电力行业中梯级水电站优化运行的研究

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国网西藏电力有限公司日喀则发电公司 西藏日喀则 857000

水能是一种清洁可再生的能源，不仅现在电力行业占据主要地位。在未来电力行业和可持续发展社会经济中，这种绿色无污染能源具有更好地优势，水能是未来电力工业的重要支柱。能源紧缺的未来，梯级水电站的优化运行将是我们追求的目标，现在探讨电力市场运作模式下的水电运营工作问题具有重要意义。

1 原运行方式配置情况

常规运行方式中，晒谷坪水电站晒07开关提供隔河岩水电站6kV厂用电二大段主供电源，晒02开关提供左岸变备用电源，晒03开关同时提供左岸变主供电源以及隔河岩大坝防汛备用电源。其中，左岸变是隔河岩水利枢纽中一个重要的变电所，承担了大坝武警、一二级升船机等重要电源负荷，所内两路电源进线均取自晒谷坪电站，分别为晒02开关及晒03开关。西寺坪电站坪08开关经晒谷坪电站晒11开关为晒谷坪电站6kVⅡ段母线提供电源，该线路连接电缆配置为双回3×120电缆（型号为ZRYJV29-6/10），采用此双回电缆配置的设计初衷是因当时晒谷坪电站为民营性质，从经济效益最大化考虑，为在盖屋岭变电站线路故障及线路检修等情况时，晒谷坪电站可经坪晒线反送西寺坪电站上网发电。自清能公司改制转型以来（在2008年以前是民营企业，2008年随着清江公司资产重组，成为清江公司全资子公司），公司要求把为隔河岩电厂安全可靠保电放在首位，对发电不做硬性要求，故利用西寺坪电站上网的设计在如今已失去了实际意义。

2 建立梯级水电站优化运行模型

2.1 梯级水电站短期发电优化调度模型的建立

以1天或几天时间为一个调度期的调度称为短期调度，在这个周期内以15min，0．5h或1h为时段的一类水库调度。通过这些时段的数据建立模型分析预测出各水电站在下一调度期内逐时段的运行状态以及电网负荷在各电站间的分配比，从而有效地利用水能创造出最大的效益。通过短周期调度能够更好地根据水库水电站实际运行状况制定出最优的发电计划。短期调度能够将水电系统当时的运行状态(各水库水位、入库流量等)和电网的实际状况结合在一起制定出水库运行方案，并应用到各水电站中。梯级水电站群短期发电优化调度的模型主要有：耗水量最小模型、蓄能最大模型、调度期内发电量最大模型及调峰电量最大模型等。

2.2 发电量最大模型的建立

优化调度问题描述：已知一定调度期内水库初、末水位(或调度期总可调节水量)和水库预报入库流量时，求解水电站的最优运行方式使调度期内总发电量最大应考虑满足综合利用要求及各种约束条件，目标函数如下：

式中：E为调度期内总发电量；Ni，t为i水库t时段平均出力；Δt为时段长；N为水库数目：T为时段数目。

2.3 提出优化调度的目标函数

为保证电力系统的出力最大和企业经济利益最大化的要求在满足电站保证出力的前提下，将电站年发电收益最大值作为优化调度模型的目标函数，通过联立（1）式目标函数可由下面的目标函数：

上述约束条件中：Fm，n为第n电站第m时段的发电量，

ηmn为第n电站第m时段出力系数，tm为第m时段的持续时间，Qmn为第n电站第m时段的引水流量，Hmn为第n电站第m时段的平均发电净水头；x为运行过程的时段总数；y为流域梯级水电站个数；Bm为该时段的分时上网电价。梯级水电站优化运行的研究需要考虑的约束条件主要包括如下内容：①发电站入库流量约束；②水库水位的约束；③泄洪流量约束；④发电率约束；⑤发电企业总出力约束；⑥水库水量平衡约束；⑦梯级水电站群间的水流耦合约束；⑧非负约束。在实际应用中，还要根据不同的情况和条件制定其它的约束限制。

2.4 模型求解算法研究

梯级水电站优化调度模型的算法，采用较多的是动态规划或遗传算法。遗传算法(GA)是基于自然选择和生物进化的一种优化算法，GA算法具有全局优化搜索。遗传算法利用基因进化原理，对解进行优化搜索，其具有搜索效率和精度非常高的优点。

3 运行方式优化可行性

针对本次运行方式优化，充分考虑方案可行性，总结出以下几点：①不需要重新敷设电缆，整个变更过程仅需利用原有旧电缆进行小范围调整，施工难度及经济成本较低；②技术变更举措中施工难度最大的坪08开关至晒11开关电缆施工已在临时供电方式调整中完成，工程量大大减小；③西寺坪电站坪12开关为备用开关，可直接投入使用；④变更后坪晒线及晒左线电缆均采用单回3×120电缆（型号为ZRYJV29-6/10），经查阅相关技术资料，该电缆在空气中允许持续载流量为345A，经计算允许最大负荷约为3196kW（cos取0．85），左岸变最大负荷约为300kW，晒站厂房最大负荷约为150kW，该电缆的负载能力远远超出实际使用需求，故采用单回电缆可以满足长期供电技术要求；⑤西寺坪电站6台机组（6×0．55MW）供电可靠性高，长期为隔河岩工区安全供电，将左岸变、坝上武警等重要负荷纳入西寺坪电站主供、晒谷坪电站备供后，供电综合可靠性进一步提升，晒站检修不再受外界条件制约。

4 结语

本文先简要讲解了梯级水电站联合优化调度的概念和目标，建立水电站群联合优化调度以及分时电价制度条件下的优化模型。利用水力发电站各个约束条件以及峰谷电量和电价对模型进行约束，再采用遗传算法对模型进行求解，得出了最优运行条件，这些研究对梯级水电站优化运行有一定的指导作用。