流域梯级电站优化发电方案
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芹山、周宁水库梯级联合运行优化调度初探摘要:本文主要针对芹山、周宁梯级电站的特性,探讨联合运行优化调度的措施和效益,以提高两电站的发电效益。
关键词:优化调度 耗水率一、 工程概况芹山电站是穆阳溪梯级的龙头电站,坝址以上控制流域面积453Km,多年平均径流量5.68亿m,水库正常蓄水位755m,总库容2.65亿m,有效库容1.95亿m,为多年调节水库。
芹山电站装机容量2×35 MW,设计年发电量1.45亿kw.h,年利用小时2071h。
机组额定出力36.1MW,额定水头95m。
周宁电站是二级电站,坝址以上流域面积511km2,水库正常蓄水位633m,总库容0.47亿m3,有效库容0.32亿m3,对区间具有多年调节性能。
电站总装机容量2×125 MW,设计多年平均发电量为6.58亿kW·h,年利用小时数2632h;机组额定出力12.76MW,额定水头400m。
为长隧洞引水发电电站,隧洞长12.3km。
二、 优化调度的探讨芹山、周宁电站是调峰电站,设计年利用小时较低;芹山水库具有多年调节能力,能有效调节流域来水;周宁水库主要受芹山水库控制,对芹山发电和区间来水具有较强的调节能力;为开展梯级优化调度提供了良好的条件。
在水库的运行上,芹山水库仍按设计的水库调度图运行,主要作用是控制和调节水量;周宁电站不按照设计调度图运行,应控制在高水位上,以降低水耗,提高发电效益。
芹山、周宁梯级优化调度主要以控制水能利用率最大,耗水率最小为目标。
下文将探讨如何通过有效的优化调度措施,提高芹山、周宁电站的发电效益。
1、 控制周宁水库运行水位,以获取最大、最优发电水头,减少发电耗水率。
周宁电站水库正常蓄水位633m,发电机组额定出力为127.6MW,水轮机最大净水头437.2m、加权平均水头421m、额定水头400m,在额定出力状态下,耗水率分别为0.89m/kwh、0.93 m/kwh、0.98m/kwh。
分聍电价下梯级水电玷日优化调度模型的探讨黄炜斌,马光文,张军良(四川大学水电学院,四川成都610065)摘要:梯级水电站日优化调度模型在考虑电网负荷要求和梯级水电站各机组的振动区的前提下,采用电网允许的峰平谷负荷比约束目内各时段的出力。
达到了减少机组起停次数的目的。
模型采用动态定出力求解,以梯级电站发电收入最大化为目标,并用实例对此模型进行了计算。
计算过程和结果表明,动态定出力求解时间短,优化结果与目前的电网需求相一致。
关键词:梯级水电站;短期优化调度;负荷比D i s cus s i on on Shor t-t er m O pt i m al O per at i on M od el of C as cade H yd r opow er S t at i ons und er T O U Pr i ceH uan g W ei bi n,M a G u angw en,Zhan g Jun l i a ng(Sc hool of H ydr aul i c s E ngi neer i ng,S i c hua n U ni ve r si t y,C he ngdn Si e huan610065)A b s t r a ct:A new op t i m al op er at i on m odel of ca sc ade hydropow er s t at ions c a n m i ni m i z e t he s t ar t—s t op t i m es of hydr oel ect r i c uni t s a nd m axi m i ze t he ge ner at i o n benef i t af ter co nsi d er i n g t he po w e r sy st e m l oad a nd t he un st abl e op er at i on z o ne s of hydropow er uni t s a nd t ak i ng per m i t t ed pe ak,a ver age a nd val l ey l oad r at i o as t he const r ai nt s of ou t put.T h e m odel w as sol vedby dynam i c program m i ng al g or i t hm a nd under t he con di t i on of f i xed out p ut regul at i on.The cas e st u dy s ho w s t h at t he opt i m a l oper at i on can m e et t he dem and of pow e r s y s t em.K e y w or ds:cas c ade hydropow er st at i on;shor t-t er m opt i m a l oper at i on;I oad r at i o中圈分类号:T V697.12文献标识码:A文章编号:0559—9342(2010)08-0078-030引言随着我国水电工程建设的发展,如何在一天内合理分配水资源。
河流梯级开发原理河流梯级开发是一种利用河流水能的发电方式,它通过在河流中建设多级水坝和水电站,将水能转化为电能。
这种开发方式不仅可以提供大量的清洁能源,还可以调节河流水位,防止洪水和干旱,改善水资源利用效率。
下面将详细介绍河流梯级开发的原理和优势。
一、河流梯级开发的原理河流梯级开发利用了河流水流的自然能量,通过一系列的水坝和水电站来实现能量转化。
具体而言,河流梯级开发主要包括以下几个步骤:1.水坝建设:首先,在河流中建设第一个水坝,形成一个水库。
水库可以储存大量的水,起到调节河流水位和蓄水的作用。
2.水坝发电:水库的水通过水坝的泄洪闸门流出,形成一个水流。
这个水流会通过一台水轮机,驱动发电机发电。
这样,河流的水能就被转化为电能。
3.水坝下游建设:水坝下游的河道会再次被拦截,建设第二个水坝,形成第二个水库。
同样地,这个水库也可以用来发电。
4.多级水坝建设:根据河流的情况,可以继续建设更多级别的水坝和水电站。
每个水电站都可以将水能转化为电能,实现发电。
通过以上步骤,河流的水能可以被逐级地利用,最终转化为电能。
这种梯级开发的方式可以提高水能的利用效率,最大程度地发挥河流水能的潜力。
二、河流梯级开发的优势河流梯级开发具有以下几个优势:1.清洁能源:河流梯级开发利用的是水能,是一种清洁能源。
相比燃煤发电等传统发电方式,河流梯级开发不会产生二氧化碳等有害气体,对环境污染较小。
2.可再生能源:河流水能是一种可再生能源,它不会耗尽。
通过河流梯级开发,可以持续地利用水能,实现可持续发展。
3.水资源调节:河流梯级开发可以调节河流的水位,防止洪水和干旱。
水库可以蓄水,当需要时释放水量,保证下游水域的供水和排水。
4.提高水资源利用效率:通过河流梯级开发,可以将河流的水能充分利用,提高水资源的利用效率。
这对于水资源短缺的地区来说尤为重要。
5.多功能利用:除了发电,河流梯级开发还可以用于灌溉、养殖、旅游等多种用途。
这样可以进一步提高河流梯级开发的综合效益。
1 西溪河流域梯级电站优化发电方案 1 梯级电站概况 根据西溪河流域梯级电站开发进度安排,以下为在建和近期陆续投入运行的四个梯级电站概况。 洛古水电站:西溪河流域水电梯级近期开发的龙头水库电站,采用混合式开发。水库正常蓄水位2043.00m,非汛期校核洪水位2043.00m,相应库容3730万m3,调节库容2771万m3,具有不完全年调节能力;汛期校核洪水位2041.94m,相应库容3102万m3。电站装2台55MW水轮发电机组,总装机容量110MW。该电站开发对大幅增加下游梯级电量和保证出力,改善四川电网水电丰枯出力悬殊,优化电源结构,增强调峰、调频能力具有重要作用。 联补水电站:西溪河干流第二级电站,闸坝引水式开发。正常蓄水位1674.00m,相应库容208万m3,调节库容87.8万m3,具有日调节能力。电站装2台65MW水轮发电机组,总装机容量130MW。近期(库依电站建设前)保证出力18.81MW,年发电量5.72亿kW·h;远期(库依电站建设后)保证出力46.04MW,年发电量7.28亿kW·h。 地洛水电站:西溪河干流梯级第四级电站,闸坝引水式开发。开发任务主要为发电,兼顾下游生态环境用水要求。水库正常蓄水位1217.00m,总库容为272万m3,调节库容27万m3,具有日调节性能。电站装机2台47.5MW水轮发电机组,总装机容量95.0MW,多年平均年发电量4.30亿kW·h。 青松水电站:西溪河干流梯级第五级电站,闸坝引水式开发。水库正常蓄水位897.00m,总库容为251.0万m3,调节库容16万m3,具有日调节性能。电站装机2台50MW水轮发电机组,总装机容量100MW,多年平均年发电量4.53亿kW·h
2 目前发电调度方案 西溪河流域水情自动测报系统中优化发电调度功能不完善,西溪河公司与四川省水力发电协会合作开发的西溪河流域梯级电站联合优化调度系统正在研制中。目前西溪河流域主要采取以下发电调度方案。 2
与流域所处4个县气象局签订了气象服务协议,由气象局提供中长期、月、旬、日天气预报。根据天气预报和流域历史水文资料做出流域中长期、月、旬、日径流预报。根据来水预报及各水库可调水量,以弃水量最小为目标函数,制定发电计划,发电计划兼顾考虑多发高峰电,并由此向省电力调度中心申请负荷。 根据省调下发的流域总负荷曲线,以弃水量最小为目标函数,对流域各站进行负荷分配。在无弃水情况下,根据各站峰、平、谷电价差,对电价差较大的洛古站尽量安排多发高峰电。 目前流域各站水位-负荷-引用流量关系尚不明确,故目前优化调度做得不够细致。另天气预报精度不高,造成流域发电优化程度不高。 3 新研制的梯级优化调度系统技术方案
3.1 系统构架设计 3.1.1 系统功能划分原则 (1)多层次的模块化、结构化原则 信息管理、径流预测、中长期和短期优调及厂间分配等子系统与模块之间、模块与子模块之间应保证良好的功能关联性;整个系统应呈现以子系统、模块和子模块为单位的多层次结构。 (2)高聚合、低耦合,影响范围在控制范围之内的原则 各子系统和模块内部要有充分的内在联系,内部功能单一,有较强的独立性。模块之间、子系统之间的关联应尽量少。 (3)适应系统扩充和便于系统分阶段实施的原则 系统分析、系统设计的核心问题是如何以最简单的程序实现用户的业务处理要求。系统功能划分应以便于系统分阶段实施、便于程序实现为原则,同时必须充分考虑到系统变化和系统扩充的需要。 3.1.2 系统总体结构 该优化调度系统拟按业务的处理功能不同划分系统总体功能结构模式,确定梯级站群优调信息管理、径流情势分析及预测、中长期优调和短期优调等四大子系统和数据录入与存储、预处理、查询等若干功能模块,如图1所示。 3
西溪河流域梯级电站联合优化调度调度信息管理系统径流情势分析及预测系统中长期优化调度系统短期优化调度系统数据库子系统数据预处理及整编子系统图形、图表子系统文档管理子系统径流情势分析子系统径流中长期预测子系统
径流短期预报子系统
年内逐月优调子系统年内逐旬优调子系统逐日优调子系统厂间日内负荷优调子系统年内逐周优调子系统
图1 西溪河流域梯级水电站联合优化调度系统层次结构图
3.1.3 系统软硬件平台 (1)系统软件平台 系统软件平台是启动和支持电子信息技术和产品的基础,本着经济、适用、高效的原则选择Microsoft软件平台,软件基于Web和GIS技术构建,系统软件平台主要包括Microsoft Windows 2003、Microsoft SQL Server 2005后台数据库、Web服务器IIS6.0、Microsoft Office、Visual Studio.net 2005、ArcGISServer9.3等,软件客户端为基于IE浏览器和Flash的富客户端,利用具有强交互性的富客户端技术来为用户提供一个更高和更全方位的网络体验。软件平台配置设计如表1。 (2)系统硬件平台 系统硬件平台提供安全、可靠、高效以及可管理的网络基础结构,主要考虑网络上信息组织与应用、系统运作顺畅实时、计算分析高效以及系统安全可靠。系统硬件主要包括服务器、计算机等。硬件平台配置设计如表2所示。 (3)网络系统 系统通过Internet网,提供远程用户服务功能,减少信息传递时间,提高工作效率。系统计算机之间要成功进行通讯,必须共同遵守一套相同的协议,拟采用应用广泛的标准TCP/IP协议。 表1 软件平台配置设计 4
位置 配置信息 Web服务器 操作系统:Windows2003 Server Enterprise Edition+ IIS6.0 .Net框架平台 .Net Framework v2.0
数据库服务器 系统平台:Windows2003 Server Enterprise Edition 关系数据库:MS SQL Server2005
GIS服务器 系统平台:Windows2003 Server Enterprise Edition GIS服务器:ArcGISServer9.3
客户机 系统平台:Windows XP 浏览器:IE7.0以上版本浏览器
表2 硬件平台配置设计
3.2 基础数据平台建设 梯级水电站联合优化调度为复杂大系统问题,涉及数据信息量大,因素庞杂。受降水、径流、温度、大坝防洪、泄水与引水系统、发电机组、用电负荷、市场出清价、分时电价等众多自然环境、工程设备及市场因素制约。因此,要实现及时、准确、快速的收集、整理、统计、分析、管理数据,实时科学调度,建设一个基础数据共享平台则显得十分必要。该数据平台主要包括: (1)天气数据(温度、降水)的收集整理、实时查询及对比分析,并为径流预测提供基础数据; (2)径流资料(年、月、日、洪水)的收集整理、实时查询,并为径流预测与水库优化调度提供基础数据; (3)工程设备参数收集整理、实时查询,并作为梯级水电站联合优化调度的边界条件。 该子系统拟采用Microsoft Office Access2003或SQL Server构建基础数据库平台。
位置 配置信息 服务器 建议采用Pentium IV 2.4GHz以上处理器,4GB以上内存,200GB以上硬盘空间
PC机 建议采用Pentium III 800Hz以上处理器,1GB以上内存,80GB以上硬盘空间 交换机 建议具有两个以上千兆端口 5
3.3 水文径流情势分析及预测系统 针对西溪河流域实际情况,利用有关水文站现有的历史径流序列,采用定性和定量相结合(即根据天气趋势的定性预报,结合来水频率曲线及典型过程进行预报)以及过程与总量相结合的方法,建立洛古水电站入库流量、各梯级区间不同时间段来水的预测模型。主要研究内容: (1)年径流预测; (2)月(或旬)径流及其滚动预测; (3)日流量及其滚动预报; (4)上下游径流相关分析; (5)径流预测的计算机实现。 该系统拟采用的主要算法:自回归模型,趋势预测模型,分期平稳自回归模型,季节性自回归模型。结合西溪河流域水情自动测报系统,采用相关降雨—径流模型。 3.4西溪河流域梯级水电站集中控制调度方案研究 对西溪河流域梯级水电站集中控制调度的必要性和可行性进行分析和论证。并在此基础上,结合流域梯级水电站远程集控电力生产方式的发展趋势,对西溪河流域梯级水电站的集中控制调度方案进行研究。 3.5西溪河流域梯级水电站中长期发电优化调度研究 西溪河梯级水电站群中长期优化调度以年为周期,以月、旬、周为调度时段,研究年内各月、旬、周西溪河梯级水库电站的优化运行方式。主要研究内容: (1)梯级水电站群中长期发电优化调度模型构建及优化调度方案研究。主要包括优化目标选择、水库电站约束条件处理、优化方法选择等。优化目标可选全梯级计算期发电量最大、发电收入最大、枯水期保证出力最大等。联合优化调度还需考虑各电站机组的年度检修计划、送出线路、变电站、开关站的最大工作容量等。 (2)在全面考虑来水趋势、年度检修计划及用电负荷分析预测的基础上,计算梯级水电站群全年发电量并合理分配到年内各月。 (3)梯级水电站群年内逐月滚动实施方案研究:根据中长期径流预测,滚