長河壩及黃金坪梯級水電站EDC系統(tǒng)策略研究

長河壩及黃金坪梯級水電站EDC系統(tǒng)策略研究

Summary：分析了長河壩、黃金坪梯級水電站“經(jīng)濟調(diào)度控制”系統(tǒng)運行條件，圍繞兩級電站“經(jīng)濟調(diào)度控制”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、約束條件和數(shù)學模型的求解進行了重點闡述。

Keys：梯級水電站；經(jīng)濟調(diào)度控制（EDC）；策略研究1引言大渡河是岷江流域的最大支流，蘊藏著豐富的水力資源量，在四川水電資源總量中占比達23.6%。長河壩、黃金坪梯級電站為大渡河干流水電規(guī)劃“三庫28級”的第十級和第十一級。長河壩水電站為地下引水式發(fā)電系統(tǒng)，安裝4臺65萬kW混流式水輪發(fā)電機組，調(diào)節(jié)庫容4.15億立方米，總調(diào)節(jié)庫容為10.75億，為季調(diào)節(jié)水庫。黃金坪水電站為水庫大壩和“一站兩廠”的混合式發(fā)電系統(tǒng)，安裝4臺80萬kW和2臺5萬kW混流式水輪發(fā)電機組，為日調(diào)節(jié)水庫。2長河壩、黃金坪梯級水電站運行條件長河壩、黃金坪梯級水電站已實現(xiàn)“集控運行”，人員水力電力關(guān)系密切：2.1長河壩、黃金坪電站均已通過104轉(zhuǎn)發(fā)方式實現(xiàn)集中控制，由集控中心值班人員統(tǒng)一監(jiān)視控制運行，站內(nèi)保留計算機監(jiān)控系統(tǒng)。2.2長河壩、黃金坪兩站之間存在緊密的水力聯(lián)系。長河壩、黃金坪兩站水庫首尾相接，長河壩水電站對天然來水具有調(diào)節(jié)作用，長河壩水庫的泄水量直接進入黃金坪水庫，從而改變了下游黃金坪水庫入庫流量在時間上的變化過程，即改變了徑流的分配，徑流傳播速度快，水庫洪水預報的預見期縮短。2.3長河壩與黃金坪水電站之間還存在緊密的電力聯(lián)系。一方面，黃金坪電站發(fā)電水量主要取決于長河壩電站的下泄流量；另一方面，兩電站之間發(fā)電水頭聯(lián)系緊密，黃金坪電站若庫水位過高，將使長河壩電站尾水位抬高，減低長河壩電站的發(fā)電水頭，黃金坪電站若庫水位過低，將使自身發(fā)電水頭也偏低，也將影響發(fā)電量。長河壩、黃金坪水電站以500kV一級電壓接入四川省主網(wǎng)康定變電站。同時，為實現(xiàn)合理分組、分散接入，有效利用馬鞍山送電通道，將長河壩、黃金坪水電站作為一組電源通過馬鞍山通道外送。3EDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

梯級經(jīng)濟調(diào)度集控中心的控制功能按集控中心EDC和所轄梯級電站的自動發(fā)電控制（AGC，AutomaticGenerationControl）分為兩層進行設(shè)計，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3-1所示。EDC主要負責根據(jù)控制流域的梯級電站實際工況，通過合理的分配所轄梯級電站總負荷從而合理控制電站間的動態(tài)水位，主要對所轄梯級電站流量分配、電站的負荷進行優(yōu)化分配、避免頻繁出現(xiàn)大規(guī)模轉(zhuǎn)移站間負荷等多種因素在涉及上進行了考慮；而AGC負責站內(nèi)負荷在各機組間的優(yōu)化分配，主要考慮機組間負荷的合理分配、機組運行最優(yōu)工況、機組啟停順序等因素。圖3-1EDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4長河壩、黃金坪梯級水電站EDC策略

大渡河梯級長河壩電站具有不完全年調(diào)節(jié)能力，黃金坪電站具有日調(diào)節(jié)能力。因各級電站區(qū)間用水量很小，一般情況下不考慮區(qū)間耗水問題。區(qū)間入流可根據(jù)實際情況設(shè)定。針對長河壩、黃金坪梯級水電站地理位置、庫容、裝機、水頭等特點，建立了優(yōu)于現(xiàn)有運行原則的梯級水電站EDC數(shù)學模型。4.1策略構(gòu)成長河壩電站具有季調(diào)節(jié)能力，短時段內(nèi)水位變化較??；黃金坪只具有日調(diào)節(jié)能力，存在因上游負荷影響庫水位陡漲陡落情況。為了避免水位過低或不必要的棄水的現(xiàn)象發(fā)生，設(shè)置了高水位、可運行、低水位三個水位控制范圍。黃金坪庫水位運行在高水位或低水位范圍，且水位持續(xù)在該控制范圍，則采用水位異常模型策略，使黃金坪庫水位盡快返回可運行范圍；黃金坪庫水位運行在可運行范圍，根據(jù)調(diào)度總負荷令及實際運行工況合理采用大負荷、小負荷分配模型策略。梯級電站經(jīng)濟調(diào)度控制，首先保證水位運行在正?？刂品秶?，其次根據(jù)實時工況對負荷進行最優(yōu)策略分配。4.2約束條件（1）動力平衡約束：（4-1）式中，Pc,t為t時段EDC控制梯級電站調(diào)度總負荷指令；Pi,t為t時段EDC控制分配至i電站的負荷指令；n為參與EDC負荷分配的梯級電站個數(shù)。（2）水量平衡約束：（4-2）式中,Vi,t、Vi,t1為i電站t時段始、末水庫蓄水量qi,t為i電站t時段內(nèi)的平均入庫流量；Qi,t為i電站t時段內(nèi)的平均出庫流量；t為t時段時長，取t=，為長河壩與黃金坪之間的流量滯時。（3）水位約束：（4-3）式中，分別為i電站t時段開始的庫水位及其上下限。為i電站t時段內(nèi)應保證的最小下泄流量。（4）電站出力變幅約束：（4-4）式中，Ni,t為i電站t時段初的實發(fā)負荷；Ni為i電站允許的最大負荷變化量，防止最新分配負荷指令與當前負荷差值過大不滿足電站AGC運行要求，由電站AGC參數(shù)決定。4.3分配控制模型及求解（1）水位異常模型由于黃金坪電站水庫僅具有日調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)性能較差，當庫水位持續(xù)運行在高水位范圍或者低水位范圍時，容易產(chǎn)生水位過低或產(chǎn)生不必要的棄水現(xiàn)象，不利于水庫及機組的安全穩(wěn)定運行，因此提出了水位異常控制模型。該模型旨在通過梯級電站負荷調(diào)節(jié)對流量的改變，在按照分配結(jié)果運行時段后，使黃金坪的庫水位返回水位可運行范圍的目的。（4-5）式中，Zs,t+τ為黃金坪按照t時刻的負荷分配執(zhí)行時段后對應的庫水位，根據(jù)水能計算和水量平衡原理計算求得；其他符號意義同前文。（2）水位平穩(wěn)模型有時根據(jù)實際運行工況，需要黃金坪的庫水位保持不變或者變化幅度較小，因此提出了黃金坪庫水位平穩(wěn)模型，模型函數(shù)如式（4-6）。該模型通過平衡梯級電站分配負荷從而平衡站間流量，達到黃金坪庫水位盡可能穩(wěn)定的目的。（4-6）（3）能量轉(zhuǎn)換效率最大模型電站的最終目的是通過EDC控制提高來水利用效率，實現(xiàn)水能的最優(yōu)利用，即:（4-7）式中，tE電,為t時段電網(wǎng)需求電量；tE耗,為t時段發(fā)電消耗的水力勢能；和g分別為水密度和重力加速度；i,tH為i電站t時段內(nèi)的平均運行水頭；其他符號意義同前文。由于要求的梯級總發(fā)電負荷：（4-8）所以式（4-7）等價于式（4-9），該目標旨在消耗水能最少的情況下，盡可能保證電站動力平衡。（4-9）（4）小負荷分配策略當梯級電站調(diào)度總負荷值與當前總負荷需要調(diào)節(jié)電量較少時，此時采用小負荷分配策略，即將所需調(diào)節(jié)電量由某個電站調(diào)節(jié)。具體策略是：梯級電站調(diào)度總負荷值調(diào)增，若黃金坪庫水位運行于高水位控制范圍，差額由黃金坪調(diào)節(jié)；梯級電站調(diào)度總負荷值調(diào)減，若黃金坪庫水位運行于低水位控制范圍，差額由長河壩調(diào)節(jié)；若黃金坪庫水位位于可運行區(qū)，調(diào)度負荷調(diào)節(jié)值由運行人員根據(jù)電站實際運行工況及水位改變趨勢需要設(shè)定電站調(diào)節(jié)。5結(jié)語

長河壩、黃金坪水電站具備一體化運行的基礎(chǔ)和條件。省內(nèi)外梯級水電統(tǒng)一調(diào)度運行具有成功的實踐，大唐四川公司在成都建設(shè)了流域集控中心，可實現(xiàn)計算機遠程監(jiān)控、流域水情、氣象的預報和自動化調(diào)度，為長河壩、黃金坪兩站一體化運行提供了良好的技術(shù)平臺和系統(tǒng)支持。建議開展長河壩、黃金坪梯級水電站經(jīng)濟調(diào)度控制運行。Reference

[1]胡浩遠，丁杰.對流域梯級電站遠程集控中心的幾點思考，