清水河流域水電站梯級聯(lián)合優(yōu)化調度管理

馮歡

摘 要：清水河位于貴州省中部，屬長江流域烏江水系，是烏江中游右岸較大的一級支流。大花水、格里橋水電站是清水河干流水電梯級規(guī)劃中的第三、第四個梯級，兩站投運后形成了一個小型梯級調度關系。為了充分發(fā)揮梯級水庫間的水文補償和庫容補償能力，獲得更多的綜合利用效益，在提高水庫管理人員專業(yè)技術水平的同時，對清水河流域的水文徑流、電站運行資料進行統(tǒng)計、分析，分枯、汛期對水庫運行水位進行優(yōu)化控制，實現(xiàn)對梯級電站的優(yōu)化調度。

關鍵詞：清水河流域；梯級水庫；優(yōu)化調度；效益

中圖分類號：TV697.1+2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0094-02

1 電站概況

貴州烏江清水河水電開發(fā)有限公司（以下簡稱清水河公司）成立于2004年，公司的主要任務是開發(fā)清水河流域的水能資源。目前，清水河公司下轄大花水、格里橋兩個水電站，大花水電站（裝機2×100 MW）于2007-11投產發(fā)電，格里橋水電站機組（裝機2×75 MW）也已于2010-02和2012-03投產發(fā)電。

大花水電站是清水河干流水電梯級規(guī)劃中的第三個梯級，電站位于清水河中游，大花水壩址控制流域面積4 328 km2，壩址多年平均流量75.8 m3/s，年徑流量2.41×108 m3。電站水庫正常蓄水位868.00 m，死水位845.00 m，調節(jié)庫容為1.355×107 m3，庫容系數(shù)為0.056，水庫具有不完全年調節(jié)能力。格里橋水電站是清水河干流水電梯級規(guī)劃中的第四個梯級，正常蓄水位為719.00 m，死水位為709.00 m，調節(jié)庫容1.881×107 m3，屬日調節(jié)水庫，調節(jié)性能較差。

大花水、格里橋水電站均位于清水河流域，格里橋水電站距上游大花水電站廠房約21 km，距離較短，形成了一個小型的梯級調度模式。兩站工程規(guī)模適中，地理位置優(yōu)越，距負荷中心近，工程的主要任務是發(fā)電，為貴州東部電網供電，是東部電網的主要支撐電源，同時，在貴州電力系統(tǒng)中，它們還承擔著調峰、調頻和事故備用等任務。

2 研究背景及意義

隨著生產經營管理理念的不斷轉變，清水河公司已經認識到單一電站的水庫調度運行方式較為簡單，遠不如梯級聯(lián)合水庫經濟調度的運行情況復雜，而且其對水資源的整體利用效率不高。當格里橋水電站建成并投運后，如何能夠既滿足梯級電站的防洪安全調度，又滿足電站水庫經濟調度的需要，發(fā)揮小流域梯級電站的整體效應，已經成為了清水河公司必須重視和亟待解決的課題。課題研究方向也將解決流域內水資源利用三個方面的問題：①協(xié)調水能資源在時間和空間上的再分配；②提高電站安全防洪度汛能力；③提高水能利用效率，實現(xiàn)水庫節(jié)能優(yōu)化調度。

因此，在新形勢下，為了取得更好的經濟效益和社會效益，組織開展和探索、研究清水河小流域梯級聯(lián)合水庫優(yōu)化調度運行方式具有非常重要的意義。

3 梯級聯(lián)合優(yōu)化調度管理的具體措施

3.1 數(shù)字化管理流域梯級電站

清水河公司積極采用先進的技術手段，建立并投入運行了清水河流域水調自動系統(tǒng)，規(guī)模為1個中心站（大花水電站），22個遙測站點，并于2010年實現(xiàn)了與烏江公司中心站的連接。系統(tǒng)運行以來，公司先后對流域水調自動系統(tǒng)的通信組網方式、系統(tǒng)平臺、洪水預報和圖形報表等不斷完善和優(yōu)化。目前，采用VHF/GSM、光纖/GSM、GSM/Inmarsat-c、光纖/Vsat四種雙信道混合組網的通信方式，這樣確保了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

水調自動化系統(tǒng)的建設滿足了水調實際生產的需要，功能設置考慮了水調工作的特點，將多種類、多時段（實時和歷史）的數(shù)據(jù)緊密結合，集實時監(jiān)視、綜合應用和統(tǒng)計分析于一體，實現(xiàn)了水調數(shù)據(jù)分析的圖形化、報表化，使水調人員能及時、詳細掌握水庫流域的降雨量和運行情況，大幅提高了水調人員的工作效率。

3.2 注重人才培養(yǎng)，加強技術培訓

為了做好清水河流域的水庫調度工作，清水河公司積極組織“內培為主，外培為輔”的技術培訓活動。近幾年來，水庫專業(yè)管理人員共參加了3期烏江集控中心水情人員專業(yè)技術培訓，并在培訓后開展資格認證考試，7位水情人員獲得了水庫調度員資格，實現(xiàn)了水情值班人員持證上崗工作。同時，還組織相關人員參加了2期由水情系統(tǒng)供應商南瑞公司開展的應用培訓。通過開展一系列有目的、有計劃的技術培訓工作，不斷強化職工的專業(yè)理論知識和技能。

由于新技術、新觀念的不斷應用和發(fā)展，清水河公司水情人員的業(yè)務素質和技術水平都有了很大的提高。水情人員在計算機管理和應用、水情自動測報系統(tǒng)、水文預報、水庫調度及其他水務管理方面都有了進步。近幾年來，隨著清水河公司的規(guī)范化管理，水務管理也逐步向規(guī)范化、制度化的方向發(fā)展，人員素質已基本滿足水庫梯級聯(lián)合調度的要求。

3.3 提高水文預報精度

清水河公司對清水河流域范圍內的17個小水電進行實地調查，對大花水水庫上游的松柏山水庫、花溪水庫、阿哈水庫、下壩水電站等較大的水庫資料進行了核實。通過一系列的調查工作，調查人員熟悉了大花水、格里橋水庫上游水利設施建設的分布情況，理清了各水庫之間的相互關系，也掌握了其泄洪能力，并以此分析了在不同洪水量級條件下各水庫泄洪時洪水進入大花水水庫庫區(qū)的時間，為清水河流域內洪水預報的準確性提供了保障。

精度較高的水文預報使清水河公司在協(xié)調防洪、興利用水之間的矛盾時，在一定的遇見期內可以提前計算入庫洪水的流量和洪量等參數(shù)。有效利用精度較高的短中期水文和氣象預報，能夠在汛期提前防御洪水，確保防洪安全，在后汛期和汛末能夠最大程度地抬高水位，提高后期興利的效益。中長期水文預報具有較長的預見期，在防汛工作中，結合短期洪水預報，在一定程度上掌握了整個防汛斗爭的主動權。

3.4 制訂水庫優(yōu)化調度方案

3.4.1 大花水電站

基本資料的選擇是以大花水水電站歷年的運行資料為主，并參考水文系列資料，以最不利于大壩安全運行條件為原則，選取歷年入庫的洪水資料，以最大一場洪水洪量分析水位允許到達的下限值（產生的洪量越大，水庫需要預留的防洪庫容也就越多，水位相應地就會變低），以月多年平均洪量確定水位運行的上限值，排除偶然性事件，由此確定大花水水庫在經濟運行過程中各個時期的水位控制范圍。

通過計算可知，大花水水庫年水位分期控制為：汛初（5月），大花水水位為850.07～859.75 m；汛中（6—7月），大花水水位維持在845.0 m；汛中（8—9月），大花水水位維持在863.0～867.0 m；汛末（10月），大花水水位為865.64 m；枯期（11月—次年4月），大花水水位維持在868.0 m（863.0～868.0 m，枯期最低運行水位不得低于863.0 m）。

3.4.2 格里橋水電站

3.4.2.1 利用補償調節(jié)作用優(yōu)化水位運行方式

格里橋水庫入庫徑流絕大部分是由上游大花水水庫發(fā)電水量供給，區(qū)間流量較少。當進入汛期時，大花水電站根據(jù)來水情況和庫存水量適時調整和控制補償水量，來水較大、庫水位較高時，要保證兩站一條線滿發(fā)電量；而在枯水期，格里橋水電站由于受調節(jié)能力的限制，大花水電站則利用水庫存蓄的水量加大出力發(fā)電，為下游格里橋水電站補償水量，提高運行水位，降低耗水率，增加發(fā)電量。這樣的聯(lián)合調度的優(yōu)點是：①可以提高水量的重復利用率，增加兩站的發(fā)電量；②兼顧了格里橋水電站，優(yōu)化了其運行方式，從而實現(xiàn)梯級水庫運行經濟效益最大化。

3.4.2.2 掌握來水特性，分期控制運行水位

分別以汛期和枯期大花水至格里橋區(qū)間（以下簡稱“大格區(qū)間”）流量的時期變化為基礎，對區(qū)間流量進行分析、討論，以此優(yōu)化格里橋水電站在不同條件下的經濟運行水位。

3.4.2.2.1 大格區(qū)間流量分析

格里橋電站入庫流量主要由大花水電站出庫流量、支流蛤蚌河和冷水河天然徑流三部分組成。根據(jù)2010—2011年流量數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計分析，在枯期，當大格區(qū)間面雨量達到20 mm左右時，并在持續(xù)小雨的情況下，區(qū)間流量可達到20～35 m3/s；當流域內持續(xù)小到中雨時，區(qū)間流量在10～20 m3/s之間。

3.4.2.2.2 基本資料選擇和經濟運行水位分析

汛期，兩站機組滿發(fā)，區(qū)間流量取最大值35 m3/s；枯期，兩站機組滿發(fā)，區(qū)間流量值取15 m3/s。

汛期：大花水電站滿發(fā)流量175 m3/s，最大區(qū)間流量35 m3/s，格里橋電站凈入庫流量25 m3/s，當水位漲至719.0 m時，需要21.98 h。在汛期內，由于天氣形勢變化無常，暴雨頻繁，再加上格里橋電站調節(jié)庫容小，電站防汛壓力大，所以，建議汛期格里橋電站經濟運行水位還是保持在717.0 m。

枯期：當格里橋水電站枯期運行水位控制在718.00 m，大花水電站滿發(fā)流量為175 m3/s，最大區(qū)間流量為15 m3/s，格里橋電站凈入庫流量為5 m3/s時，水位漲至719.0 m需要109.9 h，約4.6 d。在枯期，大花水電站發(fā)電流量和區(qū)間流量不可能連續(xù)4 d達到175 m3/s和15 m3/s，即使都達到了最大流量，在接近5 d的調節(jié)時間里，通過大花水電站運行方式調節(jié)，完全可以保證格里橋電站的運行安全。因此，在枯期，格里橋電站水位控制在718.0 m運行是可行的。

結論：格里橋水電站汛期水位在717.0 m左右運行，枯期水位可抬高到718.0 m左右運行，這種運行方式是可行的。

4 梯級聯(lián)合優(yōu)化調度管理的實施效果

4.1 梯級聯(lián)合調度經濟效益

實施梯級聯(lián)合優(yōu)化調度管理后，大花水、格里橋水電站耗水率指標逐年提高，節(jié)能經濟運行效益顯著。

通過對流域大花水和格里橋水電站的梯級優(yōu)化調度管理運行方式的探索、研究和實踐，結合流域來水特性，不斷深挖大花水、格里橋水電站的發(fā)電潛力，分時期對其水位進行優(yōu)化控制，這是清水河公司在開展管理現(xiàn)代化創(chuàng)新活動中的重大舉措。公司提出的水庫經濟運行方式對提高格里橋水電站水資源利用水平和增加發(fā)電效益有非常明顯的效果。

大花水電站經過優(yōu)化調度管理后，2012年比2011年耗水率降低了6.92%，按2011年發(fā)電水量計算，增發(fā)電量1.658×107 kW·h，折合經濟效益446萬元。2013年，優(yōu)化運行方式后，格里橋水電站耗水率比2010年降低了9%，經過計算，2013年比2011年增發(fā)電量3.363×107 kW·h，按上網電價0.269元/kW·h計算，直接經濟效益比2011年增加了約905萬元。

4.2 梯級聯(lián)合調度環(huán)境效益

水資源是作為清潔能源被利用的，水電不僅可以代替部分火電、核電，具有調峰的優(yōu)點，在電網安全運行中還起到了非常重要的作用，可以提高水資源的利用效率而基本上不改變水質、不排放污染物。

梯級水庫聯(lián)合調度調節(jié)也在一定程度上減少了火電等一次性能源的發(fā)電量和電力生產對一次性能源的消耗，緩解了日益緊張的能源壓力，而且梯級水庫比單個水庫的抗御洪、澇、旱、堿等自然災害的標準要高。同時，梯級水庫聯(lián)合調度還降低了災害的影響程度，有效地保護了生態(tài)環(huán)境和生物的生存生境，減少了水災、旱災對人類和動、植物造成的破壞，減少了水土流失和土壤侵蝕，也減少了洪水造成的污染擴散和疾病流行，為人們提供了相對穩(wěn)定、安全的生活和生產環(huán)境。

參考文獻

[1]周苗菲.小水庫群梯級聯(lián)合調度研究與應用[D].保定：華北電力大學，2011.

[2]朱江.烏江流域實行梯級聯(lián)合調度的必要性和可行性分析[J].貴州水力發(fā)電，2003，10（4）.

[3]朱永英.水庫中長期徑流預報及興利調度方式研究[D].大連：大連理工大學，2004.

[4]謝如昌.清江梯級水電站水庫群優(yōu)化調度研究[D].保定：華北電力大學，2011.

〔編輯：白潔〕