陳村紀村梯級電站實時優化調度研究

王立剛 王藝菲 姜志群

陳村紀村梯級電站實時優化調度研究

王立剛 王藝菲 姜志群

一、概述

陳村水庫位于長江支流青弋江上，壩址在涇縣桃花潭鎮以上3km。青弋江發源于黟縣北部和黃山，下游在西河鎮以下流入圩區，與水陽江、漳河水系溝通入長江。青弋江流域面積5760km2，陳村水庫壩址以上流域面積2780km2。壩址以上主要支流麻川河，源出黃山，經石門里、譚家橋、太平在小河口匯入干流。陳村水庫壩址以上流域多年平均降雨量1700mm，多年平均徑流量 2.77×109m3，設計洪水流量 10600m3/s，校核流量 14400m3/s。水庫正常蓄水位119.0m，設計洪水位122.2m，總庫容2.476×109m3。電站安裝3臺50000kW機組，總容量150000kW。多年平均發電量0.316×109kW·h；設計灌溉面積97.7×103hm2，使 44×103hm2耕地的防洪標準提高到20年一遇。陳村水庫是一座以防洪、發電、灌溉為主、兼有航運、水產養殖、旅游等綜合效益的水庫。

紀村電站是陳村水電廠的二級站，位于青弋江灌區總干渠樞紐末端，屬于徑流式電站，裝機2臺，總裝機容量為34000kW。通過青弋江灌區總干渠與陳村水庫下游溪口水庫相連接，攔截徽水河區間來水，在紀村筑壩壅水發電，尾水進入青弋江老河道。是一個投資省、收效快、淹沒少，十分經濟合理的水電工程。

溪口水庫是青弋江灌區總干渠樞紐渠首工程，位于涇縣溪口下游約lkm處，截引青弋江干流水。溪口樞紐設計最低水位，即起調水位57.15m，相應庫容3000萬m3；壩上最高興利水位57.50m，相應庫容為3221萬m3；壩上最高水位58.0m?？刂茀^間集水面積500km2，總庫容3750萬m3。調節容量221萬m3，具有日調節能力，無裝機容量，當引水渠來水超過其過流能力時，多余的流量可直接從河道排向下游。

青弋江灌區總干渠總長40km，設計最大過水流量160m3/s，實際過流量140m3/s，黃村閘上游徽水河集水面積1100km2。

陳村和紀村電站聯合優化調度在宏觀層面上已經有過研究，但缺乏實際操作性，系統示意圖見圖1。在實際應用中，更需要實時性強的優化調度系統來支持梯級電站的優化調度，即需要研究開發實時優化調度決策支持系統，以便充分利用陳村尾水、徽水河及其區間來水，使得發電經濟效益最優，提高電站的經濟效益和社會效益。

二、基本算法

陳村和紀村實時優化調度模型必須考慮在一年不同時期水庫的運行方式。在汛期，陳村水庫以防汛為主，控制汛限水位運行。在非汛期，應考慮發電經濟運行。所以，實時優化調度模型必須綜合考慮這些因素。調度策略可簡單描述為：

（1）汛期，當陳村水庫庫水位超過汛限水位時，陳村電站滿發，紀村電站利用陳村尾水即可實現滿發。

（2）汛期，當庫水位達到汛限水位時，且上游無洪水入庫，陳村電站按計劃發電，紀村電站利用陳村尾水并通過徽水河和區間來水實現發電量最大。

（3）非汛期，最大限度地利用徽水河和區間來水，實現紀村電站發電量最大化。

由此，陳村和紀村實時優化調度模型采用補償調度模型。

目標函數：陳村和紀村實時優化調度模型的目標函數可以描述為在規定的時段紀村電站發電量最大。即：

圖1 系統示意圖

式中：E—時段發電量；N—時段數。

約束條件：

（1）庫容約束：水庫的蓄水量控制在一定的上下限內。

式中：Vi—某時刻庫容—庫容下限—庫容上限。

（2）水庫泄量約束：某時刻水庫所有泄流建筑物的泄流量不能大于其最大泄流量，也不能大于下游的安全泄量。

式中：Qi—某時刻泄流量；Qmax—最大泄流量；q—下游安全泄量。

（3）渠道行洪流量約束：渠道流量不能大于其行洪能力。

（4）出力約束：發電機出力應位于裝機容量和保證出力間。

式中：Ni—某時刻發電機出力；—出力下限，相當于保證出力—出力上限，當出力不受阻時，即為裝機容量。

（5）節點水量平衡約束：系統中各節點水量必須平衡，包括陳村水庫、紀村水庫、溪口和黃村。

三、計算邏輯

系統一期研究非汛期系統運行情況?；居嬎氵壿嫗椋?/p>

（1）如果平垣來水充分，不需要上游補償。

（2）如果平垣來水不充分，則考慮上游補償。

如果溪口水量充分，則通過溪口水庫調節計算，補償下游水量需求；如果溪口水量不足，則考慮上游補償。

黃村至溪口段渠道水流計算用馬斯京根河道演算方法和圣維南方程擴散波解析解方法。如果是逆向調節計算，則采用反向試錯調節計算。

溪口水庫調節計算采用聯解溪口水庫的水量平衡方程和泄流方程，采用數值解法。

溪口至陳村壩下水流計算方法同黃村至溪口段渠道水流計算。

系統每隔15min自動遞推計算一次，要求水位計算誤差小于2cm。計算要求極高，要求采用快速收斂并保持高精度的計算模型，同時需要優化軟件的計算時間。

四、軟件概述

陳紀優化調度決策系統應以數據庫為核心，實現區間水雨情、機組實時信息的數據關聯，通過河道與區間來水的不斷的自動演算，提供調度方案，并制定與模擬管理、檢索時段數據發布和查詢管理，并方便地進行系統數據庫管理和調度方案、調度成果管理。

該系統分為兩個子系統：客戶端系統和服務器端系統。服務器系統為自動調節計算，而客戶端系統為發布與查詢實時信息和調節計算結果。

1.客戶端系統功能

實時顯示沿渠道主要節點的水位與流量信息，包括：壩下、溪口、黃村、紀村。

顯示在紀村電站最大化發電量的情況下，沿渠道各主要節點的水位與流量信息。

顯示如果運用溪口水庫調節的情況下，溪口水庫的閘門開啟情況，包括開啟孔數和開啟高度。

顯示在運用陳村水庫調節的情況下，請求陳村水庫的調節流量。

2.服務器系統功能

服務器系統主要包括水量優化調節計算模型，該模型每隔15min自動進行一次調節計算，并將計算結果存入服務器數據庫。

五、結論與建議

通過一年多的試運行，系統運行十分穩定，計算精度和計算時間達到設計要求，為梯級電站優化運行提供了可靠的技術支持。建議在二期工程中，考慮運用徑流預報模型，增加系統的預見期，可以更加充分地利用區域的水資源，提高系統的經濟效益和社會效益■

（作者單位：遼寧省大洼縣水利局124200 佳木斯大學 154007 南京江山同和水利水電技術有限公司 210000）