《水利工程水利計算規(guī)范》中水電站調(diào)度圖編制方法探析

王 平

(上?？睖y設計研究院有限公司，上海 200434)

水電站水利計算的主要內(nèi)容包括徑流調(diào)節(jié)和水庫發(fā)電調(diào)度圖編制，但SL104- 95《水利工程水利計算規(guī)范》[1]及主要工具書[2- 6]和專業(yè)教材中以時歷法編制水電站水庫調(diào)度圖的方法仍有較多的不合理之處，如方法繁瑣、結果不準，調(diào)度目標不協(xié)調(diào)，常需要反復檢驗和修改調(diào)度圖。

2014年新修編的工具書《水工設計手冊》(第2版)[7]有關發(fā)電水庫調(diào)度圖編制方法的內(nèi)容仍然沒有更新改進，其它有關水庫時歷法調(diào)度圖改進方法的研究[8- 12]也很少。2015年新修訂的SL104- 2015[13]吸收了新理念與新方法，對水電站水庫調(diào)度圖編制方法做了重大的改進，但新規(guī)范提出的僅是改進的原則，仍沒有完整、具體的編制和計算方法。

本文分析SL104- 95[1]和《水工設計手冊》(第2版)[7]為代表的原常規(guī)方法存在的問題，介紹新規(guī)范SL104- 2015[13]中水電站水庫調(diào)度圖編制方法的主要改進內(nèi)容，提出仍需進一步改進的具體措施，形成了完整的、易于實用的水電站水庫調(diào)度圖編制和應用的改進新方法。

1 SL104- 95等原常規(guī)方法水電站水庫調(diào)度圖編制的問題

1.1 水庫調(diào)度與徑流調(diào)節(jié)的方法及結果不夠協(xié)調(diào)

SL104- 95“7.1.1水電站的水利計算應為選擇水電站規(guī)模和特征值提供徑流調(diào)節(jié)計算成果，研究水庫調(diào)度運用方案，繪制調(diào)度圖，并闡明水電站多年運行特性及工程效益”。

SL104- 95把水電站的水利計算分為徑流調(diào)節(jié)和水庫調(diào)度兩個階段，通常在水電站規(guī)模和特征值選擇中使用徑流調(diào)節(jié)計算，而在方案基本選定后編制水庫調(diào)度圖并按調(diào)度圖再做徑流調(diào)度模擬計算，復核水庫運行特性。

這兩種方法常造成兩階段水能指標不一致，保證出力及發(fā)電保證率、設計保證率之外出力降低程度等不能準確符合設計要求，導致水庫調(diào)度與徑流調(diào)節(jié)計算不夠協(xié)調(diào)，需要多次修改計算，甚至影響工程規(guī)模和特征值選擇。

1.2 水庫調(diào)度與徑流調(diào)節(jié)使用的徑流資料不一致

SL104- 95“7.1.2水電站水庫徑流調(diào)節(jié)計算應主要采用時歷法”“A1.1徑流調(diào)節(jié)計算要求的基本資料如下：時歷法調(diào)節(jié)計算需具有30年以上的徑流系列及綜合利用各部門相應的用水系列”，但原常規(guī)發(fā)電調(diào)度圖編制方法卻通常是選取年水量接近發(fā)電設計保證率的年水量、年內(nèi)徑流過程分配不同的幾個典型年或代表年，計算各典型年的水庫水位過程線，再取幾個典型年的上包線作為發(fā)電防破壞線，取下包線作為發(fā)電降低出力限制線。

水庫調(diào)度圖編制用典型年而徑流調(diào)節(jié)用長系列，兩階段所用徑流資料不一致，常導致計算結果相差較大，按調(diào)度圖計算的結果無法滿足設計要求。

1.3 水庫調(diào)度與徑流調(diào)節(jié)使用的保證出力概念不同

SL104- 95“7.1.6對于年調(diào)節(jié)水電站應根據(jù)長系列徑流調(diào)節(jié)計算成果，統(tǒng)計分析各水文年供水期平均出力，以設計保證率的供水期平均出力為電站保證出力；對于多年調(diào)節(jié)水電站應根據(jù)長系列徑流調(diào)節(jié)計算成果，先計算各供水段的平均出力，然后按年統(tǒng)計，以設計保證率的年平均出力為電站保證出力”“7.1.12具有年或多年調(diào)節(jié)水庫的水電站，應繪制水庫調(diào)度圖，并根據(jù)調(diào)度圖規(guī)定的運行方式，進行長系列徑流調(diào)節(jié)和水能計算，以復核電站電力電量效益和多年運行特性指標。水庫調(diào)度圖應擬定預想出力區(qū)、加大出力區(qū)、保證出力區(qū)和降低出力區(qū)等4個區(qū)的相應運行方式”。

SL104- 95中7.1.6年調(diào)節(jié)水庫用的保證出力是符合設計保證率的供水期平均出力，多年調(diào)節(jié)水庫用的保證出力是符合設計保證率的年平均出力，兩個保證出力都是先計算后統(tǒng)計得出的平均值，是實際發(fā)電過程中并不一定出現(xiàn)的統(tǒng)計量。而SL104- 95中7.1.12在水庫調(diào)度圖的編制和按調(diào)度圖運行中，使用的保證出力是在每個計算時段中先確(假)定的，而不是計算后再統(tǒng)計的平均值，并且水庫的加大出力區(qū)、保證出力區(qū)和降低出力區(qū)界線分明，各區(qū)運行出力要名符其實，在保證出力區(qū)內(nèi)運行的各時段的保證出力也是相等的，保證率的計算也是按長系列計算期統(tǒng)計的。SL104- 95徑流調(diào)節(jié)與水庫調(diào)度使用的保證出力定義和保證率計算方法的差異，是導致常規(guī)方法編制調(diào)度圖不準確的重要原因之一。

1.4 設計保證率外降低出力在水庫調(diào)度中不能滿足

SL104- 95“7.1.11設計保證率以外年份破壞深度的擬定，應盡量滿足電力系統(tǒng)對發(fā)揮設計電站的容量效益的最低出力要求。破壞期的電站出力宜采取均勻降低的方式，盡量避免集中大幅度地下降”。但SL104- 95等原常規(guī)方法編制調(diào)度圖過程中并沒有采取有效控制設計保證率以外破壞深度的措施，雖然在7.1.12說明“對于大型水電站的初步設計階段，必要時應在降低出力區(qū)繪制幾條輔助線，研究擬定降低出力方式”，但調(diào)度圖編制對降低出力程度要求并不明確，按調(diào)度圖運行時也不能準確控制保證率外發(fā)電出力破壞深度。

1.5 按水庫調(diào)節(jié)性能對調(diào)度圖編制方法分類缺少依據(jù)

SL104- 95中7.1.6把水電站分為年和多年調(diào)節(jié)兩類，用不同的方法進行徑流調(diào)節(jié)，原常規(guī)方法把調(diào)度圖編制方法也分為年調(diào)節(jié)水庫和多年調(diào)節(jié)水庫兩種，但SL104- 95等規(guī)范都缺少年調(diào)節(jié)水庫與多年調(diào)節(jié)水庫的分類標準，其它有按庫容系數(shù)分類的經(jīng)驗方法，但都缺少統(tǒng)一的、合理的標準和理論依據(jù)。

1.6 防破壞線和限制出力線編制方法不合理

對年調(diào)節(jié)水庫，原常規(guī)方法以幾個典型年按保證出力運行水位的同期上包線作為防破壞線，但僅考慮了正常運行期保證出力的單一目標要求，沒有考慮設計保證率以外的降低出力要求作為前提，因此確定的防破壞線位置偏低，會導致保證出力區(qū)與降低出力區(qū)部分重疊，影響調(diào)度圖的準確性。

原常規(guī)方法以幾個典型年保證出力運行水位的同期下包線作為限制出力線，這一做法更不合理。因這下包線是由典型年里較豐水時段決定的，原常規(guī)方法卻用于枯水期降低出力區(qū)的上限，理論上沒有依據(jù)，而且顛倒了條件的來源和結果應用的豐枯期概念。以此限制出力線運行，達不到降低出力的要求。

原常規(guī)方法對多年調(diào)節(jié)水庫分為多年庫容和年庫容，用與年調(diào)節(jié)水庫類似的方法編制防破壞線和限制出力線或將防破壞線平行下移作為限制出力線等都是經(jīng)驗性或簡化的方法，沒有合理的理論依據(jù)。

原常規(guī)方法防破壞線和限制出力線編制方法不合理，導致降低出力區(qū)與發(fā)電保證出力區(qū)部分重疊，保證出力和降低出力的調(diào)度任務不能全部完成，保證率和保證率之外的破壞幾率都不能符合設計要求。

1.7 蓄水期和供水期劃分及固定起止水位不合理

原常規(guī)方法一般把基本計算期劃分為水利年(水文年)，水利年內(nèi)再分為蓄水期、供水期，這原來是為了減少計算工作量、降低計算難度而使用的簡化方法。但簡單劃分蓄水期、供水期并不符合水庫工程實際情況，難以反映水電站多變的運行狀態(tài)，因此也就不是水庫合理的運行方式。

SL104- 95中7.1.3說明“對于年調(diào)節(jié)水庫，可從系列年第一年的豐水季初和死水位開始計算，順時序計算至最后一年的枯水季末和庫水位消落至死水位為止”。原常規(guī)方法徑流調(diào)節(jié)時每年都從蓄水期和死水位開始，又都在蓄水期末達到正常蓄水位(或汛期限制水位)，到供水期末水位又都正好降低到死水位。這種整齊劃一的調(diào)節(jié)計算過程太理想化、簡單化，沒有考慮到相鄰水利年間的補償調(diào)節(jié)作用，使水庫運行水位過程偏低，可獲得的保證出力和發(fā)電量都偏小，計算方法并不合理。

1.8 調(diào)度圖編制過程中對徑流預知期太長

原常規(guī)的調(diào)度圖編制中徑流調(diào)節(jié)過程，年調(diào)節(jié)水庫提前預知一年的徑流，多年調(diào)節(jié)水庫預知期更長，然后按水庫蓄水期、供水期作發(fā)電調(diào)節(jié)計算，這種運行方式無法在實際工程運行中實現(xiàn)。

1.9 發(fā)電調(diào)度圖編制的總體方法不準確

SL104- 95說明“7.1.12根據(jù)長系列徑流資料，按擬定的水庫調(diào)度圖要求，進行復核，主要檢驗內(nèi)容為：

(1)統(tǒng)計電站保證出力，預想出力不足的歷時，以檢查供電可靠性。

(2)檢查設計保證率以外年份的出力降低程度。

(3)檢查電站遭遇豐水年份的加大出力情況。

(4)核算多年平均發(fā)電量。

(5)檢查其他綜合利用部門要求的滿足程度。如不符合設計要求，應修改調(diào)度圖，必要時還應修改特征水位”。SL104- 95提出要檢驗調(diào)度圖、修改調(diào)度圖甚至修改特征水位，說明了SL104- 95推薦的調(diào)度圖編制方法不能保證一次性編制出準確滿足要求的調(diào)度圖。SL104- 95雖然提出檢驗和修改調(diào)度圖，但并沒有提出可行的修改方法，實際修改過程中沒有明確的方法，多憑經(jīng)驗修改，修改次數(shù)多而結果不準確。

2 SL104- 2015水電站調(diào)度圖編制方法已經(jīng)改進的主要內(nèi)容

發(fā)電水庫調(diào)度圖編制方法的改進目標，是改正或避免原有常規(guī)方法的問題，創(chuàng)立調(diào)度目標明確、編制和計算方法統(tǒng)一、調(diào)度圖準確、調(diào)度結果合理的改進新方法。通過新規(guī)范SL104- 2015與原有常規(guī)方法對比，可以看到原有常規(guī)方法存在的主要問題已在新規(guī)范SL104- 2015中得到了重要的改進，新規(guī)范還為調(diào)度圖編制方法的進一步改進和完善創(chuàng)造了條件。

2.1 協(xié)調(diào)了徑流調(diào)節(jié)與水庫調(diào)度的關系

SL104- 95中7.1.6年調(diào)節(jié)水庫用的保證出力是符合設計保證率的供水期平均出力，多年調(diào)節(jié)水庫用的保證出力是符合設計保證率的年平均出力，兩個保證出力都是先計算后統(tǒng)計得出的平均值；而SL104- 95中7.1.12在水庫調(diào)度圖的編制和按調(diào)度圖運行中，使用的保證出力是在每個計算時段中的確定值，而不是計算后再統(tǒng)計的平均值，這一差別是造成徑流調(diào)節(jié)與水庫調(diào)度不協(xié)調(diào)的主要原因。

新規(guī)范SL104- 2015中8.2.2說明中對年和多年調(diào)節(jié)兩種水庫都是要求從計算起點連續(xù)計算到終點，在全部系列內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)計算。此方法即為全系列等出力法，其全部正常發(fā)電期按相同的時段等出力發(fā)電，在豐水期蓄滿調(diào)節(jié)庫容后才能加大發(fā)電出力，在水庫水位降低到死水位后，若來水不足才會發(fā)生保證出力破壞。

新規(guī)范SL104- 2015用全系列計算的等出力代替了老規(guī)范的供水期(年)平均出力，這一改進使單純徑流調(diào)節(jié)計算與水庫調(diào)度的保證出力定義準確一致，消除了兩類成果的統(tǒng)計方法偏差，協(xié)調(diào)了兩階段計算的關系。

2.2 調(diào)度圖編制使用長系列時歷法取代典型年法

SL104- 95在7.1.2和A1.1中要求水庫徑流調(diào)節(jié)主要采用長系列時歷法，在說明7.1.12中要求根據(jù)長系列徑流按調(diào)度圖進行檢驗計算，但原有常規(guī)方法調(diào)度圖編制時卻使用的都是典型年(組)法。

新規(guī)范SL104- 2015中8.2.1“水電站徑流調(diào)節(jié)計算應采用長系列法”，說明8.1.10“根據(jù)長系列徑流資料繪制水庫調(diào)度圖后，復核提出動能指標和多年運行特性”。

新規(guī)范統(tǒng)一要求了徑流調(diào)節(jié)計算和調(diào)度圖繪制都應使用長系列徑流資料。用長系列徑流資料繪制水庫調(diào)度圖，比原常規(guī)方法采用典型年法有了方法上的重大進步，為全面改進調(diào)度圖編制方法奠定了基礎。

2.3 調(diào)度圖編制與徑流調(diào)節(jié)中正確計算保證率

水電站水庫調(diào)度圖編制和按調(diào)度圖做徑流調(diào)節(jié)時，都必須逐時段明確計算發(fā)電出力，準確按調(diào)度區(qū)運行并要達到設計保證率的要求，而SL104- 95等原常規(guī)方法使用供水期(年)平均出力作保證出力計算方法，其對應的時段不清，無法準確控制或統(tǒng)計水庫在不同調(diào)度區(qū)運行的時段數(shù)，難以準確計算和控制實際保證率。因此，在調(diào)度圖編制改進方法和應用中，應使用設計保證率及保證出力的準確計算方法。

新規(guī)范SL104- 2015中8.2.4已經(jīng)用保證率、保證出力的準確計算方法代替了原近似或簡化的方法，即明確無調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)及以上的水電站，都以各計算時段平均出力繪制保證率曲線，按選定的發(fā)電設計保證率確定水電站的保證出力。

3 SL104- 2015發(fā)電調(diào)度圖編制方法需要進一步改進和完善的內(nèi)容

3.1 合理確定并切實保證設計保證率之外的降低出力

新規(guī)范SL104- 2015雖然在徑流調(diào)節(jié)條文8.2.6及說明中對控制設計保證率以外發(fā)電出力破壞深度提出了目標和要求，但在水庫調(diào)度條文8.2.10及說明中并沒有提出相應的保障措施。

為符合SL104- 2015合理控制發(fā)電出力破壞深度的要求，在調(diào)度圖編制改進方法中要進一步明確提出降低出力的大小，采取切實可行的配套調(diào)度措施，在水電站調(diào)度中保證實現(xiàn)。

主要的改進措施是：調(diào)度圖改進方法不再沿用原常規(guī)方法的同時計算確定防破壞線和限制出力線的做法，改為先單獨計算確定限制出力線，然后在確保滿足最低出力的前提下再計算確定防破壞線。即先計算確定單獨的、完整的降低出力區(qū)，然后在降低出力區(qū)以上再確定單獨的保證出力區(qū)，并確保降低出力區(qū)和保證出力區(qū)之間沒有重疊。按此原則編制調(diào)度圖，能準確控制保證率以外出力破壞深度，降低出力在水庫調(diào)度中能得到滿足。

3.2 統(tǒng)一年和多年調(diào)節(jié)水庫的調(diào)度圖編制方法

水庫調(diào)節(jié)性能的劃分僅是定性的模糊分類，年調(diào)節(jié)與多年調(diào)節(jié)之間并沒有明確的界限，調(diào)節(jié)性能與徑流特性、調(diào)節(jié)庫容等多因素有關，不同條件下也有一定變化，相應的水電站調(diào)度圖的編制方法也不應有明顯的差別。

隨著水文徑流資料年限延長和計算技術的提高，水電站設計中一般都不再區(qū)分年調(diào)節(jié)庫容和多年調(diào)節(jié)庫容，都改為直接使用長系列時歷法。

新規(guī)范SL104- 2015中8.2.4“對于調(diào)節(jié)性能為年及以上的水電站，應根據(jù)長系列徑流調(diào)節(jié)計算成果，以各計算時段平均出力繪制保證率曲線，按選定的發(fā)電設計保證率確定水電站保證出力”。此處年與多年調(diào)節(jié)性能電站的保證出力計算方法是相同的，實質(zhì)是統(tǒng)一了不同調(diào)節(jié)性能的水電站的徑流調(diào)節(jié)方法。所以，水電站調(diào)度圖編制改進方法也應能統(tǒng)一適用于年和多年調(diào)節(jié)水庫。

3.3 完善限制出力線和防破壞線的計算方法

為協(xié)調(diào)降低出力區(qū)與保證出力區(qū)的關系，改進方法先計算限制出力線，以全部時段按保證率之外降低出力過程調(diào)節(jié)計算，再考慮隨機來水情況下的可靠性要求，取同期水位的上包線作為限制出力線，按限制出力線運行，能在保證率之外達到降低出力的要求。

改進方法在確定防破壞線時，應考慮到是在保證率之外滿足降低出力的前提下的正常保證出力，因此確定的防破壞區(qū)不得低至降低出力區(qū)，以免影響降低出力發(fā)電。

3.4 以長系列連續(xù)計算代替原常規(guī)方法中不合理的分期

SL104- 2015的8.2.2說明中對徑流調(diào)節(jié)計算已要求年或多年調(diào)節(jié)水庫都是從系列計算起點連續(xù)計算到系列終點，已不再采用SL104- 95原有常規(guī)方法對每年劃分供水期、蓄水期等做法。

調(diào)度圖改進編制方法也應與徑流調(diào)節(jié)的要求一致，不再人為規(guī)定每年相同的蓄水期和供水期，不再人為規(guī)定每年相同的徑流調(diào)節(jié)起止水位，而應使用長系列時歷法連續(xù)調(diào)度計算，發(fā)電出力按調(diào)度圖分區(qū)確定。

3.5 水庫調(diào)度和徑流調(diào)節(jié)中不預知長期來水

水電站調(diào)度是在不能準確預知入庫徑流的情況下，協(xié)調(diào)水電站的可靠性和經(jīng)濟性之間矛盾的技術，調(diào)度的主要依據(jù)是水庫的蓄水量和僅面臨一個計算時段的來水量。改進方法編制調(diào)度圖中不再預知每年的徑流豐枯情況，不預測來水頻率，水電站水庫調(diào)度圖編制和應用都應適用于隨機來水情況。

3.6 調(diào)度圖編制改進總體方法應準確

調(diào)度圖編制改進方法應避免或改正SL104- 95等原常規(guī)方法的不合理問題，改進方法應該理論正確、方法嚴謹、計算準確、易于操作。

改進方法所編調(diào)度圖應符合發(fā)電調(diào)度的原則，準確符合發(fā)電設計保證率之外要求的降低出力，保證出力準確符合設計保證率。水電站調(diào)度圖應該一次性準確計算編制完成，不需再對調(diào)度圖進行反復的檢驗和修改。

4 水電站水庫調(diào)度圖改進方法編制步驟

4.1 設計保證率以外降低出力擬定

SL104- 2015說明“8.2.6遭遇發(fā)電設計保證率以外的枯水時段時，大型、重要的水電站一般采用出力逐步減小、均勻破壞的運行方式，以維持電力系統(tǒng)運行相對平穩(wěn)，節(jié)省電力系統(tǒng)總費用。

對于一般水電站，保證出力破壞深度可以考慮在保證出力的10%～40%范圍內(nèi)取值；對于承擔系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻的大型骨干電站，可以參考在電力系統(tǒng)典型日負荷圖尖峰負荷工作求得能基本發(fā)揮其容量效益的出力值，確定破壞期電站出力”。

依據(jù)上述要求，在長系列全部時段中發(fā)電出力都應至少達到降低出力(破壞期電站出力)，每一個調(diào)度方案中使用一個相等的降低出力，在調(diào)度圖的降低出力區(qū)內(nèi)都按相等的時段平均降低出力發(fā)電。如要求的降低出力還不能確定，可在一定的范圍內(nèi)擬定多個降低出力計算值，完成多個調(diào)度方案后再選擇確定。由于水庫徑流特性的限制，降低出力一般有一個最大值，達到最大值后即使庫容再增加，降低出力也不會繼續(xù)提高。

4.2 限制出力線計算

為保證水電站在設計保證率以外的時段出力達到擬定的降低出力，應劃定獨立、準確的降低出力區(qū)，推求出準確的限制出力線。

以擬定的降低出力為長系列各時段的出力，從長系列末時段死水位起，作逆時序徑流調(diào)節(jié)計算，全系列各時段連續(xù)調(diào)節(jié)，求出全系列各時段降低出力對應的庫水位過程，取歷年同期庫水位的上包線即為限制出力線。限制出力線由長系列各時段里最枯水時段的水位控制，因限制出力線是在防破壞線之前確定的，劃定的降低出力區(qū)是專用的，所以用于隨機徑流條件時，能保證所有時段都可至少按降低出力發(fā)電。每一個初擬的降低出力對應一條限制出力線，最大的降低出力相應的限制出力線不高于水庫正常蓄水位(或汛期限制水位)。

4.3 水庫調(diào)度中的保證出力初估

水庫調(diào)度的保證出力區(qū)內(nèi)，電站各時段都以保證出力運行。電站的保證出力大小除受工程規(guī)模、徑流條件、設計保證率控制外，還和水庫的調(diào)度方式有關。

若擬定的降低出力較小，就可獲得較大的保證出力；如擬定的降低出力較大，保證出力就要減小。保證出力要通過試算確定，試算的初始值可采用任何方法初步估計。初估保證出力的目的是為了減小試算的范圍，初估值與最終值的偏差大小只影響試算的時間，對保證出力的最終計算結果沒有影響。

4.4 保證出力試算

保證出力試算時，限制出力線和降低出力區(qū)已確定，但保證出力區(qū)尚未確定，故以限制出力線和水庫正常蓄水位(汛期限制水位)包圍的區(qū)域作為初步的保證出力區(qū)，在此基礎上進行徑流調(diào)節(jié)計算。

水位處于降低出力區(qū)時發(fā)降低出力；水位處于初步的保證出力區(qū)時發(fā)初估的保證出力；水位在正常蓄水位(汛期限制水位)且入庫流量大于保證出力所需發(fā)電流量時加大出力。完成全系列計算后統(tǒng)計實際的保證率，根據(jù)實際保證率偏差情況修正初估的保證出力，再重復徑流調(diào)節(jié)和水能計算，直至試算出的保證出力準確符合設計保證率。

4.5 防破壞線計算

上述符合設計保證率的出力過程，是由降低出力、保證出力、加大出力組成的連續(xù)發(fā)電系列，其中加大出力時段不是控制防破壞線的必要條件，所以對加大出力時段削減為保證出力，其它等于或小于保證出力的時段出力不變。再以長系列逆時序連續(xù)計算削減加大出力后的出力過程對應要求的防破壞水位系列，為了在防止保證出力破壞的同時還要滿足在設計保證率之外的降低出力，就要控制防破壞水位不得低于同時段的限制出力線。最后再取防破壞水位同期的上包線得到出力防破壞線。

改進方法用長系列徑流連續(xù)計算防破壞水位，比典型年法提高了代表性，還控制了保證出力區(qū)全部高于降低出力區(qū)，避免了原常規(guī)方法中保證出力區(qū)與降低出力區(qū)的部分重疊，使降低出力、保證出力都能準確符合相應保證率的要求。

4.6 加大出力輔助線編制

SL104- 2015說明“8.2.10對于大型水電站的初步設計階段，必要時可以在加大出力區(qū)和降低出力區(qū)繪制幾條輔助線，研究擬定不同的加大出力方式和降低出力方式”。

水庫在防破壞線以上運行，除了可以滿足正常的發(fā)電外，還有多余水量可以適當加大發(fā)電。加大出力一般有早期集中加大、后期集中加大、均勻加大三種方式。集中加大出力不需要加大出力線控制，只要在水位高于防破壞線的早期或后期集中把多余的水量集中發(fā)電放出即可；如要求均勻加大發(fā)電就要借助加大出力線作為運行的指示。

表1 實例1計算結果

原常規(guī)方法加大出力線繪制一般是根據(jù)不同水庫要求和特點，選取不同頻率的典型年計算。改進方法也可使用系列年法，以系列年中豐水時段均勻加大出力、其它水量不足以加大發(fā)電時段僅正常發(fā)電，構成一個含有加大出力要求的發(fā)電過程，用全部系列年逆時序反算加大出力的控制水位，取其同期上包線即為加大出力線。取不同加大出力，即可重復推算出多條不同的加大出力線，其中加大出力等于機組預想出力的就是防棄水線。

水庫的加大出力僅是利用富余水量多發(fā)電量，這部分出力是季節(jié)性的，在未知的隨機徑流條件下，無論何種加大出力輔助線也僅是盡量使加大出力均勻，加大出力依然是沒有確定保證程度的。實際工程應對早期集中加大、后期集中加大、不同的均勻加大出力方式進行多方案比較，以發(fā)電量最大為原則優(yōu)選加大出力方案。

4.7 降低出力輔助線編制

SL104- 2015中8.2.10說明必要時應在降低出力區(qū)繪制幾條輔助線，但對降低出力沒有明確的要求，原常規(guī)方法確定的降低出力區(qū)不是獨立的，與保證出力區(qū)部分重疊，尚不能滿足降低出力，在此前提下再繪制不同程度的降低出力線，并不能達到分級控制降低出力的目標。

改進方法確定的降低出力區(qū)獨立、完整，設計保證率以外的時段能全部滿足降低出力要求，一般不需要再繪制其它降低出力輔助線。若還需要分級確定降低出力，相應的保證出力區(qū)也應隨之變化。改進方法可以重復計算多條不同的限制出力線及相應的防破壞線，可以實現(xiàn)分級減小降低出力和保證出力的要求。

4.8 水庫調(diào)度圖的運行方式

水電站調(diào)度圖編制改進方法，主要對調(diào)度圖的計算和編制方法作了改進和細化。關于調(diào)度圖的分區(qū)和調(diào)度運行方式仍與SL104- 2015相同，水庫分為加大出力區(qū)(含預想出力區(qū))、保證出力區(qū)、降低出力區(qū)3個基本調(diào)度區(qū)，編制調(diào)度圖后可按各運行區(qū)域調(diào)度水庫和電站。

5 發(fā)電調(diào)度圖編制與應用實例

5.1 實例1(保證率不變)

5.1.1 條件和要求

某水庫發(fā)電調(diào)節(jié)庫容4.1億m3，多年平均徑流量26.9億m3，徑流系列為110年分月流量，電站裝機容量300MW，正常蓄水位225m，死水位175m，發(fā)電尾水位10m左右。要求以等出力法作初步徑流調(diào)節(jié)計算，然后采用改進方法編制水庫調(diào)度圖，最后再按調(diào)度圖作徑流調(diào)節(jié)計算。重點分析相同發(fā)電保證率時等出力法和改進調(diào)度圖法的多方案對比情況。

5.1.2 方法和結果

先擬定幾個保證率外降低出力方案，按前述的方法和步驟計算、編制調(diào)度圖并按調(diào)度圖作徑流調(diào)節(jié)和水能計算。本電站加大出力區(qū)很小，不再計算加大出力輔助線。

從計算結果表1可知，各方案的降低出力都可100%時段發(fā)出，保證出力的實際保證率都準確符合預定的設計保證率(95%)目標，調(diào)度圖的計算編制和按調(diào)度圖徑流調(diào)節(jié)可以一次性完成，不需要對調(diào)度圖做檢驗和修正。

按照新規(guī)范SL104- 2015中8.2.6的要求，電站破壞期采取均勻降低出力方式運行。表1等出力徑流調(diào)節(jié)只有單一結果，破壞期最低出力(46.8MW)為保證出力(94.2MW)的49.7%。

改進調(diào)度圖方法可以在更大的范圍內(nèi)選擇破壞期最低出力，破壞期最低出力占保證出力的比例最高可達(方案6)為96.0%。與等出力徑流調(diào)節(jié)比較，若保持降低出力46.8MW不變，按調(diào)度圖計算的保證出力(方案2)增大了12.1%；若維持保證出力94.2MW不變，按調(diào)度圖計算的降低出力(方案4)增大74.6%。

表2 實例2計算結果

圖1 水庫調(diào)度圖

圖2 發(fā)電出力頻率曲線

按改進方法編制的調(diào)度圖運行，可以比等出力法提高工程發(fā)電效益，還可提供多種調(diào)度方案，能更好地滿足電力系統(tǒng)的不同要求。

5.2 實例2(保證率改變)

5.2.1 條件和要求

實例2的水電站的基本條件和要求同實例1，不同的是假定入庫徑流的豐枯差別比實例1明顯增大，以能重點分析不同保證率時等出力法和改進調(diào)度圖法的多方案對比情況。

5.2.2 方法和結果

實例2的情況屬于水庫豐枯差別較大，在設計保證率之外的枯水時期等出力法計算破壞期最小出力為零，用改進方調(diào)度圖法計算的降低出力也較小。

為研究不同設計保證率時的水能指標，表2列出了不同保證率的結果供選擇。如等出力法(a)保證出力不變，改進調(diào)度圖法(b)的降低出力就可以有顯著的增加；如把調(diào)度圖法(c)的降低出力提高到最大，相應保證出力明顯減小。其中方案9的調(diào)度圖如圖1所示、出力頻率曲線如圖2所示。

改進方調(diào)度圖法可以準確計算各種保證率的不同調(diào)度方案，優(yōu)化了計算結果，提高了調(diào)度效益，能提供多方案供選擇。

6 發(fā)電調(diào)度圖改進編制方法的應用效果

6.1 水庫調(diào)度與徑流調(diào)節(jié)相協(xié)調(diào)

用等出力法進行水電站的徑流調(diào)節(jié)計算，與按改進的調(diào)度圖進行的徑流調(diào)節(jié)既有相同又有差別，總體上是協(xié)調(diào)的，可適用于不同的設計階段和不同的精度要求。

改進調(diào)度圖編制方法比原常規(guī)方法更加注重不同降低出力的準確控制，可以避免兩階段水能指標差別較大，防止了設計保證率之外出力降低程度等不符合設計要求的問題。

6.2 調(diào)度圖的合理性與準確性提高

改進方法編制調(diào)度圖消除或修正了原常規(guī)方法的問題，統(tǒng)一了徑流調(diào)節(jié)和調(diào)度圖編制對徑流資料的使用方法，統(tǒng)一了保證出力的計算方法，對保證率之外降低出力區(qū)的編制方法做了很大的改進，調(diào)整了計算順序以避免降低出力區(qū)與發(fā)電保證出力區(qū)的矛盾，調(diào)度圖分區(qū)界限清晰。改進方法調(diào)度圖計算準確，不需要對調(diào)度圖進行反復的檢驗和修改。

6.3 調(diào)度圖的應用功能增強

原常規(guī)方法的調(diào)度圖編制方法不能按不同大小的降低出力編制降低出力區(qū)，所編調(diào)度圖僅是近似的簡單調(diào)度圖，不能提供多種合理的調(diào)度方案。改進方法編制調(diào)度圖把原常規(guī)方法的模糊的編制方法，改為多目標和定量化的準確算法，可以根據(jù)具體情況準確調(diào)整多個調(diào)度參數(shù)，得出多種合理的調(diào)度方案，增加了調(diào)度圖的功能。

7 結語

本文針對原規(guī)范SL104- 95[1]和《水工設計手冊》(第2版)[7]為代表的原常規(guī)方法水電站水庫調(diào)度圖編制和應用的問題，在新規(guī)范SL104- 2015[13]已經(jīng)對水電站的水庫調(diào)度圖編制方法做了改進的基礎上，進一步分析調(diào)度圖改進方法的思路，細化改進方法的具體內(nèi)容，提出補充的改進措施，形成了完整的、可實用的改進新方法。

改進方法可適用于年調(diào)節(jié)與多年調(diào)節(jié)等水庫，提高了調(diào)度圖的準確性和計算效率，增強了時歷法編制水電站水庫調(diào)度圖的理論價值和實用功能。