水电站经济运行

水电站经济运行的现状与发展趋势主讲人：马跃先教授水电站经济运行意义现状趋势中国的能源蕴藏量位居世界前列，同时也是世界第二大能源生产国与消费国。2006年各国能源消费结构图（单位：百万吨油当量）1.1能源现状一、水电站经济运行的意义能源以煤炭为主，可再生资源开发利用程度很低。能源消费总量不断增长，能源利用效率较低。能源消费以国内供应为主，环境污染状况加剧，优质能源供应不足。优先发展水电是我国能源发展的重要方针。1.2特点“十一五”规划提出在保护生态基础上有序开发水电意义三峡水电站（2240万千万）坝顶高程185米，蓄水高程175米，水库长600余公里，安装32台单机容量为70万千瓦的水电机组，建成后将成为全世界最大的水力发电站。意义金沙江溪洛渡水电站(1260万千瓦)金沙江溪洛渡水电站位于四川省凉山彝族自治州雷波县同云南省永善县交界的金沙江溪洛渡峡谷，是金沙江下游4级开发的第3级。电站装机容量l260万千瓦，仅次于三峡电站，具有发电、拦沙、防洪和改善下游航运条件等功能。意义白鹤滩水电站（初步设计阶段）（1200万千瓦）白鹤滩水电站位于四川省凉山彝族自治州宁南县同云南省巧家县交界的金沙江峡谷，是金沙江下游(雅砻江口～宜宾)河段4个梯级开发的第二级。总装机容量1200万kW，年发电量515亿kW·h，保证出力355万kW。工程目前正在初步设计阶段，可望2020年前后下游溪洛渡和向家坝水电站投产后开始修建。意义乌东德水电站（处于可行性研究阶段）（870万千瓦）金沙江乌东德水电站是金沙江下游河段梯级开发的第一个梯级电站。装机870万千瓦，保证出力328.4万千瓦，年发电量394.6亿度。计划2007年完成预可行性研究与可行性研究阶段选坝工作；2009年前后完成可行性研究工作。意义向家坝水电站(600万千瓦)向家坝水电站是金沙江梯级开发中的最末一个梯级电站，坝址位于向家坝出口处，左岸是四川省宜宾县，右岸为云南省水富县。向家坝水电站正常蓄水位380米，总库容51.85亿立方米，调节库容9.05亿立方米，为不完全季调节水库。电站总装机容量600万千瓦，多年平均发电量302.72亿千瓦时。意义1.3意义优先发展水电，是我国能源建设的一项重要措施。解决我国能源问题，除积极开发能源外，还必须节能。随着电力体制的改革和市场化的推进,水电走向市场,按照“公平、公正、公开”的原则参与竞价上网,将是水电发展的必然。“厂网分开，竞价上网”的电力市场运营机制的实施，使发电企业成了竞争的主体。在这种新形式下，发电企业只有挖掘一切可以挖掘的潜力，降低运行成本，才能在竞争中处于有利地位。意义水电站经济运行，是从电力系统安全、优质、经济发供电的目标出发，制定水电站的最优运行方式，以一定的水电能源获取水电站最大发电量。开展水电站优化调度工作，充分挖掘水库的潜力、提高水电站水库的运行管理水平，对增加水电站的收入，实现“工程水利”向“资源水利”转变具有重要的现实意义。意义在这种新形势下，开展水电站经济运行工作，提高水电站运行的管理水平，挖掘潜力，对增加水电站的发电效益、确保电网的安全运行有着重要的现实意义，这也是充分利用水能资源的有效措施。中外实践证明：中长期经济运行可增加发电量2.0％～5.5％，短期发电优化调度可增加发电量1.5％～5.0％。意义二、水电站经济运行的发展现状2.1水电站经济运行的内容厂内经济运行水轮机在高效率区运行短期经济运行水库调度长期经济运行径流预报厂内经济运行，也是实时调度（逐小时经济运行），是将相应小时分配到的负荷落实到各台机组，并根据负荷等因素的实际变化，调整各机组符合，进行实时操作控制。短期（周、日）经济运行的主要任务，是将长期经济运行所分配给本时段的输入能在更短时段（日、小时）间合理分配，制定出个电站短期最优运行方式，即确定出短期内电站逐日、逐小时的负荷分配和运行状态。长期经济运行是将较长时期（季、年、多年）内的有限输入能最优分配到较短时段（月、旬、周、日），制定出各电站的长期最优运行方式。现状三者之间的关系三者相互联系、影响、制约为一整体，又相对独立，理论上讲，研究应从先厂内，短期、再长期，而实际研究则次序相反。中长期短期厂内资料输入资料输入现状电力系统中水电站、火电站经济运行方式的研制与实施关系结构图现状现状基荷运行保证质量运行员工持证上岗调峰发电优质上网通讯可靠调令畅通制度健全管理落实工程优质设备可靠优化运行2.2水电站优化运行应具备的条件2.3目前水电站经济运行存在的问题在我国已建成的水电站中，目前实现水电站经济运行功能的比重偏低，一方面，重建轻管的思想依然存在，另一方面也有其技术上的原因。技术原因主要体现在：一是水库调度研究由于径流预报精度问题进展缓慢，导致总体无法投入实际应用。二是没有实测机组流量的仪器，而从模型特性曲线换算出来的机组运行特性曲线与实际情况有出入，影响了计算的精度。三是水电站经济运行主要依赖其实时性，传统的负荷分配等优化算法会出现“维数灾”，难以达到实时性要求。现状四是优化计算为开环计算，当运行条件变化时，计算结果缺乏比较调整。这些都严重制约了水电站经济运行功能的实施。目前对水电站经济优化运行的研究方法不一而同，从等微增率法和动态规划（DP），到现在的遗传算法（GA），以及粒子群优化算法（PSO）、逐步优化算法（POA）、BP神经网络等等，这些方法都有其自身的特点，每一个都不是十分的完美，针对不同类型的水电站，方法的运用也不尽相同，作者也曾对小型水电站提出了“递推优化算法”。现状2.4水电站厂内经济运行水电站厂内经济运行是研究水电站在给定条件下厂内工作机组最优台数、组合及启停次序的确定，机组间负荷的最优分配，即厂内最优运行方式制定和实现的有关问题，实际上也是研究其日内逐时段及瞬时经济运行的问题。概括起来就是：寻求在研究时期（一般为一天）及其中各时段（刻），在已知条件下使所采用的优化准则达到极值的水电站工作机组的最优台数、组合及系统分配的有功负荷和无功负荷在工作机组间的最优分配。现状水电站厂内经济运行的优化准则及负荷分配模型110110min(,)min((,))max(,)max(,)NtitititinTitititititntitititinTititititQQPHWQPHtWPPQHEPQHt空间最优以电定水时间最优空间最优以水定电时间最优现状两种优化运行的数学模式：（1）定流量运行方式的数学模型：目标函数：约束条件：出力约束:流量约束:流量平衡约束:1112221,,,,maxnnnniiiiNNQHNQHNQHNQH0,iiimiNQHN0imiQQ121nniiQQQQQconst现状（2）定负荷运行方式的数学模型：目标函数：约束条件：机组出力约束:机组流量约束:机组出力平衡约束:0imiNN1112221,,,,maxnnnniiiiQQNHQNHQNHQNH0,iiimiQNHQ121nniiNNNNNconst现状2.5水电站短期经济运行最优运行准则：1.国民经济效益最大或国民经济费用最小准则2.梯级水电站发电量最大为最优准则3.在满足网调负荷要求下，以梯级水电站总耗水量最小为最优准则4.以梯级水电站总蓄能量最大为最优准则5.以上游水电站耗水量最少为最优准则现状2.6水电站长期经济运行预报和调度是水电站（群）优化运行方式的核心。准确、可靠的预报信息直接关系和影响着调度决策,它们是调度成功的基础。单库电站长期优化模型:梯级水库群优化调度模型:1maxmaxTttttfAQHM11maxmaxTniititttifAQHM现状三、水库调度3.1水库调度综述单库调度（防洪、供水、发电等调度）梯级和联合调度（多水库、水库群调度）流域统一调度（水库作为流域水资源调度的重要环节参与流域统一管理）生态调度（以满足流域水资源调度和河流生态健康为目标的调度，正在开展相关研究）（调度的最新阶段）现状洪水预报+气象预报模型改进+新的理论、方法（混沌等）计算机技术进步+网络技术模型理论+调度经验+制度智能型决策支持系统多库调度、流域调度、跨流域调度、全国水资源统一调度、生态调度精度、预见期最终目的发展趋势提高效益少人值守无人值守现状BZ死Z正Z设Z校1---防破坏线；2----限制出力线；3---防洪调度线；4---防弃水线。214314BZ786……月3.2常规调度现状(1)A区—保证流量区。实际蓄水位落到此区,水电站按保证流量工作;(2)B区—加大流量区。实际蓄水位落在此区,水电站按加大流量调度线的流量工作;(3)C区—全流量工作区。实际蓄水位落在此区,为减少弃水,水电站应全流量工作;(4)D区—限制流量区。实际蓄水位落到此区,可按降低流量线的流量工作;(5)E区和F区—防洪限制区。实际蓄水位落到此区,表明出现了大洪水,应开启闸门泄洪,可按正常泄量(或安全泄量)下泄。水库调度全图包括五个分区现状3.3水库优化调度◆概念按一定的最优准则，通过建立数学模型，采用优化方法（系统工程），求解水库调度问题。◆优化模型确定性模型：qt为确定过程（实测），确定值随机性模型：为随机过程，期望值隐随机模型：为人工生成系列，确定值◆优化方法传统的数学规划法：线形规划法、混合整数规划法、非线性规划法、网络流规划法、动态规划法、递推优选法、拉格朗日松弛法、等现状现代启发式智能算法：禁忌搜索算法、人工神经网络、模拟退火算法、遗传算法、免疫算法、粒子群算法、蚁群算法、浑沌优化算法，等。◆优化准则(1)国民经济效益最大或费用最小：全面，但少用。(2)电力系统的总耗煤量最小:系统整体准则。(3)水电站发电量最大：缺电系统及一般常用，属局部准则。(4)Nfm或Efm最大，火主水辅的调峰调频电站:属局部准则。现状厂内经济运行长期经济运行短期经济运行三者的有效结合四、水电站经济运行的发展趋势DP(动态规划法)POA(逐步优化法)其它GA(遗传算法)PSO(粒子群优化)科学研究研究方法的综合利用和改进科研人员的任务理论和实践相结合趋势Eg.水库调度趋势运行方法的改进电站人员素质的提高电站管理制度的完善水力机械特性的提高水电政策的完善其它电站的和谐经济运行(3)引进新理论和新技术研究水库优化调度的新模型及新算法。如利用Hopfield网络的自优化功能，通过建立能量函数求解调度模型；水库调度模型求解的遗传算法；在水库长序列模拟调度的基础上，利用人工神经网络（ANN）技术建立水库调度规则等。(4)利用风险分析理论，分析水库调度风险，研究考虑风险的水库调度风险模型结构及求解方式。(5)利用先进的可视化计算机编程语言，引进人工智能技术，建立水库调度决策支持系统及智能决策支持系统。趋势