貴州烏江梯級水電站日調節水庫水位控制策略

賀亞山(貴州烏江水電開發有限責任公司 水電站遠程集控中心，貴州 貴陽 550002)

貴州烏江梯級水電站日調節水庫水位控制策略

賀亞山(貴州烏江水電開發有限責任公司 水電站遠程集控中心，貴州 貴陽 550002)

為避免水庫保持高水位運行造成泄洪而帶來不必要的經濟損失，選取烏江梯級電站中索風營、格里橋、思林、和沙沱4座日調節水庫，分別從正常運行、汛期區間暴雨、因故機組全停等3種情況展開研究，詳細分析了各水庫水位的控制要素，總結出各自的水位控制策略，并提出了這4座水庫的水位控制目標。可為其他水庫的水位調節控制提供借鑒。

梯級水庫;日調節水庫;水位控制;策略研究;思林水電站;沙沱水電站;索風營水

1 概 述

烏江水電開發有限責任公司負責管理烏江流域貴州境內干流7座水電站和支流清水河的2座水電站，依次為洪家渡、東風、索風營、烏江渡、構皮灘、思林電站、沙沱、大花水、格里橋9座電站，已完建，總裝機為866.5萬kW。其中，洪家渡水庫為多年調節水庫，構皮灘水庫為年調節水庫，烏江渡、東風、大花水3座水庫為不完全年調節水庫，其余4座為日調節水庫。在梯級水庫調蓄作用下，構皮灘水庫可達到多年調節性能，烏江渡水庫可達到年調節性能。

該公司的水電站遠程集控中心負責水庫的聯合優化調度管理，其中索風營、格里橋、思林、沙沱4座水庫為日調節水庫。2014年，通過汛前各日調節水庫保持長時間高水位運行，降低了耗水率，節約水資源量達5.22億m3，增發電量1.25億kW·h，直接經濟效益達3 500萬元。由此可見，日調節水庫保持高水位運行的經濟效益十分可觀，但其水位不可一味偏高，否則造成的泄洪也會給企業帶來經濟損失。本文將對烏江梯級4個日調節水庫的水位控制策略進行分析。

2 日調節水庫基本特性

(1) 索風營電站裝機600 MW，正常高水位837 m，死水位822 m，調節庫容0.67億m3，為日調節水庫；上游的東風電站裝機695 MW，為季調節水庫，貓跳河梯級最后一級為紅巖電站，裝機30 MW，為日調節水庫。索風營電站水位在835～837 m時，每小時水位變化1 cm所對應的入庫流量為16 m3/s。東風電站正常發電至索風營電站的匯流時間約為3 h。

(2)格里橋電站裝機150 MW，正常高水位719 m，死水位709 m，調節庫容0.19億m3，為日調節水庫；上游的大花水電站裝機200 MW，為季調節水庫。格里橋電站水位在714～719 m之間時，每小時水位變化1 cm所對應的入庫流量為5.5 m3/s。大花水電站正常發電至格里橋電站的匯流時間約為1 h。

(3) 思林電站電站裝機1 050 MW，正常高水位440 m，死水位431 m，調節庫容3.17億m3，為日調節水庫，設計汛限水位為435 m(6～8月)。上游的構皮灘電站裝機3 000 MW，為年調節水庫。思林電站電站水位在430～435 m時，每小時水位變化1 cm所對應的入庫流量為92 m3/s；水位在435～440 m時，為103 m3/s。構皮灘正常發電至思林電站的匯流時間約為3 h。

(4) 沙沱電站裝機1 120 MW，正常高水位365 m，死水位353.5 m，調節庫容2.87億m3，為日調節水庫,設計汛限水位357 m(6～8月)。上游為思林電站水電站裝機1 050 MW，為日調節水庫。沙沱水位在355～360 m時，每小時水位變化1 cm所對應的入庫流量為66 m3/s;水位在360～365 m時，為77 m3/s。思林電站正常發電至沙沱的匯流時間約為4 h。

3 日調節水庫控制策略

3.1 控制要素

(1) 上下游流量匹配關系。烏江梯級聯合優化調度追求梯級綜合效益最大，日調節水庫保持優化運行對上下游發電有制約與反制約的關系，需綜合考慮梯級整體效益。

(2) 電網約束。貴州是國內推行節能優化調度的省份，對電站發生棄水的考核嚴格，因此要求日調節水庫保留一定安全裕度，確保不因調度原因發生棄水。

(3) 水位日變化幅度。從經濟運行的角度出發，考慮電力市場的峰谷差異實際情況，確定日調節水庫運行水位的變化范圍。

3.2 各水庫控制策略

由于日調節水庫庫容小，上游一旦泄洪，日調節水庫一般均會發生泄洪，故本文不考慮上游電站泄洪情況，僅在正常運行、區間暴雨、機組全停3種情況下,研究日調節水庫的水位控制策略。

在正常運行情況下，只需考慮上下游發電匹配進行水位控制；在考慮汛期區間暴雨影響的情況下，反推日調節水庫不棄水的水位控制高限值；在日調節水庫因故機組全停的情況下，將上游電站無泄洪風險立即由枯期的常規運行和汛期最大運行方式調整至全停，反推日調節水庫不棄水的水位控制高限值。

3.2.1 索風營水庫水位控制

據統計，東風、索風營、紅巖3座電站的滿發額定流量分別為632，995 m3/s和96 m3/s。多年平均區間流量為58 m3/s，暴雨產生的最大區間流量為200 m3/s。

(1)正常運行情況。在這3座電站中，索風營電站的滿發流量超過東風和紅巖電站的滿發流量，可接近正常高水位運行。

(2)區間暴雨情況。索風營電站的滿發流量超過東風、紅巖電站的滿發流量以及暴雨產生的最大區間流量之和，故也可接近正常高水位運行。

(3)機組全停情況。可分為以下兩種情況： ①汛期上游電站由最大運行方式調整至全停，反推日調節水庫的水位控制高限值； ②枯期上游電站由常規運行方式調整至全停，反推日調節水庫的水位控制高限值。

在汛期，東風、紅巖電站發電水量傳播至索風營電站的時間分別為3 h、1 h，區間流量按58 m3/s考慮。在索風營電站機組因故全停后，立即將東風、紅巖電站機組全停，3h后到達索風營電站的水量為780萬m3。在高水位情況下，水位將上漲1.35 m，之后每小時入庫水量為21萬m3、流量為58 m3/s。水位每小時上漲3.7 cm，考慮到10 h的全停影響，10 h后水位將上漲1.61 m，由索風營電站正常高水位837 m反推其水位可按835.39 m控制。

在枯期，東風電站按300 MW負荷(流量為300 m3/s)考慮，紅巖電站不發電，區間流量按20 m3/s考慮。在索風營電站機組因故全停后，立即將東風電站機組全停。3 h后到達索風營電站的水量為346萬m3，在高水位情況下,水位將上漲0.60 m，之后每小時入庫水量為7.2萬m3、流量20 m3/s，水位每小時上漲1.3 cm，考慮到10 h的全停影響，10 h后水位將上漲0.69 m，由索風營電站正常高水位反推其水位可按836.31 m控制。

3.2.2 格里橋水庫水位控制

據統計，大花水、格里橋2座電站的滿發額定流量分別為160 m3/s和200 m3/s。多年平均區間流量為10 m3/s，暴雨產生的最大區間流量為85 m3/s。

(1)正常運行情況。格里橋電站滿發流量超過大花水電站滿發流量和多年平均區間流量之和，可接近正常高水位運行。

(2)區間暴雨情況。大花水電站滿發流量和暴雨產生的最大區間流量之和超過格里橋電站的滿發流量，考慮到格里橋電站區間洪水陡漲陡落，暴雨產流小于38萬m3的水量，保留2 m調節庫容(40萬m3水量)，故該水庫可按正常高水位下2 m運行。若考慮大花水為格里橋錯峰，格里橋可接近正常高水位運行。

(3)機組全停情況。大花水電站發電水量傳播至格里橋時間為1 h,區間流量按10 m3/s考慮，在格里橋機組全停后，立即將大花水發電機組由滿發調整至全停，1 h后到達格里橋電站水量為61萬m3，在高水位情況下水位將上漲0.28 m，之后每小時入庫水量為3.6萬m3、流量10 m3/s，水位每小時上漲1.6 cm,考慮10 h的全停影響，10 h后水位將上漲0.43 m, 格里橋水位可按718.57 m控制。

3.2.3 思林電站水庫水位控制

據統計，構皮灘、思林電站2座電站的滿發額定流量分別為1 900 m3/s和1 800 m3/s，其多年平均區間流量分別為717 m3/s和114 m3/s。在構皮灘、思林2座電站滿發情況下，思林電站水位日變幅分別為0.56 m(水位為435 m以下)和0.50 m(水位為435 m以上)。

(1)正常運行情況。構皮灘與上游配合可滿足多年調節性能。思林電站滿發流量超過構皮灘壩址多年平均流量和區間流量之和，可接近正常高水位運行。

(2) 區間暴雨情況。思林電站上游構皮灘水庫是多年調節水庫。在主汛期，構皮灘與思林電站實行聯合調度，思林電站區間產生暴雨時，構皮灘電站負荷減至最低50 MW(電網調電壓要求，對應流量30 m3/s)錯峰，思林電站汛限水位實行動態控制，最高按438.76 m控制，438.76～434.5 m間動態庫容為1.54億m3。思林電站區間暴雨以1 d暴雨強度最大，洪水過程為3 d。暴雨后，3 d內構皮灘電站最低負荷運行、思林電站滿發，發電消耗洪水量為4.59億m3，加上可蓄動態調節庫容為1.54億m3，可攔3 d洪水量為6.13億m3，能抵御思林電站區間50 a一遇洪水(3 d洪水量5.6億m3)，故主汛期該電站水位可按434.5 m運行。

(3) 機組全停情況。可分為以下兩種情況： ①主汛期最大運行方式調整至全停，反推日調節水庫不棄水的水位控制高限值； ②非主汛期常規運行方式調整至全停，反推日調節水庫不棄水的水位控制高限值。

在主汛期，構皮灘電站發電水量傳播至思林電站時間為3 h,區間流量按20 a一遇區間洪水、最大流量3 360 m3/s考慮，在思林電站機組全停后，立即將構皮灘機組減至最低負荷50 MW，3 h后到達思林電站水量為0.57億m3，水位上漲1.74 m,之后每小時入庫水量為1 220萬m3、流量為3 390 m3/s，水位每小時上漲0.37 m,考慮10 h的全停，10 h后水位將上漲4.33 m,若主汛期思林電站水位按434.5 m運行，水位最高漲至438.83 m，基本滿足最高限制水位438.76 m要求，因此，在主汛期，思林電站水位可按434.5 m運行。

在非主汛期，構皮灘電站按1 500 MW負荷(流量950 m3/s)考慮，思林電站電站區間流量按照114 m3/s考慮。在思林電站機組全停后，立即將構皮灘電站負荷減至最低50 MW，3 h后到達思林電站電站水量為1 149萬m3。在高水位情況下,水位將上漲0.32 m，之后每小時入庫水量為52萬m3、流量144 m3/s，水位每小時上漲1.4 cm，考慮到10 h的全停影響，10 h后水位將上漲0.42 m,由思林電站電站正常高水位反推其水位可按439.58 m控制。

3.2.4 沙沱水庫水位控制

據統計，思林電站、沙沱2座電站的滿發額定流量分別為1 800 m3/s和 1 965 m3/s，多年平均區間流量為114 m3/s。在思林電站、沙沱滿發情況下，沙沱水位日變幅分別為-0.19 m(水位357 m以下)和-0.16 m(水位357 m以上)。

(1)正常運行情況。沙沱電站滿發流量超過思林電站滿發流量和區間流量之和，可接近正常高水位運行。

(2) 區間暴雨情況。在主汛期，沙沱電站滿發流量超過思林電站電站滿發流量和多年平均區間流量之和，思林電站可按汛限水位357 m運行。6～8月，豐水年月平均流量為530 m3/s，思林電站滿發和區間流量超過沙沱電站滿發流量。沙沱電站水位日均上漲1.33 m,在汛限水位下可堅持7 d才到正常高水位，若考慮構皮灘、思林電站聯合為沙沱電站錯峰，不泄洪時間不小于7 d。因此，在預報思林電站電站無暴雨情況下，在主汛期，沙沱電站可按汛限水位357 m略低運行。若思林電站遭遇暴雨或持續暴雨天氣，應積極開展構皮灘、思林電站聯合調度，沙沱電站應1條線滿發，并根據上游錯峰能力考慮泄洪。

(3) 機組全停情況。可分為2種情況： ①主汛期最大運行方式調整至全停，反推日調節水庫不棄水的水位控制高限值； ②非主汛期常規運行方式調整至全停，反推日調節水庫不棄水的水位控制高限值。

在主汛期，思林電站發電水量傳播至沙沱電站時間分別為4 h，區間流量按530 m3/s(偏豐年)考慮。在沙沱電站機組全停后，立即將思林電站減至最低負荷180 MW，4 h后到達沙沱電站水量為3 355萬m3。在汛限水位情況下，水位將上漲1.21 m，之后每小時入庫水量為281萬m3、流量為780 m3/s，水位每小時上漲1.2 cm。考慮到10 h的全停影響，10 h后水位將上漲1.93 m, 主汛期，沙沱電站如按汛限水位357 m運行,水位上漲不會超過正常高水位365 m。

在非主汛期，思林電站按日均520 MW(流量900 m3/s)考慮，區間流量按114 m3/s考慮。在沙沱電站機組全停后，立即將思林電站機組全停，4 h后到達沙沱電站水量為1 296萬m3。在高水位情況下，水位將上漲0.53 m，之后每小時入庫水量為41萬m3、流量114 m3/s。水位每小時上漲1.48 cm。考慮到10 h的全停影響，10 h后水位將上漲0.62 m，由沙沱正常高水位反推其水位可按364.38 m控制。

4 結 論

通過以上分析，可得到以下結論。

(1) 正常運行時，只需考慮上下游發電匹配，索風營、格里橋、思林和沙沱4座電站均可接近正常高水位和汛限水位運行。

(2) 在考慮汛期區間暴雨情況下，索風營電站可接近正常高水位運行。在大花水電站為格里橋電站錯峰的情況下，格里橋電站可接近正常高水位運行，思林、沙沱電站可按接近汛限水位或正常高水位運行。

(3) 在日調節水庫因故機組全停時，索風營電站汛期水位可按不超835.39 m，枯期可按不超836.31 m控制；格里橋電站全年可按不超718.57 m控制。在主汛期，在充分利用汛限庫容的情況下，思林、沙沱電站可接近汛限水位運行；在非主汛期，思林電站可按439.58m控制；沙沱電站按364.38 m控制。

綜上所述，按高峰、低谷電網和電站運行特性，保留一定的安全裕度，并考慮相應的不利因素，推薦這4座日調節水庫運行按以下水位進行控制。索風營電站汛期水位可按835 m左右控制，枯期按836 m左右控制；格里橋電站全年水位可按718 m左右控制；思林電站主汛期水位可按434.5 m左右控制，非主汛期按439 m左右控制；沙沱電站主汛期水位可按356.5 m左右控制，非主汛期按364 m左右控制。

(編輯：唐湘茜)

2015-04-09

賀亞山，男，貴州烏江水電開發有限責任公司水電站遠程集控中心，高級工程師.

1006-0081(2015)04-0067-03

TV697.13

A