CN104636992B - 一种基于水位控制系数的水电厂水库优化调度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于水位控制系数的水电厂水库优化调度控制方法，方法包括：Step1，采集历史运行水位数据和水库调度图数据，并计算水电厂水库第j月的月度水位控制系数目标值Ks目标；Step2，采集该水电厂水库第j月的实际运行平均水位数据Sj，根据公式来计算水库第j月的水位控制系数实际值Ks实际，式中，S0为死水位，S1为正常高水位；Step3，将月度水位控制系数实际值Ks实际与月度水位控制系数目标值Ks目标进行比较，判断水库优化调度效果；Step4，根据水库优化调度效果对水电厂的优化调度进行控制。本发明能够对水电厂水库进行科学合理、适用广泛、简便易用的优化调度控制。

Description

一种基于水位控制系数的水电厂水库优化调度控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于水位控制系数的水电厂水库优化调度控制方法，属于水电优化调度控制技术领域。
背景技术
水电厂的优化调度，实质上就是在发电水量相同的情况下通过各种措施多发电量，或者是在发电量相同的情况下设法少消耗水量。众所周知，水电机组发电量计算公式为E＝9.81QHη，式中E为发电量、Q为发电水量、H为发电水头、η为发电机组效率，当水电厂建成投产后η可看作常数，在E一定的情况下，H越大则Q越小。也就是说通过增大发电水头，就能够减小发电耗水率，少耗水、多发电，达到水电优化调度的目标。但是，发电水头等于水库水位减去坝下水位，坝下水位变幅小可看作定值，发电水头越高就意味着水库水位越高、弃水风险就越大，当流域发生洪水、机组故障不能发电等情况下就容易导致开闸泄洪，损失大量的水能资源。由此可见，库水位的控制是水电厂优化调度控制的最关键因素，需要在优化调度和弃水风险之间找到平衡点，在一年中汛期、枯期各时段将水位控制在合适的范围，就能充分体现水电优化调度控制水平。
对于水电优化调度，一般采用的调度控制指标有综合出力系数、弃水期负荷率、水库考核水位、水电厂蓄能曲线、水能利用提高率等指标，有的企业对水电调度运行的控制指标多达60多个，根据评价结果来对优化调度控制进行相应调整，但由于涉及参数多、公式复杂，因此过程冗长、应用繁琐，可操作性差。但如果简化参数与计算公式，其准确程度、适用范围都会明显受到限制，目前还没有一种科学合理、简便易用的利用水库水位控制来对优化调度进行控制的方法。国内各发电集团所辖水电厂装机规模大小、流域水文特性、水库调节性能、电网安全约束、电力市场条件等各方面千差万别，目前还没有一种适用广泛的指标用于不同水电厂优化调度控制的横向及纵向对标。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于水位控制系数的水电厂水库优化调度控制方法，能够对水电厂水库进行科学合理、适用广泛、简便易用的优化调度控制。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：引入水位控制系数概念进行水电厂水库的优化调度控制，确定将其作为水电优化调度水平评价考核的关键指标。水位控制系数为本发明首创，是指水库实际运行水位在死水位以上的高度占水位允许最大变幅的比例，既表征水库的蓄满程度、又反映发电水头的高低。水位控制系数为无量纲，为使用方便，扩大10倍变为0～10之间的数值，计算公式为式中，S0为死水位，S1为正常高水位，Sy为运行水位。
一种基于水位控制系数的水电厂水库优化调度控制方法，包括以下步骤：
Step1，采集历史运行水位数据和水库调度图数据，并计算水电厂水库第j月的月度水位控制系数目标值Ks目标；
Step2，采集该水电厂水库第j月的实际运行平均水位数据Sj，根据公式来计算水库第j月的水位控制系数实际值Ks实际，式中，S0为死水位，S1为正常高水位；
Step3，将月度水位控制系数实际值Ks实际与月度水位控制系数目标值Ks目标进行比较，判断水库优化调度效果；
Step4，根据水库优化调度效果对水电厂的优化调度进行控制。
前述的基于水位控制系数的水电厂水库优化调度控制方法中，所述步骤Step1具体包括：
Step1-1，采集近10年的运行水位数据，计算水库第j月近10年运行水位的月度平均值Sj1，代入公式计算得出对应的水位控制系数值Ks1；
Step1-2，调取水库的水库调度图正常工作区中心线对应的第j月的月度运行水位Sj2，代入公式计算得出对应的水位控制系数值Ks2；
Step1-3，将Ks1和Ks2进行算术平均，即得水电厂水库第j月的月度水位控制系数目标值Ks目标。
前述的基于水位控制系数的水电厂水库优化调度控制方法中，将月度水位控制系数实际值与月度水位控制系数目标值进行比较，若月度水位控制系数实际值不小于月度水位控制系数目标值，则说明水电厂水库优化调度控制效果良好；若月度水位控制系数实际值小于月度水位控制系数目标值，则说明水电厂水库优化调度控制效果差，采取抬高水库水位措施，直至月度水位控制系数实际值达到月度水位控制系数目标值以上。
与其它技术相比，本发明提出水位控制系数的概念，使水库优化调度工作的目标更简单、更清晰、更直观，它的提出和应用能够对水电厂水库进行科学合理、适用广泛、简便易用的优化调度控制，将大大提高水电厂水库优化调度控制的水平。主要体现在以下方面：
(1)由于水位控制系数能简单、直观地显示水库蓄满程度，将不同类型水库的蓄满程度转化为无量纲相对值，使不同类型水库的水位控制情况能够进行横向或纵向的对比，有利于同行间的交流和先进经验的推广，容易被业外人士了解和认可，从而赢得广泛支持，有利于水库优化调度控制工作的开展，将大大提高我国水电厂优化调度水平。
(2)水位控制系数侧重于水电运行的过程控制，进一步强化了目标与过程并重的管控。根据水电优化调度的差异化，避免了各水电企业片面追求当年发电量而造成运行水位过低的行为，为水电产业的长期整体优化运营提供了有力保障。
(3)水位控制系数的运用和水库优化调度工作的开展，可以提高水能利用率，从而有效增加我国水电的发电量，增加清洁能源供应，减少化石能源消耗，必将为改善环境做出巨大贡献。
(4)使水电厂水库优化调度考核指标清晰具体，由于它对水电厂经济效益的重大影响，将大大提高管理者的重视程度，促进水电厂经营管理水平不断提高。
(5)经实践检验，水位控制系数能够准确地评价、有效地指导水电站的优化调度控制工作，使水库的平均运行水位明显提高，优化调度效益显著。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程图；
图2是某水电厂2012年和2013年月度水位控制系数变化曲线图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例：一种基于水位控制系数的水电厂水库优化调度控制方法，所述水位控制系数Ks是指水库实际运行水位在死水位以上的高度占水位允许最大变幅的比例，表征水库的蓄满程度、反映发电水头的大小，体现水电厂水位控制水平的高低；公式为式中，S0为死水位，S1为正常高水位，Sy为运行水位，Ks为无量纲指标，为使用方便，扩大10倍变为0～10之间的数值。适用于不同水文特性及不同调节性能水库的水位控制水平的横向、纵向比较。如图1所示，包括以下步骤：
一、计算水位控制系数目标值
收集水电厂水库设计参数正常高水位S1、死水位S0。采集水库近10年的运行水位数据，计算水库第j月近10年平均运行水位(月度平均运行水位为月内每天8:00水库运行水位的算术平均值)Sj1，代入公式计算得出对应的水位控制系数值Ks1；调取水库的水库调度图正常工作区中心线对应的第j月的月度运行水位Sj2，代入公式计算得出对应的水位控制系数值Ks2；将Ks1和Ks2进行算术平均(各项权重相同)，即得到历史运行情况与设计要求相结合的水电厂水库第j月的水位控制系数目标值Ks目标。
二、计算月度水位控制系数实际值
采集水库第j月每天8:00的实际运行水位数据进行算术平均(各项权重相同)得到该月平均水位Sj，根据公式来计算水库第j月的水位控制系数实际值Ks实际，式中，S0为死水位，S1为正常高水位。
三、判断水电厂水库优化调度效果
将月度水位控制系数实际值Ks实际与月度水位控制系数目标值Ks目标进行比较，并分别对水电厂月度水位控制系数、水电厂年度水位控制系数进行检测量化评分，用于水电厂优化调度工作的量化评价，督促、指导水电厂提高水库优化调度水平。
1、比较月度水位控制系数实际值与目标值的大小
将月度水位控制系数实际值Ks实际与月度水位控制系数目标值Ks目标进行比较，若月度水位控制系数实际值不小于月度水位控制系数目标值，则说明水电厂水库优化调度控制效果良好；若月度水位控制系数实际值小于月度水位控制系数目标值，则说明水电厂水库优化调度控制效果差，采取抬高水库水位措施，直到月度水位控制系数实际值达到月度水位控制系数目标值以上。
2、检测效果评分计算
(1)水电厂月度水位控制系数检测评分
为了避免水位控制系数检测评分为负数，将各水库月度水位控制系数检测评分基本分设为15分。月度水位控制系数实际值比月度水位控制系数目标值每高0.6加1分，最多加3分；反之亦然，最多减3分。加减分是以0.6为梯度的一个带，而不是一条线，只要在此梯度内控制水位则不影响评分，这样就保障了水电调度运行的灵活性。计算公式如下：
式中15为基本分，τj为水库第j月的月度水位控制系数检测评分，Ks实际为水库第j月的月度水位控制系数实际值；Ks目标为水库第j月的月度水位控制系数目标值，ROUNDDOWN为往绝对值减小方向取整的函数。
(2)水电厂年度水位控制系数检测评分
为了水电厂在汛期减少弃水量、枯期降低耗水率，在水库水位控制上通过设定不同的权重系数相应地体现“汛期侧重水量利用、枯期侧重降低水耗”的差异化，故在计算水电厂年度水位控制系数检测评分时，枯期权重系数为1.5、汛期权重系数为0.5，全年各月的水位控制系数检测评分加权平均结果为年度水位控制系数检测评分。计算公式如下：
式中δ为水库的年度水位控制系数检测评分，枯期(上年11、12及当年1、2、3、4月)权重系数为1.5，汛期(当年5、6、7、8、9、10月)权重系数为0.5。
四、优化调度控制
通过本实例所述方法得到的水位控制系数可以很直观明了地进行横向对标和纵向对标。
(1)横向对标
与火电厂不同，每个水电厂都有其鲜明的特点，装机、库容、坝高、天然来水、调节性能、所处电网等，水库优化调度控制横向对标难度较大。由于水位控制系数是一个相对于本水库可调节水位范围的指标，从原理上避开了不同类型水库无法对比的问题，只要使用水位控制系数就能进行不同水电厂水库之间水位控制的横向对标。
(2)纵向对标
水电厂的水位控制应遵循优化调度的原则，但由于每年的来水不同，水位控制结果会有较大差异，由于水位控制系数与流域来水的无关性，能够用于同一水电厂在时间序列上进行水位控制系数的纵向对标，并通过对不同结果所产生的原因进行分析比较，寻找改善的策略，从而提高水位控制水平。
计算得到的水电厂月度水位控制系数、水电厂年度水位控制系数，用于不同水电厂之间进行月度、年度的横向对标，以及同一水电厂多个年份纵向对标，便于找出差距、分析原因、制定对策，不断改进水库运行方式、提高水电厂优化调度水平。
下面是某水电厂纵向对标的实例，目的是要说明水位控制系数应用的方法和意义。
如表1所示为某大型水电厂2012年和2013年有关运行数据。
表1 国内某大型水电厂2012年和2013年有关运行数据
从表1中可以看出：该水电厂2012年入库水量比2013年多了一倍多，分别为48.62和23.35亿立方米，出库水量分别为35.01和37.59亿立方米，发电量分别为11.78和11.15亿千瓦时。在两年来水量差距如此巨大的情况下，发电量和出库水量却保持了基本不变，这一运行结果造成2012年和2013年的耗水率分别为2.97和3.37立方米/千瓦时，2013年的耗水率比2012年高了13.5％，2013年的出库水量如果能保持2012年的耗水率水平，可以发电12.65亿度，将比2013年实际发电量多1.5亿度，按每度电0.3元计算，可增加发电收入约4500万元。
出现上述结果的原因是什么呢？从图2可以看出，该水电厂2012年的月度水位控制系数最大到了7月末的8.45；结合表1，该水电厂发电主要集中在8、9、10、11四个月，而这四个月的水位控制系数基本在6以上。再看2013年，该水电厂的月度水位控制系数最大是6月末的5.06，该水电厂发电主要集中在1、2、7、8、10五个月，而这五个月的水位控制系数基本在3左右。由此可见，该水电厂2012年发电期基本保持了高水位(水位控制系数基本在6以上)运行，2013年发电期基本保持了低水位(水位控制系数基本在3左右)运行。
从表1、图2可以看出：2012年和1013年水库运行的最大差别在于来水较多的6、7月份。特别是7月，是2012年来水最大的月份，而本月该水电厂几乎没怎么发电，一个月把水位控制系数从3.28提高到8.45，从而使其后大发电时期保持了高水位运行。反观2013年，7月来水很少，发电量却是该水电厂全年最多的月份，一个月把水位控制系数从3.42降到了2.29，使其后大发电时期一直在低水位运行。造成2013年的耗水率比2012年高了13.5％的不利结果。
采用本发明所述方法对水电厂优化调度进行控制后，有效提高了水库优化调度效益，详见表2。
表2 2014年某发电集团下属主要水电厂优化调度效益统计表

Claims (1)

1.一种基于水位控制系数的水电厂水库优化调度控制方法，包括以下步骤：
Step1，采集历史运行水位数据和水库调度图数据，并计算水电厂水库第j月的月度水位控制系数目标值Ks目标；
Step2，采集该水电厂水库第j月的实际运行平均水位数据Sj，根据公式来计算水库第j月的水位控制系数实际值Ks实际，式中，S0为死水位，S1为正常高水位；
Step3，将月度水位控制系数实际值Ks实际与月度水位控制系数目标值Ks目标进行比较，判断水库优化调度效果；
Step4，根据水库优化调度效果对水电厂的优化调度进行控制；
其中，所述步骤Step1具体包括：
Step1-1，采集近10年的运行水位数据，计算水库第j月近10年运行水位的月度平均值Sj1，代入公式计算得出对应的水位控制系数值Ks1；
Step1-2，调取水库的水库调度图正常工作区中心线对应的第j月的月度运行水位Sj2，代入公式计算得出对应的水位控制系数值Ks2；
Step1-3，将Ks1和Ks2进行算术平均，即得水库第j月的月度水位控制系数目标值Ks目标；
所述控制方法还包括：将月度水位控制系数实际值与月度水位控制系数目标值进行比较，若月度水位控制系数实际值不小于月度水位控制系数目标值，则说明水电厂水库优化调度控制效果良好；若月度水位控制系数实际值小于月度水位控制系数目标值，则说明水电厂水库优化调度控制效果差，采取抬高水库水位措施，直至月度水位控制系数实际值达到月度水位控制系数目标值以上。
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