阻时，即为装机容量。

（5）节点水量平衡约束：系统中各节点水量必须平衡，包括陈村水库、纪村水库、溪口和黄村。

三、计算逻辑

系统一期研究非汛期系统运行情况。基本计算逻辑为：

（1）如果平垣来水充分，不需要上游补偿。

（2）如果平垣来水不充分，则考虑上游补偿。

如果溪口水量充分，则通过溪口水库调节计算，补偿下游水量需求；如果溪口水量不足，则考虑上游补偿。

黄村至溪口段渠道水流计算用马斯京根河道演算方法和圣维南方程扩散波解析解方法。如果是逆向调节计算，则采用反向试错调节计算。

溪口水库调节计算采用联解溪口水库的水量平衡方程和泄流方程，采用数值解法。

溪口至陈村坝下水流计算方法同黄村至溪口段渠道水流计算。

系统每隔15min自动递推计算一次，要求水位计算误差小于2cm。计算要求极高，要求采用快速收敛并保持高精度的计算模型，同时需要优化软件的计算时间。

四、软件概述

陈纪优化调度决策系统应以数据库为核心，实现区间水雨情、机组实时信息的数据关联，通过河道与区间来水的不断的自动演算，提供调度方案，并制定与模拟管理、检索时段数据发布和查询管理，并方便地进行系统数据库管理和调度方案、调度成果管理。

该系统分为两个子系统：客户端系统和服务器端系统。服务器系统为自动调节计算，而客户端系统为发布与查询实时信息和调节计算结果。

1.客户端系统功能

实时显示沿渠道主要节点的水位与流量信息，包括：坝下、溪口、黄村、纪村。

显示在纪村电站最大化发电量的情况下，沿渠道各主要节点的水位与流量信息。

显示如果运用溪口水库调节的情况下，溪口水库的闸门开启情况，包括开启孔数和开启高度。

显示在运用陈村水库调节的情况下，请求陈村水库的调节流量。

2.服务器系统功能

服务器系统主要包括水量优化调节计算模型，该模型每隔15min自动进行一次调节计算，并将计算结果存入服务器数据库。

五、结论与建议

通过一年多的试运行，系统运行十分稳定，计算精度和计算时间达到设计要求，为梯级电站优化运行提供了可靠的技术支持。建议在二期工程中，考虑运用径流预报模型，增加系统的预见期，可以更加充分地利用区域的水资源，提高系统的经济效益和社会效益■

（作者单位：辽宁省大洼县水利局124200 佳木斯大学 154007 南京江山同和水利水电技术有限公司 210000）