林 繁

（四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司，四川 成都610091）

0 引言

隨著我國西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)以及南北互供等工程的實施，我國水電機組自身的運行方式也在不斷發(fā)生變化。優(yōu)化水電機組的運行方式，提高水電機組運行的穩(wěn)定性與安全性，成為了現(xiàn)階段我國相關工作人員的重要研究課題。就目前情況而言，我國水電機組自動化技術有了一定程度的發(fā)展，但還有待改善。

1 水電機組優(yōu)化運行的相關概念

水電機組優(yōu)化運行指的是在保證水電站穩(wěn)定運行的基礎上，利用機組優(yōu)化運行手段與優(yōu)化運行狀態(tài)等，全面提升水電能源的利用效率，提高水電機組安全運行的水平。因為水電機組運行屬于一個非線性、高維數(shù)的問題，特別是在水電站中機組數(shù)偏多且機組動力特性并不相同的情況下，水電機組優(yōu)化運行顯得尤為復雜。通常情況下，以最少的發(fā)電耗水量作為優(yōu)化準則，然而只是關注發(fā)電耗水量并不能完全降低水電機組的運行成本。長此以往，在考慮電網(wǎng)運行安全的基礎上，忽視了水電機組運行的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性，在低谷時段往往會出現(xiàn)低負荷運行問題，使水電機組擺度增大，水輪機轉輪汽蝕更加嚴重，水導軸承發(fā)生嚴重磨損［1］。

2 限制水電機組運行方式的因素

為進一步提升水電機組的安全運行水平與水能利用效率，分析限制水電機組運行方式的因素如下：（1）水電機組動力來源是水能，然而水資源并不是取之不盡、用之不竭的資源。如何使有限的水資源產(chǎn)生更多的電能，是我國電網(wǎng)經(jīng)濟運行的主要課題。（2）水電廠水庫的主要作用是蓄水發(fā)電，同時也起到供水、灌溉、航運以及防洪等作用，所以，水電廠的水庫調節(jié)是一個系統(tǒng)、復雜的問題。（3）水電機組運行方式需要按照電網(wǎng)中事故備用、調峰以及調頻這3個方面的具體要求來安排。（4）和火電機組相比較，水電機組調節(jié)的靈活性較強，然而還是存在著振動區(qū)、汽蝕區(qū)等限制性條件［2］。

3 水電機組自動化技術的實際發(fā)展情況

水電站機組的自動化系統(tǒng)能夠滿足社會對高質量電能的市場需求，提高了發(fā)電效率與電能質量，也實現(xiàn)了水電機組的自動化管理。我國水電機組自動化技術的發(fā)展歷程如下：1955年，官廳水電站建立，這是我國水電機組自動化技術的起步；20世紀80年代后，出現(xiàn)了葛洲壩以及富春江等主要試點；花了20年的時間建立了大中型水電站，并對傳統(tǒng)水電站進行了改造。在我國，以計算機監(jiān)控為基礎的自動化系統(tǒng)是整個水電機組自動化、智能化技術的主要發(fā)展目標之一。此外，水電機組的維修技術對水電機組的穩(wěn)定運行也產(chǎn)生了一定程度的影響。因此在實際的工作過程中，需要不斷優(yōu)化水電機組的運行方式，同時也需要改進機組的維修技術。下文針對水電機組的優(yōu)化運行措施進行重點分析。

4 水電機組優(yōu)化運行措施

4．1 AGC機組的優(yōu)化運行

水電廠運行方式主要由水庫的實際調節(jié)容量決定，可以分為長期調節(jié)水庫的水電廠與短期調節(jié)水庫的水電廠。（1）長期調節(jié)水庫的水電機組運行方式主要針對能夠長期對水庫進行調節(jié)的水電廠，其目的在于防止或減少廢水，同時還能夠保障水電廠的正常發(fā)電、灌溉與航運等。其主要任務是在對全年來水量進行預測的基礎上，合理安排全年發(fā)電量，按照每個月的實際來水情況，根據(jù)水庫其他功能要求合理安排月度發(fā)電量和運行方式等。（2）短期進行調節(jié)的水電廠，機組優(yōu)化運行主要依據(jù)的是：預測具備短期調節(jié)性能的水電廠的具體來水量；估算每日負荷；水電機組以及火電機組的檢修；在長期運行方式下，對短期運行耗水量或是發(fā)電量進行合理分配［3］。

4．2 水電廠機組的負荷分配

（1）優(yōu)化水電機組的組合。在按照水耗微增率對機組功率進行分配的過程中，整個發(fā)電廠耗水量最少。在水電機組型號與容量相同的情況下，水耗微增率的特點相同。因此，水電機組功率可以按照相同的比例進行分配，以此提高發(fā)電廠的經(jīng)濟效益。假設水電機組的水耗微增率并不相同，首選高效率機組。假設同時將多臺水電機組投入工作，就需要根據(jù)等微增率的原則，對這些正在工作的水電機組平均分配負荷，以此提高水電機組的經(jīng)濟運行效率，建立最優(yōu)化數(shù)據(jù)模型，全面控制水電機組的發(fā)電成本，減少水電機組的運行損失［3］。

（2）水電機組開機與停機。在實際工作過程中，機組間經(jīng)常出現(xiàn)停機或是開機的情況，這對水電機組的安全運行產(chǎn)生了不利影響，同時也違反了相關的操作規(guī)程。頻繁停機或開機將會增加水電機組開關的跳合頻率，也會縮短機組開關的實際使用壽命。因此，在優(yōu)化組合水電機組過程中，需要充分考慮到水電機組的停機與開機頻率。如果發(fā)生了系統(tǒng)負荷增加等問題，就需要及時轉換至發(fā)電狀態(tài)，以實現(xiàn)系統(tǒng)負荷的相對平衡［4］。

（3）加強水電廠調節(jié)性能的主要方式：1）準確預測電力系統(tǒng)每日的負荷量，在峰負荷前，合理讓出發(fā)電容量，以保障電能在負荷快速升高狀態(tài)下的頻率質量。2）從耗水量角度分析，水電機組的功率需要按照等微增率進行分配。在機組型號相同的情況下，水耗微增率相同［5］。

（4）按照電廠的工作任務將水電機組的 運行方式分為3種：發(fā)電、調頻與調峰；調相；旋轉備用。

1）發(fā)電、調頻與調峰：針對發(fā)電、調頻以及調峰的運行方式，可以利用動態(tài)規(guī)劃方法，設計動態(tài)規(guī)劃推算模型，計算出水電機組的出力，分析水電機組的負荷動態(tài)最優(yōu)分配方式和最優(yōu)的機組組合方式。

2）調相運行：在對水電機組進行調相的過程中，需要將導葉關閉，依靠電網(wǎng)的反送有功功率來驅動本機組的旋轉，同時轉輪在水中調相吸收的電網(wǎng)有功為10 MW左右，轉成壓水調相后，吸收電網(wǎng)有功為2 MW左右。在水中進行調相的過程中，機組的振動與擺度均比較大，容易出現(xiàn)水力自激振動的問題，對水電機組的穩(wěn)定、安全運行產(chǎn)生嚴重影響，因此需要快速完成過渡過程［6］。

3）旋轉備用：水電機組在低負荷運行狀態(tài)下，其擺動幅度與振動均比較大，且隨著系統(tǒng)潮流的不斷調整，水電機組在短期內會出現(xiàn)大幅度的調整，且調整次數(shù)較多，這種運行方式使得水電機組的工作效率不斷下降，對機組的穩(wěn)定運行產(chǎn)生了嚴重影響，同時增加了設備的維修成本，因此旋轉備用機組需要采取以下運行方式：把帶負荷旋轉的備用機組中的負荷集中安排給負荷最小的機組，并對其他機組進行調相［7］。

5 結語

綜上所述，隨著社會現(xiàn)代化發(fā)展進程的不斷加快，人們對水電站的自動化運行提出了更高層次的要求。實現(xiàn)水電機組的自動化運行與監(jiān)控，是水電站今后自動化管理的主要發(fā)展趨勢，也是科學技術日益進步的表現(xiàn)，更是水電站得以生存與發(fā)展的具體要求。

［1］朱永法，陳彩香，鄧一飛．水電機組振動故障的智能診斷方法研究［J］．華南理工大學學報：自然科學版，2010，10（21）

［2］傅先蘭，姜連英，宿麗麗．火電機組運行指標監(jiān)管系統(tǒng)的研究與開發(fā)［J］．西南農(nóng)業(yè)大學學報：社會科學版，2014，3（1）

［3］孫健敏，穆桂斌．數(shù)據(jù)挖掘技術在火電廠優(yōu)化運行中的應用芻議［J］．呼倫貝爾學院學報，2010，13（8）

［4］高明，湯茂林，吳先華．火電機組運行優(yōu)化系統(tǒng)的開發(fā)與應用［J］．電力系統(tǒng)自動化，2013，10（1）

［5］韓炎，王秀麗，杜娟娟．豐滿發(fā)電廠水電機組運行方式優(yōu)化研究［J］．科學中國人，2011，21（7）

［6］高守平，胡山泉，劉建國．基于蟻群算法和變角相似關系的泵站優(yōu)化運行研究［J］．廣東培正學院學報，2010，22（9）

［7］周文章，文國瑋，劉淑英．火電機組節(jié)能在線分析與智能運行優(yōu)化方法研究［J］．電力系統(tǒng)自動化，2013，2（11）