流域梯級水電站聯合調度方案優化分析

王 濤

(烏魯瓦提水利樞紐工程建設管理局，新疆 和田 848000)

1 工程概況

某河自源頭至河口總長約140 km，落差約1 640 m，整個流域地勢東南高西北低，流域面積約2 800 km2，多年平均徑流量約44 m3/s，水能資源蘊藏豐富，理論可用蓄能為22.8億kWh。該區域共修建了四座水庫和水電站，第一級水庫位于該流域的相鄰流域的上游，通過第一級水庫將攔蓄的水經跨流域的引水隧洞引至某河(后文中均稱為本河)流域，并在本河干流上修建了三座水電站，分別為第一級水庫、第二級水電站、第三級水電站和第四級水電站。前三級采用混凝土面板堆石壩型式，最后一級采用混凝土重力壩型式，第一級水庫主要以引水為主，設有引水隧洞，第二、三、四級水電站以發電為主，設有引水式發電廠房，裝機容量分別為160 MW、280 MW、70 MW。第一級水庫位于相鄰流域的上游，總庫容1.4億m3，有效庫容1.1億m3；第二級水電站位于本河道上游，總庫容1.08億m3，有效庫容0.54億m3；第三級水電站位于第二級水電站下游13 km處，總庫容3.9億m3，有效庫容1.46億m3；第四級水電站位于第三級水電站下游5.5 km處，總庫容0.4億m3，有效庫容0.02億m3。

2 調度方案優化

2.1 模型函數及約束條件

2.1.1 模型函數

以本梯級水電站多年平均發電量來評價梯級水電站的效益[1-6]，模型的函數需要首先確定各級水電站的入庫徑流量，然后滿足運行約束條件[7-9]，在整個調度期內讓本梯級水電站總體發電量達到最大值，具體如下式：

(1)

2.1.2 約束條件

水庫庫容、蓄水位、發電出力和下泄流量按下式進行約束：

式中Vi,t為i級水電站在t時段的初期庫容(m3)；Vi min為i級水電站的死庫容(m3)；Vi max為i級水電站的正常蓄水庫容(m3)；Zi,t為i級水電站在t時段的運行水位(m)；Zi min為i級水電站的死水位(m)；Zi max為i級水電站的正常蓄水位(m)；Ni,t為i級水電站在t時段的實際出力(MW)；Ni min為i級水電站的保證出力(MW)；Ni max為i級水電站的裝機容量(MW)；Si,t為i級水電站在t時段的下泄流量(m3/s)；Si,t min為i級水電站在t時段的最小下泄流量(m3/s)；Si,tmax為i級水電站在t時段的最大下泄流量(m3/s)；qi,t為i級水電站在t時段發電流量(m3/s)；qi,tmax為i級水電站在t時段發電機組的最大過流能力(m3/s)。

2.2 模型參數

本梯級水電站主要任務是發電，徑流調節是為了增加梯級水電站的總保證出力和發電量，第一級水庫和第二級水電站屬并聯水庫，第二級、三級、四級水電站屬串聯水庫，流域的水文特性和徑流基本同步，計算時采用流域多年平均徑流資料，根據梯級水電站的設計保證率為90%，各水電站參數如表1所示。

表1 梯級水電站各級水電站參數

3 計算結果及分析

根據本梯級水電站的實際情況，按照水利年將調度周期按月劃分。水利年按如下規定：4月、5月、6月、7月、8月、9月、10月、11月、12月、次年1月、次年2月、次年3月。為了方便模型函數求解，取每月30.4d，對應時長2626560s進行計算。以水庫蓄水初期4月初作為開始時段，將水庫死庫容作為初始狀態，應用“發電量最大”的模型，第二級、三級、四級水電站均按照動態規劃調度規則進行管理，第四級水電站運行方式為日調節，各級水電站優化調度結果對比分析如圖1、圖2和表2所示。

由圖1、圖2和表2可以看出：經優化后(動態規劃后)，各級水電站的保證出力均遠遠大于實際運行時的保證出力，第二級和第三級水電站優化后的保證出力達到或接近設計保證出力，而第四級水電站優化后的保證出力大于設計保證出力；經優化后(動態規劃后)，各級水電站的發電量與實際運行時發電量基本相同，且均高于設計發電量。

圖2 發電量結果對比

各級水電站保證出力和發電量變化具體如下：第二級水電站優化后的保證出力19.28 MW，較實際增加102.9%，年發電量達到了3.311億kWh；第三級水電站優化后的保證出力30.96 MW，較實際增加77.93%，年發電量達到了4.830億kWh；第四級水電站優化后為10.40 MW，較實際增加82.46%，年發電量達到了1.540億kWh。

綜上所述，本梯級水電站經優化調度后的總保證出力為60.64 MW，較實際運行時的總保證出力增加了86.01%，梯級水電站年總發電量達到了9.68億kWh，較實際運行時的年總發電量提高了1.12%。

表2 各級水電站優化調度結果對比分析

4 結 語

根據本梯級水電站的實際情況，采用“發電量最大”的模型函數，按照水利年將調度周期按月劃分，每月30.4d對本梯級水電站進行聯合優化調度計算，第二級水電站優化調度后的保證出力較實際運行時增加一倍多，第三級水電站優化調度后的保證出力較實際運行時增加77.93%，第四級水電站優化調度后的保證出力較實際運行時增加82.46%。綜上，本梯級水電站經優化調度后的總保證出力為60.64 MW，梯級水電站年總發電量較實際運行時的年總發電量提高了1.12%。