网络教育学院本科生毕业论文（设计）题目：水电站经济运行研究学习中心：贵州黔南奥鹏学习中心层次：专科起点本科专业：水利水电工程年级： 2007 年秋季学号： 101410017762学生：王平武指导教师：张静完成日期： 2010年2月1日内容摘要水电站经济运行是充分利用水能资源的一项增产措施，也是减少水能消耗的一项节能措施。
但水电站经济运行涉及影响因素多,约束条件复杂,是一项较复杂的系统工程。
不同水电站特征千差万别,加大了水电站经济运行的实施难度。
本文分六个部分对水电站经济运行进行研究。
第一概述了水电站经济运行；第二阐述了水电站经济运行的目的和意义；第三分析了其任务及内容；第四探讨了水电站经济运行的基本内容及实施；第五以东北地区某流域为例，分析了水电站经济运行。
最后总结全文。
关键词：水电站经济运行运行方式优化研究目录内容摘要....................................................错误！未定义书签。
引言 (1)1 水电站经济运行概述 (2)2 水电站经济运行的目的和意义 (4)3 水电站经济运行的任务及内容 (5)4 水电站经济运行基本内容及实施 (7)4.1 水库优化调度及水情自动化系统 (7)4.2 水、火电日负荷分配及电网调度自动化系统 (7)4.3 厂内机组间负荷分配及计算机实时控制系统 (9)5 水电站经济运行实例分析 (10)5.1 水库调度的基本规律 (10)5.1.1 水库调度的基本原理 (10)5.1.2 水库调度的特点 (10)5.1.3 水库调度的方法和方式 (11)5.2 某水电站水位控制方式 (11)5.2.1 控制水位及水位控制方式 (11)5.2.2 水位控制方式分析 (11)5.3 某水电站经济运行方式 (12)5.3.1 长期运行方式 (12)5.3.2 短期运行方式 (12)5.3.3 厂内运行方式 (13)6 结束语 (14)参考文献 (15)引言电力系统是现代社会最重要，最广阔的支柱产业之一，由于电能生产、输送、分配和使用的便捷性和多样性，电能正日益在社会生活的各方面发挥着越来越重要的作用，已成为现代社会发展的主要能源。
电力系统是一个消耗大量煤炭、石油、天然气等一次性能源和可再生的水资源，同时又输出巨大电能系统工程，如何提高电力系统的运行效率，充分利用水资源，减少一次性能源的消耗，增加电能输出，这就是电力系统的优化经济运行问题[1]。
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，电力用户对电力主要提出供电可靠性和经济性两方面的要求。
前者要求电力系统以一定数量和质量的电能对用户不间断地、安全可靠地供电，即满足一定时期负荷要求；后者是要求系统对用户的供电应尽可能经济、便宜。
要做到安全可靠的供电，可以通过提高设备的制造、安装、运行、维护水平来实现；而要做到供电的经济性，就要努力降低电力系统的运营成本，重点就是降低发电成本，即降低火电站的燃料消耗和水电站的耗水率，节能增发。
要降低水电站的发电耗水，充分利用有限的水量多发电，就要对水电站的机组运行进行优化，实现最优经济运行。
关键词：水电站经济运行机组优化1 水电站经济运行概述水电站厂内经济运行（也叫优化运行）是在满足电能生产的安全、可靠、优质的前提下，合理地组织调度电厂的发电生产设备，以获得尽可能大的经济效益。
与此相适应的水电站运行方式，称为水电站经济运行方式，也可称最优运行方式。
水电站厂内优化运行主要是研究水电站的出力平衡、流量平衡、水头平衡、水电站的动力特性、机组最优启停顺序、工作机组的台数、机组间负荷或流量的最佳匹配方式、机组的最合理调节程序和电能生产的质量控制问题[2]。
从研究问题的空间范围来看，水电站经济运行可划分为厂内经济运行和厂间或电力系统经济运行。
本论文课题主要研究水电站厂内经济运行，即根据电网调度给定的某一时段电站的出力，按照一定的计算方法，确定水电站中机组的开、停机次序和机组间负荷的最优分配，使运行机组都在高效率区域运行，从而使全厂的发电耗水量最小，来达到增加发电量的目的。
从研究问题的时间范围来看，水电站经济运行可划分为瞬时（小时）、短期（周、日）和长期经济运行。
长期经济运行的任务是将一段较长时期（季、年、多年）内的有限输入能量分配到其中较短的时段内（月、周、日）；短期经济运行的任务是将以上长期经济运行所分配的输入能量在短期内的各更短时段（小时）间合理分配，确定出水电站逐日、逐小时的负荷分配和机组的运行状态。
瞬时经济运行的任务是将在相应小时或时刻分配到水电站的负荷，再落实分配到各台机组。
短期经济运行方式的制定对具有短期（日）调节性能以上的水电站都有现实意义。
而长期经济运行方式的制定只对长期调节性能水库（季调节以上的水库）的水电站才有意义。
为了充分发挥水电站的作用，最大限度的利用水能，以获得尽可能大的运行效益，应全面开展水电站的长期、短期经济运行方式及厂内的经济运行调度。
从研究问题的分析方法来看，国内外制定水电站厂内经济运行方式的方法有机组间负荷最优分配等微增率法、机组最优工作台数、组合及启停次序的耗量特性图解法、最优运行方式动态规划法以及机组最优启停组合和负荷最优经济分配的遗传算法等。
水电站厂内经济运行是一类典型的单目标优化问题，本文以水电站在给定发电负荷下耗流量最小作为最优化目标来探讨这一问题。
它包含了两个子优化问题:机组负荷分配优化问题和机组组合优化问题。
这两个问题都是以耗流量最小作为唯一的优化目标。
其中，固定机组负荷分配问题要求根据水电站给定水头下的各台可供发电的机组出力与流量之间的特性曲线，得到这些机组在各种负荷下的机组所要承担的出力状况，并保证在这一负荷要求下，这种分配方案耗流量最少。
由于在这个过程中，我们所依据的机组特性曲线是非线性的，因此这是一个非线性的优化问题。
它还必须满足下述约束:一、水电站中每台机组具有最小出力和最大出力限制，即分配在各台机组上的出力不应该超出这个范围。
二、在各台机组的最小出力和最大出力之间还存在气蚀振动区，在机组负荷分配时，必须加以规避，以延长机组的使用寿命。
三、水电站所要承担的负荷应该在整个电站的出力范围之内，同时还应保证各台机组的总出力与该负荷相等。
这是一个连续参数的多约束条件的非线性优化问题。
机组组合优化问题则是根据上级调度部门给出的水电站日负荷曲线，安排水电站内某一段时间的机组开停组合。
在机组组合问题中，包含有大量的0-1变量和离散变量，在数学上表现为一个包含大量约束条件的大规模非线性混合整数规划问题。
它需要满足以下的约束条件:一、系统负荷和备用要求。
由于水电站的机动性较好，因此在电力系统中一般都要承担系统的备用要求，以保证在电力系统出现事故或突发事件时能够迅速满足系统的负荷需要，因此，在实行机组组合优化时，必须保证目前处于运行状态的机组能够应付负荷备用的要求。
二、最小开机时间和最小停机时间。
机组频繁的起停会对机组造成损坏，为了避免机组的频繁起停，水电站要设定机组的最小开机时间和最小停机时间，从而限定各台机组在一个调度时段内的开机次数。
三、机组爬坡速率(功率变化速率)。
在电力系统中水轮发电机组及水电厂的机动性在电力系统中是最好的，一般来说机组自停运状态起动至带满负荷一般仅经历3～5min，而停机过程则更短。
因此，在单纯的水电站厂内经济运行中可以不考虑机组爬坡速率。
2 水电站经济运行运行的目的和意义水电站的经济效益可分为发电效益，电网效益（调频，调峰，调相，负荷备用和事故备用等）及社会效益（防洪，灌溉，供水，养殖，航运，过筏，旅游等）3个部分。
从水电站本身来看，主要是在满足电网效益和社会效益的前提下，尽量取得更多的发电效益[3]。
水电站经济运行运行的方式可以实现运行工况优化，从而节约用水，增加发电量。
一般来说，水电站采用最优运行机组数可获得效益 2.0%，实现最优组合可获得效益0.3%，实现机组间负荷最优分配可获得效益0.3%[4]。
对大、中型水电站来说，开展水电站厂内经济运行可以增加发电量1～7％。
要提高水电站的发电效益，要降低水电站的发电耗水，充分利用有限的水量多发电，就要对水电站的机组运行进行优化，实现最优经济运行。
根据水电站的水轮发电机组的出力公式：P i =9.81ηi Q i H ×103 （2-1）式中，P i -机组i 发电有功功率，即出力，单位为KW ；Q i -机组i 单位时间耗水量，单位为m3/s ；H-水库的水头，单位为m ；ηi -机组i 的运行效率；可以看水电站经济运行运行的目的就是要在电站出力一定的情况下，使机组总的耗水量为最小。
要实现这一目标可以采用两种方法：一是提高水电站的运行水头H ，二是使水轮机运行在效率ηi 高的区域。
但是对于水库库容较大的电站，用提高水头的办法来满足水电站厂内经济运行是不太现实的。
由于水轮机的特点和制造、安装等方面的原因，同一个水电站内的同一种型号的水轮机在相同的运行条件下，其效率和运行性能不可能完全相同。
因此，实现水电站厂内的经济运行，最主要的途径就是根据调度给定的总负荷，在当前的水位下，按照一定的算法给每一台机组分配负荷，使每一台水轮机都运行在效率较高的区域，从而使电站全部机组的总耗水量最小，达到降低总耗量Q 的目的[3]。
由已经投入经济运行的水电站实际数据来看：湖南柘溪水电站实现长期经济运行，提高发电量约3%～10%；湖北葛洲坝二江水电站实施经济运行提高效益1%～3%；美国石河段水电站的资料表明，实行经济运行后电站发电效率平均提高3%。
所以水电厂在实施了经济运行后，发电效益均可提高1%～3%以上。
由此可见，水电站实行经济运行所取得的经济效益是十分可观的，同时，也将给水电厂设计和运行管理水平的提高带来新的动力[5]。
3 水电站经济运行的任务及内容水电站经济运行主要是研究水电站科学管理的优化技术和调度决策。
在保证电能生产的安全可靠、连续优质以及多目标综合利用的要求下，合理地、有效地、最大限度地利用水能。
它应用系统工程的理论和方法，以电子计算机为主要运算手段，研究电力系统中水电站的运行方式，最终达到研究系统整体最优的目的[2]。
水电站在电力系统中的最优运行方式，按照工作周期长短的不同，通常划分为三种方式，即长期运行方式、短期运行方式和厂内运行方式。
每种方式有其独立性同时又互有一定的联系。
在理论研究和分析水电站在电力系统中的运行方式时，认为全厂动力特性是按各动力设备运行工况最优化而得出的。
在此基础上，明确长期经济运行方式，可以说是“先厂内，次短期，后长期”的关系。
在实际制定各种经济运行方式的方案，并用以指导管理决策时，则是“先长期，次短期，后厂内”的顺序。
长期运行方式、短期运行方式和厂内运行方式三者互相依从和制约，构成科学的整体关系。
