水電機組運行優化分析

林 繁

（四川省紫坪鋪開發有限責任公司，四川 成都610091）

0 引言

隨著我國西電東送、全國聯網以及南北互供等工程的實施，我國水電機組自身的運行方式也在不斷發生變化。優化水電機組的運行方式，提高水電機組運行的穩定性與安全性，成為了現階段我國相關工作人員的重要研究課題。就目前情況而言，我國水電機組自動化技術有了一定程度的發展，但還有待改善。

1 水電機組優化運行的相關概念

水電機組優化運行指的是在保證水電站穩定運行的基礎上，利用機組優化運行手段與優化運行狀態等，全面提升水電能源的利用效率，提高水電機組安全運行的水平。因為水電機組運行屬于一個非線性、高維數的問題，特別是在水電站中機組數偏多且機組動力特性并不相同的情況下，水電機組優化運行顯得尤為復雜。通常情況下，以最少的發電耗水量作為優化準則，然而只是關注發電耗水量并不能完全降低水電機組的運行成本。長此以往，在考慮電網運行安全的基礎上，忽視了水電機組運行的穩定性與經濟性，在低谷時段往往會出現低負荷運行問題，使水電機組擺度增大，水輪機轉輪汽蝕更加嚴重，水導軸承發生嚴重磨損［1］。

2 限制水電機組運行方式的因素

為進一步提升水電機組的安全運行水平與水能利用效率，分析限制水電機組運行方式的因素如下：（1）水電機組動力來源是水能，然而水資源并不是取之不盡、用之不竭的資源。如何使有限的水資源產生更多的電能，是我國電網經濟運行的主要課題。（2）水電廠水庫的主要作用是蓄水發電，同時也起到供水、灌溉、航運以及防洪等作用，所以，水電廠的水庫調節是一個系統、復雜的問題。（3）水電機組運行方式需要按照電網中事故備用、調峰以及調頻這3個方面的具體要求來安排。（4）和火電機組相比較，水電機組調節的靈活性較強，然而還是存在著振動區、汽蝕區等限制性條件［2］。

3 水電機組自動化技術的實際發展情況

水電站機組的自動化系統能夠滿足社會對高質量電能的市場需求，提高了發電效率與電能質量，也實現了水電機組的自動化管理。我國水電機組自動化技術的發展歷程如下：1955年，官廳水電站建立，這是我國水電機組自動化技術的起步；20世紀80年代后，出現了葛洲壩以及富春江等主要試點；花了20年的時間建立了大中型水電站，并對傳統水電站進行了改造。在我國，以計算機監控為基礎的自動化系統是整個水電機組自動化、智能化技術的主要發展目標之一。此外，水電機組的維修技術對水電機組的穩定運行也產生了一定程度的影響。因此在實際的工作過程中，需要不斷優化水電機組的運行方式，同時也需要改進機組的維修技術。下文針對水電機組的優化運行措施進行重點分析。

4 水電機組優化運行措施

4．1 AGC機組的優化運行

水電廠運行方式主要由水庫的實際調節容量決定，可以分為長期調節水庫的水電廠與短期調節水庫的水電廠。（1）長期調節水庫的水電機組運行方式主要針對能夠長期對水庫進行調節的水電廠，其目的在于防止或減少廢水，同時還能夠保障水電廠的正常發電、灌溉與航運等。其主要任務是在對全年來水量進行預測的基礎上，合理安排全年發電量，按照每個月的實際來水情況，根據水庫其他功能要求合理安排月度發電量和運行方式等。（2）短期進行調節的水電廠，機組優化運行主要依據的是：預測具備短期調節性能的水電廠的具體來水量；估算每日負荷；水電機組以及火電機組的檢修；在長期運行方式下，對短期運行耗水量或是發電量進行合理分配［3］。

4．2 水電廠機組的負荷分配

（1）優化水電機組的組合。在按照水耗微增率對機組功率進行分配的過程中，整個發電廠耗水量最少。在水電機組型號與容量相同的情況下，水耗微增率的特點相同。因此，水電機組功率可以按照相同的比例進行分配，以此提高發電廠的經濟效益。假設水電機組的水耗微增率并不相同，首選高效率機組。假設同時將多臺水電機組投入工作，就需要根據等微增率的原則，對這些正在工作的水電機組平均分配負荷，以此提高水電機組的經濟運行效率，建立最優化數據模型，全面控制水電機組的發電成本，減少水電機組的運行損失［3］。

（2）水電機組開機與停機。在實際工作過程中，機組間經常出現停機或是開機的情況，這對水電機組的安全運行產生了不利影響，同時也違反了相關的操作規程。頻繁停機或開機將會增加水電機組開關的跳合頻率，也會縮短機組開關的實際使用壽命。因此，在優化組合水電機組過程中，需要充分考慮到水電機組的停機與開機頻率。如果發生了系統負荷增加等問題，就需要及時轉換至發電狀態，以實現系統負荷的相對平衡［4］。

（3）加強水電廠調節性能的主要方式：1）準確預測電力系統每日的負荷量，在峰負荷前，合理讓出發電容量，以保障電能在負荷快速升高狀態下的頻率質量。2）從耗水量角度分析，水電機組的功率需要按照等微增率進行分配。在機組型號相同的情況下，水耗微增率相同［5］。

（4）按照電廠的工作任務將水電機組的 運行方式分為3種：發電、調頻與調峰；調相；旋轉備用。

1）發電、調頻與調峰：針對發電、調頻以及調峰的運行方式，可以利用動態規劃方法，設計動態規劃推算模型，計算出水電機組的出力，分析水電機組的負荷動態最優分配方式和最優的機組組合方式。

2）調相運行：在對水電機組進行調相的過程中，需要將導葉關閉，依靠電網的反送有功功率來驅動本機組的旋轉，同時轉輪在水中調相吸收的電網有功為10 MW左右，轉成壓水調相后，吸收電網有功為2 MW左右。在水中進行調相的過程中，機組的振動與擺度均比較大，容易出現水力自激振動的問題，對水電機組的穩定、安全運行產生嚴重影響，因此需要快速完成過渡過程［6］。

3）旋轉備用：水電機組在低負荷運行狀態下，其擺動幅度與振動均比較大，且隨著系統潮流的不斷調整，水電機組在短期內會出現大幅度的調整，且調整次數較多，這種運行方式使得水電機組的工作效率不斷下降，對機組的穩定運行產生了嚴重影響，同時增加了設備的維修成本，因此旋轉備用機組需要采取以下運行方式：把帶負荷旋轉的備用機組中的負荷集中安排給負荷最小的機組，并對其他機組進行調相［7］。

5 結語

綜上所述，隨著社會現代化發展進程的不斷加快，人們對水電站的自動化運行提出了更高層次的要求。實現水電機組的自動化運行與監控，是水電站今后自動化管理的主要發展趨勢，也是科學技術日益進步的表現，更是水電站得以生存與發展的具體要求。

［1］朱永法，陳彩香，鄧一飛．水電機組振動故障的智能診斷方法研究［J］．華南理工大學學報：自然科學版，2010，10（21）

［2］傅先蘭，姜連英，宿麗麗．火電機組運行指標監管系統的研究與開發［J］．西南農業大學學報：社會科學版，2014，3（1）

［3］孫健敏，穆桂斌．數據挖掘技術在火電廠優化運行中的應用芻議［J］．呼倫貝爾學院學報，2010，13（8）

［4］高明，湯茂林，吳先華．火電機組運行優化系統的開發與應用［J］．電力系統自動化，2013，10（1）

［5］韓炎，王秀麗，杜娟娟．豐滿發電廠水電機組運行方式優化研究［J］．科學中國人，2011，21（7）

［6］高守平，胡山泉，劉建國．基于蟻群算法和變角相似關系的泵站優化運行研究［J］．廣東培正學院學報，2010，22（9）

［7］周文章，文國瑋，劉淑英．火電機組節能在線分析與智能運行優化方法研究［J］．電力系統自動化，2013，2（11）