李 威，王夏光，王 軍

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

0 引言

隨著雅礱江上游兩河口電站的建成投產(chǎn)，與錦屏一級、二灘水庫聯(lián)合運行后，流域梯級電站水庫調(diào)節(jié)性能大幅增強，可大幅增加中下游梯級電站多年平均年發(fā)電量、枯平期電量和保證出力，雅礱江中下游將形成“三庫七級”電站水庫群。在新的“三庫七級”梯級水調(diào)格局下，下游各電站原有的機組檢修窗口期也將隨之發(fā)生改變。傳統(tǒng)的機組檢修模式中，水電機組檢修一般安排在枯水季節(jié)，不會對發(fā)電運行產(chǎn)生較大影響。但對梯級水電站而言，枯期龍頭水庫可以發(fā)揮補償調(diào)節(jié)作用向下游供水，機組檢修安排變得更為復(fù)雜[1]。研究雅礱江流域電站聯(lián)合調(diào)度后檢修窗口期分布和優(yōu)化策略，不僅可以為電網(wǎng)提供可靠電源、提高企業(yè)經(jīng)濟效益，還有助于指導(dǎo)制定雅礱江下游水電站機組檢修計劃。

二灘水電站與桐子林水電站屬雅礱江最末級的兩座電站，兩站歸屬不同的調(diào)度機構(gòu)管轄，日常發(fā)電負荷難以聯(lián)合調(diào)度，且兩站中段有安寧河支流，導(dǎo)致桐子林庫區(qū)來水預(yù)測難度較大，這給兩站的聯(lián)合經(jīng)濟運行增添了不小的難度，本文針對雅礱江流域梯級水電站，提出以等效總發(fā)電量最大為目標進行出力計算，在保證優(yōu)化調(diào)度運行的基礎(chǔ)上合理安排兩站機組檢修。

1 雅礱江流域聯(lián)合調(diào)度建模及求解

1.1 調(diào)度模型

（1）目標函數(shù)

在給定入庫徑流及滿足各類約束條件情況下，使梯級電站年發(fā)電量最大，相應(yīng)目標函數(shù)為：

式中：N 表示梯級電站的電站數(shù)量；T 表示計算的總時長；Ai，t為第i 個水電站在第t 時段的發(fā)電效率；Qi，t為第i 個水電站在第t 時段的發(fā)電流量（m3/s）；Hi，t為第i 個水電站在第t 時段的發(fā)電水頭（m）；Δt為計算時段長度（s）。

（2）約束條件

水量平衡約束條件如下：

式中：Vi，t、Vi，t+1分別為第i 個水電站在第t 時段的水庫初、末的蓄水量（m3）；qi，t、Qi，t、Si，t分別為第i 個水電站在第t 時段的入庫流量、發(fā)電流量和棄水流量（m3/s）；Δt為計算時段長度（s）。

水庫蓄水約束條件如下：

式中：Vi，t，max為第i 電站在第t 時段應(yīng)保證的水庫最小蓄水量（m3）；Vi，t為第i 個電站在第t 時段的水庫蓄水量（m3）；Vi，t，min為第i 個電站在第t 時段允許的水庫最大蓄水量（m3），通常是基于水庫安全方面考慮的，即無防洪要求時為正常蓄水位對應(yīng)的水庫庫容，有防洪要求時則為防洪限制水位對應(yīng)的庫容。

水庫下泄流量約束如下：

式中：Qi，t，min和Qi，t，max分別為第i 電站在第t 時段應(yīng)保證的水庫最小下泄流量和最大下泄流量（m3/s）。

電站出力約束如下：

式中：Ni，min為第電站的允許最小出力（MW，取決于水輪機的種類與特性）；Nt，max為第i 電站的裝機容量（MW）。

非負條件約束：

上述所有變量均為非負變量（≥0）[2]。

1.2 模型求解

（1）求解方法

對比分析了各種優(yōu)化求解方法的優(yōu)缺點，本項目研究二灘、桐子林年發(fā)電量最大模型求解思路是：

1）將多階段問題轉(zhuǎn)為多個單階段問題，然后使用DP 算法對單階段問題逐級求解得到單階段問題的初始解。

2）通過逐次逼近算法（DPSA）對單階段問題的初始解進行組合調(diào)整，并優(yōu)化計算，尋得滿足流域所有電站負荷限制及時段水位限制等邊界條件的全局最優(yōu)解。

3）利用逐步優(yōu)化算法（POA）以梯級等效總發(fā)電量最大為目標進行水庫優(yōu)化調(diào)度計算得到最終解。

（2）計算邊界

除上述約束條件中提出的流域各電站存在的硬性約束條件外，結(jié)合流域各電站多年運行的經(jīng)驗和防洪要求，在現(xiàn)有電站和水庫運行方式下，雅礱江流域各電站水位計算條件如下：設(shè)置錦屏一級水庫和二灘水庫年初（年末）水位分別為1 875 m 和1 195 m，枯期水位逐步消落，4 月底二灘水位至1 165 m，5 月底錦屏一級水位至1 805 m，汛期視來水逐步回蓄，7月按照長江防總要求預(yù)留防洪庫容，10 月底，錦屏一級蓄至正常蓄水位1 880 m，二灘蓄至正常蓄水位1 200 m，11 月開始逐步消落至年末水位。錦屏二級、官地和桐子林電站水庫常年分別按1 644 m、1 328 m和1 013 m 運行計算。

圖1 梯級水庫優(yōu)化調(diào)度模型求解流程圖

2 梯級水庫聯(lián)合常規(guī)調(diào)度計算

根據(jù)計算邊界條件設(shè)置，采用2016 年（平水代表年）徑流資料，開展相關(guān)計算，成果如下：

2.1 梯級水庫聯(lián)合運行后二灘、桐子林電站出力分析

（1）常規(guī)調(diào)度方式

根據(jù)下游“兩庫五級”梯級水庫聯(lián)合運行方式和調(diào)度經(jīng)驗，結(jié)合兩河口電站可研報告和相關(guān)材料，首先采用梯級水庫聯(lián)合常規(guī)調(diào)度研究的方法對中下游“三庫七級”開展梯級電站水庫發(fā)電運行相關(guān)分析，以此作為梯級水庫優(yōu)化調(diào)度研究的對比分析，二灘、桐子林電站出力計算成果如圖2、圖3。

圖2 二灘各時段旬出力分析圖

圖3 桐子林各時段旬出力分析圖

根據(jù)圖2，圖3 分析可知，二灘10 月上旬至12月下旬出力由314 萬kW 逐漸降低至159 萬kW，1 月上旬至5 月下旬出力由260 萬kW 逐漸降低至220 萬kW，6 月上旬出力突降至151 萬kW，6 月下旬出力增至262 萬kW 后繼續(xù)逐步加大，至9 月下旬達到316 萬kW；桐子林10 月上旬至12 月下旬出力由49 萬kW 逐漸降低至25 萬kW，1 月上旬至5月下旬出力穩(wěn)定在33～37 萬kW，6 月上旬出力逐漸由29 萬kW 逐步加大，至9 月下旬達到51 萬kW。

（2）不考慮約束條件

不考慮現(xiàn)有約束條件，指以梯級發(fā)電量最大作為優(yōu)化目標，按不考慮外部約束的情況（如線路送出限制、節(jié)假日限電、發(fā)電負荷率等電網(wǎng)和系統(tǒng)約束）進行中下游梯級水庫聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化運行計算，得到理想情況下梯級電站運行方式和相應(yīng)指標，反映梯級電站在無外部約束條件下的發(fā)電能力和水庫運行方式，是優(yōu)化調(diào)度中的理論上限值。二灘、桐子林電站出力計算成果如圖4、圖5。

圖4 二灘各時段旬出力分析圖

圖5 桐子林各時段旬出力分析圖

根據(jù)圖4，圖5 分析可知，從多年平均來看，二灘9 月下旬至次年1 月上旬出力由326 萬kW 逐漸降低至162 萬kW，1 月中旬至7 月出力開始逐步加大至325 萬kW，8 月上旬出力突降至273 萬kW 后繼續(xù)逐步加大，至9 月下旬達到326 萬kW；桐子林9 月下旬至次年2 月上旬出力由53 萬kW 逐漸降低至22 萬kW，2 月中旬至7 月出力開始逐步加大至53 萬kW，8 月上旬出力突降至46 萬kW 后繼續(xù)逐步加大，至9 月達到53 萬kW。

（3）考慮約束條件

在梯級水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度中充分考慮現(xiàn)有約束條件（如線路送出限制、節(jié)假日限電、發(fā)電負荷率約束），將約束條件作為模型計算的邊界條件，進一步開展分析研究。根據(jù)資料統(tǒng)計，結(jié)合目前電網(wǎng)、線路及電站運行方式，根據(jù)需要設(shè)置約束條件如下：

1）結(jié)合近幾年春節(jié)及錦蘇直流檢修期，錦官組發(fā)電送出情況，設(shè)置錦官組2 月上旬總出力不超過280 萬kW，4 月上中旬總出力不超過150 萬kW。

2）考慮梯級電站線路送出能力（初步考慮近幾年電網(wǎng)建設(shè)情況）以及汛期電力市場負荷消納情況，選取流域典型來水年作為參考，設(shè)置兩河口汛期負荷率52%，楊房溝汛期負荷率94%，錦官組汛期負荷率100%，二灘汛期負荷率82%，桐子林汛期負荷率77%。

二灘、桐子林電站出力計算成果如圖6、圖7。

圖6 二灘各時段旬出力分析圖

圖7 桐子林各時段旬出力分析圖

根據(jù)圖6，圖7 分析可知，考慮約束條件情況下，二灘和桐子林電站2 月上旬和4 月上旬負荷均出現(xiàn)斷點式下跌，但日期較短，二灘電站6 月上旬至10月下旬負荷較為平穩(wěn)，負荷區(qū)間255～270 萬kW，適合安排一臺機組檢修，11 月上旬至12 月上旬負荷由217 萬kW 降至153 萬kW，后逐漸增負荷至1 月下旬達到201 萬kW，2 月上旬至3 月下旬出力由102 萬kW 逐漸升至308 萬kW，4 月上旬至5 月下旬出力逐步由110 萬kW 逐漸升至291 萬kW；桐子林4 月下旬至6 月下旬及8 月上旬至11 月上旬出力維持30～45 萬kW，適合安排1 臺機組檢修，11 月中旬至2 月下旬及4 月上中旬負荷均低于30 萬kW，適合安排2 臺及以上機組檢修。

2.2 三庫聯(lián)調(diào)后二灘、桐子林電站檢修窗口期分析

二灘水電站總裝機容量330 萬kW，包括6 臺單機55 萬kW 的水輪發(fā)電機組，桐子林電站總裝機容量60 萬kW，包括4 臺單機15 萬kW 的水輪發(fā)電機組。

（1）常規(guī)調(diào)度方式下

根據(jù)現(xiàn)有梯級水庫運行方式和調(diào)度經(jīng)驗，首先采用梯級水庫聯(lián)合常規(guī)調(diào)度方法對2016 年（平水代表年）徑流資料中下游電站水庫發(fā)電運行方式進行分析，結(jié)論如下：

由表1 分析可知，常規(guī)調(diào)度模式下，二灘、桐子林電站的檢修期較長，除6 月下旬至10 月中旬無法開展機組檢修外，其他時間均可以開展1～2 臺機組檢修，12 月下旬二灘甚至可以同時開展3 臺機的檢修工作。

表1 二灘、桐子林電站各旬最大可檢修機組臺數(shù)統(tǒng)計（常規(guī)調(diào)度）

（2）不考慮約束條件

不考慮現(xiàn)有約束條件時，結(jié)合前述聯(lián)合調(diào)度后兩站的水庫蓄水消落和負荷預(yù)測，可對兩站檢修窗口期作初步分析。

由表2 分析可知，二灘、桐子林電站汛期不具備檢修窗口期，枯期兩站均能安排2 臺及以上檢修空間。

表2 二灘、桐子林電站各旬最大可檢修機組臺數(shù)統(tǒng)計（不考慮約束條件）

（3）考慮約束條件

考慮現(xiàn)有約束條件時，結(jié)合前述聯(lián)合調(diào)度后兩站的水庫蓄水消落和負荷預(yù)測，可對兩站檢修窗口期作初步分析。

由表3 分析可知，考慮現(xiàn)有約束條件下，二灘電站可以在8 月上旬至次年3 月上旬以及4 月上旬至5 月上旬依次開展6 臺機組檢修，但考慮到8 月上旬至10 月上旬二灘電站負荷較高，5 臺機組發(fā)電已接近滿發(fā)，因此能夠穩(wěn)定不影響年度出力的檢修期依舊為11 月上旬至2 月下旬以及4 月；桐子林電站檢修期分布在8 月上旬至9 月上旬、10 月上旬至次年6 月中旬，但考慮到8 月上旬至9 月上旬桐子林電站負荷較高，3 臺機組發(fā)電已接近滿發(fā)，因此穩(wěn)定的檢修期依舊為10 月上旬至次年6 月中旬。

表3 二灘、桐子林電站各旬最大可檢修機組臺數(shù)統(tǒng)計（考慮約束條件）

3 結(jié)語

本文建立以旬為調(diào)度時段長，以年為調(diào)度周期的梯級水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型（梯級等效發(fā)電量最大模型），進行梯級電站聯(lián)合運行后二灘、桐子林檢修窗口期分析，結(jié)論如下：

（1）從二灘、桐子林出力來看，優(yōu)化調(diào)度后三庫聯(lián)調(diào)的兩站出力要較常規(guī)調(diào)度下兩站出力有所減少，但雅礱江流域等效總發(fā)電量有所增加。

（2）對三庫聯(lián)調(diào)進行優(yōu)化調(diào)度后，兩站枯平期出力較三庫聯(lián)調(diào)前均有所增加，將導(dǎo)致枯平期檢修窗口期發(fā)生變化。在不考慮現(xiàn)有約束條件，二灘、桐子林電站汛期不具備檢修窗口期，枯期兩站均能安排2 臺及以上機組檢修空間。考慮現(xiàn)有約束條件下，二灘、桐子林電站檢修窗口期較目前將有所增加，但檢修期更為分散。

（3）建議二灘、桐子林檢修窗口期安排為：二灘電站11 月上旬至3 月上旬按照單機輪停方式陸續(xù)開展6 臺機檢修，如因機組A 修、重大技改等導(dǎo)致工期緊張，確須雙機同停檢修應(yīng)安排在2 月或4 月；桐子林電站和二灘電站同步于11 月上旬至3 月上旬按照單機輪停方式陸續(xù)開展4 臺機檢修，如因機組A 修、重大技改等導(dǎo)致工期緊張，機組檢修期也可適當延期至6 月中旬，如確須雙機同停檢修應(yīng)安排在11 月中旬至2 月下旬。

本文采取的優(yōu)化調(diào)度模型僅考慮流域聯(lián)合調(diào)度前流域各站所面臨的防洪要求、送出限制等條件，未考慮到各站所屬調(diào)度機構(gòu)不同、流域聯(lián)合調(diào)度后各站防洪限制要求改變帶來的影響，因此本文僅能為二灘、桐子林電站檢修窗口期的安排做一定的參考，后續(xù)的檢修計劃優(yōu)化仍需根據(jù)流域聯(lián)合調(diào)度后上游來水變化和電網(wǎng)建成后的送出條件變化綜合考慮。

參考文獻：

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