梯級(jí)水電站水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行分析及控制措施

王 剛，甘成勇，薛萬(wàn)軍

（雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

梯級(jí)水電站水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行分析及控制措施

王 剛，甘成勇，薛萬(wàn)軍

（雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

結(jié)合兩個(gè)水電站水庫(kù)“首尾相連”運(yùn)行特點(diǎn)，研究給出了兩庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行調(diào)度模型及下游電站水庫(kù)理想控制水位，分析了兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行極端工況運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和控制措施，并根據(jù)兩級(jí)水庫(kù)運(yùn)行的實(shí)際情況提煉出了兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)；同時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況可以看出，本文所總結(jié)的相關(guān)技術(shù)措施切實(shí)可行，符合水庫(kù)運(yùn)行規(guī)律并滿足水庫(kù)安全要求。本文所分析的兩級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度的運(yùn)行技術(shù)也可供同類型水庫(kù)電站在實(shí)際運(yùn)用中作為參考。

兩級(jí)水庫(kù)；聯(lián)合運(yùn)行；關(guān)鍵技術(shù)；首尾相連

1 引言

“首尾連接”的流域梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)，水流在兩庫(kù)間基本不存在遲滯時(shí)間，水力聯(lián)系十分緊密。與常規(guī)梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)相比，該類梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行存在明顯差異。本文以大型流域水電站群中的下游兩級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)為例，分析該類梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行特點(diǎn)及典型異常工況下的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提出正常及異常運(yùn)行工況下的運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)，供同類型水庫(kù)參考。

2 兩級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)及聯(lián)合調(diào)度模型

2.1 水庫(kù)系統(tǒng)特點(diǎn)

兩級(jí)電站位于流域下游錦屏大河灣上，兩站特征參數(shù)如表1所示。其中上游電站利用305 m雙曲拱壩攔蓄水流發(fā)電，其水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容49.1億m3，具有年調(diào)節(jié)能力［1］。下游電站在靠近上游電站壩址下游建攔河閘壩，該壩攔蓄上游出庫(kù)水流形成水庫(kù)，通過(guò)長(zhǎng)16.67 km的引水隧洞將干流河道截彎取直，獲取約310 m水頭發(fā)電，二級(jí)水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容496萬(wàn)m3，基本無(wú)調(diào)蓄能力。兩庫(kù)“首尾相連”且?guī)扉g無(wú)支流入庫(kù)，因此庫(kù)間水流遲滯時(shí)間及區(qū)間流量均可忽略不計(jì)。此外，下游電站引水隧洞使得雅礱江干流約150 km的錦屏大河灣成為減水河段，為降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，下游電站需向減水河段泄放指定的生態(tài)流量［2］。

表1 兩級(jí)電站水庫(kù)調(diào)度典型參數(shù)

2.2 流域水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度模型

梯級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)采用中長(zhǎng)期優(yōu)化與短期優(yōu)化相結(jié)合的運(yùn)行模式，中長(zhǎng)期優(yōu)化依據(jù)流域徑流來(lái)水預(yù)測(cè)結(jié)合強(qiáng)調(diào)蓄能力水庫(kù)運(yùn)用計(jì)劃，以棄水流量最小、流域蓄能最高為目標(biāo)獲取流域中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度計(jì)劃，弱調(diào)蓄能力水庫(kù)保持高水位運(yùn)行。短期優(yōu)化則以中長(zhǎng)期優(yōu)化成果為依據(jù)，在滿足電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行需求，且兼顧梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)行安全的前提下，盡量減少棄水，提高水能利用率，增加流域發(fā)電效益，適合采用梯級(jí)末期蓄能最大模型，其表達(dá)式如下［3］：

式中：

Hi——第i個(gè)水庫(kù)平均水頭；

Vi( tT)——第i個(gè)水庫(kù)期末蓄水量。

該模型考慮了梯級(jí)電站水頭差異，其約束條件主要有：

（1）機(jī)組運(yùn)行約束，如機(jī)組最大、最小出力，不可水位，可采取的措施見(jiàn)表4所示。主要措施有負(fù)荷調(diào)整和泄洪閘門調(diào)整。其中，負(fù)荷調(diào)整措施平穩(wěn)、快速，可為首選；不利因素是可能造成發(fā)電量減少，影響經(jīng)濟(jì)效益。調(diào)整泄洪閘門準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)（需經(jīng)開(kāi)度計(jì)算、下達(dá)命令單、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備、預(yù)警、通知有關(guān)單位等流程），且存在較多不可控因素，可作為備選措施。

3 兩級(jí)聯(lián)合運(yùn)行極端工況風(fēng)險(xiǎn)分析

表4 錦一跳機(jī)（1、2臺(tái)）工況下的下游水庫(kù)水位控制措施

3.2 下游電站跳機(jī)（1～6臺(tái)）工況分析

3.2.1 工況風(fēng)險(xiǎn)分析

下游電站通過(guò)東錦雙線、東天雙線共四回500 kV線路接入系統(tǒng)，其中東錦雙線送電至錦屏換流站，為送電主要通道，全線除重冰區(qū)約14 km外其余均為同塔雙回走線。根據(jù)安控裝置故障切機(jī)策略，當(dāng)東錦雙回線故障跳閘時(shí)，根據(jù)全廠送出功率大小，將切除錦屏二級(jí)1～6臺(tái)機(jī)組，策略詳見(jiàn)表5。

當(dāng)下游電站一臺(tái)機(jī)組解列后，下游發(fā)電流量減小約220 m/s，原有入出庫(kù)平衡將被打破，水庫(kù)水位上升，上升速率約為0.95 m/h，從初始水位1 643 m升至控制最高水位1 646 m需時(shí)約189 min。如庫(kù)水位超過(guò)高水位繼續(xù)上行，則下游電站將存在嚴(yán)重的水庫(kù)漫壩風(fēng)險(xiǎn)。因此運(yùn)行人員必須在該時(shí)限內(nèi)采取有利措施遏制下游電站庫(kù)水位上升，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)水電運(yùn)行再平衡。

表5 下游電站全接線方式下安控切機(jī)策略表

3.2.2 控制措施

下游電站機(jī)組解列后，為維持下游電站出入庫(kù)的平衡，可采取的措施有：減少上游電站負(fù)荷；增加下游電站負(fù)荷；同時(shí)調(diào)整兩級(jí)之間的負(fù)荷分配比例；開(kāi)啟下游電站閘門增加下泄流量。詳見(jiàn)表6。

表6 下游電站跳機(jī)（1～6臺(tái)）工況下的水庫(kù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及控制措施

3.3 兩級(jí)聯(lián)合切機(jī)（2～5臺(tái)）工況分析

當(dāng)主要送出通道錦蘇直流故障速降負(fù)荷或單、雙極閉鎖時(shí)，安控系統(tǒng)也將按切機(jī)策略動(dòng)作切除兩級(jí)電站相應(yīng)機(jī)組。根據(jù)總切機(jī)臺(tái)數(shù)，可分別考慮切除2～5臺(tái)的各種情況，根據(jù)兩級(jí)機(jī)組輪切原則，考慮被切機(jī)組分配情況1+1（上游電站切1臺(tái)+下游電站切一臺(tái)，下同）、2+1、2+2、3+2的情況，工況分析及應(yīng)對(duì)策略如表7所示。

4 兩級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)

綜合上述分析，結(jié)合運(yùn)行實(shí)際，兩級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行核心關(guān)鍵在于上游參與流域中長(zhǎng)期及短期優(yōu)

4.3 兩級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行控制系統(tǒng)

由于下游水庫(kù)庫(kù)容小，閘門調(diào)整頻繁，在電站“無(wú)人值班”模式下，遇系統(tǒng)故障等突發(fā)事件，很難滿足穩(wěn)定控制水位的基本要求，因此，應(yīng)充分考慮自動(dòng)化技術(shù)在水庫(kù)實(shí)時(shí)調(diào)度方面的應(yīng)用。對(duì)于下游電站的水庫(kù)調(diào)度，根據(jù)前文策略表，可考慮建立聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動(dòng)采集兩級(jí)當(dāng)前的機(jī)組負(fù)荷、閘門開(kāi)度、庫(kù)水位、入庫(kù)/出庫(kù)流量等信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和水位預(yù)測(cè)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查詢閘門調(diào)整策略表，控制下游閘門進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整操作。

閘門調(diào)整策略表應(yīng)充分考慮各種因素和限制條件，至少包括以下幾方面：1）閘門的操作及運(yùn)行方式需滿足水庫(kù)調(diào)度規(guī)程規(guī)定；2）閘門調(diào)整應(yīng)緩慢平穩(wěn)，每次閘門調(diào)整幅度不宜過(guò)大，速度不宜過(guò)快，以防止下游流量陡增陡降；3）盡量避免閘門頻繁調(diào)整；4）兼顧下游官地水位控制要求；5）具備防誤動(dòng)檢查和閉鎖環(huán)節(jié)，防止采集錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、計(jì)算錯(cuò)誤等原因?qū)е抡`判誤動(dòng)出口，必要時(shí)增加人工確認(rèn)的環(huán)節(jié)；6）正確的通信異常判斷及處理環(huán)節(jié)，特別考慮下令期間、操作期間通信中斷和通信恢復(fù)時(shí)的處理過(guò)程。此外，還需要考慮泄洪預(yù)警和異常情況下集控和現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急處理流程和策略等配套措施。

水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行控制系統(tǒng)為水庫(kù)調(diào)度人員提供策略顯示和自動(dòng)調(diào)整閘門支持，可有效減小錦屏二級(jí)水位控制風(fēng)險(xiǎn)和減輕人工作業(yè)量，提高聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行的效率，為電站“無(wú)人值班”打下良好基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

兩水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)較大且復(fù)雜的工作，本文針對(duì)兩級(jí)水庫(kù)系統(tǒng)“首尾相連”特點(diǎn)，分析了下游電站水庫(kù)存在較大漫壩或拉空風(fēng)險(xiǎn)，給出了適合該系統(tǒng)的調(diào)度數(shù)學(xué)模型，求解出了下游電站理想控制水位。同時(shí)以下游電站水庫(kù)理想控制水位至庫(kù)水位運(yùn)行上、下限時(shí)間為目標(biāo)，分析了兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行極端工況下的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)并提出了相應(yīng)控制措施，提煉出了適合該系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行的運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)踐表明所提出的運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)切實(shí)可行，可供同類型水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行參考。

［1］中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)院.錦屏一級(jí)水電站設(shè)計(jì)運(yùn)行說(shuō)明書［z］.02013.06.

［2］中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院.錦屏二級(jí)水電站設(shè)計(jì)運(yùn)行說(shuō)明書［z］.2012.03.

［3］張勇傳.水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理［M］.中國(guó)水利水電出版社1998.

［4］陳 鵬，余 平，蒲 瑜.雅礱江流域下游梯級(jí)水電站聯(lián)合實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度探討 ［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2014（09）：180-183.

TV734.4

B

1672-5387（2016）10-0081-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.025

2016-05-18

王 剛（1986-），男，工程師，從事水電站運(yùn)行工作。