錦屏水電站枯期運行方式淺析

李金明，季蘇蕾，竇學剛，王定立，馬金奎，張 昕

(二灘水電開發有限責任公司錦屏水力發電廠(籌)，四川西昌 615000)

錦屏水電站由二灘水電開發有限責任公司(以下簡稱“二灘公司”)錦屏水力發電廠(目前為籌備機構，以下簡稱“錦屏電廠”)負責管理，它位于四川省涼山州鹽源、木里、冕寧三縣交界處，系雅礱江下游河段的龍頭電站，是國家“西電東送”、“川電外送”能源發展戰略的重要組成部分。錦屏水電站包括錦屏1級、錦屏2級水電站，總裝機8 400 MW。錦屏1級水電站混凝土雙曲拱壩壩高305 m，為世界同類壩型中第一高壩;總庫容7 765×106m3，調節庫容491×107m3，具有年調節能力，裝機6臺，總裝機容量3 600 MW，設計多年平均發電量為16.62 TWh;錦屏2級水電站通過16.7 km的引水隧洞引水發電，最大水頭達318.8 m;總庫容 1 428 ×104m3，調節庫容為 496 ×104m3;裝機8臺，總裝機容量4 800 MW，多年平均發電量為24.23TWh。錦屏水電站計劃首臺機組于2012年年底投產發電，2014年機組全部投產發電。

錦屏水電站裝機容量大，是電網中調峰調壓的主力電站，其枯期運行方式是否合理，直接關系到電網安全與供電質量。下面從機組枯期運行的有功分配方面對機組枯期運行方式進行了探討。

1 枯期有功優化

根據錦屏1、2級水電站的特點，實行兩站間的梯級調度將極大程度的提高水能利用率，凸顯梯級水庫調度的優勢。但錦屏1、2級水庫水力條件復雜，枯期運行狀況多樣，為實現兩級電站間負荷的合理分配，有必要對負荷分配模型加以簡化研究。

錦屏1級水電站最大水頭240 m，最小水頭153 m，調節庫容491×107m3。按照圖1所示機組運行特性曲線，當1級電站水頭保持在200 m到240 m時，機組最大出力能達到額定出力。枯期水庫低水位運行，水頭小于200 m時，機組最大出力受限，將不能達到額定出力。

圖1 錦屏1級水輪機運轉特性曲線

錦屏2級水電站正常蓄水位1 646 m，死水位1 640 m，可調庫容較小，為496×103m3，為日調節庫容。為滿足下游生態需求，2級閘壩設有生態泄放洞，向下游泄水。

若使錦屏的總出力在1、2級電站機組內合理分配，將使水能利用得到極大的提高，對此，提出以下計算模型。

模型簡化如下。

(1)假定錦屏1級6臺機組運行工況、效率分別相同，錦屏2級8臺機組運行工況、效率分別相同，此時單級站內負荷分配滿足理想化的分配。

(2)由于錦屏2級水頭變化范圍窄(正常水位1 646 m，死水位1 640 m)，根據圖2所示錦屏二級機組運行特性曲線，可知在1 640～1 646 m水位區間運行時，機組的工況變化不大，機組的效率也接近于設計值。此時，在錦屏電站總負荷可在1、2級間自由分配的情況下，可安排錦屏1級電站的發電流量等于2級電站的發電流量與生態泄放流量之和，保持2級機組在高水頭下運行，同時合理安排兩站內的開機臺數，使機組運行在高效率區。

圖2 錦屏2級水輪機運轉特性曲線

(3)假定錦屏1級、2級機組振動區上下限出力分別為 Z11，Z12，Z21，Z22。

列出目標函數如下。

約束條件為

符號說明:Qi為i級發電流量;Qij為i級第j臺機組的發電流量;Pij為i級第j臺機組的有功出力;Pz為錦屏1、2級電站總有功給定值;P(Hi)為i級機組出力限制曲線;Zi1為i級機組振動區下限出力;Zi2為i級機組振動區上限出力;Qx為2級生態泄放洞流量;ηiT為i級水輪機效率;ηiG為 i級發電機效率;Hi為i級水頭值。由此約束條件，便可計算出1、2級負荷的最優分配。將之分配到1、2級電站的各機組，將使水能得到最優利用。

舉例如下:枯期時錦屏1級運行在200 m水頭，2級運行最大水頭318.8 m，錦屏電站要求總負荷為3 800 MW時，可按上述模型計算得出兩級電站的負荷分配，以達到水能利用的最大化。

表1 站間負荷分配表

續表1

1、2級的總負荷滿足電網的需求，同時，1級發電流量等于2級發電流量與生態泄放量之和，也即水能得到了充分的利用。

結合水輪機特性曲線，擇優選取兩站內機組高效區運行區域，同時避開機組振動區，考慮適當保留旋轉備用容量和無功調節能力，可將兩站內的負荷做如下分配。

表2 機組負荷分配表(單位:MW)

續表2

如此，便將錦屏電站的總負荷按照前述模型，分配到了各臺機組，最終使水能得到了較優的利用。

模型改進優化的建議如下。

(1)保持1、2級電站總過機流量相同，只是在一定范圍內的優化。如果進一步修改目標函數，追求1、2級發電的綜合耗水率最小，則能使水能得到更佳的利用，篇幅限制，不再討論。

(2)機組有空載流量，即實際運行中流量與機組出力并不是嚴格正比關系，如將實際運行得出的實驗數據帶回模型的約束條件中，將使計算結果更趨合理。

(3)錦屏1、2級電站總共有14臺大容量機組，調節范圍大，運行方式靈活，在出力分配上應結合機組的效率區和振動區，結合水庫水位控制及來水情況，科學優化分配機組負荷，降低耗水率。

(4)實際運行中，同級電站的各機組效率不可能完全相同，若據實際情況帶入各機組效率，讓效率高的機組優先帶負荷運行，也能使模型得到優化。

(5)在事故情況或調度要求緊急調頻情況下，可優先將負荷分配給2級機組短時運行，發揮2級的日調節庫容的作用。

該部分主要提出了錦屏電站總負荷在1、2級站內機組分配的一種計算模型，使之能計算出各機組的最優負荷分配，并提出了對計算模型的改進意見，以期能在站內AGC的原理設計中起到一定的參考作用。

2 結語

做好錦屏電站投運后枯期運行分析對保證電力系統安全和在滿足系統各項指標的前提下最大程度節約水資源，從而充分發揮電站效益有著非常重要的意義。僅在一定條件下做了研究嘗試。電站投產后枯期運行時錦屏1、2級電站負荷不統一安排情況下的優化調度等問題還需實際驗證分析。

［1］田開華，王旭東.二灘水電站枯水期經濟運行及改善方法探討［J］.水電站機電技術，2005，28(5):54 －55.

［2］孟祥萍，高嬿.電力系統分析［M］.北京:高等教育出版社，2004.