四川省松林河流域梯级水电站联合优化调
度可行性研究报告
前言
随着滨东、洪一、玉龙和大金坪电站的相继建成，松林河流域将形成连同在建的湾三电站在内的梯级水电站群系统，其中玉龙和大金坪电站具有日调节能力。松林河梯级水电站并入四川电网运行后，对于更好的利用各调节水库的调节能力，提高整个梯级的整体发电能力提出了更高的要求。
松林河流域滨东、洪一、玉龙、湾三和大金坪电站水利联系紧密，仅有玉龙、大金坪电站有日调节能力。在丰枯、峰谷电价的政策下，由于没有长期的调节能力，如何充分发挥各水库的日调节能力，联合调度，合理分配厂间日内峰、平、谷段电量，增发高价电量，提高全流域梯级电站的发电收入，将是松林河梯级水电站联合优化调度所面临的首要问题。在制定梯级水电站联合调度方案时，应首先保证电站和下游的安全，同时合理利用梯级各调节水库库容。另外，为了做好迎接电力市场考验的准备，近两年来，各大流域发电公司都在纷纷探索如何搞好梯级水电站的优化调度工作，在寻求一种安全的、互利的、符合科学发展规律的发电公司（企业）与电网之间的关系，从而更好地科学合理的利用水能资源，为国家和企业创造更多经济效益和社会效益。因此，为了适应电力市场发展的要求，增强市场竞争力，最大限度地利用松林河梯级电站水能及水资源，提高梯级水电站群联合运行效益，按照“流域统调度”的要求，开展松林河梯级水电站群联合优化调度研究工作，具有十分重要的意义。
为此，本报告以松林河梯级水电站群联合优化调度为重点，着重从以下几方面进行研究：第一部分，流域概况；第二部分，松林河梯级水电站群中长期期优化调度数学模型、计算原理及模拟调度成果；第三部分，松林河梯级水电站群短期优化调度数学模型、计算原理及模拟调度成果；第四部分，松林河梯级电站发
电计划编制系统的设计说明与工作流程；第五部分，松林河梯级电站联合优化调度系统的总体设计与运行环境支持。第六部分，结束语。
1松林河流域概况
1.1水文气象概况
1.1.1流域概况
松林河发源于四川省九龙县境内海拔5267m的万年雪山，整个流域位于东经101°45＇~102°15＇，北纬28°48＇~29°18＇。松林河为大渡河中游右岸的一级支流，河道全长71.3km，流域面积1453.2km2。
松林河流域呈西北东南向的扇形。分为湾坝河、洪坝河两条支流，以湾坝河为主源。湾坝河长59.0km，流域面积734.7km2，平均比降39.3‰；洪坝河长48.4km，流域面积640.6km2，平均比降65.2‰。松林河流域内支沟较发育。湾坝河上较大的支流有足挖沟、岩棚子沟、白水沟、白露沟等；洪坝河上较大的支流有漫哈沟、娃娃沟、正沟等。湾坝河、洪坝河两条支流在西油房(新乐)乡汇合后始称松林河，经蟹螺乡、先峰乡等地后，于安顺场注入大渡河。松林河干流（西油房至河口）长12.5km，落差262m，平均比降21.0‰。
松林河中、上游位于九龙县境内，下游位于石棉县境内。河源与九龙河分水，流域北部与田湾河分水，南部与南桠河接壤。流域周围多高山峻岭，流域西北部分水岭附近还有少量冰川和常年积雪区。河源分水岭在海拔5000m以上，中、上游分水岭大部在海拔4000m以上，水汽难以输入。下游右岸分水岭高程相对较低，一般海拔高程在2000～3000m，为本流域水汽输入的主要通道。
湾坝河上游支流白水河的上、中游地区岩溶发育较好，沿河分布着钙化胶结带和溶隙溶洞，并有岩溶水和溶洞水汇入湾坝河。
松林河流域植被较好，上、中游有大片森林，下游则主要为灌木丛。但湾坝
河上游，上世纪80年代末曾大量砍伐材木，植被破坏较为严重。松林河流域水系图见图1.1。
图1.1松林河流域水系图
1.1.2气象特征
松林河流域仅河口附近的安顺场水文站有1959～1963年5年气象观测资料以及1964年以来的降雨资料。西油房(新乐)六十年代有三年降雨观测资料，后停测，至80年代初又恢复观测。西油房(新乐)以上，无其它水文气象观测站
点。此外，距松林河口约30km有石棉县气象站。本流域气象特征可参考安顺场、新乐站和石棉县气象台、站资料分析。据安顺场站资料统计，其多年平均气温为16.7℃，极端最高气温为38.4℃，极端最低气温为-3.4℃，多年平均相对湿度为75%，多年平均降雨量1180.3mm，最大日雨量110.8mm，多年平均蒸发量为1412.7mm。全年降雨量低于蒸发量。11～4月为降雪期，山岭最长积雪时间约半年。
又据石棉县气象站资料统计，其多年平均气温为16.9℃，多年平均相对湿度为69%，多年平均降雨量801.3mm，多年平均风速为2.3m/s，最大风速为20m/s。
两站气象要素统计见表1.1、1.2。
本流域的降水较丰沛。根据下游新乐和安顺场站观测资料统计，多年平均降水量分别为1119.7mm和1180.3mm，历年一日最大降水量分别为156.6mm 和110.8mm。全年降水量主要集中在汛期，其中又以7、8两月最多，据实测资料统计，安顺场和新乐7、8两月降水量分别占全年的48.9%和52.8%。
表1.1安顺场水文站气象要素特征值统计表
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表1.2石棉县气象站气象要素特征值表
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统计资料年限：1959—2000;蒸发器类型：E601型11
1.1.3径流特性
松林河径流主要来源于降水，其次为高山融雪水和地下水、岩溶水补给。由于流域内森林资源丰富，对径流有较大的调蓄能力，主要表现为径流较丰沛，枯季径流稳定。径流的年内变化及地区分布与降水基本一致，年际变化较稳定。
据安顺场水文站1960～2001年资料统计计算，多年平均流量56.9m3/s。径流与降雨的年内分配基本一致，丰水期5～10月，主要为降雨补给；枯水期11月～次年4月，主要由地下水补给。每年4月以后径流随降雨的增大而逐渐增大，7、8两月水量最丰，9月份次丰，11月起由于降雨量的减少，径流开始以地下水补给为主，稳定退水至翌年3月。径流年内分配不均匀，丰水期(5～10月)多年平均水量占年水量的78.4%，枯水期(11～4月)多年平均水量占年径流量的21.6%，1～3月多年平均水量约占年径流的8.42%，其中最枯的3月占2.60%。径流的年际变化较稳定，最大年平均流量与最小年平均流量两者之比为1.67倍。年最小流量一般出现在2、3月份，多数出现于3月。
根据安顺场水文站1960～2001年平均流量(5月～翌年4月)、枯水段平均流量(11月～翌年4月)进行频率计算，按数学期望公式P＝m/(n+1)×100%计算经验频率，矩法估算参数，计算成果见表1.3。
表1.3安顺场站平均流量频率计算成果表
松林河流域的径流主要来源于降水，而松林河北面受贡嘎岭、西面受万年雪山阻挡，水汽难以愈越，1200mm雨量等值线从安宁河上游经南桠河上游进入松林河，沿安顺场向北至田湾河后，被贡嘎岭阻挡止于田湾河。又因西面受万年雪山阻拦，折向南面沿万年雪山东麓经松林河上游(湾坝河与洪坝河上游)向南面的安宁河流域形成一个等值线闭合圈。松林河全流域面雨量分布比较均匀，变化不大，流域面降水量与湾坝河、洪坝河闸址、大金坪厂址以上的面降雨量差别不大，基本处于1200mm雨量等值线的控制。松林河多年
平均年降水量等值线见图1.2。
图1.2松林河流域年降水量等值线图
1.1.4暴雨洪水特性
松林河流域的洪水由暴雨形成，洪水出现的时间与暴雨相应，最大洪峰流量出现于6～9月，以7、8两月出现的频次最高，据安顺场水文站资料统计，历年最大流量最早出现在6月16日，最晚出现在9月12日，年最大流量的年际变化较小，实测年最大洪峰流量的最大值为425m3/s(1994年8月13日)，最小值150m3/s(1977年8月21日)，两者之比仅为2.8倍。由于植被较好、地表渗透性强等原因，洪水涨落较缓，其涨率和变幅不大，除特大洪水外，年水位变幅一般均小于2m。洪水过程多为单峰过程，涨落较缓，其涨率和变幅不大。洪水历时一般为2～3天，一次洪水洪量主要集中在1天。安顺场站各月年最大流量出现次数统计见表1.4。
表1.4安顺场站各月年最大流量出现次数统计表
本流域由于山势陡峻，地质构造发育，岩石风化严重、坡积物分布较广等原因,致使各支流常有泥石流发生,并短时堵塞干流河道，从而使天然洪水有所增大。如历年实测最大洪峰发生在1994年8月13日，洪峰为425m3/s，就是由于泥石流垮山堵塞河道后溃决形成垮坝洪水的情况。另外，据了解干流下游1902年还发生过因垮山堵塞河道一昼夜然后溃决形成垮坝特大洪水的情况。
1.2工程概况
1.2.1流域规划
松林河发源于甘孜藏族自治州九龙县境内的万年雪山，分东、西两源。东源湾坝河为主源，西源洪坝河为次源。根据已审定的《四川省松林河水电规划报告》，松林河按一库九级开发，在湾坝河自上而下（下同）布置有湾三水库、湾二电站、湾一电站；洪坝河布置有洪三电站、洪二电站、洪一电站；松林河干流布置有大金坪电站、松二电站、松一电站，其中松二电站已建成发电，大金坪电站合并了已建的小金坪水电站。大金坪电站分别在湾坝河、洪坝河上建闸引水，汇合后引至两河汇口下游约5.09km处的松林河左岸建地面厂房发电。
1.2.2综合利用要求
松林河流域内社会经济较为落后，沿岸耕地稀少，西油房下游农业相对集中，有少量采矿，人类活动影响较大。沿河无农田灌溉引水和防洪、供水要求，其耕地灌溉及饮用水由小支沟解决；由于河水浅，比降陡，无通航、漂木要求。根据已审定的《四川省松林河水电规划报告》，其开发任务主要是发电，补充系统电力电量的不足，兼顾下游生态环境用水。
2松林河梯级电站靠近四川主网的乐山和成都两地区，供电位置适中，距成都距离仅230km。松林河梯级开发目标单一，建设条件好，施工周期短，见效快，是四川省开发条件较好的中型水电基地之一。梯级电站装机容量近60多万kW。规划的龙头水库具有年调节能力，不仅将提高下游各梯级的水量利用率，增加年发电量，同时也将使下游各梯级的部分汛期电能转化为系统急需的枯期优质电能，有效地改善系统运行条件和提高供电质量。
3 松林河梯级电站中长期优化调度研究
松林河梯级水电站仅有玉龙和大金坪电站具有日调节能力，整个梯级没有长期调节性水库，不能对径流进行长期调节，这种情况的梯级水电站中长期优化调度不能采用传统的数学模型进行求解，只能视为无调节能力水电站，以单一水电站方式运行，按来水流量编制水电站发电调度方案。本研究考虑电网实际运行要求，给出求解松林河梯级水电站发电能力的调度方案。 3.1 发电能力计算
（1）计算模型
t t
t t t Q M E N H δ
?=?=
（2-1）
式中，E t 为第t 时段水电站的发电量，单位：kW ?h 。
N t 为第t 时段水电站的平均发电出力，单位：kW 。 H t 为第t 时段的时间长度，单位：小时（h ）。 Q t 为第t 时段水电站的发电流量，单位：m 3/s 。 M t 为第t 时段的时间长度，单位：秒（s ）。 δ为水电站平均发电耗水率，单位：m 3/kW ?h 。 （2）已知输入
调度方案计算所需已知输入条件包括：水电站装机容量install N ，水电站月或旬平均入库流量t I ，水电站平均发电耗水率δ，全厂机组最大过机流量max Q ，水轮机单机最大过水能力m ax ,i q （N i ,,2,1 =，N 为水电站水轮机台数），水电站机组检修计划。
（3）求解步骤
第一步：根据水电站机组检修计划安排，判断计算时段水电站是否有机组被安排停用
检修。
第二步：当水电站没有机组检修，所有机组均可安排发电时，水电站最大过机流量应等于所有水轮机单机最大过水能力之和，即∑==N
i i q Q 1max ,max ；而当水电站在该计算时段有n
台机组（N n ≤）需要检修时，水电站最大过机流量应等于未检修的水轮机单机最大过水能力之和，即∑-==
n N i i q
Q 1
max
,max 。
第三步：判断计算时段水电站的入库流量与水电站最大过机流量的大小关系。当
t I Q >max 时，水电站按来水流量发电，此时发电流量等于入库流量，且水电站没有弃水产
生，即t t I Q =，0=t S ；当t I Q ≤max 时，水电站按最大过机流量发电，此时发电流量等于
最大过机流量，超过最大过机流量部分的流量均按弃水流量计算，即max Q Q t =，t t t Q I S -=。
第四步：由第三步得出的水电站发电流量t Q ，代入调度方案计算模型（2-1）式，即可求得水电站在第t 时段（月或旬）的平均发电出力t N 及发电量t E 。
松林河梯级水电站长期优化调度方案求解流程如图2.1。
图2.1松林河梯级水电站长期调度方案求解流程
3.2实例计算及结果分析
3.2.1梯级电站基本参数
松林河梯级电站综合参数见表2.1
表2.1松林河梯级电站综合参数
3.2.2水位库容曲线
松林河梯级电站玉龙水库水位库容关系见表2.2
表2.2玉龙水电站水位库容关系曲线