徐金英，胡紅陽

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；2.浙江華電烏溪江水電廠，浙江衢州324000）

考慮實(shí)際洪水過程的水電站能量指標(biāo)復(fù)核研究

徐金英1，胡紅陽2

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；2.浙江華電烏溪江水電廠，浙江衢州324000）

湖南鎮(zhèn)電站自1980年投運(yùn)以來，年平均發(fā)電量有5.15億kW·h左右，不足其運(yùn)行設(shè)計(jì)發(fā)電量（5.27億kW·h）。分析其主要原因?yàn)椋哼\(yùn)行設(shè)計(jì)發(fā)電量的計(jì)算過程未考慮水庫汛限水位、水庫實(shí)際的洪水過程、電站設(shè)計(jì)調(diào)度圖不夠精細(xì)等。為此，繪制了新的水電站調(diào)度圖，并完成了電站新的能量指標(biāo)計(jì)算。

實(shí)際洪水過程；湖南鎮(zhèn)水電站；調(diào)度圖；能量指標(biāo)

0 引言

水電站能量指標(biāo)復(fù)核實(shí)質(zhì)上是水電站建成以后，對電站運(yùn)行指標(biāo)的后評估[1]，即在電站現(xiàn)有約束條件下，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型計(jì)算水電站的能量指標(biāo)[2]，目前我國電站能量指標(biāo)依然以保證出力和多年平均發(fā)電量[3]為主。傳統(tǒng)的能量指標(biāo)復(fù)核調(diào)節(jié)時(shí)段較長（一般以月徑流為主），均化了的入庫流量使棄水減少導(dǎo)致計(jì)算電量偏大[1]。許自達(dá)[1]在總結(jié)100座已復(fù)核水電站工作之后建議凡是有棄水產(chǎn)生時(shí)，無論是什么調(diào)節(jié)性能的水電站應(yīng)改用日流量進(jìn)行徑流計(jì)算。

因此，本文在進(jìn)行湖南鎮(zhèn)電站能量指標(biāo)計(jì)算時(shí)，摒棄了傳統(tǒng)的單一調(diào)節(jié)時(shí)段的思想，為了統(tǒng)籌考慮結(jié)果精度和計(jì)算工作量，本計(jì)算在水庫汛期按旬徑流調(diào)節(jié)，在非汛期按月徑流調(diào)節(jié)。為進(jìn)一步量化實(shí)際洪水過程對電站發(fā)電量的影響，當(dāng)遇實(shí)際洪水時(shí)改用調(diào)洪驗(yàn)算模型計(jì)算，計(jì)算時(shí)段依據(jù)電廠提供的洪水資料改為1h或3h。通過這種多時(shí)段、精細(xì)化調(diào)節(jié)計(jì)算，以期建立一套科學(xué)合理的水電站能量指標(biāo)計(jì)算體系，為進(jìn)一步形成用于水力發(fā)電企業(yè)效益考核體系[4]打下良好的基礎(chǔ)。

1 工程概況

湖南鎮(zhèn)水電站為烏溪江兩級開發(fā)中的第一級，壩址位于衢縣境內(nèi)烏溪江區(qū)山巒處，壩址控制流域面積2151km2。電站為混合式開發(fā)，兼有發(fā)電、防洪、灌溉、供水等綜合利用效益。水庫正常蓄水位230.0m，與死水位（190.0m）間的發(fā)電調(diào)節(jié)庫容為11.34億m3，為不完全多年調(diào)節(jié)性水庫。目前電站有新老兩個(gè)廠房，共安裝5臺發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)裝機(jī)320MW（1#～4#機(jī)為50MW，5#為120MW）。原發(fā)電廠房位于大壩下游5km處，新建廠房位于大壩下游左岸。湖南鎮(zhèn)電站水庫特征值見表1。

表1 湖南鎮(zhèn)水電站水庫特征值

2 徑流資料分析

湖南鎮(zhèn)壩址從1952年到2014年間，多年平均流量77.56m3/s，此值與運(yùn)行設(shè)計(jì)徑流系列（77.6m3/s）基本持平，年平均徑流量為24.48億m3，年平均徑流深為1137.97mm，其中最豐水年平均流量為128.42m3/s，最枯水年平均流量為39.86m3/s，豐枯比為3.22倍，分別為多年平均流量的1.65倍及51%。如圖1所示。

由上圖可知，該水電站1952～2014年間徑流變化趨勢不顯著，說明當(dāng)?shù)氐臍夂?，環(huán)境，下墊面條件等因素較為穩(wěn)定，年際變化不大。

3 電站保證出力及調(diào)度圖復(fù)核

3.1 電站保證出力復(fù)核

湖南鎮(zhèn)作為不完全多年調(diào)節(jié)水庫，采用長系列等出力調(diào)節(jié)計(jì)算[5-7]，等出力法計(jì)算時(shí)要求水電站供水期各月出力相等。此種方法需先假定出力值為N1，則供水期就按照N1發(fā)電，控制條件為供水期初水庫蓄滿，供水期末水庫水位回落至死水位。在各月調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，還需假定調(diào)節(jié)流量q進(jìn)行試算，試算流程為：

（1）在正常高和死水位已知的情況下，先假設(shè)保證出力為N1，調(diào)節(jié)流量為q1；

（2）在時(shí)段初水庫蓄水量V1、水位Z11、入庫水量、調(diào)節(jié)流量已知的條件下，利用水量平衡方程，求出時(shí)段末的水庫蓄水量V2、水位Z12、水庫下游水位Z2，從而算得時(shí)段平均水頭H=（Z11+Z12）/2-Z2-Δh。（Δh為水頭損失）。

（3）計(jì)算時(shí)段出力N1′=KHq1，判斷|N1′-N1|是否小于預(yù)定的允許誤差ε，若小于則進(jìn)行下一時(shí)段計(jì)算；若大于則令q1=q1+（N1′-N1）/KH，返回（1）重新計(jì)算，直至滿足精度要求。

（4）經(jīng)過上述的長系列計(jì)算，統(tǒng)計(jì)供水期的保證率是否滿足設(shè)計(jì)保證率，若不滿足則進(jìn)行保證出力的上調(diào)或下調(diào)，最終算得相應(yīng)的保證出力NP。

采用上述方法，得到該電站的保證出力為52.3MW，相應(yīng)保證率為85%。

3.2 電站調(diào)度圖復(fù)核

由于該站的調(diào)節(jié)周期年數(shù)不固定，豐枯年組合不同，所以很難預(yù)知未來若干年徑流組合情況，因而使用整個(gè)調(diào)節(jié)周期的運(yùn)行圖較困難，故多年調(diào)節(jié)水庫多采用簡化方法，即計(jì)算典型年法。在進(jìn)行計(jì)算典型年選擇時(shí)，應(yīng)盡量確保該年的來水正好等于按保證出力工作所需要的水量。在該水電站的天然來水資料中，選出符合上述條件且徑流年內(nèi)分配不同的連續(xù)三年作為典型年序列，即得計(jì)算典型年組。

為了進(jìn)一步細(xì)化調(diào)度圖的分區(qū)，分別繪制60%、70%、80%、90%、1.25、1.5、1.75倍的保證出力區(qū)。選擇P=85%的典型年組繪制調(diào)度圖的保證出力和降低出力區(qū)，選擇1-P=15%的典型年組繪制調(diào)度圖的加大出力區(qū)。依然采用3.1節(jié)中的等出力調(diào)節(jié)計(jì)算方法，最終得到復(fù)核后的新調(diào)度圖，見圖2和表2。

表2 湖南鎮(zhèn)水電站發(fā)電調(diào)度圖出力及水位控制參數(shù)

配合上述調(diào)度圖的使用規(guī)則如下：

（1）以水庫月初水位在調(diào)度圖中的位置，初定該月（或時(shí)段）湖南鎮(zhèn)水電站的發(fā)電平均出力，該值為湖南鎮(zhèn)水電站的發(fā)電出力。

（2）當(dāng)水庫水位處于保證出力區(qū)時(shí)，電站按照保證出力運(yùn)行。若水庫已蓄至正常高水位230m（汛期4-6月為汛限水位228m），則按來水流量發(fā)電。

（3）當(dāng)水庫水位超過保證出力區(qū)上限，加大出力，確保水位逐步回落到保證出力區(qū)內(nèi)。

（4）當(dāng)水庫水位低于保證出力區(qū)下限水位時(shí)，降低出力，確保水位盡快回升至保證出力區(qū)。

（5）水庫在多年運(yùn)行階段，水庫水位不能低于死水位190m。

3.3 電站多年平均發(fā)電量復(fù)核

依據(jù)修改后的資料和新繪制的運(yùn)行調(diào)度圖，依據(jù)調(diào)度圖的使用規(guī)則，汛期采用旬徑流計(jì)算，其余時(shí)段以月為計(jì)算時(shí)段，分別計(jì)算考慮實(shí)際洪水過程有無的電站多年平均發(fā)電量，結(jié)果見表3。

表3 湖南鎮(zhèn)水電站多年平均發(fā)電量計(jì)算情況

計(jì)算結(jié)果顯示，采用新制調(diào)度圖，無論是否考慮實(shí)際洪水過程均較原設(shè)計(jì)值偏小。分析其主要原因?yàn)椋?）原運(yùn)行設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算時(shí)汛期沒有汛限水位控制，1987年浙江省防汛辦發(fā)文要求，電站汛期（4、5、6月）水位限制較正常高水位低2m。2）本計(jì)算方法在汛期按旬計(jì)算結(jié)果較原運(yùn)行設(shè)計(jì)月計(jì)算結(jié)果小，是因?yàn)椴捎迷聻橛?jì)算時(shí)段時(shí)，會將月內(nèi)三旬流量的差異化進(jìn)行坦化，減少了計(jì)算棄水所致?？紤]實(shí)際洪水過程的計(jì)算結(jié)果較未考慮洪水過程的計(jì)算結(jié)果小，這是因?yàn)樵谟鰧?shí)際洪水過程時(shí)，發(fā)電調(diào)度模型轉(zhuǎn)為調(diào)洪驗(yàn)算與發(fā)電調(diào)度相結(jié)合的模型，并采用1h或3h為計(jì)算時(shí)段，從而消除了旬流量的洪水均化，增加了計(jì)算棄水所致。

將本次計(jì)算的兩個(gè)結(jié)果與電站實(shí)際運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)即便采用新制調(diào)度圖、多調(diào)節(jié)時(shí)段計(jì)算，如果沒有考慮實(shí)際洪水的影響，得到的多年平均發(fā)電量依然比實(shí)際值大，只有考慮了實(shí)際洪水作用后得到的結(jié)果更接近電站實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)，而且電站實(shí)際運(yùn)行中增加了電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)化軟件的指導(dǎo)，因此算得的常規(guī)調(diào)度多年平均發(fā)電量小于電站實(shí)際運(yùn)行值是比較合理和可信的結(jié)果。

4 結(jié)語

（1）在進(jìn)行水電站能量指標(biāo)復(fù)核工作時(shí)，汛期調(diào)節(jié)時(shí)段的大小對整個(gè)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果影響較大，尤其是在電站產(chǎn)生棄水的月份，應(yīng)減少調(diào)節(jié)時(shí)段的長度，當(dāng)遇實(shí)際洪水過程時(shí)，應(yīng)以實(shí)際洪水資料的時(shí)段為調(diào)節(jié)時(shí)段，并引入調(diào)洪驗(yàn)算的計(jì)算模型，更精細(xì)地描述電站的棄水過程。

（2）建議當(dāng)電站運(yùn)行資料發(fā)生較大改變時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行能量指標(biāo)復(fù)核工作，在電站現(xiàn)有約束條件下，繪制當(dāng)下的電站運(yùn)行調(diào)度圖，從而更加科學(xué)合理地制定發(fā)電計(jì)劃與考核管理目標(biāo)。

（3）傳統(tǒng)的能量指標(biāo)復(fù)核工作不能夠合理地指導(dǎo)電站的實(shí)際運(yùn)行工作，如何開發(fā)適用于大型梯級電站能量指標(biāo)復(fù)核計(jì)算方法是下一步研究工作的方向和重點(diǎn)。

[1]許自達(dá).水電站能量指標(biāo)復(fù)核初步小結(jié)[J].水力發(fā)電，2000，（3）：38-39.

[2]李子婷，黃強(qiáng)，暢建霞，等.安康水電站動能指標(biāo)復(fù)核研究[J].西北水力發(fā)電，2006，22（4）：63-67.

[3]朱成章.水電站能量指標(biāo)的探討[J].水電能源科學(xué)，1989,（7）：84-89.

[4]陳建華.集團(tuán)公司水電優(yōu)化調(diào)度研究與應(yīng)用[R].北京：中國華電集團(tuán)公司，2015，39-42.

[5]周之豪，沈曾源，施熙燦，等.水利水能規(guī)劃[M].北京：中國水利水電出版社，1997.

[6]羅志遠(yuǎn)，尹智力，楊全明.等流量與等出力法計(jì)算電站效益的差異性研究[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2012,（2）：72-73.

[7]張秀菊.水電站保證出力的計(jì)算方法[J].水力發(fā)電，2006，32（10）：21-23.

Study on Checking Energy Index for Hydropower Stations in Considering the Actual Flood Process

XU Jin-ying1，HU Hong-yang2
（1.Huadian Electric Power Reserch Institute，Hangzhou 310030，China；2.Wuxijiang Hydropower Station in Zhejiang Province，Quzhou 324000，China.）

Hunanzhen hydropower station’s annual output of power generation is 5.15 million kW·h,which is less than the design target 5.27 million kW·h.The main reasons was analyzied as follows:the design index without considering the flood control limit,the actual flood process and fine station dispatching map.Finally,the new dispatching map was completed by using new data,and it was applied to recalculate the new energy index of Hunanzhen hydropower station.

flood process；hydropower stations of Hunanzhen；dispatching map；energy index

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.013

TV737

B

2095-3429（2016）04-0052-03

2016-05-23

2016-07-01

徐金英（1989-），女，濟(jì)南人，碩士，主要從事水電工程研究工作。