水库优化调度

水库运用基础知识及优化调度一、了解大坝和水库二、发电影响因素及日常水务计算三、水库调度概述四、水库优化调度研究五、梯级水电站集中控制情况简介水利枢纽建筑物分类•挡水建筑物：拦河坝、拦河闸坝–按建筑材料划分：土坝、堆石坝、砌石坝、砼坝、其它坝型–按坝的机构和受力特点分：重力坝、拱坝、支墩坝–按坝顶过水情况分：溢流坝、非溢流坝•泄水建筑物：溢流坝、溢洪道、深式泄洪道•通航建筑物：船闸、升船机•筏运建筑物：筏道、溜木槽•过鱼建筑物：鱼道、升鱼机•水电建筑物：引水建筑物、主副厂房、尾水建筑物马迹塘溢洪道厂房挡水建筑物混凝土重力拱坝中孔底孔龙羊峡公伯峡挡水建筑物面板堆石坝引水建筑物引水钢管拉西瓦双曲拱坝五强溪船闸混凝土重力坝碗米坡混凝土重力坝溢洪道湖南镇支墩坝长洲船闸船闸的工作原理水轮机分类简介•水轮机分为冲击式和反击式两大类•冲击式利用水流的动能改变做功的水轮机。其转轮敞开置于空气中，利用压力管道末端装设的喷嘴将全部水压力转化为高速射流射向水轮机转轮。按射流冲击水斗的方式不同分为：水斗式、斜击式和双击式。•反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。按转轮区域内水流运动的方向分为：混流式、轴流式、斜流式和贯流式。•四喷嘴冲击式水轮机•轴流式•混流式轴流式混流式•斜流式•贯流式水库的特征水位死水位汛限水位正常高水位校核洪水位防洪高水位调节库容防洪库容死库容正常蓄水位与兴利库容。水库在正常运用情况下,为满足兴利要求在开始供水时应蓄到的水位，称正常蓄水位,又称正常高水位、兴利水位，或设计蓄水位。正常蓄水位至死水位之间的水库容积称为兴利库容,即以调节库容。用以调节径流,提供水库的供水量。死水位与死库容。水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位，称死水位，又称设计低水位。死水位以下的库容称为死库容，也叫垫底库容。死库容的水量除遇到特殊的情况外(如特大干旱年)，它不直接用于调节径流。防洪限制水位与重叠库容。水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位,也是水库在汛期防洪运用时的起调水位，称防洪限制水位。防洪限制水位的拟定，关系到防洪和兴利的结合问题，要兼顾两方面的需要。如汛期内不同时段的洪水特征有明显差别时，可考虑分期采用不同的防洪限制水位。正常蓄水位至防洪限制水位之间的水库容积称为重叠库容,也叫共用库容。此库容在汛期腾空,作为防洪库容或调洪库容的一部分。防洪高水位与防洪库容。水库遇到下游防护对象的设计标准洪水时,在坝前达到的最高水位,称防洪高水位。只有当水库承担下游防洪任务时,才需确定这一水位。防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积称为防洪库容。它用以控制洪水，满足水库下游防护对象的防洪要求。设计洪水位。水库遇到大坝的设计洪水时，在坝前达到的最高水位,称设计洪水位。它是水库在正常运用情况下允许达到的最高洪水位。设计洪水位校核洪水位与调洪库容。水库遇到大坝的校核洪水时,在坝前达到的最高水位，称校核洪水位。它是水库在非常运用情况下，允许临时达到的最高洪水位，是确定大坝顶高及进行大坝安全校核的主要依据。校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积称为调洪库容。它用以拦蓄洪水，在满足水库下游防洪要求的前提下保证大坝安全。校核洪水位以下的水库容积称为总库容。调洪库容总库容水库调节性能•库容调节系数等于本级电站调节库容除以本级水库多年平均年径流量；•日调节水库（发电调节库容系数在1%以下）•旬、月调节水库（发电调节库容系数在3%左右）•季、年调节水库（发电调节库容系数在10%左右）•多年调节水库（发电调节库容系数在30%左右）来水（洪水）频率•重现期是指某量级的洪水在很长时期内平均多少年出现一次的概念。如某一量级的洪水的重现期为百年（俗称百年一遇洪水），是指这个量级的洪水在很长时期内平均每百年出现一次的可能性，但不能理解为每隔百年出现一次。实际情况是这种洪水可能100年内不止出现一次，也可能一次都不出现。•“洪水频率”常以P表示，水文上一般采用0.01％、0.1％、1％、10％、20％来衡量不同量级的洪水。洪水频率越小，表示某一量级以上的洪水出现的机会越少。如，洪水频率为1％，则为百年一遇洪水。来水频率曲线（皮Ⅲ）•现有的水文观测资料一般较短，至多百年左右。在推求千年一遇或万年一遇水文设计值（如千年一遇或万年一遇的洪峰流量）时，必须把频率曲线外延，外延愈远，估计所得的水文设计值的误差愈大。因此，水文频率分析时，尽可能地调查历史上发生过的大洪水，参证审查后加入频率分析。50%10%1%0.1%99%90%PQ洪水洪水三要素：洪峰、洪量、峰现时间对洪水的等级一般划分如下：•重现期在10年以下的洪水，为一般洪水；•重现期10年至20年的洪水，为较大洪水；•重现期20年至50年的洪水，为大洪水；•重现期超过50年的洪水，为特大洪水。一、了解大坝和水库二、发电影响因素及日常水务计算三、水库调度概述四、水库优化调度研究五、梯级水电站集中控制情况简介发电影响因素•水电站：将水的势能转换为电能。N=KQHN-出力K综合出力系数Q-发电流量H-发电水头综合出力系数K•K与水轮机效率，发电机效率及机组传动效率有关。•大型水电站（装机容量大于25万kw），K：8.5•中型水电站（装机容量在2.5万—25万kw），K：8—8.5•小型水电站（装机容量小于2.5万kw），K：6.0—8.0•效率曲线（机组效率-出力-水头形成的一组曲线）机组效率曲线N-H-Q曲线拉西瓦水电站N-H-Q曲线20406080100120140160180200220240260280300320340360380400420120125130135140145150155160165170175180185190195200205210215220225230水头（米）流量（立方米每秒）05万10万15万20万25万30万35万40万45万50万55万60万65万70万出力限制发电水头H•H=Z上-Z下-H损•上游水位Q入-Q出•下游水位f（Q出）.多年调节水库上游水位变幅大，下游水位对水头影响小，低水头电站受下游水位影响较大。•H水头损失f（H,Q）受引水管长度、大小有关、拦污栅压差、毛水头、引用流量等等影响。日常水务计算•计算原理：水量平衡W入-W出=V末-V初（入库水量-出库水量=时段末库容-时段初库容）W出=f（N,H,T,Q弃）V末=f（Z上末）V初=f（Z上初）H=Z上-Z下Q弃=f（Z上,k）水位库容曲线库容水位水库库容随着水库运用，泥沙淤积，逐渐减小。在黄河刘家峡以下水库非常明显，因此运行中要进行排沙，定期测量。泄流曲线上游水位流量底孔中孔表孔（溢洪道）利用泄流曲线、库容曲线、NHQ曲线即可以进行基本的水务计算一、了解大坝和水库二、发电影响因素及日常水务计算三、水库调度概述四、水库优化调度研究五、梯级水电站集中控制情况简介水库调度•水库调度即水库控制运用，是对已建水利水电枢纽合理可靠的控制运用，达到充分发挥防洪、兴利效益的一种技术措施，属于非工程措施。•水库调度的基本任务有如下三项：一是确保大坝安全，并承担水库下游的防洪任务；二是保证满足电力系统正常用电和其他有关部门的正常用水要求；三是在保证各用水部门正常用水的基础上力争尽可能充分利用河流水能多发电，使供电更经济。•水库调度必须遵守的原则是：在确保水电站水库大坝工程安全的前提下，分清发电与防洪及其综合利用任务之间的主次关系，统一调度，使水库综合效益尽可能最大；当大坝工程安全与满足供电、防洪及其他用水要求矛盾时，应首先满足大坝安全要求；当供电的可靠性与经济性矛盾时，应首先满足可靠性要求。水库调度分类•按调度目标：防洪调度、兴利（发电）调度、综合利用调度（灌溉、航运、旅游、调水调沙等等）•按调度周期：长期调度（月）、中期调度（旬）、短期调度（日）、厂内经济运行。•按水库数量：单库调度、水库群调度（并联、串联/梯级、混合）•按调度方式：常规调度、优化调度常规调度保证出力区降低出力区加大出力区死水位汛限水位正常蓄水位防洪高水位死库容兴利库容防洪库容校核洪水位年调节水库调度图按照调度图进行水库控制，仅需要掌握当前水库水位，不考虑来水预报。有可能造成水资源的浪费优化调度•开展水电站水库的优化调度工作，提高水电站及电力系统的经济管理水平，挖掘潜力，几乎在不增加任何额外投资的条件下，便可获得显著的经济效益。欧、美、前苏联等国家的调度资料表明：长期经济运行可增加发电量2.0%-5.5%；短期经济运行可增加发电量1.5%-5.0%；厂内经济运行可增加发电量0.3%-0.5%。四川大学马文光教授研究认为通过梯级水电站联合优化调度可提高流域水资源利用率，增发水电电量2%~7%。•途径：1、提高调度期发电水头；2、充分利用水量；3、减少机组空耗。抬高运行期发电水头848688909294123456789101112138085909510010511011512345678910111260007000800090001000011000123456789101112水库水位过程线发电流量过程线发电量过程线•是否水位越高越好？•1、一味追求高水位，会失去机组负荷优化调整空间。•2、由于来水的不确定性，高水位运行加大了弃水风险。•因此，实际运行中，要留出发电负荷波动区间，同时为防洪留有余地。提高机组发电效率出力效率由于机组效率特性不同，在电网中承担的任务应有所区别。1号类型机组适合带基荷。2号类型机组适合做备用调峰。运行中尽量减少机组空转。12提高机组发电效率•1、合理分配机组负荷。给定李家峡60万负荷。两台机每台30万，耗水率为3.27m3/kwh，若一台40万，一台20万，则耗水率为3.33m3/kwh。•2、及时调整负荷，避免机组在振动区运行。•3、及时开停机，避免过多的空耗。李家峡电站负荷-耗水率曲线（125米水头）0.005.0010.0015.0020.0013579111315171921232527293133353739负荷耗水率充分利用水量•洪水资源化，减少弃水。•1、洪前预泄、拦截洪尾。利用气象、水文预报成果，在洪前，提前加大发电，降低水库水位；洪水末期，及时关闭泄洪闸门，拦截洪尾，减少弃水。•2、汛限水位动态控制。不但可以提高汛期水库运行水位，而且可以减少弃水，提高水量利用率。汛限水位动态控制的条件•根据三峡梯调研究汛限水位动态控制的条件•流域形成梯级水电站群，各梯级防洪库容一定程度上实现共享，共同承担防洪任务，水库防洪压力减轻，汛限水位具备上调的条件。•龙羊峡水库水位很低时（低于汛限水位较多时），其下游水库防洪任务紧需考虑区间来水，防洪压力非常轻，就具备了短期内提高汛限水位的可能。•由于防洪调度由地方防汛部门负责，汛限水位动态控制需要防汛部门审批。目前尚未形成有效机制，且提高汛限水位需要进行大量的研究和论证，在实际操作中存在较大困难。一、了解大坝和水库二、发电影响因素及日常水务计算三、水库调度概述四、水库优化调度研究五、梯级水电站集中控制情况简介梯级水电站优化调度问题描述•研究梯级水电站优化运行方式，从数学模型上讲，水电站是该系统的基本组成单元，所以首先要掌握水电站的综合特性。电站收益由各时段发电量及相应的电价共同决定。•电站基本参数及参数间的关系–出力N=KQH–水位与水头•上游水位•下游水位•水头•入库流量–水流时滞：在短期优化分析中考虑，可根据实际运行数据分析得出–电价：分时电价、丰枯电价–水位与水头•上游水位：上游水位和库容的关系可根据实测的水位库容关系曲线获得•下游水位：不仅与面临时段的下泄流量有关，而且与之前的下泄流量有关。当下游水库对上游水库有回水影响时，下游水位同时与下游水库水位有关。•水头：取时段平均水头进行计算•入库流量：入库流量受上游水库出库流量及区间流量影响，若考虑水流水流过程中的坦化变形，则应加入坦化系数。优化准则的选择•充分利用水电能源产生电能，提高水电系统的经济效益是水电站水库群发电优化调度的总目标。根据水电系统在电力系统中的作用，水电站群