桂東電網(wǎng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)電調(diào)度應(yīng)用效益分析

歐業(yè)平，黃慶東，李友松

（廣西桂東電力股份有限公司，廣西 賀州 542800）

桂東電網(wǎng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)電調(diào)度應(yīng)用效益分析

歐業(yè)平，黃慶東，李友松

（廣西桂東電力股份有限公司，廣西 賀州 542800）

桂東電網(wǎng)是一個(gè)地方性區(qū)域電網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)小水電較多，通過對(duì)水庫調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用效果進(jìn)行分析，對(duì)梯級(jí)及獨(dú)立運(yùn)行的水電廠優(yōu)化調(diào)度可能增發(fā)的電量進(jìn)行測(cè)算，提出周、日以下調(diào)節(jié)性能的水電廠增發(fā)電量的主要途徑，并結(jié)合實(shí)際提出發(fā)電調(diào)度計(jì)劃的優(yōu)化措施和方案運(yùn)用的建議。

桂東電網(wǎng)；水庫調(diào)度；自動(dòng)化系統(tǒng)；優(yōu)化調(diào)度；發(fā)電量

1 桂東電網(wǎng)及水庫調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)述

桂東電網(wǎng)是一個(gè)地方性區(qū)域電網(wǎng)，供電范圍以賀州市三縣兩區(qū)為主，網(wǎng)內(nèi)小水電較多，直接調(diào)度的水電廠總裝機(jī)容量約33萬kW，其中有4座中型以上的水電廠，分別是桂江干流綜合利用規(guī)劃（平樂以下河段）6個(gè)梯級(jí)水電站中的第一、第二、第三梯級(jí)的巴江口、昭平、下福水電廠，以及賀江流域裝機(jī)容量最大的合面獅水電廠，這4個(gè)水電廠總裝機(jī)容量282.5 MW，保證出力50.7 MW（95％），設(shè)計(jì)年發(fā)電量合計(jì)129.8 MWh。目前桂東電網(wǎng)自發(fā)水電電量占電網(wǎng)總供電量的1/3到1/2，不足部份通過外購電量補(bǔ)充。

桂東電網(wǎng)為提高發(fā)、供電的安全性、穩(wěn)定性及電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，加強(qiáng)直調(diào)水電廠的防洪度汛及水庫發(fā)電調(diào)度管理，提高水能利用率，于2013年在桂東電力調(diào)度中心建設(shè)了“桂東電網(wǎng)水庫調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)”，系統(tǒng)設(shè)1個(gè)中心站（桂東電力調(diào)度中心）、4個(gè)分中心站（分別設(shè)在4個(gè)水電廠），具有水庫日常調(diào)度、水務(wù)計(jì)算、水文預(yù)報(bào)、電網(wǎng)短期發(fā)電調(diào)度、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評(píng)價(jià)等功能，能夠滿足水電廠防洪安全、桂江梯級(jí)調(diào)度、桂江-賀江跨流域調(diào)度等經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，2014年4月投入試運(yùn)行。

2 電網(wǎng)水庫發(fā)電調(diào)度管理的模式及優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量的途徑

2.1 桂東電網(wǎng)水庫發(fā)電調(diào)度管理的模式

桂東電網(wǎng)根據(jù)自身的特點(diǎn)，在廠、網(wǎng)的管理上有獨(dú)到的地方，水電廠及電網(wǎng)為同一控股股東，電網(wǎng)整體利益最大化是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的根本要求，因此發(fā)供電管理一體化是必然要求。桂東電網(wǎng)的水電廠發(fā)電調(diào)度管理設(shè)在電力調(diào)度中心，統(tǒng)一管理桂江3個(gè)梯級(jí)電站及跨流域的合面獅水電廠的水庫發(fā)電調(diào)度。這種管理模式對(duì)以水力發(fā)電為主的地方電網(wǎng)來說具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，可以使電網(wǎng)的運(yùn)行方式與水庫發(fā)電運(yùn)行方式有機(jī)結(jié)合，統(tǒng)籌調(diào)配各水電廠的出力，特別是協(xié)調(diào)好各水庫之間的調(diào)度運(yùn)行，合理安排出力計(jì)劃，對(duì)確保電網(wǎng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行十分有利，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 桂東電網(wǎng)直調(diào)水電廠特性

巴江口、昭平、下福3座水電站位于珠江流域西江支流桂江中上游，分別為桂江干流綜合利用規(guī)劃（平樂以下河段）6個(gè)梯級(jí)水電站的第一、第二、第三級(jí)，巴江口和昭平為大（2）型水庫、下福為中型水庫，均為日調(diào)節(jié)。合面獅水電站位于珠江流域西江支流賀江中游，電站上游干流有多年調(diào)節(jié)的龜石水庫，電站下游6km處是信都鎮(zhèn)，下游有防洪要求，屬季調(diào)節(jié)水庫。合面獅水庫調(diào)節(jié)庫容較大，其次為巴江口水庫，這兩個(gè)電廠在電網(wǎng)中的調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用方面起到主要作用，各電廠水庫特性及技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 各電廠水庫特性及技術(shù)參數(shù)表

2.3 電網(wǎng)水電廠經(jīng)濟(jì)調(diào)度提高發(fā)電效益主要途徑

桂東電網(wǎng)的4個(gè)大中型水電站水庫具備日調(diào)度能力，合面獅水電站調(diào)節(jié)能力略強(qiáng)，可達(dá)季調(diào)節(jié)能力，水庫優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量主要通過以下途徑實(shí)現(xiàn)。

（1）提高水能利用率，減少單位電度耗水率方式。水庫枯水期及汛期的非泄洪時(shí)段，在入流較穩(wěn)定時(shí)段，發(fā)電計(jì)劃制訂按以水定電原則，維持各水庫高水位運(yùn)行，提高發(fā)電水頭，相同的來水發(fā)出更多的電能。

（2）提高水量利用率方式。開展調(diào)洪優(yōu)化調(diào)度，采用中、短期天氣預(yù)報(bào)及洪水預(yù)報(bào)，洪水前加大機(jī)組出力騰空庫容，洪水后攔截洪尾重新蓄滿水庫，重復(fù)利用有效庫容，提高來水的利用率增發(fā)電量。

（3）提高機(jī)組運(yùn)行效率方式。電力調(diào)度中心安排各電廠的日負(fù)荷計(jì)劃時(shí)，配合廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，優(yōu)化開機(jī)方式和機(jī)組負(fù)荷分配，盡可能讓水輪發(fā)電機(jī)組在最優(yōu)工況下運(yùn)行，提高發(fā)電機(jī)組效率增發(fā)電量。

（4）其它工程措施，如尾水清於、進(jìn)水口清污、合理安排設(shè)備檢修等方法，提高電廠運(yùn)行效益。

水庫優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量，以提高經(jīng)濟(jì)效益主要是通過前3種方式實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)就桂東電網(wǎng)的直調(diào)4水電廠充分利用水庫調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)水雨情信息，水文預(yù)報(bào)等現(xiàn)代化的技術(shù)手段，增發(fā)電量前景進(jìn)行測(cè)算分析。

3 桂東電網(wǎng)直調(diào)水電廠優(yōu)化發(fā)電調(diào)度增發(fā)電量測(cè)算

根據(jù)水電廠所在的桂江、賀江流域的水文、氣象歷史資料，參考《南方電網(wǎng)水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)規(guī)范》的計(jì)算方法，結(jié)合作者在電力調(diào)度中心側(cè)的調(diào)度管理考評(píng)模式實(shí)際，對(duì)桂東電網(wǎng)4個(gè)水電廠的優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量進(jìn)行分析，以下就主要的發(fā)電調(diào)度優(yōu)化措施分別進(jìn)行測(cè)算。

3.1 提高水能利用率，減少單位電度耗水率方式

本文只就各水庫保持高水位運(yùn)行，提高發(fā)電水頭的增發(fā)電量進(jìn)行測(cè)算。巴江口、昭平、下福屬日調(diào)節(jié)水庫，來水在1日或1周內(nèi)分配使用，調(diào)節(jié)性能較差；合面獅水庫有季調(diào)節(jié)能力，來水可以按月度調(diào)配使用。各水庫在枯水期及洪水期的非泄洪時(shí)間，通過合理安排出力計(jì)劃，在避免棄水的前提下，保持各電廠水庫的高水位運(yùn)行，可有效提高各電廠的發(fā)電量。

提高平均庫水位，節(jié)水增發(fā)電量計(jì)算方法：

式中：E——節(jié)水增發(fā)電量（kWh）；

η——機(jī)組綜合效率，各電廠按實(shí)際各月多年平均值（0.85-0.90）；

（Z實(shí)－Z考）——水頭差，即實(shí)際日平均水位與考核日平均水位之差；

Z實(shí)——實(shí)際庫水位（m）。為日平均庫水位；

Z考——考核庫水位（m）。日調(diào)節(jié)水庫的考核庫水位為正常蓄水位至死水位的中間；季調(diào)節(jié)水庫考核水位按的調(diào)度圖的月均水位確定；

Q：——發(fā)電流量（m3/s），取機(jī)組實(shí)際日平均發(fā)電流量；

T——計(jì)算時(shí)段，為24小時(shí)（h）。

如當(dāng)日有開閘泄洪時(shí)，則當(dāng)日無節(jié)水增發(fā)電量，E=0。

以上公式計(jì)算時(shí)段為日（24h），逐日、逐月正負(fù)累計(jì)計(jì)算可得全年的節(jié)水增發(fā)電量。節(jié)水增發(fā)電量為正值，表明水庫經(jīng)濟(jì)（優(yōu)化）調(diào)度有成效或效果顯著；若為負(fù)值，則表明實(shí)際調(diào)度運(yùn)行未達(dá)到原設(shè)計(jì)調(diào)度水平，無優(yōu)化效果。各水電廠提高水頭增發(fā)電量測(cè)算見表2，4座水電廠該項(xiàng)年均增發(fā)電量為：1 383萬kWh。

另在開閘泄洪期間，受下游水位抬高影響，機(jī)組在小于額定水頭狀態(tài)下運(yùn)行，出力受阻，在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)保持高水位運(yùn)行，也可直接提高發(fā)電水頭增加機(jī)組出力的目的，如下福電廠在排洪狀況下，機(jī)組的負(fù)荷受上、下游水位差影響較大，每提高水頭0.2m，每臺(tái)機(jī)可增加出力0.1萬kW，3臺(tái)機(jī)組日發(fā)電量可增加7萬kWh，本文不計(jì)算這部份增發(fā)電量。

3.2 洪水優(yōu)化調(diào)度，提高水庫水量利用率增發(fā)電量測(cè)算

表2 各水電廠提高水頭增發(fā)電量測(cè)算表?

（1）年度洪水情況及可提前騰空庫容發(fā)電的可調(diào)節(jié)洪水次數(shù)：洪水多發(fā)生在4～7月份，5～6月份發(fā)生洪水次數(shù)最多，約占70％，受強(qiáng)降雨及流域特性決定，洪水暴漲暴落，來得快去得也快，一般一場(chǎng)洪水過程多為7d左右。由于洪水在年內(nèi)分配不均勻，集中在5～6月份，有時(shí)兩次洪水之間間隙時(shí)間短，上次洪水沒有完全退去，下一場(chǎng)洪水就來了，這種情況的洪水就不能提前騰空庫容進(jìn)行發(fā)電調(diào)節(jié)。表3按豐、平、枯水文年統(tǒng)計(jì)的洪水情況及可進(jìn)行預(yù)騰庫容調(diào)節(jié)的洪水次數(shù)。

表3 桂江豐、平、枯水文年洪水統(tǒng)計(jì)及可進(jìn)行發(fā)電調(diào)節(jié)的洪水次數(shù)

（2）桂江梯級(jí)電站預(yù)騰空庫容增發(fā)電量計(jì)算方法：桂江梯級(jí)中巴江口水庫的庫容最大、處于梯級(jí)中的第一級(jí)，巴江口的消落庫容不僅可以使巴江口電廠增加發(fā)電量，下游的昭平電廠和下福電廠也同時(shí)利用。按巴江口水庫調(diào)節(jié)1.0m水位計(jì)算：桂江梯級(jí)的3個(gè)電廠水庫都騰空至死水位，消落1m，各電廠最大可增發(fā)電量。

巴江口電廠：可利用水量1 577萬m3，按單位耗水率17.9m3/kWh計(jì)算，增發(fā)的電量為88萬kWh。

昭平電廠：可利用水量：2 357萬m3，按單位耗水率26.9m3/kWh計(jì)算，增發(fā)的電量為88萬kWh。

下福電廠：可利用水量：2 957萬m3，按單位耗水率46m3/kWh計(jì)算，增發(fā)的電量為64萬kWh。桂江3個(gè)電廠合計(jì)增發(fā)電量：240萬kWh。

（3）合面獅電站預(yù)騰空庫容增發(fā)電量計(jì)算方法。合面獅電站調(diào)節(jié)庫容大，是桂東電網(wǎng)安全、可靠的電源點(diǎn)，擔(dān)任調(diào)峰和事故備用任務(wù)，水庫有季調(diào)節(jié)能力，騰空庫容時(shí)間長(zhǎng)，要保持一定的備用庫容，要從可靠性與經(jīng)濟(jì)性方面考慮，現(xiàn)按每次洪水騰空2.0m庫容計(jì)算，庫水位從86.00m消落至84.00m，可利用水量：2 932萬m3，按單位耗水率13.8m3/kWh計(jì)算，增發(fā)的電量為212萬kWh。

（4）各電廠洪水前騰空庫容增發(fā)電量的多少，取決于每一次降雨、洪水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度、預(yù)見期的長(zhǎng)短、起漲流量、電網(wǎng)負(fù)荷情況。如果每次洪水能騰空庫容60％，全年桂江梯級(jí)按10次可調(diào)洪水，賀江合面獅也按10次可調(diào)洪水計(jì)算，全年該項(xiàng)可增加發(fā)電量為：

桂江梯級(jí)電廠：240×10×60％=1 440（萬kWh）合面獅電廠：212×10×60％=1 272（萬kWh）4個(gè)水電廠合計(jì)：2 712萬kWh。

3.3 水電廠內(nèi)優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，提高機(jī)組效率增發(fā)電量測(cè)算

在一個(gè)周期（或時(shí)段）內(nèi)，根據(jù)電廠及水輪發(fā)電機(jī)組特性，在滿足給定負(fù)荷（或來水）及發(fā)電水頭情況下，確定廠內(nèi)機(jī)組開機(jī)臺(tái)數(shù)及各機(jī)組的負(fù)荷分配，保持各機(jī)組在最優(yōu)工況下運(yùn)行，提高機(jī)組的綜合效率，降低水耗多發(fā)電。各電廠水輪發(fā)電機(jī)組綜合效率在0.85～0.92之間，廠內(nèi)或梯級(jí)電廠之間合理分配負(fù)荷，可有效提高效益。以昭平電廠為例，在15m水頭，給定平均負(fù)荷27 MW，現(xiàn)分兩種機(jī)組運(yùn)行組合比較，組合一：一臺(tái)機(jī)帶19 MW，另一臺(tái)機(jī)組帶8 MW，總負(fù)荷27 MW，其加權(quán)平均綜合效率0.853；組合二：一臺(tái)機(jī)帶13 MW，另一臺(tái)機(jī)組帶14 MW，則平均綜合效率為0.89；很明顯組合二比組合一綜合效率高3.7％，即相同的來水按組合二方式運(yùn)行，發(fā)電量增加3.7％，一天的發(fā)電量增加2.4萬kWh。從全年綜合分析及大多數(shù)理論計(jì)算認(rèn)為，廠內(nèi)優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式可增發(fā)電量為1％～2％之間，因各電廠情況不同有差異?，F(xiàn)按增發(fā)電量為1％計(jì)，直調(diào)4個(gè)水電廠非泄洪時(shí)期的年均發(fā)電量為82 920萬kWh（機(jī)組非滿發(fā)），則總增加的發(fā)電量為：82920萬kWh×1.0％=829萬kWh。

從以上測(cè)算結(jié)果可知，對(duì)于桂東電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力較小的日、周調(diào)節(jié)水電廠，提高效益主要是通過洪水優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量；其次是水庫保持高水位運(yùn)行，提高發(fā)電水頭的增發(fā)電量；廠內(nèi)優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式也可有效增加發(fā)電量。桂東電網(wǎng)在實(shí)際水庫優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用中，2014年及2015年直調(diào)4個(gè)水電廠通過調(diào)洪優(yōu)化調(diào)度及水庫保持高水位運(yùn)行兩個(gè)途徑增發(fā)電量統(tǒng)計(jì)如表4，總增發(fā)電量均超過以上兩項(xiàng)測(cè)算平均值，電網(wǎng)水庫調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

表4 直調(diào)四水電廠增發(fā)電量情況 萬kWh

4 電網(wǎng)發(fā)電優(yōu)化調(diào)度建議

（1）電力調(diào)度中心根據(jù)入庫流量及水文氣象預(yù)報(bào)情況，結(jié)合電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，編制各電廠水庫日發(fā)電、庫水位控制調(diào)度計(jì)劃。調(diào)度人員應(yīng)隨時(shí)監(jiān)控水庫運(yùn)行狀況，水情發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)修改、變更計(jì)劃，確保電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

（2）巴江口、昭平、下福屬日調(diào)節(jié)水庫，調(diào)節(jié)性能較差，做好水文、氣象預(yù)報(bào)，特別是短期水情預(yù)報(bào)，非泄洪時(shí)段盡可能保持高水位運(yùn)行，以減少水頭損失，在允許的范圍內(nèi)承擔(dān)部分調(diào)峰任務(wù)。

（3）合面獅水庫有季調(diào)節(jié)能力，在供水期初應(yīng)保持高水位，汛前騰空庫容，汛期根據(jù)水情盡可能重復(fù)利用庫容多發(fā)電，汛末利用后期洪水蓄至正常高水位，供水期應(yīng)多承擔(dān)電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用任務(wù)。

（4）桂江梯級(jí)中的巴江口電廠水庫庫容最大、處于梯級(jí)中的第一級(jí)，調(diào)節(jié)的庫容對(duì)下游的昭平電廠和下福電廠也帶來很大的效益，必須重點(diǎn)利用好。桂江梯級(jí)水電廠水庫之間的調(diào)度運(yùn)行應(yīng)相互協(xié)調(diào)，以總體利益最大化為基本原則，合理安排出力計(jì)劃，避免不必要的棄水。

（5）關(guān)于洪水優(yōu)化調(diào)度，預(yù)騰庫容計(jì)劃實(shí)施問題。各電廠在不同入庫流量情況下，騰空1.0m庫容所需時(shí)間見表5。

表5 各電廠不同入庫流量情況下騰空1.0m庫容所需時(shí)間

從表5看，在入庫流量150m3/s的情況下，騰空1.0m庫容的時(shí)間，合面獅電廠需27h，巴江口電廠需14.7h，而目前洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見期大約為6～10h，所以僅采用洪水預(yù)報(bào)決策是不夠的，實(shí)際操作應(yīng)綜合參考中、短期天氣預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)降雨資料以及電網(wǎng)負(fù)荷情況綜合分析。另預(yù)騰庫容較早，洪水過程推遲，水庫處于低水頭運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，增發(fā)效益會(huì)降低，把握好決策時(shí)機(jī)很重要。

5 結(jié)語

桂東電網(wǎng)水庫調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)集水庫運(yùn)行有關(guān)的監(jiān)視、預(yù)報(bào)、調(diào)度和水情信息管理等功能于一體。該系統(tǒng)依靠先進(jìn)的采集和傳輸技術(shù)，及時(shí)準(zhǔn)確地獲取流域的水文和水庫運(yùn)行信息，利用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)及相關(guān)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)、水務(wù)計(jì)算和處理，迅速提供包括防洪和發(fā)電在內(nèi)的綜合調(diào)度決策方案，是水庫防洪及優(yōu)化調(diào)度的重要工具；系統(tǒng)不但為防洪度汛指揮系統(tǒng)提供決策依據(jù)，而且實(shí)現(xiàn)了發(fā)電優(yōu)化調(diào)度實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)管理，使運(yùn)行管理人員能及時(shí)掌握水情，合理利用水能資源，提高水庫運(yùn)行效率。

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Analysis of power generation benefits from application of automatic reservoir regulation system in Guidong power grid

OU Ye-ping，HUANG Qing-dong，LI You-song
（Guangxi Guidong Electric Power Co.，Ltd.，Hezhou 542800，China）

Guidong power grid is a local grid consisting of many small hydropower stations.Analysis was made on the application effects of automatic reservoir regulation system.The authors estimate the increase of power genera?tion from regulation optimization of cascades or independent hydropower plants；put forward the major measures for energy increase at those hydropower plants of weekly or daily regulation；give suggestions for optimization of power generation regulating plan as well as application of proposed scheme，so as to render the maximum benefits of whole grid.

Guidong power grid；reservoir regulation；automation system；regulating optimization；power genera?tion

TV697.11

B

1003-1510（2016）05-0078-05

2016-04-28

歐業(yè)平（1966-）男，廣西藤縣人，廣西桂東電力股份有限公司工程師，主要從事水利電力工程建設(shè)及水庫調(diào)度管理工作。