“两级调度”模式下的梯级水电站经济性分析

陆建宏

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都610051）

1 引言

桐子林电站和二滩水电站同属于二滩水力发电厂管理。桐子林水库2015年年中进行了蓄水，10月、11月，桐子林电站1号、2号、3号机组分别投产发电，2016年3月桐子林电站4号机组投产。由于桐子林水电站为日调节水库且机组为轴流转桨式，单机发电流量很大，当机组满发或者大发时桐子林电站水库水位降幅较大，因此会导致桐子林电站上游水位变化很大，进而影响上游的二滩水电站尾水位发生变化，对二滩水电站枯平期经济运行造成了影响。此外，二滩水电站在今年起调度关系由四川省调转变为国调西南分调直接调度，形成了“一厂两站、两级调度”的调控模式，为二滩和桐子林电站在枯平期的联合调度带来了巨大挑战。

2 枯平期经济运行指标

经济运行是指通过加强安全生产管理、提高设备可靠性、优化电站机组负荷分配，实现枯平期（1～5月及11～12月）降低耗水率、汛期（6～10月）减少弃水，以充分利用水能资源达到最大限度增发电量目的。

耗水率是衡量水电站经济运行的重要指标[5～7]，而影响该指标的主要因素之一就是水轮机的运行工况，因此要降低耗水率，必须优化水轮机的运行参数，改善其运行工况。由耗水率的物理意义可以看出影响耗水率大小的主要因素——工作水头和运行效率，因此要分析耗水率必须根据这两个因素进行分析。

3 桐子林蓄水对二滩经济性影响分析

3.1 对耗水率的影响

历史数据分析如下，桐子林蓄水前2014～2015年度和蓄水后2015～2016年度枯水期二滩生产数据统计见下页表1。

2个年度的耗水率曲线对比见下页图1。

从图1可以看出，2015～2016年度枯水期各月的耗水率整体位于2014～2015年度枯水期之上，从平均耗水率来看，前者为2.397，后者为2.386，高出0.11。也就是说桐子林蓄水后水库水位的升高对二滩的发电耗水率是有明显影响的。

对二滩耗水率影响的规律分析如下：

桐子林水位在1 010～1 015 m之间变化，排除二滩发电流量对尾水位的影响，仅量化计算桐子林水位的变化对二滩耗水率的影响：

根据公式：Q=P/9.81Hη

Q-水轮机流量；P-水轮发电机出力；H-水头；η-水轮发电机组效率。

为方便计算，取P=100万，二滩机组的η=0.959 5×0.985 9

表1 两年二滩枯平期生产数据统计表

图1 耗水率曲线对比

（1）上游水位1160 m

1）尾水位1 010 m，水头150 m

2）尾水位1 015 m，水头145 m

（2）上游水位1 200 m

1）尾水位1 010 m，水头190 m

5 m的水头变化，1 160 m时，二者耗水率相差0.09，1 200 m时，二者耗水率相差0.06，1 160～1 200 m之间的水位，尾水位变化导致的耗水率偏差应该在0.06～0.09之间，取平均值为0.075，即可认为：

水位在1 160～1 200 m区间，桐子林水位在1 010～1 015 m变化，对二滩机组耗水率的影响对应为0～0.075。

3.2 桐子林蓄水后对二滩电站年度枯平期总发电量影响分析

由于水头变化对耗水率的影响为线性，取1 m为间隔五等分得到表2。

表2 两年二滩枯平期生产数据统计表

分析桐子林2015年11月01日～2016年04月30日之间整个枯平期的水位数据，得出各运行水位所在比例如图2。

图2 桐子林电站水位数据统计

2015年11月01日～2016年04月30日总发电水量为159.627亿m3，则不同水位区间对二滩发电量的影响为：P=μδQ

1 010～1 011 m：P1=159.627×5.12%×0.015=1 225.935 36万kW·h

1 011～1 012 m：P2=159.627×30%×0.03=1 436.643万kW·h

1 012～1 013 m：P3=159.627×42.19%×0.045=3 030.598 408 5万kW·h

1 013～1 014 m：P4=159.627×21.92%×0.06=2 099.414 304万kW·h

1 014～1 015 m：P5=159.627×0.77%×0.075=921.845 925万kW·h

P总=P1+P2+P3+P4+P5=8 714.437万 kW·h，占二滩这6个月总发电量66.607 8亿kW·h的1.31%。

通过搜集运行日报及月度生产设备运行分析数据，2014及2015年度枯平期月度来水量及月均发电耗水率分别见表3、表4。

表3 2014年度枯平期月发电量及月均发电耗水率

表4 2015年度枯平期月发电量及月均发电耗水率

根据耗水率计算公式L=Q/D，其中L为耗水率，Q为耗水量，D为电量，可以得出耗水量计算公式为：平均耗水率=水量/电量

采用2种方法计算2014、2015年度枯平期发电量，分别为：

方法1：采用月来水和月平均耗水率算出月电量，进行累加；

方法2：采用年度枯平期间总水量和年度平均耗水率算出电量。

（1）计算出2014、2015年两年枯平期间的总水量。

（2）以2014年的总水量为基础，分别用2014、2015年的平均耗水率算出发的电量。

（3）以2015年的总水量为基础，分别用2014、2015年的平均耗水率算出发的电量。

由此，根据耗水量计算公式（1），得出

方法1：年度枯平期发电耗水率计算公式为：

方法2：年度枯平期发电耗水率计算公式为：

式中：D为枯水期总发电量；Li为枯平期月均发电耗水率；Qi为枯平期月发电耗水量。

方法1计算结果见表5。

表5 根据方法1计算2014及2015年度枯平期发电量

方法2计算结果见表6。

表6 根据方法2计算2014及2015年度枯平期发电量

结论：①在总水量不变的情况下，二滩水电站2014年枯平期桐子林未蓄水总发电量高于2015年桐子林蓄水总发电量；②随着枯平期来水量越增大，桐子林上游水位对二滩发电量影响也越大，即二滩损失电量越大。

3.3 桐子林蓄水前后对二滩电站年度枯平期总发电用水量对比分析

通过搜集运行日报及月度生产设备运行分析数据，2014及2015年度枯平期月度发电量及月均发电耗水率分别见表7、表8。

表7 2014年度枯平期月发电量及月均发电耗水率

表8 2015年度枯平期月发电量及月均发电耗水率

根据耗水率计算公式L=Q/D，其中L为耗水率，Q为耗水量，D为电量。

采用2种方法计算2014、2015年度枯平期发电耗水量，分别为：

方法1：采用月发电量和月均耗水率算出月发电耗水量，后累加求和得出年度枯平期发电耗水量；

方法2：采用年度枯平期间总发电量和年度平均耗水率计算得出年度枯平期发电耗水量。

由此，根据耗水量计算公式（1），得出方法1年度枯平期发电耗水率计算公式为：

方法2年度枯平期发电耗水率计算公式为：

式中：Di为枯平期月发电量；Li为枯平期月均发电耗水率；Q为年度枯平期总发电耗水量。

根据上述计算得出的2014及2015年度枯平期发电耗水量见表9。

4 改进措施

为提高二滩水电站经济稳定运行，主要从降低机组耗水率这一核心问题出发，提出以下策略：

（1）合理调度水库，实现二滩电站与桐子林电站的联合调度，降低桐子林上游水位使二滩机组尽可能保持高水头运行，降低耗水率[8～10]。在条件允许时，水头高时宜多发电，水头低时宜少发。

（2）对于导叶立面间隙大的机组采用先开后停的运行策略，尽量保证其并网运行，减少停机时的漏水量。

（3）合理安排机组运行组合方式，对称开启机组，使1号、2号尾调室水位尽量保持平衡，降低机组耗水率。

（4）通过积极向调度申请开停机，合理安排机组运行方式、实时优化负荷分配等控制方式，有效的避免了机组长时间运行在振动区边缘或小负荷并网运行等低效工况的出现。但由于目前二滩电站与桐子林电站无法实现负荷完全匹配，上级调度为保证川电东送切机容量要求二滩保留机组带小负荷运行，无法完全实现机组的最优经济运行。

（5）针对二滩——桐子林两站水电联调中存在的两厂负荷不匹配、桐子林电站泄洪闸门操作频繁等问题已通过公司向上级调度国网西南电力调控分中心、国网四川省电力调控中心进行了汇报说明。上级调度表示已知晓桐子林水库调度的困难，在后续的计划制定和实时调度中对该困难予以考虑，尽量满足两电站负荷匹配和减少泄洪闸门操作次数。

（6）现阶段由电站侧进行全厂的负荷调整与分配，在厂站侧AGC启用自动优化负荷分配的基础上当出现全厂负荷较小或负荷不可分配时，积极采取申请停机、调整机组负荷等方式让并网机组带大负荷运行，避免在低负荷区运行，保证机组长时间在最优工况下运行。

5 结语

通过分析得出桐子林上游水位和二滩尾水位之间的关联关系，从而掌握桐子林电站机组发电后对二滩水电站机组经济运行的影响，通过两站联调和合理安排机组运行方式有效的降低了机组耗水率，提高了电站经济运行水平。

后续计划收集两站联调对电站安全稳定运行和利于调度管理的相关文件，向调度申请将桐子林电站纳入西南电力调控分中心调控范围，如桐子林电站归入西南分中心调控后将有利与两站的负荷联合制定，闸门配合操作，极大的提高电站的经济运行水平。