包崇虎 帥 佳

（1四川省水利水電勘測設(shè)計研究院， 四川 成都 611731 2四川省水利水電勘測設(shè)計研究院， 四川 成都 611731）

低水頭電站尾水變幅約束對發(fā)電優(yōu)化的影響

包崇虎1帥 佳2

（1四川省水利水電勘測設(shè)計研究院， 四川 成都 611731 2四川省水利水電勘測設(shè)計研究院， 四川 成都 611731）

低水頭電站的調(diào)度過程中，若只追求經(jīng)濟效益就會帶來很多問題。本文針對低水頭電站發(fā)電優(yōu)化調(diào)度中存在的問題，提出了應(yīng)引入尾水變幅約束以滿足通航以及實際情況的要求。

低水頭電站；發(fā)電優(yōu)化調(diào)度；尾水變幅約束

1 低水頭電站的特點以及其重要性

為了應(yīng)對能源危機和全球變暖等日益突出的問題，越來越多的小型水電站被開發(fā)和利用[1]。相對大型水電站，小型水電站有易開發(fā)、對地質(zhì)要求較低和對環(huán)境影響較小等優(yōu)點。小型水電站一般為低水頭電站，一般分為無調(diào)節(jié)和日調(diào)節(jié)的徑流電站，地處河流的中下游，地形開闊．人口密集，經(jīng)濟較發(fā)達、水頭低、斷面過水流量大，水頭對發(fā)電的影響敏感[2]，庫容較小，基本不承擔(dān)調(diào)洪和調(diào)峰的任務(wù)，而且調(diào)節(jié)天然來水的能力有限，在有限的能力范圍內(nèi)電站的運作方式對其經(jīng)濟效益有很大的影響。本文基于逐步優(yōu)化算法對低水頭電站調(diào)度過程進行優(yōu)化調(diào)度，分析優(yōu)化調(diào)度過程中出現(xiàn)的問題以及解決問題方法。

2 運行實例

根據(jù)逐步優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型，以發(fā)電量最大為目標(biāo)，以大源渡航電樞紐為例進行優(yōu)化調(diào)度。大源渡航電樞紐位于湖南湘江上，湘江是湖南省最主要的水運通道，湘江的水運量占全省水運量的80%，大源渡樞紐最大的設(shè)計工作水頭為11.2m，機組最大過流能力1800m3/s，年設(shè)計通航能力1200萬t，屬于低水頭日調(diào)節(jié)航運電站。大源渡樞紐主要承擔(dān)了保證土谷塘樞紐到株洲樞紐之間河段通航的任務(wù)，對通航保證的要求高。

對大源渡航電樞紐進行優(yōu)化調(diào)度，優(yōu)化調(diào)度實例如下：入庫流量為4000m3/s，壩前出水位為 50.00m，壩前末水位為 50.00m。優(yōu)化調(diào)度結(jié)果中的入庫～出庫流量變化和水位變化如下圖：

圖1 出庫流量～入庫流量關(guān)系圖

圖2 電站壩前水位變化圖

從以上兩幅圖可以看出，在低水頭電站的發(fā)電優(yōu)化調(diào)度中，當(dāng)入庫流量較大并產(chǎn)生棄水時，出庫流量和壩前水位會出現(xiàn)鋸齒狀波動。

大源渡航電樞紐航運要求高，若按照上述的優(yōu)化調(diào)度方案進行調(diào)度，就會出現(xiàn)上游通航水深出現(xiàn)鋸齒狀波動、下游通航水深出現(xiàn)劇烈變化問題。對大源渡這種低水頭電站而言，在入庫流量較大的情況下，決定其發(fā)電量的主要因素是發(fā)電水頭，而對于低水頭電站而言，壩前水位變化幅度不大，此時決定發(fā)電量的主要因素是下游尾水位。尾水位跟出庫流量有著密切的關(guān)系，出庫流量越大，尾水位就越高，水頭就越小，發(fā)電量就越小。在上述調(diào)度方案中，程序計算結(jié)果顯示，在少數(shù)時段集中加大下泄，犧牲這個時段的發(fā)電量，但是在其他時段可以減小下泄流量從而得到較低的尾水位，以獲得較大發(fā)電水頭，從而達到發(fā)電量最大的目的。

為了解決大源渡樞紐實際通航要求中不允許下游尾水變幅過大，因而在數(shù)學(xué)模型中引入一個約束條件——相鄰時段尾水變幅約束。

3 尾水變幅約束對發(fā)電量優(yōu)化的影響

在逐步優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型中加入尾水變幅約束，對大源渡航電樞紐進行優(yōu)化調(diào)度。為了研究尾水變幅約束對發(fā)電優(yōu)化調(diào)度的影響，現(xiàn)對大源渡航電樞紐進行優(yōu)化調(diào)度。

優(yōu)化調(diào)度實例如下：入庫流量為 4000m3/s，壩前出水位為 50.00m，壩前末水位為50.00m。優(yōu)化調(diào)度成果如下表2

表2 尾水變幅對發(fā)電量優(yōu)化的影響（變幅：m發(fā)電量：萬kWh）

由表 2可以看出，優(yōu)化調(diào)度發(fā)電量是隨著尾水變幅約束放寬而增加。由于大源渡樞紐最大工作水頭為11.2m，因此當(dāng)尾水變幅約束增加到一定程度，優(yōu)化發(fā)電量將不在增加。

4 結(jié)論和討論

上述對大源渡樞紐的發(fā)電優(yōu)化調(diào)度進行了分析，可以看出尾水變幅約束的加入完善了優(yōu)化調(diào)度模型，使優(yōu)化調(diào)度模型更好的滿足大源渡樞紐實際調(diào)度情況。尾水變幅約束可以限制發(fā)電優(yōu)化調(diào)度過程尾水變幅過大，尾水變幅過大會帶來下面兩個問題：第一，尾水變幅過大時，容易形成較大的波浪，不利于大源渡下游河道的通航；第二，尾水變幅原因是出庫流量的變化引起的，而出庫流量主要是通過閘門控制，若出庫流量變化如圖1，則會有閘門頻繁開啟的現(xiàn)象，實際閘門操作中是不允許這種現(xiàn)象發(fā)生的。

與大源渡樞紐類似的低水頭電站的優(yōu)化調(diào)度也會出現(xiàn)上述問題，因此低水頭電站發(fā)電優(yōu)化調(diào)度應(yīng)該注意在約束條件中加入尾水變幅約束，在樞紐實際運行情況中，尾水變幅約束也有其現(xiàn)實的意義和作用，例如在通航的河道，尾水變幅過大對通航有不利的影響，同時樞紐的閘門也不允許頻繁的啟閉，因此在尾水變幅約束是在低水頭電站發(fā)電優(yōu)化調(diào)度中必不可少的。

[1]鄧志紅.低水頭電站的經(jīng)濟運行[J]. 中國水能及電氣化，2007（6）：19～20

[2]卜繼勘，李玲，羅純軍. 低水頭電站水庫回水分析研究[J]. 廣東水利水電，2003（12）：22～23

[3]吳愛華，陶東兵，李承軍.基于隨機動態(tài)規(guī)劃方法的水電站水庫優(yōu)化調(diào)度的研究與應(yīng)用[J]. 廣東水利水電，2002（2）：23～26

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1007-6344（2017）10-0291-01