李 鵬

（國(guó)網(wǎng)新源山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司運(yùn)檢部，山西省忻州市 035503）

抽水蓄能電站水庫(kù)水情計(jì)算程序研制及應(yīng)用

李 鵬

（國(guó)網(wǎng)新源山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司運(yùn)檢部，山西省忻州市 035503）

抽水蓄能電站機(jī)組運(yùn)行靈活，在電網(wǎng)中除了調(diào)峰填谷以外，還可承擔(dān)調(diào)頻、調(diào)相和緊急事故備用等作用，實(shí)時(shí)地密切關(guān)注抽水蓄能電站水庫(kù)水情及可發(fā)電、抽水時(shí)長(zhǎng)等信息至關(guān)重要，基于以上需要，特提出研制水電站水庫(kù)水情計(jì)算程序。本文以國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站水庫(kù)水情估算方法的實(shí)例，簡(jiǎn)介水庫(kù)庫(kù)容水量比較和蓄能電站發(fā)電、抽水時(shí)長(zhǎng)預(yù)估預(yù)判的程序研制及應(yīng)用。

水電站水庫(kù)；水情；預(yù)估；程序

0 引言

抽水蓄能電站在全世界各國(guó)電力系統(tǒng)中迅速發(fā)展，主要原因是其以比較低的成本，為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)谷、調(diào)相、調(diào)頻及緊急事故備用等功用，是為了解決電網(wǎng)高峰、低谷之間供需矛盾而產(chǎn)生的，是間接儲(chǔ)存電能的一種方式。它在用電低谷時(shí)用過剩電力將水從下水庫(kù)抽到上水庫(kù)儲(chǔ)存起來，然后在用電高峰時(shí)將水放出發(fā)電，并流入下水庫(kù)。

純抽水蓄能電站的特征是只有很少甚至沒有天然徑流進(jìn)入上水庫(kù)，在調(diào)節(jié)時(shí)段內(nèi)水量通過引水系統(tǒng)和廠房在上、下水庫(kù)之間往復(fù)循環(huán)，只由于抵消蒸發(fā)和滲漏的損失，需要補(bǔ)充少量水源，廠房?jī)?nèi)安裝的機(jī)組全部是抽水蓄能機(jī)組。純抽水蓄能電站要求有足夠的蓄能庫(kù)容，在建設(shè)時(shí)，有的利用現(xiàn)有水庫(kù)為上水庫(kù)（下水庫(kù)），新建另一水庫(kù)、引水系統(tǒng)和廠房；也有的利用不上現(xiàn)有水庫(kù)，完全依靠新建上，下兩個(gè)水庫(kù)，引水系統(tǒng)和廠房。

由于抽水蓄能電站具有多種功能，電網(wǎng)常把它作為綜合管理的工具，在此情況下，水庫(kù)中庫(kù)容量將直接影響發(fā)電和抽水時(shí)長(zhǎng)，對(duì)抽水蓄能電站水庫(kù)水位和水情變化的監(jiān)視是必要且有意義的。

1 技術(shù)背景

1.1 抽水蓄能電站發(fā)電、抽水時(shí)長(zhǎng)需要預(yù)估

國(guó)內(nèi)的抽水蓄能電站一般情況下配合核電或風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，或承擔(dān)事故緊急備用的作用，因此需要特別重視對(duì)水庫(kù)水位的監(jiān)視和對(duì)可發(fā)電、抽水時(shí)長(zhǎng)的預(yù)判，以滿足電力調(diào)度部門的計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)隨調(diào)隨啟。電站運(yùn)行技術(shù)人員目前的通用做法是根據(jù)發(fā)電凈水頭對(duì)應(yīng)表和抽水凈揚(yáng)程對(duì)應(yīng)表人工讀表大概估計(jì)，這往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而由于水庫(kù)總庫(kù)容的蓄水量也會(huì)影響計(jì)算條件，預(yù)測(cè)的結(jié)果也不一定精確。

1.2 抽水蓄能電站水庫(kù)庫(kù)容需要監(jiān)視

常規(guī)水電站只有一個(gè)水庫(kù)，在發(fā)電運(yùn)行或承擔(dān)防洪、灌溉作用過程中，一般只需要關(guān)注該水庫(kù)的水位即可了解到當(dāng)前的庫(kù)容信息，而且，常規(guī)水電站有自然來水，不涉及人工補(bǔ)水的情形。而抽水蓄能電站的水庫(kù)有上、下庫(kù)兩庫(kù)盆，總的蓄水量與兩庫(kù)盆均有關(guān)聯(lián)，不能簡(jiǎn)單地通過某單一水位來判斷，同時(shí)，抽水蓄能電站水庫(kù)一般沒有自然來水，循環(huán)水在一段時(shí)間的蒸發(fā)滲漏后將不能滿足電站正常發(fā)電、抽水，此時(shí)應(yīng)定期人工補(bǔ)水，這就需要運(yùn)行人員時(shí)時(shí)掌握當(dāng)前總庫(kù)容以判斷是否滿足補(bǔ)水條件。

如上論述，人工計(jì)算的過程也是較復(fù)雜的。

基于以上兩種情形，可研制一套計(jì)算機(jī)程序，應(yīng)用于抽水蓄能電站水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)前水位信息即可瞬時(shí)計(jì)算得出庫(kù)容和預(yù)計(jì)可發(fā)電、抽水時(shí)長(zhǎng)，并對(duì)水庫(kù)水量容量狀況進(jìn)行分析，得出是否需要調(diào)整水量（對(duì)庫(kù)補(bǔ)水）的結(jié)論供給參考借鑒，這將極大地提高電站運(yùn)行人員工作效率，并簡(jiǎn)化水庫(kù)水情監(jiān)測(cè)的工作流程。

2 研制思路和原理

按照上文的論述，本發(fā)明想要研制的水庫(kù)水情計(jì)算程序，應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能：

一是要根據(jù)水位信息計(jì)算出水電站（抽水蓄能電站）水庫(kù)（上、下庫(kù)）庫(kù)容，包括：計(jì)算庫(kù)容、比較水庫(kù)水量、調(diào)取庫(kù)容曲線等功能，其特征在于：在計(jì)算水庫(kù)蓄水量過程中要省略人工計(jì)算庫(kù)容和查表的過程，使得實(shí)時(shí)水情計(jì)算更加迅速、結(jié)果更加精確可靠。

二是要實(shí)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)的預(yù)估計(jì)算，其特征在于：根據(jù)實(shí)時(shí)水庫(kù)水位數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前庫(kù)容和預(yù)計(jì)可發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)，并且由于水庫(kù)容量的限制，要預(yù)先在已知庫(kù)容的前提下，考慮計(jì)算的先決條件，不能單一按照某水位讀表得出時(shí)長(zhǎng)結(jié)論。（如在水量較多的情況下，受制于下庫(kù)庫(kù)容的限制，發(fā)電量將不能按照上庫(kù)水位信息得出，否則下庫(kù)水將溢出等情況）

三是通過水量比較分析得出對(duì)庫(kù)的補(bǔ)水建議和當(dāng)前發(fā)電、抽水時(shí)長(zhǎng)結(jié)果均由計(jì)算機(jī)軟件程序代碼實(shí)現(xiàn)，并要通過可視界面輸出結(jié)果。

程序編寫可由開發(fā)軟件Visual Basic實(shí)現(xiàn)，水電站水庫(kù)水情計(jì)算程序的運(yùn)行環(huán)境是WindowsXP及以上系統(tǒng)，技術(shù)方案所述主要領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算機(jī)程序開發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)來源為水工結(jié)構(gòu)、抽水蓄能電站水庫(kù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行信息。

3 實(shí)施方案

3.1 研發(fā)主要過程

3.1.1 庫(kù)容函數(shù)

本應(yīng)用設(shè)計(jì)背景為某抽水蓄能電站，根據(jù)水庫(kù)設(shè)計(jì)、施工單位提供的上、下庫(kù)庫(kù)容計(jì)算成果表，分別繪制水庫(kù)水位—庫(kù)容曲線，如圖1示意。

圖1 水庫(kù)水位—庫(kù)容曲線

圖1所示采樣部分點(diǎn)數(shù)據(jù)列表統(tǒng)計(jì)，其他區(qū)域近似模擬為一次函數(shù)，通過Excel等輔助工具，得到庫(kù)容與水位關(guān)系。編寫成Visual Basic代碼，即可通過賦值上下庫(kù)水位，對(duì)應(yīng)得到上下庫(kù)實(shí)際庫(kù)容。

圖2 水庫(kù)庫(kù)容判斷及函數(shù)代碼

3.1.2 水情分析

由上述得到的上下庫(kù)實(shí)際庫(kù)容總量即可與額定庫(kù)容比較分析，得出是否需要補(bǔ)水調(diào)節(jié)水量的結(jié)論。

額定庫(kù)容按照其中一個(gè)水庫(kù)額定水位，另一個(gè)水庫(kù)死水位設(shè)計(jì)，分別是：上庫(kù)額定水位1492.5m，下庫(kù)死水位798m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容539.76萬m3；下庫(kù)額定水位838m，上庫(kù)死水位1467m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容558.73萬m3。由于水庫(kù)會(huì)有滲漏蒸發(fā)等情況，本次發(fā)明將較大的庫(kù)容558.73萬m3設(shè)定為額定庫(kù)容，當(dāng)水量小于該值時(shí)認(rèn)定為需要補(bǔ)水。VB集成開發(fā)環(huán)境中編程語句通過當(dāng)前總庫(kù)容與額定庫(kù)容大小比較判斷實(shí)現(xiàn)。

圖4 庫(kù)容比較代碼

3.1.3 預(yù)計(jì)可發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)計(jì)算

本發(fā)明設(shè)計(jì)的程序需要根據(jù)水位信息（或由庫(kù)容反算得到的水位），得到對(duì)應(yīng)水位下的單機(jī)可發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)。

圖5 發(fā)電時(shí)長(zhǎng)與水位對(duì)應(yīng)表

由圖5發(fā)電凈水頭對(duì)應(yīng)表或抽水凈揚(yáng)程對(duì)應(yīng)表可以查到某一水位下對(duì)應(yīng)可發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)，本發(fā)明在VB集成開發(fā)環(huán)境中使用數(shù)組錄入該表格的數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)根據(jù)相應(yīng)編號(hào)的水位查找相同編號(hào)的發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)。

圖6 編程代碼實(shí)現(xiàn)計(jì)算發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)

但是，需要注意的是，理論上機(jī)組發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)與水位并不是簡(jiǎn)單的直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，它應(yīng)當(dāng)由當(dāng)前庫(kù)容的水量確定。水位與庫(kù)容也有對(duì)應(yīng)關(guān)系但是兩者在映射機(jī)組發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)時(shí)的定義域是不同的，這就要求在VB集成開發(fā)環(huán)境中計(jì)算之前首先需要確定復(fù)雜的判定條件，這也便是相比較于傳統(tǒng)的運(yùn)行人員查表估計(jì)的舊方法，設(shè)計(jì)該程序提高準(zhǔn)確性的意義所在。

設(shè)計(jì)案例電站上庫(kù)庫(kù)容較小，下庫(kù)庫(kù)容較大，具體參數(shù)如表1所示：

表1 設(shè)計(jì)案例電站水庫(kù)水位及容量規(guī)范表

以發(fā)電情況為例，理論上每一個(gè)上庫(kù)的當(dāng)前庫(kù)容量可以對(duì)應(yīng)得到相應(yīng)的可發(fā)電時(shí)長(zhǎng)，但是，若上下庫(kù)的總庫(kù)容存儲(chǔ)水量過多（大于558.73萬m3），就存在上庫(kù)還有水，下庫(kù)已滿的情況，此種情況下，發(fā)電時(shí)長(zhǎng)需要根據(jù)下庫(kù)水位對(duì)應(yīng)得到。

不同庫(kù)容下，發(fā)電（或抽水）時(shí)長(zhǎng)將按照不同庫(kù)盆水位對(duì)應(yīng)計(jì)算。

圖7 不同庫(kù)容下發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)計(jì)算原則示意

因此，在Visual Basic集成語言編程過程中，就需要首先根據(jù)上下庫(kù)水位計(jì)算出總庫(kù)容，再依據(jù)圖7中所示原則比較，在不同條件賦予變量不同的值（水位）套用語句計(jì)算出預(yù)計(jì)可發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)。

3.1.4 界面設(shè)計(jì)

如圖8～圖9所示，本程序調(diào)用Visual Basic基本控件，滿足水位數(shù)據(jù)輸入，觸發(fā)按鈕計(jì)算等功能。

圖8 水電站水庫(kù)水情計(jì)算程序界面

圖9 VB集成開發(fā)環(huán)境

3.1.5 其他條件設(shè)定及功能更新

本次應(yīng)用設(shè)計(jì)過程中，還需要注意一些其他條件如輸入水位值超出范圍等，編程過程中均有所設(shè)定，在水位條件超出額定水位或低于死水位的情況下，會(huì)彈出提示框，并清空文本框輸入內(nèi)容。

圖10 水位設(shè)定不滿足提示示意界面

更新版本的功能新增根據(jù)當(dāng)前庫(kù)容和某一水庫(kù)水位反算另一水庫(kù)水位的功能，用來實(shí)現(xiàn)在水庫(kù)庫(kù)容一定的前提下，單一地依靠某一水庫(kù)庫(kù)容即可得出相應(yīng)的水情信息。

實(shí)現(xiàn)方法為：按照庫(kù)容函數(shù)的介紹，對(duì)水庫(kù)水位—庫(kù)容曲線進(jìn)行反算，得出庫(kù)容與水位的反函數(shù)關(guān)系。同理編寫成Visual Basic代碼，即可通過賦值庫(kù)容和某一水庫(kù)水位，對(duì)應(yīng)得到另一水庫(kù)水位，從而進(jìn)一步得到所有需要的水情數(shù)據(jù)。

3.2 主要應(yīng)用

3.2.1 使用界面說明

如圖8所示即為本發(fā)明程序（水電站水庫(kù)水情計(jì)算程序）實(shí)際使用界面。

如圖11所示為發(fā)明程序（水電站水庫(kù)水情計(jì)算程序）圖標(biāo)及水位對(duì)應(yīng)抽水發(fā)電時(shí)長(zhǎng)方法的說明，按照對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法，輸入上下庫(kù)水位信息并確保無誤后點(diǎn)擊確定，即可得到相應(yīng)的水情信息。

3.2.2 具體操作方式

如圖8所示，在上庫(kù)水位和下庫(kù)水位文本框內(nèi)鍵入當(dāng)前水位數(shù)值，點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，程序即可計(jì)算出上庫(kù)庫(kù)容、下庫(kù)庫(kù)容、總庫(kù)容、預(yù)計(jì)可發(fā)電時(shí)長(zhǎng)、預(yù)計(jì)可抽水時(shí)長(zhǎng)、庫(kù)容比較結(jié)論等水情信息。

圖11 水電站水庫(kù)水情計(jì)算程序圖標(biāo)示意

雙擊上庫(kù)庫(kù)容、下庫(kù)庫(kù)容標(biāo)簽，程序會(huì)彈出相應(yīng)的水庫(kù)水位—庫(kù)容曲線供電站運(yùn)行人員參考。

更新版可鍵入某一水庫(kù)水位和當(dāng)前總庫(kù)容，點(diǎn)擊確認(rèn)水位按鈕，可計(jì)算出另一水庫(kù)水位。

4 結(jié)束語

本程序研制完成后，已經(jīng)應(yīng)用于該抽水蓄能電站水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)前水位信息即可瞬時(shí)得出庫(kù)容、蓄水量和預(yù)計(jì)可發(fā)電（抽水）時(shí)長(zhǎng)，更好地實(shí)現(xiàn)了與電力調(diào)度部門的溝通，并定期對(duì)水庫(kù)容量和水量狀況進(jìn)行分析，極大地提高了電站運(yùn)行人員工作效率，并簡(jiǎn)化了水庫(kù)水情監(jiān)測(cè)的工作流程。

該實(shí)用型創(chuàng)新設(shè)計(jì)可以推廣應(yīng)用于國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站運(yùn)行和水庫(kù)庫(kù)容監(jiān)測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域。并對(duì)抽水蓄能電站中包含有常規(guī)機(jī)組的情形更具實(shí)用價(jià)值。

[1] Panichclli，er al.Quantitative Evaluation in System Plarming of Dynamic Duties for Load-curve Following.CIGRE，31-14.

[2] RAJAT D.Operating Hydroelectric Plants and Pumped Shorage Units in a Competitive Environment[J].The Electricity Journal，2000，13（3）.

[3] 楊明廣，王秀華，等.Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程．中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2006．

李 鵬（1991—），男，主要從事水電站運(yùn)維相關(guān)工作。

The Development and Application of Pumped Storage Power Station Reservoir

LI Peng
（Shan xi Xilongchi Pumped Storage Power Station Co.，Ltd.，Xinzhou 035503，China）

Pumped storage power station units are flexible when it’s running. It is not only regulate peaks and fill troughs in the grid，but also adjust the frequency of bear and adjust the phase and backup in case of emergency.Real-time and close attention to the reservoir water level of pumped storage power station and power generation，pumping duration and other information are very important.Based on the above needs，It is necessary to develop an application of Pumped Storage Power Station Reservoir computer program. This article set a domestic Pumped Storage Power Regimen estimation methods as an example to introduce the high water storage capacity of the reservoirs power generation，the development and application of time estimates predict when pumping.

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