(國網(wǎng)重慶電力調(diào)度控制中心，重慶400015)

重慶市調(diào)水電裝機(jī)在2018年達(dá)到481.4萬kW，105臺(tái)機(jī)組分布在25個(gè)大小直調(diào)水電廠中。在西南水電基地大量大水電不斷投產(chǎn)和渝鄂直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程即將建成的情況下，重慶網(wǎng)內(nèi)水電機(jī)組的科學(xué)調(diào)度和合理安排顯得日益迫切。一方面，水電作為重慶電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)節(jié)的重要手段，在調(diào)峰運(yùn)用中占據(jù)主力地位，確保各水電廠擁有盡可能大的調(diào)節(jié)能力對(duì)功率調(diào)節(jié)非常關(guān)鍵。另一方面，計(jì)劃合理的水電運(yùn)用，能夠保證重慶外購電的準(zhǔn)確安排，能夠保證網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組在滿足基荷需求的前提下盡可能保證合同計(jì)劃的完成，并提高機(jī)組利用小時(shí)數(shù)。西南水電群有著來水集中、內(nèi)外疊加、棄水風(fēng)險(xiǎn)大的特點(diǎn)，在考慮發(fā)電效益和容量效益的基礎(chǔ)上，迫切需要增加水電發(fā)電調(diào)度的實(shí)時(shí)性，將實(shí)時(shí)水電發(fā)電策略綜合運(yùn)用到水新和調(diào)度運(yùn)行兩個(gè)專業(yè)上。

1 實(shí)時(shí)調(diào)度存在的問題

重慶電網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃的制訂要考慮中長期水火電聯(lián)合補(bǔ)償調(diào)度[1]，既要進(jìn)行中長期負(fù)荷預(yù)測(cè)，又要進(jìn)行全網(wǎng)各流域來水預(yù)測(cè)及煤情預(yù)測(cè)；既要從電網(wǎng)整體角度考慮電網(wǎng)的電力電量平衡過程，又要兼顧考慮機(jī)組的檢修計(jì)劃。對(duì)于如此龐大規(guī)模的系統(tǒng)，傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)無法勝任其復(fù)雜運(yùn)行調(diào)度管理的需求。傳統(tǒng)的電力調(diào)度在水電運(yùn)用上存在以下幾個(gè)方面的問題。

1)指導(dǎo)策略具有滯后性。當(dāng)各種信息經(jīng)過上報(bào)、分析、決策，水電運(yùn)用策略傳達(dá)給值班調(diào)度員處時(shí)，水庫的情況可能已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化[2]，此時(shí)新的策略已來不及補(bǔ)充傳達(dá)給值班調(diào)度員。

2)主力水電廠的調(diào)節(jié)性能變化大。以重慶電網(wǎng)為例，裝機(jī)175萬kW的烏江彭水水電廠，其設(shè)計(jì)為季調(diào)節(jié)水庫，但由于烏江上游來水的不確定性以及貴州烏江梯調(diào)對(duì)于流域運(yùn)用考慮的不同[3-4]，其實(shí)際調(diào)節(jié)能力只能達(dá)到周調(diào)節(jié)水平，一兩天的發(fā)電策略延時(shí)(比如周末)都可能對(duì)其調(diào)節(jié)性能產(chǎn)生較大影響。

3)各網(wǎng)省都存在著電廠太多，只能抓大放小的情況。對(duì)于小水電的調(diào)節(jié)運(yùn)用不夠，一是不利于組織小電廠靈活參與網(wǎng)內(nèi)調(diào)功，二是會(huì)影響小水電的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[5-7]。

為此，應(yīng)當(dāng)在制定好水庫發(fā)電運(yùn)用計(jì)劃后，需要在調(diào)度執(zhí)行環(huán)節(jié)加入水電調(diào)度實(shí)時(shí)發(fā)電策略，策略的計(jì)算和執(zhí)行需要水新和調(diào)度兩個(gè)部門密切配合。

2 實(shí)時(shí)發(fā)電策略設(shè)計(jì)

2.1 策略選擇分析

在水庫運(yùn)用中，3條控制線非常關(guān)鍵，分別是非汛期的水庫正常高水位線，汛期到來時(shí)的防洪限制水位線[8]，以及死水位線。根據(jù)這3個(gè)水位，我們可以計(jì)算出，從正常高水位(汛期用防洪限制水位)到死水位的調(diào)節(jié)庫容量[9]。用調(diào)節(jié)庫容量和水輪機(jī)組的單機(jī)過水量，可以計(jì)算出該水庫滿發(fā)狀態(tài)下可以運(yùn)用的天數(shù)(類似火電廠的可發(fā)天數(shù)計(jì)算)，即

(1)

式中：D為水庫滿發(fā)可用天數(shù)；V為調(diào)節(jié)庫容量；Qn為水電廠n#水輪機(jī)過水量；i為水輪機(jī)臺(tái)數(shù)。

D值對(duì)一個(gè)水電廠來說是固定值，其值可以代表水庫在時(shí)間上的調(diào)節(jié)能力。實(shí)際運(yùn)用中，我們可以用當(dāng)前水位將D值改進(jìn)為更細(xì)致兩部分，一部分表示當(dāng)前水位下，電廠滿發(fā)到死水位天數(shù)DD，另一部分表示當(dāng)前水位下，在凈入庫情況下泄洪可能天數(shù)DO，即

(2)

(3)

式中：Vnow為當(dāng)前調(diào)節(jié)庫實(shí)時(shí)容量；RC為凈入庫流量；為當(dāng)水庫來水不足時(shí)，Rc為負(fù)數(shù)，造成DO為負(fù)數(shù)，表示當(dāng)前沒有泄洪風(fēng)險(xiǎn)。

Rc=Rnow-Onow

(4)

式中：Rc為凈入庫流量；Rnow為當(dāng)前實(shí)時(shí)入庫流量；Onow為當(dāng)前實(shí)時(shí)出庫流量。

實(shí)際工程中，由于水庫大壩的形制各異，水庫長度形狀造成水庫消落不平衡，這使得我們采用水位，即庫容的對(duì)照經(jīng)驗(yàn)公式來對(duì)當(dāng)前水位對(duì)應(yīng)的庫容量進(jìn)行計(jì)算。在以往，隨著水庫的淤積，測(cè)量和實(shí)際的偏差會(huì)發(fā)生較大的變化[10]?，F(xiàn)在，我們可以很方便地利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出庫流量和水位降變化，糾正經(jīng)驗(yàn)公式誤差[11]。

影響凈入庫流量Rc的因素除當(dāng)前出庫流量Onow(包含生態(tài)、通航流量的考慮)外，當(dāng)前入庫流量Rnow也是需要注意的問題。一些徑流式電廠使用具有24 h周期性，直接采用實(shí)時(shí)流量計(jì)算，計(jì)算上會(huì)造成較大的誤差，宜采用前一天的24 h 15 min積分平均值，根據(jù)第二天當(dāng)前時(shí)間之前的積分值，進(jìn)行平移計(jì)算。這樣，能夠使綜合入庫值RC更加準(zhǔn)確，即

(5)

式中：Ri為前一日各15 min點(diǎn)入庫流量；Rj為當(dāng)日第n個(gè)15 min點(diǎn)前各點(diǎn)入庫流量。該公式運(yùn)用于徑流式水電廠來水流量計(jì)算。其他周調(diào)節(jié)、月調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)水庫可以在該公式基礎(chǔ)上乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行測(cè)算。

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可以通過實(shí)時(shí)滾動(dòng)計(jì)算系數(shù)偏差進(jìn)行修正。

通過以上公式得到的滿發(fā)可用天數(shù)DD和預(yù)計(jì)泄洪天數(shù)DO，可以為水調(diào)專業(yè)人員和值班調(diào)度員提供最直觀的兩個(gè)參數(shù)。由于各個(gè)電廠庫容和水情的不同，為了便于橫向比較，可將其轉(zhuǎn)換為兩個(gè)系數(shù)值，稱為下裕度Fd和上裕度Fu，公式為

(6)

(7)

2.2 策略的展示

得出的下裕度Fd和上裕度Fu值，可以在策略模塊后臺(tái)單獨(dú)或結(jié)合其他數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算。在策略展示上，為了對(duì)網(wǎng)內(nèi)所有電廠進(jìn)行展示，宜采用直觀的方式進(jìn)行。即以一矩形橫軸表示水庫DD+DO，在當(dāng)前水位下分別給出上下裕度，如圖1所示。該圖示應(yīng)能根據(jù)顯示數(shù)值進(jìn)行排序。

圖1 水電上下裕度設(shè)計(jì)

3 策略模塊設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)該模塊運(yùn)行在重慶市調(diào)分布式?jīng)Q策支持系統(tǒng)(DDSS)，總體上包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)圖表展示、報(bào)表生成和發(fā)送5大功能模塊。

從HDS水情系統(tǒng)中采集當(dāng)前的水位和出庫入庫流量情況，以及原始的儲(chǔ)能值數(shù)據(jù)。從智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，即D5000平臺(tái)采集電廠的負(fù)荷電量數(shù)據(jù)。從DDSS數(shù)據(jù)系統(tǒng)上讀取水電廠上報(bào)的水情和其他相關(guān)分析數(shù)據(jù)。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)于遠(yuǎn)程人員Web報(bào)送和手機(jī)短信報(bào)送的情況，因?yàn)檫@兩種情況屬于人工手工操作完成，錯(cuò)誤率較高，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)前置校驗(yàn)程序，將輸入進(jìn)來的數(shù)據(jù)在第一時(shí)間進(jìn)行一次校驗(yàn)，初步判斷數(shù)據(jù)的合理性。如果超出合理性范圍，將不予采納入庫，并及時(shí)給予提示，報(bào)送操作人員收到提示后，可以檢查修改后再次提交。

搜集的各種數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中以臨時(shí)數(shù)據(jù)暫存，進(jìn)入數(shù)據(jù)校驗(yàn)部分進(jìn)行校驗(yàn)。系統(tǒng)從水情系統(tǒng)、D5000平臺(tái)以及水電廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行報(bào)送，各系統(tǒng)可能存在缺數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)以及需要進(jìn)行修正的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)進(jìn)入DDSS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行比較判斷，篩選出可靠數(shù)據(jù)作為最終采納的有效數(shù)據(jù)。此外，對(duì)于多個(gè)數(shù)據(jù)，還要按照某個(gè)設(shè)定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行最終的采納認(rèn)定。同時(shí)對(duì)于校驗(yàn)不通過的數(shù)據(jù)，需要給予提示，通過人工干預(yù)和修正，提高報(bào)送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率。

相比以往的數(shù)據(jù)，水電發(fā)電決策模塊對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求更高，不再采取以往每日定時(shí)機(jī)器輔助人工的方式，而是全部由服務(wù)器進(jìn)行計(jì)算和容錯(cuò)處理。

校驗(yàn)過的數(shù)據(jù)在水電策略模塊進(jìn)行界面展示，各界面采用B/S方式進(jìn)行展示和交互。

借助DDSS數(shù)據(jù)系統(tǒng)先期非常成熟的報(bào)表生成和報(bào)送模塊。水情決策模塊可以生成水電生產(chǎn)報(bào)表提供給調(diào)度專業(yè)人員分析使用。生成報(bào)表種類包括Excel、PowerPoint、Word、國家電網(wǎng)E文件、純文本短信信息等，且報(bào)表內(nèi)容格式又時(shí)常有變化，為了適應(yīng)各種靈活多變的需求，設(shè)計(jì)采用依靠模板生成的方式。先制作好需要生成的文件模板，其中需要填寫數(shù)據(jù)的位置放置特殊的代碼符號(hào)，生成程序載入模板后解析模板內(nèi)容，根據(jù)模板中的特殊代碼符號(hào)，去數(shù)據(jù)庫查詢和統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，再將查詢和統(tǒng)計(jì)到的數(shù)據(jù)替換對(duì)應(yīng)的代碼符號(hào)，最終寫入磁盤完成報(bào)表生成。

以上各個(gè)模塊先后完成了整個(gè)業(yè)務(wù)流程，環(huán)環(huán)相扣，缺一不可，界面展示和報(bào)表生成發(fā)送依賴于數(shù)據(jù)校驗(yàn)入庫，數(shù)據(jù)校驗(yàn)依賴于數(shù)據(jù)采集。采用DDSS系統(tǒng)內(nèi)成熟的任務(wù)流的設(shè)計(jì)，依次層層觸發(fā)，最終完成業(yè)務(wù)流程。

3.2 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

界面設(shè)計(jì)采用Java平臺(tái)的CenterView及FusionCharts等圖形控件支撐，保證圖表分析能夠清晰易讀，能夠?yàn)闆Q策提供支撐。在水電運(yùn)行到上下限和紅區(qū)時(shí)，輔以短信告警和聲音提示。

界面設(shè)計(jì)后應(yīng)用在了建設(shè)中的重慶市調(diào)協(xié)同監(jiān)控平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了清晰、簡潔的水電調(diào)度策略展示(見圖2和圖3)。

圖2 水電實(shí)時(shí)發(fā)電策略實(shí)際應(yīng)用在市調(diào)監(jiān)控大屏系統(tǒng)上整體效果

圖3 水電實(shí)時(shí)發(fā)電策略在市調(diào)協(xié)同監(jiān)控小屏上的分級(jí)優(yōu)先展示

4 結(jié)論與展望

4.1 運(yùn)行效益案例說明

2018年重慶網(wǎng)內(nèi)統(tǒng)調(diào)水電借助于滿發(fā)可用天數(shù)與預(yù)計(jì)泄洪天數(shù)兩個(gè)參數(shù)值的展示，在水情與調(diào)度人員的緊密配合下，滾動(dòng)調(diào)整調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)內(nèi)水電的優(yōu)化運(yùn)行。2018年網(wǎng)內(nèi)水電水能利用提高率為7.59%，節(jié)水增發(fā)電量4.76億kW·h。

案例(見表1)：2017年10月12日，重慶境內(nèi)各流域突發(fā)大規(guī)模降雨，各水庫來水增大，水位均有所抬升。時(shí)值秋季，電網(wǎng)負(fù)荷下降，水電發(fā)電空間有限，如何確定全網(wǎng)統(tǒng)調(diào)25座水電發(fā)電優(yōu)先順序，最大化減少棄水是調(diào)度人員需要面臨的實(shí)際問題。系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)時(shí)各水庫水位及入庫流量、當(dāng)前發(fā)電流量自動(dòng)計(jì)算各水庫上下裕度，將發(fā)電策略整合至自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)策略中，調(diào)減了當(dāng)時(shí)盡管調(diào)節(jié)性能差，但因集雨面積在貴州境內(nèi)來水較平穩(wěn)的彭水、銀盤、金家壩、江口等電站；調(diào)增了盡管調(diào)節(jié)性能達(dá)到年調(diào)節(jié)，但處于重慶境內(nèi)暴雨區(qū)的蓋下壩、冉家壩、藤子溝等電站。這實(shí)現(xiàn)了當(dāng)日全網(wǎng)0調(diào)峰棄水的成績，與日前發(fā)電計(jì)劃提供的計(jì)劃曲線相比，增發(fā)水電電量520萬kW·h，成效顯著。

表1 2017-10-12網(wǎng)內(nèi)各調(diào)節(jié)水庫綜合發(fā)電系數(shù)計(jì)算

4.2 展望

水電廠的科學(xué)調(diào)度是我國南方特別是西南地區(qū)今后很長時(shí)間的重中之重。傳統(tǒng)的調(diào)度模式已經(jīng)很難顧及眾多的安全和運(yùn)行限制。目前各種新預(yù)報(bào)規(guī)劃方法開始涌現(xiàn)[12]，本文利用現(xiàn)有的水情數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，同時(shí)輔以直觀友好的界面輔助決策。這將為水調(diào)專業(yè)人員和調(diào)度員提供強(qiáng)大的工具，使水情控制從日前滯后分析轉(zhuǎn)向?qū)崟r(shí)分析調(diào)度的新階段。同時(shí)，能夠?yàn)樗妳⑴c電網(wǎng)調(diào)功和多發(fā)電，乃至區(qū)域電網(wǎng)的水火電協(xié)調(diào)調(diào)度發(fā)揮作用。