基于電力市場現貨交易下的黑河流域梯級電站水庫優化運行方案研究

汪文波

（甘肅電投河西水電開發有限責任公司，甘肅 張掖 734000）

0 引 言

電力現貨交易和梯級電站聯合量化調度運行是在不需要投資的情況下獲得顯著的經濟效益。黑河流域梯級電站水庫優化運行主要根據黑河的來水，并結合電力現貨實時交易情況，充分利用流域內龍首二級和寶瓶水電站兩座大水庫進行水庫的預發、預泄和預蓄，即洪水來之前進行預發滕庫，洪水結束后則在滿足大壩安全的條件下進行蓄庫，并結合現貨交易進行水庫調節，從而實現各級電站水庫優化運行和電力現貨交易的雙重豐收。

1 黑河流域梯級電站概況

黑河從發源地到居延海全長821 km，是我國第二大內陸河。目前，甘肅電投河西水電有限責任公司在黑河流域建成投產五級電站，從上游到下游依次為寶瓶、三道灣、龍首二級、龍匯和龍首一級，距離張掖市依次距離為120 km、102 km、42 km、36 km和30 km。

龍首一級水電站大壩壩型為碾壓砼薄拱壩，最大壩高80 m，壩頂高程1 751.5 m，設計總裝機容量59 MW（3×15 MW+2×7 MW），設計年發電量為1.98×108kW·h。電站設計庫容為1.32×107m3，水庫正常蓄水位1 748.0 m，校核洪水位1 749.4 m。

龍首二級水電站壩型為砼面板堆石壩，最大壩高146.5 m，壩頂高程1 924.5 m，設計總裝機容量157 MW（3×45 MW＋1×22 MW），設計年發電量為5.28×108kW·h，水庫設計總庫容9.140×107m3，水庫正常蓄水位1 920 m，校核洪水位1 923 m。

龍匯水電站壩型為溢流橡膠壩，橡膠壩高4.5 m。設計總裝機容量13 MW（2×6.5 MW），設計年發電量5.357×107kW·h，樞紐設計水位1 764 m，設計洪水位1 765.5 m，校核洪水位1 767 m。

三道灣水電站壩型為砼面板堆石壩，最大壩高48.7 m，壩頂高程2 373.7 m，設計總裝機容量112 MW（2×45 MW＋1×22 MW），設計年發電量為4.003×108kW·h。水庫設計總庫容5.30×106m3，水庫正常蓄水位2 370 m，校核洪水位2 372.41 m。

寶瓶水電站壩型為砼面板堆石壩，最大壩高93.5 m，壩頂高程2 528.6 m，設計總裝機容量123 MW（2×50 MW＋1×23 MW），設計年發電量為4.137 5×108kW·h。水庫設計總庫容2.05×107m3，水庫正常蓄水位2 521.0 m，校核洪水位2 522.72 m。

2 電力現貨交易概況

每年的12月底，省電力調度控制中心會依據各電站前3年發電量平均值按一定比例核定下一年度中長期發電量，超出中長期的電量則要通過電力市場現貨交易。甘肅電力市場現貨交易對水電站的特殊要求是報量不報價，若水電站在白天新能源大發期間實際所帶負荷高于中長期電量（或自發電計劃電量），在電網早晚高峰水電站實際所帶負荷低于中長期電量（或自發電計劃電量），均要受到調峰和偏差考核。因此，水電站水庫日調節和現貨交易需做好充分協調，從而達到效益最大化。

3 黑河流域梯級電站電力市場現貨交易及水庫優化調度決策依據

3.1 龍首二級水庫的調節特性參數

龍首二級最低發電水位到最高水位可調節庫容如圖1所示。

圖1 水位與庫容關系曲線

3.2 寶瓶水庫的調節特性參數

寶瓶最低發電水位到最高水位可調節庫容如圖2所示。橫縱坐標分別表示水位（米）和庫容（萬方）。

圖2 寶瓶水電站水位曲線

3.3 黑河上游水情規律

根據2010—2019年水情統計測量經過統計計算，計算得出了月度區間匯流的情況和平均區間匯流，計算成果見表1[1]。

可以得出：（1）汛期龍首二級與寶瓶之間的區間匯流約為20%；（2）黑河的產流80%來自寶瓶斷面以上；（3）5月份來大洪水的可能性不大；（4）6月份隨著黑河流域的降雨增多，入庫流量逐漸增大，其中6—9月黑河每月都有洪水過程，且每年的洪水過程為3～5次，每次洪水過程之間的間隔跨距在3～31天，洪水過程在2～15天。因此做好水情預測并及時掌握寶瓶斷面上游流域7天內氣象信息是做好水庫優化運行的重要依據。

表1 2010—2019年月度區間匯流情況統計表

續表1

4 電力現貨交易與非汛期水庫優化運行方案

（1）在非汛期（每年的10月上旬—次年5月上旬），黑河上游來水一般小于60 m3/s。為便于現貨交易，寶瓶電站庫區水位調節范圍為1.5 m即2 519.3～2 520.8 m，龍首二級電站庫區水位調節范圍為1.6 m即1 918.2～1 919.8 m（庫區未結凍前深調水位）。龍首一級、龍匯及三道灣電站庫區水位以高水位（正常蓄水位）運行，分別隨龍首二級及寶瓶電站過機流量調整負荷，高水頭運行以減少機組耗水率。

（2）非汛期，黑河上游來流量較小，要結合現貨交易發電曲線合理安排機組運行方式。申報時盡量按“早晚高峰高負荷，白天消納新能源期間低負荷”填報。填報96點負荷曲線時，10:00—17:00低于中長期電量曲線，18:00—21:00、6:30—9:00高于中長期電量曲線，剩余時段保持或稍高于中長期電量曲線安排機組運行方式。運行人員根據中長期負荷曲線和日申報負荷曲線合理安排機組運行方式，且偏差不超過±2%。要充分考慮庫容調節能力和運行的經濟性，避開機組振動區域，追求效益最大化。

（3）日常工作中要盡量減少機組開停機次數和機組定期空轉次數，同時應盡量減少機組空載帶廠用的時長。要及時處理導葉臂錯位問題，從而降低機組停機態的漏水量。為減少導葉漏水量，在電站安全可靠的情況下可關閉漏水量大的備用機組蝶閥。

5 電力現貨交易與次汛期水庫優化運行方案

次汛期指5月1日—6月10日。此期間黑河來大洪水的概率較小，而新能源利用小時數逐步上升，但上游來水逐步增加。近10年寶瓶與龍首二級水電站水情信息表明，5月份黑河來洪水的可能性不大，但在6月上旬黑河來洪水的可能性較大。通過寶瓶、龍首二級電站深調電站庫水位（調節水位最低要保證生態放流足額），在新能源大發時段10:00—17:00降低機組負荷。此時段電力現貨出清價格會壓到最低，在保證機組工況的前提下最大限度深調與中長期電量曲線產生負偏差，但與日前自申報負荷曲線計劃一致，通過發電權置換實現利益最大化。在電網早晚高峰（18:00—21:00，6:30—9:00）最大限度帶高負荷與中長期電量曲線產生正偏差，此時段電力現貨出清價格會抬到最高，其余時段按照自申報負荷曲線帶負荷，保證電站收益。

6 電力現貨交易與主汛期水庫優化運行方案

6月10日—9月中旬，統計顯示黑河流域的洪水過程一般有3～5次。根據這幾年洪水統計，每次洪水間的間隔時間4～30天，洪水過程3～14天。根據水情統計，6月中旬寶瓶入庫一般都大于60 m3/s，此區段各級電站現貨交易按照10:00—17:00跟蹤自申報負荷曲線運行，在18:00—9:00高于自申報負荷曲線（機組超發），剩余時段跟蹤自申報負荷曲線或機組超發安排機組運行方式。例如，在洪水期向電網爭取負荷，減少棄水。

根據多年水庫運行經驗，采用中央氣象臺發布的短期、中期及長期天氣預報，并結合衛星云圖和雨量數據分析，對未來的天氣做出較為準確的分析，從而預測黑河的來流情況。具體做法為7天作為一個預報周期，提前制定出7天無雨、小雨（降雨量0.1～10 mm）、中雨（10～24.9 mm）、大雨（25～49.9 mm）及其組合方式下的水庫及機組運行方式。在制定運行方式時，要充分考慮上游來水量、現貨交易、庫水位及天氣的降雨量等，并結合3天短期天氣預報進行隨時滾動修正，進行寶瓶及龍首二級預發滕庫（龍首二級最低起調水位為1 914 m，寶瓶最低起調水位為2 514.5 m，要足額滿足生態放流）。水庫優化運行調度運行方式以7天一個循環，來回滾動、修正，從而做好龍首二級和寶瓶兩級電站預發、預泄滕庫的工作（主汛期寶瓶及二級水庫量化如表1所示）。在預蓄上，根據天氣預報和上游水情信息，利用降雨徑流的預見期，在黑河洪水消退結束前將各級電站水位蓄至要求的汛限水位，做到各級電站水量利用的最大化。根據水庫量化經濟運行的實踐經驗，每年能完成4次左右的水庫量化調度過程。

表1 龍首二級及寶瓶電站主汛期量化水位表

7 結 論

經測算：寶瓶水庫每調蓄1 m3水，公司五級電站可發電約1.2 kW·h；龍首二級水庫每調蓄1 m3水，一、二級及龍匯電站可發電約0.51 kW·h（其中龍首一級0.13 kW·h、龍首二級0.35 kW·h、龍匯0.03 kW·h）。通過水庫優化調度寶瓶電站平均量化水量約2×107m3，龍首二級平均量化水量約3×107m3，共增發電量約4×107kW·h。通過電力現貨交易與水庫調節早晚高峰交易電量1.8×108kW·h，從而實現了水庫量化調度運行和現貨交易雙重豐收。