雅砻江三库联调后二滩、桐子林电站检修窗口期策略研究

李 威，王夏光，王 军

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051）

0 引言

随着雅砻江上游两河口电站的建成投产，与锦屏一级、二滩水库联合运行后，流域梯级电站水库调节性能大幅增强，可大幅增加中下游梯级电站多年平均年发电量、枯平期电量和保证出力，雅砻江中下游将形成“三库七级”电站水库群。在新的“三库七级”梯级水调格局下，下游各电站原有的机组检修窗口期也将随之发生改变。传统的机组检修模式中，水电机组检修一般安排在枯水季节，不会对发电运行产生较大影响。但对梯级水电站而言，枯期龙头水库可以发挥补偿调节作用向下游供水，机组检修安排变得更为复杂[1]。研究雅砻江流域电站联合调度后检修窗口期分布和优化策略，不仅可以为电网提供可靠电源、提高企业经济效益，还有助于指导制定雅砻江下游水电站机组检修计划。

二滩水电站与桐子林水电站属雅砻江最末级的两座电站，两站归属不同的调度机构管辖，日常发电负荷难以联合调度，且两站中段有安宁河支流，导致桐子林库区来水预测难度较大，这给两站的联合经济运行增添了不小的难度，本文针对雅砻江流域梯级水电站，提出以等效总发电量最大为目标进行出力计算，在保证优化调度运行的基础上合理安排两站机组检修。

1 雅砻江流域联合调度建模及求解

1.1 调度模型

（1）目标函数

在给定入库径流及满足各类约束条件情况下，使梯级电站年发电量最大，相应目标函数为：

式中：N 表示梯级电站的电站数量；T 表示计算的总时长；Ai，t为第i 个水电站在第t 时段的发电效率；Qi，t为第i 个水电站在第t 时段的发电流量（m3/s）；Hi，t为第i 个水电站在第t 时段的发电水头（m）；Δt为计算时段长度（s）。

（2）约束条件

水量平衡约束条件如下：

式中：Vi，t、Vi，t+1分别为第i 个水电站在第t 时段的水库初、末的蓄水量（m3）；qi，t、Qi，t、Si，t分别为第i 个水电站在第t 时段的入库流量、发电流量和弃水流量（m3/s）；Δt为计算时段长度（s）。

水库蓄水约束条件如下：

式中：Vi，t，max为第i 电站在第t 时段应保证的水库最小蓄水量（m3）；Vi，t为第i 个电站在第t 时段的水库蓄水量（m3）；Vi，t，min为第i 个电站在第t 时段允许的水库最大蓄水量（m3），通常是基于水库安全方面考虑的，即无防洪要求时为正常蓄水位对应的水库库容，有防洪要求时则为防洪限制水位对应的库容。

水库下泄流量约束如下：

式中：Qi，t，min和Qi，t，max分别为第i 电站在第t 时段应保证的水库最小下泄流量和最大下泄流量（m3/s）。

电站出力约束如下：

式中：Ni，min为第电站的允许最小出力（MW，取决于水轮机的种类与特性）；Nt，max为第i 电站的装机容量（MW）。

非负条件约束：

上述所有变量均为非负变量（≥0）[2]。

1.2 模型求解

（1）求解方法

对比分析了各种优化求解方法的优缺点，本项目研究二滩、桐子林年发电量最大模型求解思路是：

1）将多阶段问题转为多个单阶段问题，然后使用DP 算法对单阶段问题逐级求解得到单阶段问题的初始解。

2）通过逐次逼近算法（DPSA）对单阶段问题的初始解进行组合调整，并优化计算，寻得满足流域所有电站负荷限制及时段水位限制等边界条件的全局最优解。

3）利用逐步优化算法（POA）以梯级等效总发电量最大为目标进行水库优化调度计算得到最终解。

（2）计算边界

除上述约束条件中提出的流域各电站存在的硬性约束条件外，结合流域各电站多年运行的经验和防洪要求，在现有电站和水库运行方式下，雅砻江流域各电站水位计算条件如下：设置锦屏一级水库和二滩水库年初（年末）水位分别为1 875 m 和1 195 m，枯期水位逐步消落，4 月底二滩水位至1 165 m，5 月底锦屏一级水位至1 805 m，汛期视来水逐步回蓄，7月按照长江防总要求预留防洪库容，10 月底，锦屏一级蓄至正常蓄水位1 880 m，二滩蓄至正常蓄水位1 200 m，11 月开始逐步消落至年末水位。锦屏二级、官地和桐子林电站水库常年分别按1 644 m、1 328 m和1 013 m 运行计算。

图1 梯级水库优化调度模型求解流程图

2 梯级水库联合常规调度计算

根据计算边界条件设置，采用2016 年（平水代表年）径流资料，开展相关计算，成果如下：

2.1 梯级水库联合运行后二滩、桐子林电站出力分析

（1）常规调度方式

根据下游“两库五级”梯级水库联合运行方式和调度经验，结合两河口电站可研报告和相关材料，首先采用梯级水库联合常规调度研究的方法对中下游“三库七级”开展梯级电站水库发电运行相关分析，以此作为梯级水库优化调度研究的对比分析，二滩、桐子林电站出力计算成果如图2、图3。

图2 二滩各时段旬出力分析图

图3 桐子林各时段旬出力分析图

根据图2，图3 分析可知，二滩10 月上旬至12月下旬出力由314 万kW 逐渐降低至159 万kW，1 月上旬至5 月下旬出力由260 万kW 逐渐降低至220 万kW，6 月上旬出力突降至151 万kW，6 月下旬出力增至262 万kW 后继续逐步加大，至9 月下旬达到316 万kW；桐子林10 月上旬至12 月下旬出力由49 万kW 逐渐降低至25 万kW，1 月上旬至5月下旬出力稳定在33～37 万kW，6 月上旬出力逐渐由29 万kW 逐步加大，至9 月下旬达到51 万kW。

（2）不考虑约束条件

不考虑现有约束条件，指以梯级发电量最大作为优化目标，按不考虑外部约束的情况（如线路送出限制、节假日限电、发电负荷率等电网和系统约束）进行中下游梯级水库联合发电优化运行计算，得到理想情况下梯级电站运行方式和相应指标，反映梯级电站在无外部约束条件下的发电能力和水库运行方式，是优化调度中的理论上限值。二滩、桐子林电站出力计算成果如图4、图5。

图4 二滩各时段旬出力分析图

图5 桐子林各时段旬出力分析图

根据图4，图5 分析可知，从多年平均来看，二滩9 月下旬至次年1 月上旬出力由326 万kW 逐渐降低至162 万kW，1 月中旬至7 月出力开始逐步加大至325 万kW，8 月上旬出力突降至273 万kW 后继续逐步加大，至9 月下旬达到326 万kW；桐子林9 月下旬至次年2 月上旬出力由53 万kW 逐渐降低至22 万kW，2 月中旬至7 月出力开始逐步加大至53 万kW，8 月上旬出力突降至46 万kW 后继续逐步加大，至9 月达到53 万kW。

（3）考虑约束条件

在梯级水库联合优化调度中充分考虑现有约束条件（如线路送出限制、节假日限电、发电负荷率约束），将约束条件作为模型计算的边界条件，进一步开展分析研究。根据资料统计，结合目前电网、线路及电站运行方式，根据需要设置约束条件如下：

1）结合近几年春节及锦苏直流检修期，锦官组发电送出情况，设置锦官组2 月上旬总出力不超过280 万kW，4 月上中旬总出力不超过150 万kW。

2）考虑梯级电站线路送出能力（初步考虑近几年电网建设情况）以及汛期电力市场负荷消纳情况，选取流域典型来水年作为参考，设置两河口汛期负荷率52%，杨房沟汛期负荷率94%，锦官组汛期负荷率100%，二滩汛期负荷率82%，桐子林汛期负荷率77%。

二滩、桐子林电站出力计算成果如图6、图7。

图6 二滩各时段旬出力分析图

图7 桐子林各时段旬出力分析图

根据图6，图7 分析可知，考虑约束条件情况下，二滩和桐子林电站2 月上旬和4 月上旬负荷均出现断点式下跌，但日期较短，二滩电站6 月上旬至10月下旬负荷较为平稳，负荷区间255～270 万kW，适合安排一台机组检修，11 月上旬至12 月上旬负荷由217 万kW 降至153 万kW，后逐渐增负荷至1 月下旬达到201 万kW，2 月上旬至3 月下旬出力由102 万kW 逐渐升至308 万kW，4 月上旬至5 月下旬出力逐步由110 万kW 逐渐升至291 万kW；桐子林4 月下旬至6 月下旬及8 月上旬至11 月上旬出力维持30～45 万kW，适合安排1 台机组检修，11 月中旬至2 月下旬及4 月上中旬负荷均低于30 万kW，适合安排2 台及以上机组检修。

2.2 三库联调后二滩、桐子林电站检修窗口期分析

二滩水电站总装机容量330 万kW，包括6 台单机55 万kW 的水轮发电机组，桐子林电站总装机容量60 万kW，包括4 台单机15 万kW 的水轮发电机组。

（1）常规调度方式下

根据现有梯级水库运行方式和调度经验，首先采用梯级水库联合常规调度方法对2016 年（平水代表年）径流资料中下游电站水库发电运行方式进行分析，结论如下：

由表1 分析可知，常规调度模式下，二滩、桐子林电站的检修期较长，除6 月下旬至10 月中旬无法开展机组检修外，其他时间均可以开展1～2 台机组检修，12 月下旬二滩甚至可以同时开展3 台机的检修工作。

表1 二滩、桐子林电站各旬最大可检修机组台数统计（常规调度）

（2）不考虑约束条件

不考虑现有约束条件时，结合前述联合调度后两站的水库蓄水消落和负荷预测，可对两站检修窗口期作初步分析。

由表2 分析可知，二滩、桐子林电站汛期不具备检修窗口期，枯期两站均能安排2 台及以上检修空间。

表2 二滩、桐子林电站各旬最大可检修机组台数统计（不考虑约束条件）

（3）考虑约束条件

考虑现有约束条件时，结合前述联合调度后两站的水库蓄水消落和负荷预测，可对两站检修窗口期作初步分析。

由表3 分析可知，考虑现有约束条件下，二滩电站可以在8 月上旬至次年3 月上旬以及4 月上旬至5 月上旬依次开展6 台机组检修，但考虑到8 月上旬至10 月上旬二滩电站负荷较高，5 台机组发电已接近满发，因此能够稳定不影响年度出力的检修期依旧为11 月上旬至2 月下旬以及4 月；桐子林电站检修期分布在8 月上旬至9 月上旬、10 月上旬至次年6 月中旬，但考虑到8 月上旬至9 月上旬桐子林电站负荷较高，3 台机组发电已接近满发，因此稳定的检修期依旧为10 月上旬至次年6 月中旬。

表3 二滩、桐子林电站各旬最大可检修机组台数统计（考虑约束条件）

3 结语

本文建立以旬为调度时段长，以年为调度周期的梯级水库联合优化调度模型（梯级等效发电量最大模型），进行梯级电站联合运行后二滩、桐子林检修窗口期分析，结论如下：

（1）从二滩、桐子林出力来看，优化调度后三库联调的两站出力要较常规调度下两站出力有所减少，但雅砻江流域等效总发电量有所增加。

（2）对三库联调进行优化调度后，两站枯平期出力较三库联调前均有所增加，将导致枯平期检修窗口期发生变化。在不考虑现有约束条件，二滩、桐子林电站汛期不具备检修窗口期，枯期两站均能安排2 台及以上机组检修空间。考虑现有约束条件下，二滩、桐子林电站检修窗口期较目前将有所增加，但检修期更为分散。

（3）建议二滩、桐子林检修窗口期安排为：二滩电站11 月上旬至3 月上旬按照单机轮停方式陆续开展6 台机检修，如因机组A 修、重大技改等导致工期紧张，确须双机同停检修应安排在2 月或4 月；桐子林电站和二滩电站同步于11 月上旬至3 月上旬按照单机轮停方式陆续开展4 台机检修，如因机组A 修、重大技改等导致工期紧张，机组检修期也可适当延期至6 月中旬，如确须双机同停检修应安排在11 月中旬至2 月下旬。

本文采取的优化调度模型仅考虑流域联合调度前流域各站所面临的防洪要求、送出限制等条件，未考虑到各站所属调度机构不同、流域联合调度后各站防洪限制要求改变带来的影响，因此本文仅能为二滩、桐子林电站检修窗口期的安排做一定的参考，后续的检修计划优化仍需根据流域联合调度后上游来水变化和电网建成后的送出条件变化综合考虑。

参考文献：

[1] 郭有安，管镇．澜沧江梯级水电站发电与机组检修联合优化研究[J]．水力发电，2017，43（10）：83-86．

[2] 周佳，马光文，张志刚．基于改进POA 算法的雅砻江梯级水电站群中长期优化调度研究[J]．水力发电学报，2010，29（3）：18-22．