大藤峡水利枢纽工程厂内经济运行研究

房 巍，孙万光，李文红

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.长白朝鲜族自治县河道管理中心，吉林白山134300）

1 概述

水电站厂内经济运行的主要任务是将出力在机组间最优分配，以获得发电收益或发电量最大化[1]。国内外诸多水电站均实施了经济运行，取得了良好的效益：实施经济运行后，刘家峡水电站提高效益2.032%[2]，湖南拓溪水电站提高发电量3%~10%，湖北葛洲坝二江水电站提高效益1%~3%，美国石河段水电站发电效率平均提高3%。由此可见，水电站实行经济运行所取得的经济效益是十分可观的，这部分效益增加对于我国这样的水电大国和能源供需矛盾日渐突出的形势都是非常有意义的。

大藤峡水利枢纽工程位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峡出口弩滩上，坝址下距桂平市约6.6 km，坝址控制流域面积为19.86万km2；工程任务为防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用；水库正常蓄水位为61.00 m，汛期限制水位为47.60 m，死水位为47.60 m。水库总库容为34.79亿m3，船闸规模为3 000 t级，电站装机容量为1 600 MW，8台机组，多年平均发电量为60.55亿kW·h，保证出力为366.9 MW。

2 水电站厂内经济运行动态规划模型

水电站厂内经济运行包含两部分：1）机组负荷分配优化，即负荷的空间分配；2）机组组合优化，即负荷的时间分配。

2.1 机组负荷分配

用动态规划方法求解机组负荷优化分配问题，建立数学递推模型。

阶段变量i：以机组编号为序，机组台数i为阶段变量；

决策变量Ni：第i号机组的负荷；

根据动态规划的最优化原理，可得到顺向递推方程组：

2.2 机组组合

对于一个有n台机组的水电厂，采用以下思路建立递推模型：

阶段变量t：以1 h为阶段，全天24 h总计24个阶段；

状态变量j：在顺序递推中，以前一时段t-1的机组组合号j为状态号；

决策变量i：当前时段的机组组合号；

状态转移方程：f(t，j)=i*，其含义为，当t-1时段以第j号机组组合运行，而t时段的最优组合号为i*，该时段负荷在第i*号组合间优化分配；

由此可以得出机组组合的动态规划递推方程组：

2.3 模型求解方法

在水电站厂内经济运行传统动态规划求解方法中，将给定负荷的空间分配和时间分配分开计算。先进行负荷的空间分配，选取一定的水头H，从机组最小出力开始，按照给定的步长进行空间负荷分配的动态规划算法计算，得出相应水头下从最小出力一直到该水头下机组总出力最大值为止的各机组最优负荷分配，并将得出的数据存入空间负荷分配总表中。对所有水头，按照以上步骤依次进行，得出该电站所有水头的空间负荷分配总表。在机组组合优化过程中，不断查找这些成果表，并对其进行插值计算，得出最优的机组组合及负荷分配方案。

上述传统求解方法优点是在实际应用中计算时间短、效率高；缺点是前期准备工作量巨大，在应用中做了大量插值计算，精度不高。本文采用时空紧密耦合的动态规划方法求解大藤峡水电站厂内经济运行优化模型，即将负荷空间分配和机组组合共同作为状态变量，以时段作为阶段变量，采用动态规划方法一次求解，得出厂内经济运行的优化方案。

3 枢纽优化调度方案研究成果

3.1 设计水平年典型日负荷曲线

根据红水河梯级规划和大藤峡水利枢纽工程初步设计成果[3]，大藤峡水电站设计代表年采用以红水河梯级为主选择的设计代表年，本文选取平水年进行优化研究，即平水年1966年5月—1967年4月。

根据《广西电力工业发展“十二五”及中长期规划总报告》[4]，预测到2030年设计水平年广西全社会需电量将达到3 850亿kW·h，最大负荷为64 500 MW。夏季典型日最小负荷率β为0.636，日负荷率γ为0.818；冬季典型日最小负荷率β为0.617，日负荷率γ为0.808。

大藤峡水电站设计水平年典型日负荷曲线结果见图1。

图1 大藤峡水电站设计水平年平水年典型日负荷曲线

3.2 设计水平年平水年典型日机组负荷分配方案

根据图1，经优化计算，给出机组最优负荷分配方案，结果见图2、图3。

图2 平水年夏季典型日负荷机组出力

图3 平水年冬季典型日负荷机组出力

从图2可见，夏季典型负荷下，1~8 h，13~14 h，24 h负荷为150 MW，1台机组开机即可，机组效率达到94.53%，处在高效区。9，12，15，23 h负荷为325 MW，需安排3台机组开机，其中2台机组出力均为100 MW，1台机组出力为125 MW，机组平均效率为92.67%。16 h负荷为656.3 MW，需安排5台机组开机，其中3台机组出力均为150 MW，1台机组出力为100 MW，1台机组出力为106.3 MW，机组平均效率为92.40%。10~11 h，17~22 h负荷为838.8 MW，8台机组全部开机，其中7台机组出力为100 MW，1台机组出力为138.8 MW，机组平均效率为91.91%。夏季8月份不安排检修容量，8台机组全部投入运行满足实际需求。

从图3可见，冬季典型负荷下，1~9 h，12~16 h，23~24 h负荷为150 MW，均开启1台机组，机组效率达到94.22%，处在高效区。10 h负荷为546 MW，需安排3台机组开机，其中1台机组出力为200 MW，1台机组出力为196 MW，1台机组出力为150 MW，机组平均效率为94.81%。10，17~22 h负荷为1 014.8 MW，需安排6台机组开机，其中2台机组出力为200 MW，3台机组出力为150 MW，1台机组出力为164.8 MW，机组平均效率为95.04%，效率较高。冬季一般安排检修容量为200 MW，从优化结果看，满足检修要求。

另一方面，平水年夏季和冬季典型日负荷条件下，机组均不存在频繁开机、停机现象，这对延长机组使用寿命及降低耗水量具有十分重要的意义。

4 结语

通过建立大藤峡水电站厂内经济运行动态规划模型，提出了大藤峡水电站厂内经济运行的时空耦合动态规划求解方法，将负荷空间分配和机组组合共同作为状态变量，以时段作为阶段变量，采用动态规划方法一次求解，得出厂内经济运行的优化方案，避免了发电净水头粗估所产生的误差。

通过对大藤峡水电站设计水平年平水年典型日（包括冬季和夏季）负荷曲线下机组负荷分配方案进行优化后，机组多处在高效率区运行，同时避免了机组的频繁启停，达到出力一定条件下发电耗水量最小的目标。