（北川巴蜀通口河流域电力开发有限责任公司 四川绵阳 621000）
摘要：通口河流域梯级水电站通过企业提质增效、实施人力资源管理整合以后，形成一个电厂管理两个流域梯级水电站的运营管理模式。对于整合后如何有效的实现流域电站水库的优化调度，进一步提高企业整体经济效益及市场竞争力，实现效益最大化，成为了企业与电网调度部门间积极探索并急需解决的首要问题。本文通过几年来通口河流域梯级电站优化调度及运行方式加以探讨分析，提出梯级水电站优化调度运行需解决的一些问题及方法途径，以便能为加快实现流域梯级电站水库优化调度的进程提供参考。
关键词：水电站；水库调度；优化运行
1 概况
通口河水电厂总装机65.0 MW（其中通口电站2×22.5 MW，香水电站2×10.0 MW），两站多年平均发电量3.2亿kW.h。
通口电站位于四川省北川县通口镇上游2.3 km处，左岸属江油市，右岸属北川县，电站距北川新县城约46.0 km，距江油市区约24.0km，是涪江一级支流通口河干流设计规划的七个梯级水电站的第五级。电站于2002年09月动工建设，2004年08月并网发电投入商业运行。通口电站工程由碾压混凝土重力坝、右岸引水系统、地面厂房和升压站等建筑物组成。水库正常蓄水位598.0m，总库容3610.0万m³，调节库容97.0万m³，设计具有日调节性能。
香水电站位于涪江一级支流通口河下游的江油市香水乡境内，距上游通口电站11.6 km，距江油市区23.0 km，是通口河干流设计规划的七个梯级水电站的第六级。电站于1996年11月动工建设，1999年01月两台机组并网发电投入商业运行。香水电站工程由碾压混凝土重力坝、右岸引水系统、地面厂房和升压站等建筑物组成。水库正常蓄水位546.70m，总库容810.0万m³，调节库容84.0万m³，具有日调节性能。
前期两电站由同一公司下分别独立经营的子公司管理，在电站水库调度方面存在互相不适应和不配合的状况，后期企业为提高经济效益，提质增效，实施人力资源管理整合，形成一个电厂管理两个梯级水电站的运营管理模式。
2 优化调度的重要性
水电是电力系统的重要组成部分，一方面水电可在电网中通过承担调峰、调频和事故备用发挥其容量效益，另一方面又替代火电电能发挥其环保效益。这些效益的发挥好坏与水电站及其水库的合理调度方式紧密相关。当系统中的水库群进行联合调度运行时，可获得径流补偿和库容补偿效益，这对提高流域梯级水电站运行的安全可靠性和经济性都是十分有利的。
水库调度是根据水库所承担的水力发电任务的主次和规定的运行原则，凭借水库的调蓄能力，在保证大坝枢纽等水工建筑安全的前提下，对水库的入库流量过程进行调节，确保大坝及下游防洪安全、多发电能，提高综合利用效能的一种控制技术。它是水电站及其水库运行计划的制定和实施的核心问题。水电站及其水库优化调度的目的就是根据水库的入流过程及综合利用要求，采用最优化方法，制定并实现水电站及其水库的最优运行调度方式，以获得尽可能大的运行效益，使水库及其水电站的设备能力得到充分发挥，使水能资源得到充分合理的利用。
通口河水电厂两梯级水电站均有日调节水库，通口站库容为3610.0万m³，香水站库容为810.0万m³，实施两站的优化调度，将会给企业带来巨大的经济效益。同时也为电网调频、调峰，水库防洪度汛，提高电力系统的安全稳定性发挥积极的作用。
3 水库调度的特点
水库调度过程中有自己独特的地方，主要表现在以下方面：
河流水资源的利用通常涉及到防洪、灌溉、通航、渔业养殖、工业用水、生活用水等相关许多社会部门，他们对水资源和水能的利用和保护都有各自的要求，这些要求不可能都能得到满足。在水库的开发和调度过程中，必须从社会整体效益出发，处理好各部门，各方面的矛盾，协调相互的厉害关系，分工协作，进行统一安排。
由于影响水库调度工作的河川径流、网调负荷及各部门的用水信息等都具有很大的随机性，因而，水电站的发电工作必然受到诸多限制，严重时甚至会对水库安全运行造成影响。其中，河川径流的影响尤其显著。首先，不同年份间有丰水年和枯水年之分，年年都有遭遇特大洪水和特枯来水的可能性，其次，即便是相同年份，虽然径流会表现出一定的季节性，但是延迟或提前的季节径流情况时有发生，给水库运行调度工作带来不少困难。再次，短期内（日、月、旬及各时刻）内径流的变化随机性很强，更加难以预测。水电站和水库调度的目的就是要尽量减少各种风险，使其影响损失降至最低，同时获取尽可能大的综合效益，更好的满足电力和其他相关部门的需求。
水电资源凭借其清洁性和可再生性被世界各国纷纷作为最优开发能源，而且水电站一旦建成，其运行成本变化不大，因而在水电站及其水库调度过程中，应该尽可能的多发电，发最合理的电，借以替代其他燃料的损耗，减少环境污染，节约社会成本。
水电站机组和相应的水电工程设备都具有启停迅速、方便快捷的特点，这有利于水电站担任电力系统调峰、调频及事故备用的责任。同时，水电站建设周期长，人类积累了不少防洪度汛、合理调度的先进经验，再加上现代自动化控制手段的应用，这些都给水电站及其水库调度工作带来了机动灵活性。
水库及其电站是电力系统的一个成员，同时它又和社会多个用水、治水部门有千丝万缕的联系，这就决定了其调度运行技术的复杂性。水电站及其水库调节需要人们不仅要掌握工程技术中很多学科的知识，又要懂得自然科学、社会科学相关的知识。这些知识涉及到优化技术、控制理论、数学和计算机技术以及水文生态，工农业、经济管理、机电一体化和通讯等诸多学科和部门，这给人类对水库的进一步开发利用提出了更高的要求。
4 合理优化提高水能利用率
1、合理提高水能利用率途径
水能利用率(%)=[水电站年发电量(千瓦时)*3600]/[水库年来水总量(立方米)*水库设计水头(米)*9.81]
实施途径主要有：（1）充分利用河道天然径流量，减少弃水，在保证水库防洪安全的前提下增加调节库容的流量；（2）充分利用水库的落差减少水头损失；（3）减少机电设备运行过程中的能量损失。
1）通口河水电站为了充分利用河道天然径流量减少弃水，采用天气预报调度法，根据降雨径流预报或者气象台的中短期降雨预报，汛前提前加大出力，降低库区水位，从而增加防洪库容；在汛末或者洪水消退阶段，停止或者减少泄流，抬高机组运行水头，充分利用水库的落差减少水头损失，增加水库蓄水量和供水期发电量。这种方法受天气预报水平和精度的影响较大。
2）采用分期抬高汛限水位办法，减少弃水、充分利用河道的天然径流量的有效措施，起到减少水头损失的效果。通常，水库防汛根据水文气象特征将汛期划分为讯前期、主汛期及讯后期几个阶段，不同的阶段设计不同的汛限水位，逐步将水库水位由主汛期的较低水位抬高至水库正常运行水位，可达到增加蓄满库容的概率。相对于汛限水位不分期，效益明显，但防汛风险有所增加。
2、提高水轮发电机组效率
电站经济运行方式是减少机电设备的能量损失为目标，根据机组的运行特性，优选效率高、耗水率低的机组运行，从而提高水能利用率。因为水轮发电机出力等于9.81乘以流量乘以水头再乘以机组效率，所以在流量不变的情况下要增加水轮发电机的出力只有提高水头和增加效率。为提高水轮机的效率，就要减少水流在过流通道内的能量损失，使水轮机保持无撞击进水和径向出水。电站采用轴流转浆式机组浆叶可调节的优势，优化水轮机导叶和浆叶协联曲线参数，根据库区水位水头的变化及时调整发电机组导叶及浆叶角度，从而提高水轮发电机组运行效率。
5 通过合理调度，提高上网电价
1、峰谷分时电价概述
峰谷分时电价是指根据用户需求和电网在不同时段的实际负荷情况，将每天的时间划分为高峰、平段、低谷三个时段或者高峰、低谷两个时段，对各时段分别制定不同的电价标准，以鼓励用户和发电企业削峰填谷，提高电能资源的利用效率。
实行峰谷分时电价，有利于调动用户削峰填谷和转移用电负荷，降低峰谷时段的负荷差，提高系统设备容量的利用效率和节约能源。对全社会，降低高峰时段负荷，峰谷比减小，有利于减少系统装机容量和电网的建设，从而减少或延缓电力投资，提高社会经济效益；对电网，可以降低电网的投资成本和运行成本，保障电网的安全稳定运行；对电力用户，将会在高峰时段少用电，低谷时段多用电，有利于降低用电成本；对电厂，可以降低由于调峰而增加的调峰成本费用，合理调度水库运行水位。
2、采取积极措施，提高上网电价
通口河水电厂管理的通口水电站执行上网均价政策，即峰、平、谷时段都是统一电价。香水站执行峰枯、峰谷上网电价政策，丰水期电价低于枯水期电价，峰段电价高于谷段电价。为尽量多发高价电量，生产运行过程中应加强与调度和上下游电站的沟通和联系，在来水同样多的情况下尽可能多发高价电量，提高上网平均电价。通过提高水库水位，增加机组运行水头，保证机组出力多发电来提高经济收入，同时要配合香水站调峰的需要，适当拉开电量低高比。在峰水期上游来水较大的情况下，提前向香水站库区注入适当流量，确保两站都能机组满负荷运行。
6 通过优化合理调度，确保安全度汛
1、通口河流域概况
水库控制流域面积为3989平方公里。通口河是涪江右岸一级支流，干流全长186.0km，流域面积4346km，流域地形复杂，高差悬殊，气候差异较大，流域上游及海拔2500m以上地方为冬干寒冷气候区，冬季有降雨和结冰，年降雨量600-900mm左右，流域中下游属热带温润季风气候，终年温暖，雨量充沛，年降雨量在1100mm以上。通口河洪水由暴雨形成，流域中上游地处龙门山暴雨区，暴雨中心多出现在治城一带。洪水的季节变化与暴雨同步，主汛期为6-9月，年最大流量多发生在7、8两月。洪水有陡涨陡落的特点，洪水过程曲线多为单峰型，历时3-5日。
2、水库工程基本情况
通口站水库工程特征表：
7 合理制定发电计划降低生产成本
1、合理制定阶段发电计划
主要是对来水流量的分析。如当预报上游出现一个较大流量、而实际来水量小于预报的流量时，按预报来水量安排运行方式，可能造成水位下降很快，甚至不能保证机组的连续出力，使发电受到影响。相反，如果预报来水量小而实际来水量大时，可能造成水位很快，甚至提闸放水而造成大量弃水。因此，为了充分合理地利用来水流量，并考虑防洪、调水、灌溉、发电之间的协调，尽可能实现优化运行，应根据水情预报系统和对上游下泄流量进行分析、负荷情况、实际水位等因素进行综合分析，对有限的可调库容实行动态调度。根据水库中期来水预报和发电设备情况，科学制定阶段电量计划；通过加强与水调、电调的联系，积极解决好外部影响因素，并努力结合电站自身实际，做到全年少弃水而最大限度利用通口河水资源，为企业创造良好的发电效益。
2、优化阶段电量计划
1）枯水期：由于气候原因，11月至翌年4月为通口河枯水期。电站主要以保持高水头多发峰段电量为主，平段和低谷时段尽量蓄水。
2）丰水期：每年5月至10月为通口河丰水期，也是发电的黄金季节，两站要充分利用这一时节多发电量，为完成全年的发电目标打下坚实的基础。
3、优化厂内经济运行方式，确保运行经济性
4、优化机组运行方式，降低生产成本
由于通口站1#机组在运行中出现了振动、摆度超标、转轮轻度裂纹等问题。在2013年电站委托有关科研单位就机组在不同水头不同负荷情况下进行真机综合测试并更换了转轮。在运行过程中，严格避开振动区运行或尽量减少在振动区域运行时间，延长机组大修周期和使用寿命，降低生产成本，确保机组以较经济状态运行。
5、优化水库调度方式，降低发电耗水率，在服从调度、保证防汛安全的前提下，分时段采用不同的汛期限制水位，尽量保持较高水库运行水位的办法，降低机组发电耗水率，提高发电经济效益。
8 结语
综上所述，实施通口河流域梯级水电站联合优化调度，是增加企业经济效益必不可少的一项重要工作。做好流域梯级电站联合优化调度的研究与探索，需要我们经过长期不懈的努力去总结生产运行经验及优化电站水库调度运行方式去逐步实现。才能充分发挥流域梯级电站优化调度与调节的作用，保证上下游水电站发电机组的安全、稳定、经济运行，打下坚实的基础。
【参考文献】
[1]林洪孝1水资源综合管理理论与实践[M]1北京:中国水利水电出版社,2006
[2]王本德1水库模糊优化调度[M]1大连:大连理工大学出版社,1990
作者简介：陈 军（1977年-），男，四川内江市人，电气工程师，水电自动化检修高级技师，现从事水电厂技术监督及维护、检修工作。
论文作者:陈军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：水库论文; 水电站论文; 电站论文; 机组论文; 梯级论文; 水位论文; 库容论文; 《电力设备》2017年第30期论文;