魯托

國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司日喀則發(fā)電公司 西藏日喀則 857000

水能是一種清潔可再生的能源，不僅現(xiàn)在電力行業(yè)占據(jù)主要地位。在未來電力行業(yè)和可持續(xù)發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)中，這種綠色無污染能源具有更好地優(yōu)勢(shì)，水能是未來電力工業(yè)的重要支柱。能源緊缺的未來，梯級(jí)水電站的優(yōu)化運(yùn)行將是我們追求的目標(biāo)，現(xiàn)在探討電力市場(chǎng)運(yùn)作模式下的水電運(yùn)營(yíng)工作問題具有重要意義。

1 原運(yùn)行方式配置情況

常規(guī)運(yùn)行方式中，曬谷坪水電站曬07開關(guān)提供隔河巖水電站6kV廠用電二大段主供電源，曬02開關(guān)提供左岸變備用電源，曬03開關(guān)同時(shí)提供左岸變主供電源以及隔河巖大壩防汛備用電源。其中，左岸變是隔河巖水利樞紐中一個(gè)重要的變電所，承擔(dān)了大壩武警、一二級(jí)升船機(jī)等重要電源負(fù)荷，所內(nèi)兩路電源進(jìn)線均取自曬谷坪電站，分別為曬02開關(guān)及曬03開關(guān)。西寺坪電站坪08開關(guān)經(jīng)曬谷坪電站曬11開關(guān)為曬谷坪電站6kVⅡ段母線提供電源，該線路連接電纜配置為雙回3×120電纜（型號(hào)為ZRYJV29-6/10），采用此雙回電纜配置的設(shè)計(jì)初衷是因當(dāng)時(shí)曬谷坪電站為民營(yíng)性質(zhì)，從經(jīng)濟(jì)效益最大化考慮，為在蓋屋嶺變電站線路故障及線路檢修等情況時(shí)，曬谷坪電站可經(jīng)坪曬線反送西寺坪電站上網(wǎng)發(fā)電。自清能公司改制轉(zhuǎn)型以來（在2008年以前是民營(yíng)企業(yè)，2008年隨著清江公司資產(chǎn)重組，成為清江公司全資子公司），公司要求把為隔河巖電廠安全可靠保電放在首位，對(duì)發(fā)電不做硬性要求，故利用西寺坪電站上網(wǎng)的設(shè)計(jì)在如今已失去了實(shí)際意義。

2 建立梯級(jí)水電站優(yōu)化運(yùn)行模型

2.1 梯級(jí)水電站短期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度模型的建立

以1天或幾天時(shí)間為一個(gè)調(diào)度期的調(diào)度稱為短期調(diào)度，在這個(gè)周期內(nèi)以15min，0．5h或1h為時(shí)段的一類水庫(kù)調(diào)度。通過這些時(shí)段的數(shù)據(jù)建立模型分析預(yù)測(cè)出各水電站在下一調(diào)度期內(nèi)逐時(shí)段的運(yùn)行狀態(tài)以及電網(wǎng)負(fù)荷在各電站間的分配比，從而有效地利用水能創(chuàng)造出最大的效益。通過短周期調(diào)度能夠更好地根據(jù)水庫(kù)水電站實(shí)際運(yùn)行狀況制定出最優(yōu)的發(fā)電計(jì)劃。短期調(diào)度能夠?qū)⑺娤到y(tǒng)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)(各水庫(kù)水位、入庫(kù)流量等)和電網(wǎng)的實(shí)際狀況結(jié)合在一起制定出水庫(kù)運(yùn)行方案，并應(yīng)用到各水電站中。梯級(jí)水電站群短期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度的模型主要有：耗水量最小模型、蓄能最大模型、調(diào)度期內(nèi)發(fā)電量最大模型及調(diào)峰電量最大模型等。

2.2 發(fā)電量最大模型的建立

優(yōu)化調(diào)度問題描述：已知一定調(diào)度期內(nèi)水庫(kù)初、末水位(或調(diào)度期總可調(diào)節(jié)水量)和水庫(kù)預(yù)報(bào)入庫(kù)流量時(shí)，求解水電站的最優(yōu)運(yùn)行方式使調(diào)度期內(nèi)總發(fā)電量最大應(yīng)考慮滿足綜合利用要求及各種約束條件，目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：E為調(diào)度期內(nèi)總發(fā)電量；Ni，t為i水庫(kù)t時(shí)段平均出力；Δt為時(shí)段長(zhǎng)；N為水庫(kù)數(shù)目：T為時(shí)段數(shù)目。

2.3 提出優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)

為保證電力系統(tǒng)的出力最大和企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益最大化的要求在滿足電站保證出力的前提下，將電站年發(fā)電收益最大值作為優(yōu)化調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)，通過聯(lián)立（1）式目標(biāo)函數(shù)可由下面的目標(biāo)函數(shù)：

上述約束條件中：Fm，n為第n電站第m時(shí)段的發(fā)電量，

ηmn為第n電站第m時(shí)段出力系數(shù)，tm為第m時(shí)段的持續(xù)時(shí)間，Qmn為第n電站第m時(shí)段的引水流量，Hmn為第n電站第m時(shí)段的平均發(fā)電凈水頭；x為運(yùn)行過程的時(shí)段總數(shù)；y為流域梯級(jí)水電站個(gè)數(shù)；Bm為該時(shí)段的分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)。梯級(jí)水電站優(yōu)化運(yùn)行的研究需要考慮的約束條件主要包括如下內(nèi)容：①發(fā)電站入庫(kù)流量約束；②水庫(kù)水位的約束；③泄洪流量約束；④發(fā)電率約束；⑤發(fā)電企業(yè)總出力約束；⑥水庫(kù)水量平衡約束；⑦梯級(jí)水電站群間的水流耦合約束；⑧非負(fù)約束。在實(shí)際應(yīng)用中，還要根據(jù)不同的情況和條件制定其它的約束限制。

2.4 模型求解算法研究

梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度模型的算法，采用較多的是動(dòng)態(tài)規(guī)劃或遺傳算法。遺傳算法(GA)是基于自然選擇和生物進(jìn)化的一種優(yōu)化算法，GA算法具有全局優(yōu)化搜索。遺傳算法利用基因進(jìn)化原理，對(duì)解進(jìn)行優(yōu)化搜索，其具有搜索效率和精度非常高的優(yōu)點(diǎn)。

3 運(yùn)行方式優(yōu)化可行性

針對(duì)本次運(yùn)行方式優(yōu)化，充分考慮方案可行性，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：①不需要重新敷設(shè)電纜，整個(gè)變更過程僅需利用原有舊電纜進(jìn)行小范圍調(diào)整，施工難度及經(jīng)濟(jì)成本較低；②技術(shù)變更舉措中施工難度最大的坪08開關(guān)至?xí)?1開關(guān)電纜施工已在臨時(shí)供電方式調(diào)整中完成，工程量大大減?。虎畚魉缕弘娬酒?2開關(guān)為備用開關(guān)，可直接投入使用；④變更后坪曬線及曬左線電纜均采用單回3×120電纜（型號(hào)為ZRYJV29-6/10），經(jīng)查閱相關(guān)技術(shù)資料，該電纜在空氣中允許持續(xù)載流量為345A，經(jīng)計(jì)算允許最大負(fù)荷約為3196kW（cos取0．85），左岸變最大負(fù)荷約為300kW，曬站廠房最大負(fù)荷約為150kW，該電纜的負(fù)載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)際使用需求，故采用單回電纜可以滿足長(zhǎng)期供電技術(shù)要求；⑤西寺坪電站6臺(tái)機(jī)組（6×0．55MW）供電可靠性高，長(zhǎng)期為隔河巖工區(qū)安全供電，將左岸變、壩上武警等重要負(fù)荷納入西寺坪電站主供、曬谷坪電站備供后，供電綜合可靠性進(jìn)一步提升，曬站檢修不再受外界條件制約。

4 結(jié)語

本文先簡(jiǎn)要講解了梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的概念和目標(biāo)，建立水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度以及分時(shí)電價(jià)制度條件下的優(yōu)化模型。利用水力發(fā)電站各個(gè)約束條件以及峰谷電量和電價(jià)對(duì)模型進(jìn)行約束，再采用遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解，得出了最優(yōu)運(yùn)行條件，這些研究對(duì)梯級(jí)水電站優(yōu)化運(yùn)行有一定的指導(dǎo)作用。