李澤宏(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司 水電站遠(yuǎn)程集控中心,貴州 貴陽(yáng) 550002)

水位控制考核機(jī)制下烏江梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度策略分析

李澤宏(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司 水電站遠(yuǎn)程集控中心,貴州 貴陽(yáng) 550002)

水位控制系數(shù)，是指水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行水位在死水位以上的高度占水位可調(diào)最大變幅的比例，它既表征水庫(kù)的蓄滿程度、又反映發(fā)電水頭的高低。基于水位控制系數(shù)的考核機(jī)制,為評(píng)價(jià)水電站調(diào)度運(yùn)行水平提供了一種全新的方法，并已在中國(guó)華電集團(tuán)公司全面推行。對(duì)基于水位控制考核機(jī)制的烏江梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度策略分析過(guò)程作了介紹,詳細(xì)闡釋了水位控制考核的原理，深入分析了新考核機(jī)制的特點(diǎn)，提出了烏江梯級(jí)水庫(kù)相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度策略建議。

水位控制;考核機(jī)制;水庫(kù)調(diào)度;梯級(jí)調(diào)度;烏江

1 水位控制考核背景

中國(guó)華電集團(tuán)公司(以下簡(jiǎn)稱華電集團(tuán))現(xiàn)有水電裝機(jī)容量2 329萬(wàn)kW，共有342臺(tái)水電機(jī)組，居五大發(fā)電集團(tuán)首位。為了加強(qiáng)水電優(yōu)化調(diào)度管理，進(jìn)一步提高水能資源利用率，華電集團(tuán)于2015年2月出臺(tái)了《中國(guó)華電集團(tuán)公司水電優(yōu)化調(diào)度水位控制考核管理辦法(試行)》，在全集團(tuán)水電產(chǎn)業(yè)板塊推行水位控制考核，并將考核結(jié)果納入《中國(guó)華電集團(tuán)公司企業(yè)績(jī)效考核暫行辦法》，與華電集團(tuán)各二級(jí)單位的年度績(jī)效考核掛鉤，其評(píng)價(jià)得分在二級(jí)單位年度績(jī)效考核總分中占15%。

貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱烏江公司)是華電集團(tuán)的二級(jí)單位，負(fù)責(zé)烏江梯級(jí)水電站群的運(yùn)營(yíng)管理。該水電站群共有水電站9座、機(jī)組32臺(tái)、裝機(jī)容量8 665MW，是華電集團(tuán)最大的水電基地。新的考核管理辦法將會(huì)對(duì)梯級(jí)調(diào)度工作產(chǎn)生哪些影響，以及如何實(shí)施優(yōu)化調(diào)度水位控制考核管理辦法，將是烏江公司面臨的挑戰(zhàn)。

2 水位控制考核機(jī)制

水電站的優(yōu)化調(diào)度，實(shí)質(zhì)上就是在發(fā)電水量相同的情況下,通過(guò)各種措施多發(fā)電，或者是在發(fā)電量相同的情況下設(shè)法少消耗水量。眾所周知，通過(guò)采用增大發(fā)電水頭，就能夠減小發(fā)電水耗、多發(fā)電，達(dá)到水電優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)。但是，發(fā)電水頭等于水庫(kù)水位減去壩下水位，發(fā)電水頭越高就意味著水庫(kù)水位越高、棄水風(fēng)險(xiǎn)就越大，一旦在流域發(fā)生洪水、機(jī)組故障而不能發(fā)電等情況下,就容易導(dǎo)致棄水。由此可見(jiàn)，水庫(kù)水位的控制是水電站優(yōu)化調(diào)度控制的最關(guān)鍵的因素，需要在優(yōu)化調(diào)度和棄水風(fēng)險(xiǎn)之間找到平衡點(diǎn)，在汛期、枯期各時(shí)段,將水位控制在合適的范圍，就能充分體現(xiàn)水電優(yōu)化調(diào)度控制水平。華電集團(tuán)近2a來(lái)數(shù)次組織專家研討，提出了水位控制系數(shù)概念，并確定將其作為評(píng)價(jià)水電優(yōu)化調(diào)度水平的關(guān)鍵指標(biāo)。

2.1 水位控制系數(shù)概念

水位控制系數(shù)，是指水庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行水位在死水位以上的高度占水位可調(diào)最大變幅的比例。該系數(shù)既可表征水庫(kù)的蓄滿程度、又能反映發(fā)電水頭的高低。水位控制系數(shù)為無(wú)量綱，為使用方便，將其擴(kuò)大10倍變?yōu)?～10之間的數(shù)值，計(jì)算公式為

(1)

式中,Ks為水位控制系數(shù);S0為水庫(kù)死水位;Sy為運(yùn)行水位;Sj為水庫(kù)正常高水位。

2.2 水位控制系數(shù)目標(biāo)值的確定

水位控制系數(shù)目標(biāo)值以月度為基本時(shí)段確定，主要考慮以下2個(gè)方面的因素。

(1) 考慮電站設(shè)計(jì)對(duì)水庫(kù)運(yùn)行的要求，取水庫(kù)調(diào)度圖正常工作區(qū)中心線對(duì)應(yīng)的月度水位，用水位控制系數(shù)公式計(jì)算出一個(gè)月度的水位控制系數(shù)。

(2) 取前10a每個(gè)月運(yùn)行水位的月度平均值，用水位控制系數(shù)公式計(jì)算出前另一個(gè)水位控制系數(shù)。將每個(gè)月的這2個(gè)水位控制系數(shù)進(jìn)行算術(shù)平均，就可以得到1a內(nèi)每個(gè)月的水位控制系數(shù)目標(biāo)值Ks目標(biāo)，該目標(biāo)值既考慮了設(shè)計(jì)要求,又參考了近10a水庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行情況。

2.3 用水位控制系數(shù)評(píng)判優(yōu)化調(diào)度效果

采集水庫(kù)某月的實(shí)際運(yùn)行平均水位數(shù)據(jù)，根據(jù)水位控制系數(shù)公式,計(jì)算出該水庫(kù)某月的水位控制系數(shù)實(shí)際值Ks實(shí)際，并與月度水位控制系數(shù)目標(biāo)值Ks目標(biāo)進(jìn)行比較，判斷水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度效果。若月度水位控制系數(shù)實(shí)際值不小于月度水位控制系數(shù)目標(biāo)值，則說(shuō)明水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度控制效果良好；反之,則說(shuō)明水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度控制效果差。根據(jù)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度效果，需要采取抬高水庫(kù)水位措施，直至月度水位控制系數(shù)實(shí)際值達(dá)到月度水位控制系數(shù)目標(biāo)值以上。

2.4 水位控制考核評(píng)分

2.4.1 月度水位控制系數(shù)指標(biāo)評(píng)分

由每天8:00水庫(kù)水位算術(shù)平均得到月度平均水位，按水位控制系數(shù)公式算出該月的實(shí)際水位控制系數(shù);再將該月的實(shí)際水位控制系數(shù)與考核目標(biāo)值作比較，計(jì)算出該月的評(píng)分。各水庫(kù)水位控制系數(shù)月度考核基本分為15分，如果月度水庫(kù)水位控制系數(shù)實(shí)際值比目標(biāo)值每高0.6，則加1分，最多可加3分；反之亦然，最多減3分。計(jì)算公式為

(2)

式中,τij為第i個(gè)水庫(kù)第j月的水位控制系數(shù)考核指標(biāo)的月度評(píng)價(jià)得分;φij為第i個(gè)水庫(kù)第j月的水位控制系數(shù)考核指標(biāo)的月度實(shí)際完成值;γij為第i個(gè)水庫(kù)第j月的水位控制系數(shù)的月度考核指標(biāo)值;ROUNDDOWN表示往絕對(duì)值減小方向取整的函數(shù)。

2.4.2 年度水位控制系數(shù)指標(biāo)評(píng)分

為了水電站在汛期減少棄水量、在枯期降低耗水率，在水庫(kù)水位控制系數(shù)計(jì)算公式中,設(shè)定有不同的權(quán)重系數(shù),以體現(xiàn)“汛期側(cè)重水量利用、枯期側(cè)重降低水耗”的差異化。規(guī)定對(duì)水庫(kù)的水位控制系數(shù)指標(biāo)進(jìn)行年度評(píng)價(jià)時(shí)，枯期權(quán)重系數(shù)為1.5、汛期權(quán)重系數(shù)為0.5；全年各月的水位控制系數(shù)加權(quán)平均結(jié)果即為年度評(píng)價(jià)得分。

(3)

式中,δi為第i個(gè)水庫(kù)的水位控制系數(shù)考核指標(biāo)年度評(píng)價(jià)得分。

2.4.3 二級(jí)單位年度水位控制系數(shù)指標(biāo)評(píng)分

為了體現(xiàn)管理多座水電站的二級(jí)單位在水位控制方面的重點(diǎn)，調(diào)節(jié)庫(kù)容越大、裝機(jī)容量越大的水電站，在年度評(píng)分中所占的權(quán)重就越大。二級(jí)單位年度評(píng)分為各水庫(kù)水位控制系數(shù)指標(biāo)年度評(píng)分的加權(quán)平均值，其中,調(diào)節(jié)庫(kù)容比例和裝機(jī)容量比例各取1/2權(quán)重計(jì)算。即

(4)式中,δ為二級(jí)單位水位控制系數(shù)考核指標(biāo)年度評(píng)分;n為二級(jí)單位下屬具有水位控制系數(shù)考核指標(biāo)水庫(kù)的個(gè)數(shù);VTi為二級(jí)單位下屬具有水位控制系數(shù)考核指標(biāo)的第i個(gè)水庫(kù)的調(diào)節(jié)庫(kù)容；VT為二級(jí)單位下屬具有水位控制系數(shù)考核指標(biāo)的水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容之和(VT=VT1+VT2+……+VTn);Pi為二級(jí)單位下屬具有水位控制系數(shù)考核指標(biāo)的第i個(gè)水庫(kù)的裝機(jī)容量;P為二級(jí)單位下屬具有水位控制系數(shù)考核指標(biāo)的水庫(kù)裝機(jī)容量之和(P=P1+P2+……+Pn)。

3 水位控制考核特點(diǎn)

與以前常見(jiàn)的綜合耗水率、水電站蓄能曲線、水能利用提高率等考核相比，華電集團(tuán)推行的水位控制考核制均不盡相同，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1) 考核目標(biāo)值與往年的優(yōu)化調(diào)度水平密切相關(guān)。水位控制系數(shù)指標(biāo)由設(shè)計(jì)調(diào)度圖正常工作區(qū)中心線對(duì)應(yīng)的月度水位、近10a水庫(kù)的實(shí)際平均水位2個(gè)部分的算術(shù)平均而來(lái)，既考慮到了設(shè)計(jì)要求、又參考了近10a水庫(kù)水位控制的實(shí)際情況，是一個(gè)隨“近10a”變化而動(dòng)態(tài)改變的指標(biāo)，它對(duì)水位控制水平的要求越來(lái)越高。若水庫(kù)近些年優(yōu)化調(diào)度做得較好，則水位控制系數(shù)目標(biāo)值就較高。

(2) 水位控制及耗水率評(píng)分權(quán)重高于發(fā)電量。按照《中國(guó)華電集團(tuán)公司企業(yè)績(jī)效考核暫行辦法》，在二級(jí)單位(指水電)的經(jīng)濟(jì)效益分類指標(biāo)中,發(fā)電量占10%、水位控制完成率占15%、耗水率占15%，水位控制、耗水率2項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重達(dá)到30%。水位控制系數(shù)考核以月度為評(píng)價(jià)的最小時(shí)段，而用于計(jì)算評(píng)價(jià)得分的月平均水位是每天早上8:00水位的平均值。因此,實(shí)際上是強(qiáng)調(diào)過(guò)程控制，體現(xiàn)的是以天保證月、以月保證年的水位控制管理思路。只要水位過(guò)程控制達(dá)到了控制系數(shù)指標(biāo)的要求，就表明水電站處于適度的高水頭運(yùn)行，耗水率自然就處于較低的水平，因此,水位控制完成率和耗水率2個(gè)指標(biāo)是密切相關(guān)的。

(3) 年度評(píng)分權(quán)重體現(xiàn)汛枯期優(yōu)化調(diào)度差異化。在對(duì)水庫(kù)的水位控制系數(shù)指標(biāo)進(jìn)行年度評(píng)分時(shí)，對(duì)汛期、枯期各月在年度評(píng)分內(nèi)設(shè)置不同的權(quán)重，枯期權(quán)重系數(shù)為1.5、汛期權(quán)重系數(shù)為0.5，全年各月的水位控制系數(shù)評(píng)分加權(quán)平均結(jié)果為年度評(píng)價(jià)得分，枯期各月的權(quán)重為汛期的3倍。由此可見(jiàn)，汛枯期水位控制的評(píng)分權(quán)重是在引導(dǎo)水電站“汛期側(cè)重水量利用、枯期側(cè)重降低水耗”。

(4) 水電站評(píng)分權(quán)重體現(xiàn)調(diào)節(jié)性能及裝機(jī)容量差異化。對(duì)于管理多座水電站的二級(jí)單位，其水位控制系數(shù)的年度評(píng)分為所轄水電站年度評(píng)分的加權(quán)平均值。華電集團(tuán)在計(jì)算二級(jí)單位水位控制年度評(píng)分時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮到各水電站調(diào)節(jié)庫(kù)容、裝機(jī)容量在該二級(jí)單位全部水電站總量中所占的比例來(lái)進(jìn)行計(jì)算。調(diào)節(jié)庫(kù)容比例和裝機(jī)容量比例各占一半的權(quán)重，水庫(kù)調(diào)節(jié)性能越好、裝機(jī)容量越大的水電站，其水位控制系數(shù)評(píng)分在二級(jí)單位年度評(píng)分內(nèi)的權(quán)重就越大，能夠充分體現(xiàn)各水電站在二級(jí)單位所轄電站中的差異化，以及各水電站在優(yōu)化調(diào)度中的重要程度。

4 水位控制考核下的優(yōu)化調(diào)度策略

華電集團(tuán)水電優(yōu)化調(diào)度水位控制考核管理的重要基礎(chǔ),是“基于水位控制系數(shù)的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度控制方法”，該方法已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，且已被受理、進(jìn)入實(shí)審階段，表明其具有較高的科學(xué)合理性。隨著水位控制考核管理辦法的實(shí)施，作為華電集團(tuán)的二級(jí)單位，烏江公司應(yīng)著力開展烏江梯級(jí)水電優(yōu)化調(diào)度工作，以下優(yōu)化調(diào)度策略均為個(gè)人觀點(diǎn)，僅供參考。

(1) 華電集團(tuán)于每年年初下達(dá)當(dāng)年各水電站的水位控制系數(shù)目標(biāo)值，考核目標(biāo)值是與往年的優(yōu)化調(diào)度水平密切相關(guān)的，這實(shí)際上是在提示水電站的水位控制應(yīng)平穩(wěn)。在調(diào)度方面，應(yīng)避免不同年份間水位控制系數(shù)大起大落，水位控制系數(shù)評(píng)分不低于基準(zhǔn)分15分(即水位控制完成率達(dá)到100%)即可。不能因?yàn)樽非蟾叩脑u(píng)分而使水位過(guò)高，這樣不但會(huì)增加棄水風(fēng)險(xiǎn)，而且也會(huì)提高次年的水位控制系數(shù)目標(biāo)值。

(2) 水電發(fā)電量主要取決于流域來(lái)水、設(shè)備狀況、優(yōu)化調(diào)度、市場(chǎng)營(yíng)銷等多個(gè)因素，優(yōu)化調(diào)度是其中的主要因素之一，通過(guò)優(yōu)化調(diào)度,可以帶來(lái)發(fā)電量的增量而不是發(fā)電量的全部。發(fā)電量完成得好不能等同于優(yōu)化調(diào)度水平高，反之,發(fā)電量完成得差亦不等于是優(yōu)化調(diào)度做得不好。優(yōu)化調(diào)度水平與發(fā)電量之間有聯(lián)系，但不是必然的因果關(guān)系，因此,不能用發(fā)電量任務(wù)完成情況來(lái)衡量?jī)?yōu)化調(diào)度工作，可以將水庫(kù)水位控制系數(shù)作為主要指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(3) 水位控制系數(shù)具有直接明了、適用范圍廣以及不受調(diào)節(jié)性能影響的特點(diǎn)，在水電調(diào)度工作中,應(yīng)加大水位控制系數(shù)的橫向、縱向?qū)?biāo)力度，將優(yōu)化調(diào)度工作與水位控制系數(shù)更加緊密地聯(lián)系起來(lái)，圍繞水位控制系數(shù)指標(biāo)開展優(yōu)化調(diào)度工作，盡量避免為追求當(dāng)年發(fā)電量而造成低水位運(yùn)行、并給次年優(yōu)化調(diào)度帶來(lái)不利的影響。

(4) 根據(jù)分析計(jì)算，烏江梯級(jí)水電站裝機(jī)容量+調(diào)節(jié)庫(kù)容所占的權(quán)重,分別是構(gòu)皮灘水電站的33.6%、洪家渡水電站的22.3%、烏江渡水電站的14.8%、沙沱水電站的8.1%、思林水電站的7.8%、東風(fēng)水電站的6.8%，而索風(fēng)營(yíng)、大花水及格里橋水電站的權(quán)重均在4%以下。因此，梯級(jí)調(diào)度中水位控制的優(yōu)先級(jí)可按權(quán)重排序，抓大放小，這雖然與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)相比具有明顯的差異，但仍值得嘗試。

(5) 在汛期側(cè)重水量的利用，不用太關(guān)注耗水率問(wèn)題。汛前結(jié)合水情預(yù)報(bào)，構(gòu)皮灘、洪家渡、烏江渡3座水電站的水庫(kù)應(yīng)將水位降至可調(diào)空間的30%～50%(對(duì)應(yīng)水位控制系數(shù)3～5)，以盡量攔蓄洪水；東風(fēng)、大花水2座水電站的水庫(kù)應(yīng)將水位降到死水位至可調(diào)空間的30%之間(對(duì)應(yīng)水位控制系數(shù)0～3),以提高水量利用率。

(6) 在枯期側(cè)重降低水耗，不應(yīng)過(guò)于擔(dān)心來(lái)大水的小概率事件。汛末加快抬高庫(kù)水位，降低發(fā)電水耗。作為龍頭水庫(kù),洪家渡水電站水庫(kù)在汛期應(yīng)以最大能力盡量蓄水，在汛末使水位達(dá)到最高點(diǎn)，枯期開始為了往下補(bǔ)水，應(yīng)抬高下游各水庫(kù)水位；構(gòu)皮灘、烏江渡水電站水庫(kù)應(yīng)逐步將水位抬升到可調(diào)空間的70%(對(duì)應(yīng)水位控制系數(shù)7)以上，東風(fēng)、大花水水電站水庫(kù)應(yīng)逐步將水位抬升到可調(diào)空間的75%(對(duì)應(yīng)水位控制系數(shù)7.5)以上。

(7) 如果日調(diào)節(jié)水庫(kù)全年均保持在較高水位運(yùn)行，則可將水位保持在可調(diào)空間的85%(對(duì)應(yīng)水位控制系數(shù)8.5)以上，可按短期預(yù)報(bào)在必要時(shí)下調(diào)水位以臨時(shí)騰庫(kù)。在日調(diào)節(jié)水庫(kù)棄水的問(wèn)題上,需要改變傳統(tǒng)觀念，雖然可能會(huì)出現(xiàn)短期預(yù)報(bào)不準(zhǔn)而造成棄水，但以小概率的棄水換來(lái)全年保持高水位運(yùn)行、節(jié)約更多的水量是值得的。

(編輯：趙秋云)

2015-04-09

李澤宏，男，貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司水電站遠(yuǎn)程集控中心,副總工程師,教授級(jí)高級(jí)工程師.

1006-0081(2015)04-0019-03

TV697.11;P332.3

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