馮雁敏,陳守峰,張雪源

(1.東北電力科學(xué)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110006;2.東北電網(wǎng)有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110180)

水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分,進(jìn)行與水庫(kù)運(yùn)行有關(guān)的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、調(diào)度和管理,是確保水庫(kù)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的技術(shù)支撐。系統(tǒng)依靠先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集、通信傳輸和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等技術(shù),及時(shí)準(zhǔn)確地獲取水文、氣象、水庫(kù)、電力等運(yùn)行信息,應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)學(xué)優(yōu)化理論進(jìn)行在線水文預(yù)報(bào)、優(yōu)化調(diào)度和水務(wù)計(jì)算管理等,提供包括防洪、發(fā)電、航運(yùn)、灌溉、供水在內(nèi)的優(yōu)化調(diào)度決策方案,實(shí)現(xiàn)水電廠和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、經(jīng)濟(jì)化[1-7]。目前,網(wǎng)省級(jí)以上水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信及數(shù)據(jù)服務(wù)、專業(yè)應(yīng)用都能無(wú)縫地集成在一起,人機(jī)界面的應(yīng)用基本滿足用戶功能需求,但高級(jí)應(yīng)用功能的實(shí)施普遍有一定差距,只有完善高級(jí)應(yīng)用功能才能更好地發(fā)揮水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的作用,以實(shí)現(xiàn)水能資源的高效利用。

東北電網(wǎng)水電裝機(jī)容量不足全網(wǎng)總裝機(jī)容量的10%,隨著風(fēng)電的迅速發(fā)展,電網(wǎng)調(diào)峰矛盾日益突出,水電在電網(wǎng)中的作用和任務(wù)越來(lái)越重[8]。東北電網(wǎng)水電站群之間由于存在著復(fù)雜的水力、電力聯(lián)系以及受諸多不確定因素和非線性約束條件的影響,其優(yōu)化調(diào)度是一個(gè)復(fù)雜的非線性、非凸的優(yōu)化問(wèn)題。

水電能源優(yōu)化調(diào)度關(guān)系到電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,是水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)中不可或缺的決策支持。建設(shè)完善水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)可提高東北電網(wǎng)水電整體質(zhì)量和效率,可充分發(fā)揮水電調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用及防洪、灌溉等多種作用,實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行及節(jié)能增效。

1 東北電網(wǎng)直調(diào)水電廠聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行

1.1 直調(diào)水電廠概況

東北電網(wǎng)直調(diào)水電廠包括白山、豐滿、云峰等13個(gè)水電站,跨流域分布在松江河、第二松花江、鴨綠江和嫩江等流域,構(gòu)成串并聯(lián)混合梯級(jí)水電站群,水庫(kù)、電站類型多樣,水力、水流連接復(fù)雜,時(shí)、空、水、電耦合關(guān)系復(fù)雜,各電站特性參數(shù)見表1。

表1 東北電網(wǎng)直調(diào)水電廠特性參數(shù)

1.2 水電站群聯(lián)合運(yùn)行的必要性

a. 滿足安全防洪度汛的要求

流域降雨在時(shí)間和地區(qū)分布上存在著差異,利用各水庫(kù)調(diào)節(jié)性能的不同,通過(guò)水庫(kù)之間的削峰、錯(cuò)峰可提高流域梯級(jí)整體的防洪能力。

b. 實(shí)現(xiàn)發(fā)電效益最大化的需要

梯級(jí)電站間有緊密的水力、電力聯(lián)系,各電站發(fā)電效益受上、下游電站的影響。電站群聯(lián)合運(yùn)行可進(jìn)行全流域負(fù)荷的二次分配,可使龍頭水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用得到更充分發(fā)揮,從流域整體水能利用率最大化角度出發(fā),合理分配各梯級(jí)負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)發(fā)電效益的最大化。

1.3 關(guān)鍵問(wèn)題探討

東北電網(wǎng)直調(diào)水電廠聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度是很有特點(diǎn)而又非常復(fù)雜的,應(yīng)做具體研究。

a. 常規(guī)機(jī)組與抽水蓄能機(jī)組并存。白山抽水蓄能機(jī)組的投運(yùn),相當(dāng)于參與了上下庫(kù)間的流量調(diào)節(jié),使優(yōu)化調(diào)度模型的描述與求解變得更為困難,但混合式抽水蓄能電站有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),在供水期蓄能機(jī)組抽水時(shí)可提高上庫(kù)水位和發(fā)電水頭,在蓄水期只作發(fā)電運(yùn)行,以補(bǔ)償裝機(jī)不足,減少棄水,可獲取比單一式抽水蓄能電站更大的效益。應(yīng)開展混合式抽水蓄能電站在梯級(jí)電站中優(yōu)化調(diào)度相關(guān)研究,實(shí)現(xiàn)梯級(jí)電站效益最大化。

b. 水流、水力連接復(fù)雜。由于松山水庫(kù)跨支流引水和白山抽蓄機(jī)組的存在,使水流系統(tǒng)出現(xiàn)分流與回流,且下游水庫(kù)回水會(huì)影響上游電站的發(fā)電水頭,當(dāng)上下游電站的距離很短時(shí)這種影響尤為明顯。主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:①當(dāng)電站擔(dān)負(fù)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)時(shí),其出力和流量變化較大,以致在下游形成水位、流速急劇變動(dòng)的不穩(wěn)定水流,這將引起發(fā)電水頭的變化,影響電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)開展計(jì)及下游不穩(wěn)定流影響的電站日最優(yōu)運(yùn)行模型和求解方法的研究;②梯級(jí)電站水流時(shí)滯影響梯級(jí)電站運(yùn)行的水量平衡和最優(yōu)化運(yùn)行原則,應(yīng)開展考慮水流流達(dá)時(shí)間影響的梯級(jí)電站最優(yōu)運(yùn)行原則及計(jì)算方法的研究;③對(duì)于日調(diào)節(jié)水電站,水庫(kù)面積小,水頭低,用水量變化對(duì)庫(kù)水位變動(dòng)影響明顯時(shí),將對(duì)電站水頭產(chǎn)生不容忽略的作用,需要在制定最優(yōu)運(yùn)行方式時(shí)予以考慮,應(yīng)開展計(jì)及庫(kù)水位影響的水電站群日最優(yōu)運(yùn)行研究。

c. 涉及跨國(guó)利益。一個(gè)水電站中既有中國(guó)的機(jī)組又有國(guó)外 (朝鮮)的發(fā)電機(jī)組,這在我國(guó)目前也僅在東北電網(wǎng)中存在。如何均衡兩國(guó)之間的利益關(guān)系,使水電站的效益最大化是一個(gè)很值得研究的課題。

2 水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)總體構(gòu)架

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)是集信息采集、水文預(yù)報(bào)、水庫(kù)調(diào)度、會(huì)商查詢?yōu)橐惑w的水庫(kù)調(diào)度作業(yè)系統(tǒng),應(yīng)由水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集監(jiān)視處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)組成。

a. 水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)

水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)應(yīng)用通信、遙測(cè)及計(jì)算機(jī)技術(shù),完成流域內(nèi)降雨量、水位、流量等參數(shù)的實(shí)時(shí)收集和處理,為防洪、供水、發(fā)電等優(yōu)化調(diào)度提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持,以實(shí)現(xiàn)流域水資源優(yōu)化配置。

b. 數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集是指水情、氣象、機(jī)組、電站、水庫(kù)及電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視主要監(jiān)視與水庫(kù)調(diào)度有關(guān)的雨水情、機(jī)組發(fā)電、閘門泄流等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理是指對(duì)采集的各類水文、機(jī)電、氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算及存儲(chǔ)。

c. 數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、調(diào)用等,提供各種通用的數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)分為實(shí)時(shí)庫(kù)與數(shù)據(jù)中心兩大類,前者負(fù)責(zé)存儲(chǔ)各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),后者負(fù)責(zé)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理包括數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)庫(kù)備份、用戶管理等。

d. 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)責(zé)各種水調(diào)信息的傳輸,各種數(shù)據(jù)通過(guò)該系統(tǒng)向上、向下傳遞并在整個(gè)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)中共享與交互。監(jiān)控或調(diào)度信息往往實(shí)時(shí)性要求較高,應(yīng)建設(shè)高速數(shù)據(jù)總線以滿足數(shù)據(jù)監(jiān)控、導(dǎo)入導(dǎo)出、決策分析的需求,高速數(shù)據(jù)總線貫穿水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、決策支持系統(tǒng)及應(yīng)用服務(wù)平臺(tái),提供統(tǒng)一的縱向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)源支持。

e. 高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)

高級(jí)應(yīng)用泛指利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算獲得梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度所需的數(shù)據(jù)或調(diào)度等方案的應(yīng)用。主要包括水務(wù)計(jì)算、實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)、調(diào)洪演算、中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)、防洪優(yōu)化調(diào)度、發(fā)電優(yōu)化調(diào)度、水情特征值統(tǒng)計(jì)分析等。

f. 應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)

應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)是系統(tǒng)最終的信息界面,各種類型的應(yīng)用服務(wù)均可在此進(jìn)行結(jié)果展示與信息互動(dòng)。如會(huì)商查詢、防汛決策指揮、培訓(xùn)仿真、調(diào)度值班日志、信息報(bào)警、Web發(fā)布、信息查詢、業(yè)務(wù)報(bào)表、遠(yuǎn)程查詢及診斷、人機(jī)界面編輯等。

2.2 信息流程與處理

圖1 信息流程結(jié)構(gòu)

水情測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)是水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸后,匯總至數(shù)據(jù)中心,對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理,而歷史數(shù)據(jù)則由數(shù)據(jù)中心分析存儲(chǔ)。各種數(shù)據(jù)服務(wù)匯總至決策支持系統(tǒng)后,由功能模塊對(duì)各種信息進(jìn)行分析處理,形成平臺(tái)需求的最終信息結(jié)果,并以多種客戶端表現(xiàn)形式展現(xiàn)給用戶,并通過(guò)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)與網(wǎng)調(diào)、梯調(diào)、上級(jí)防汛單位等外聯(lián)部門進(jìn)行信息交互。水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)信息流程與處理結(jié)構(gòu)見圖1。

3 高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)

3.1 建設(shè)內(nèi)容

水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)水能高效利用的重要技術(shù)手段,不僅要有理論先進(jìn)、具有實(shí)用性和可操作性的技術(shù)支持體系,還必須建立在一定的設(shè)備裝備基礎(chǔ)上,要有先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)等。系統(tǒng)應(yīng)包括以下功能:①雨、水情分析;②水文預(yù)報(bào);③洪水預(yù)報(bào)調(diào)度;④發(fā)電調(diào)度;⑤負(fù)荷預(yù)測(cè);⑥效益考核與風(fēng)險(xiǎn)分析。

3.1.1 雨、水情分析

雨、水情分析提供流域雨水情數(shù)據(jù)的顯示分析資料。包括水位過(guò)程線、雨量柱狀圖、流量過(guò)程線、暴雨等值線圖、雨洪對(duì)應(yīng)圖、運(yùn)行綜合圖、水位對(duì)比過(guò)程線、水庫(kù)調(diào)度圖等模塊。

3.1.2 水文預(yù)報(bào)

水文預(yù)報(bào)是在掌握流域水文、氣象信息基礎(chǔ)上,對(duì)未來(lái)水情變化進(jìn)行的預(yù)測(cè)。來(lái)水預(yù)報(bào)功能支持對(duì)前期和實(shí)時(shí)水文氣象要素的分析比對(duì),提供多種數(shù)值預(yù)報(bào)方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)水文要素未來(lái)趨勢(shì)和過(guò)程的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。根據(jù)預(yù)見期的長(zhǎng)短,分為短期實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)、水文預(yù)報(bào)、中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)。水文預(yù)報(bào)為電站優(yōu)化調(diào)度和防洪決策支持提供來(lái)水依據(jù)。

3.1.3 防洪優(yōu)化調(diào)度

防洪優(yōu)化調(diào)度研究水庫(kù)群承擔(dān)其下游共同的防洪任務(wù)時(shí)的洪水調(diào)度方法,并對(duì)各水庫(kù)的蓄洪泄洪次序作出決策。防洪調(diào)度目標(biāo)是在確保各水庫(kù)安全的前提下,實(shí)現(xiàn)最大限度地削減入庫(kù)洪峰,使得本級(jí)以下水庫(kù)入庫(kù)過(guò)程盡可能均勻,并盡量減小棄水,提高水能利用率;在遭遇不可避免的洪水淹沒時(shí),使總淹沒損失盡可能減少。防洪調(diào)度應(yīng)具有單庫(kù)、梯級(jí)常規(guī)調(diào)度功能及梯級(jí)防洪優(yōu)化調(diào)度會(huì)商功能,以更好地滿足水庫(kù)群防洪優(yōu)化調(diào)度需要。

3.1.4 發(fā)電調(diào)度

發(fā)電調(diào)度是根據(jù)水庫(kù)入流過(guò)程和綜合利用要求,考慮水輪機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)特性、電站的動(dòng)力特性,制定電站及其水庫(kù)最優(yōu)運(yùn)行方式,以實(shí)現(xiàn)效益最大化。發(fā)電調(diào)度可分為以下幾類。

a. 廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本任務(wù)是根據(jù)機(jī)組及電站的動(dòng)力特性,在滿足負(fù)荷或總耗水量情況下,確定廠內(nèi)工作機(jī)組的最優(yōu)臺(tái)數(shù)、組合及啟停次序,并將負(fù)荷 (或流量)在機(jī)組間實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分配,以獲得盡可能大的經(jīng)濟(jì)效益。常用的優(yōu)化準(zhǔn)則為當(dāng)水電站負(fù)荷給定時(shí)要求耗水 (能)量最小,或可耗水量一定時(shí)力求發(fā)電量最大。

b. 短期優(yōu)化調(diào)度

短期優(yōu)化調(diào)度是將1天 (或1周)內(nèi)的來(lái)水按用水部門的需水過(guò)程進(jìn)行徑流的重新分配。短期優(yōu)化運(yùn)行優(yōu)化準(zhǔn)則分為2類:一是水電系統(tǒng)總耗水(能)量最小,或系統(tǒng)在計(jì)算期末總蓄能量最大,或讓等值火電發(fā)電量 (發(fā)電費(fèi)用)最小,當(dāng)已知日負(fù)荷計(jì)劃時(shí),優(yōu)化有調(diào)節(jié)性能水電站的用水量,使得在控制期內(nèi)水電站群耗水 (能)量或發(fā)電費(fèi)用最少;二是發(fā)電量 (效益)最大準(zhǔn)則,即已知水電站群各水庫(kù)的初始水位和控制期內(nèi)的用水量,根據(jù)有調(diào)節(jié)性能水電站的可動(dòng)用水量?jī)?yōu)化各水電站的出力過(guò)程,以使電站群的總發(fā)電量 (效益)最大。

c. 中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度

水電站中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度是研究水庫(kù)在較長(zhǎng)的時(shí)期 (季、年及多年)內(nèi)的最優(yōu)運(yùn)行方式的制定和實(shí)施等問(wèn)題,主要是通過(guò)建立水庫(kù)調(diào)度過(guò)程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。按徑流描述方法分為確定性模型和隨機(jī)模型;按目標(biāo)的選定情況分類分為單目標(biāo)最優(yōu)和多目標(biāo)最優(yōu)。

d. 水火電聯(lián)合調(diào)度

電力系統(tǒng)的變動(dòng)負(fù)荷及調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)一般由水電和火電共同承擔(dān)。水電通過(guò)2條途徑減少燃料費(fèi)用:通過(guò)增加發(fā)電量,而使火電減少發(fā)電量,以降低其燃料費(fèi)用;通過(guò)承擔(dān)變動(dòng)負(fù)荷,改善火電站運(yùn)行條件,降低煤耗率,以減少其燃料費(fèi)。這是相互矛盾的2條途徑,即水電站承擔(dān)變動(dòng)負(fù)荷越大,其調(diào)節(jié)損失越大,發(fā)電量越小,相反,水電站的日負(fù)荷曲線越平緩,則發(fā)電量越大。水火聯(lián)調(diào)實(shí)質(zhì)是在各水電站和等效火電站間的負(fù)荷最優(yōu)分配問(wèn)題,即如何最好地協(xié)調(diào)解決好相互矛盾的各種作用,以使電力系統(tǒng)總的費(fèi)用支出最小。

e. 水務(wù)報(bào)表

水務(wù)報(bào)表進(jìn)行與水庫(kù)調(diào)度有關(guān)的水務(wù)報(bào)表計(jì)算。包括出入庫(kù)流量計(jì)算、水庫(kù)調(diào)度日?qǐng)?bào)表、旬(周)報(bào)表、月報(bào)表及年報(bào)表計(jì)算、智能報(bào)表等。表格格式可以固定,也可以自由組合。計(jì)算指標(biāo)包括庫(kù)水位、尾水位、水頭、庫(kù)容、機(jī)組出力、出庫(kù)流量、發(fā)電量、降雨量等。水務(wù)計(jì)算程序由水務(wù)計(jì)算配置程序、水務(wù)計(jì)算編輯程序、算法文件、計(jì)算函數(shù)等構(gòu)成。

3.1.5 負(fù)荷預(yù)測(cè)

負(fù)荷預(yù)測(cè)是電網(wǎng)運(yùn)行計(jì)劃和發(fā)展規(guī)劃編制的前提,是電網(wǎng)運(yùn)行控制和管理決策的基礎(chǔ)。目前,常用的預(yù)測(cè)方法有時(shí)間序列分析法、混沌預(yù)測(cè)法、專家系統(tǒng)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法及小波神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)法等。負(fù)荷預(yù)測(cè)的主要指標(biāo)是準(zhǔn)確度,但影響電網(wǎng)負(fù)荷變化的因素眾多,很難用一種數(shù)學(xué)模型將各種影響因素及其規(guī)律進(jìn)行有效歸納,其精度受到很大限制。因此,根據(jù)影響因素和負(fù)荷變化規(guī)律的不同分別建立不同的模型,使模型能夠比較好地適應(yīng)因素改變,從而保持模型有較高的預(yù)測(cè)精確度。

3.1.6 效益考核及風(fēng)險(xiǎn)分析

水電能源優(yōu)化調(diào)度效益考核是對(duì)水電運(yùn)行及調(diào)度的效益進(jìn)行分析、考核和評(píng)價(jià),可從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),提高未來(lái)運(yùn)行與調(diào)度的水平。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)計(jì)算模型應(yīng)遵循相應(yīng)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。水電站運(yùn)行存在許多不可預(yù)見因素,會(huì)對(duì)水庫(kù)調(diào)度帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn),包括:來(lái)水風(fēng)險(xiǎn)、決策放水風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)電效益風(fēng)險(xiǎn)。而來(lái)水風(fēng)險(xiǎn)起決定性作用。風(fēng)險(xiǎn)決策分析的目的就是采用相關(guān)方法對(duì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的各種可能的誤差進(jìn)行分析和評(píng)估,找出風(fēng)險(xiǎn)效益匹配或風(fēng)險(xiǎn)偏好最合適的決策方案。

3.2 各功能之間聯(lián)系

這幾個(gè)問(wèn)題緊密相連,一種運(yùn)行方式的合理制定與其他運(yùn)行方式的制定密切相關(guān)。水文預(yù)報(bào)和負(fù)荷預(yù)測(cè)是水庫(kù)調(diào)度和決策的基礎(chǔ)。短期水文預(yù)報(bào)用于實(shí)時(shí)發(fā)電計(jì)劃、防洪和水文限制;中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)主要用于發(fā)電計(jì)劃、多年水庫(kù)管理、水庫(kù)群多年水量平衡。廠內(nèi)運(yùn)行方式所研究問(wèn)題局限于廠內(nèi),短期、長(zhǎng)期運(yùn)行方式均屬于廠間運(yùn)行方式問(wèn)題。短期運(yùn)行方式的特點(diǎn)是已知日用水量或已知日負(fù)荷曲線。長(zhǎng)期運(yùn)行方式的特點(diǎn)為未來(lái)徑流來(lái)水未知,采用隨機(jī)過(guò)程描述,許多因素都帶有隨機(jī)性和不確定性。

在研究水電站最優(yōu)運(yùn)行方式的基本資料及所滿足的原則和條件時(shí),須從廠內(nèi)問(wèn)題開始,在解決廠內(nèi)最優(yōu)運(yùn)行方式問(wèn)題的基礎(chǔ)上,得到水電站優(yōu)化動(dòng)力特性曲線,進(jìn)而研究短期運(yùn)行問(wèn)題,得到的水電站時(shí)段 (短期)平均動(dòng)力特性曲線,最后研究解決長(zhǎng)期最優(yōu)運(yùn)行問(wèn)題。在實(shí)際編制運(yùn)行方案時(shí),則應(yīng)首先制定長(zhǎng)期最優(yōu)運(yùn)行方式,以確定水電站短期日用水量,再制定短期最優(yōu)運(yùn)行方式,將日用水量(或日發(fā)電量)最優(yōu)地分配到各瞬時(shí),以確定各瞬間的電站負(fù)荷,最后制定廠內(nèi)最優(yōu)運(yùn)行方式,以確定最優(yōu)的開機(jī)臺(tái)數(shù)、開機(jī)次序及機(jī)組間負(fù)荷最優(yōu)分配。水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用中各種運(yùn)行方式的關(guān)系如圖2所示。

4 水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)業(yè)務(wù)實(shí)施流程

圖2 高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)中各種功能間的關(guān)系

水庫(kù)調(diào)度業(yè)務(wù)流程最初從氣象預(yù)報(bào)工作開始,專業(yè)氣象臺(tái)需做出短期 (1～3天)和中期 (周、旬)天氣預(yù)報(bào),水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)利用已建成的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)系統(tǒng),對(duì)水情、雨情、氣象等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集和分析,逐日進(jìn)行水務(wù)綜合管理、滾動(dòng)進(jìn)行水文預(yù)報(bào)和水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度等,提供滿足防洪、發(fā)電及其他綜合利用要求的水庫(kù)調(diào)度決策,支持單個(gè)水電站和水電站群的經(jīng)濟(jì)調(diào)度,負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與上、下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)通信,并接收上級(jí)防汛部門調(diào)度指令。

發(fā)電調(diào)度優(yōu)化基本上是 “以水定電”的過(guò)程,即在一定的調(diào)度時(shí)間內(nèi)給定水庫(kù)庫(kù)容期初或期末的狀態(tài),根據(jù)水庫(kù)來(lái)水情況及其他約束條件,選擇調(diào)度期內(nèi)用水策略,使發(fā)電運(yùn)行全過(guò)程達(dá)到最優(yōu),其具體步驟是:首先,從水情系統(tǒng)讀取給定的用水量,然后結(jié)合前幾日實(shí)際發(fā)電曲線和電網(wǎng)負(fù)荷曲線,以使目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)為目標(biāo),滿足全部約束條件,對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化迭代,得到水電站群的發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程線,經(jīng)過(guò)技術(shù)人員修正,上報(bào)網(wǎng)調(diào);在收到網(wǎng)調(diào)下達(dá)的發(fā)電調(diào)度計(jì)劃后,如果滿足約束條件,再根據(jù) “以電定水”的原則,分析負(fù)荷曲線;如果滿足全部安全約束條件,以耗水量、耗能量或耗煤量最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化分配,制定出分解的發(fā)電調(diào)度計(jì)劃,下發(fā)到各廠執(zhí)行。同時(shí),進(jìn)行下一輪的優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃計(jì)算,從而形成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化和修正,盡可能提高流域水能利用效率,實(shí)現(xiàn)流域梯級(jí)各水電站發(fā)電機(jī)組的聯(lián)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)業(yè)務(wù)實(shí)施流程見圖3。

5 建議

水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)和完善已成為建設(shè)智能電網(wǎng)的重要部分,水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)不僅是提高水庫(kù)調(diào)度工作水平的需要,也是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要,建議以后做好以下工作。

a. 加強(qiáng)高級(jí)應(yīng)用功能的研究和開發(fā)工作。目前,水調(diào)系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用功能還不夠健全,與電網(wǎng)運(yùn)行和電力市場(chǎng)的發(fā)展要求有一定的差距,應(yīng)結(jié)合水調(diào)工作實(shí)際加緊研發(fā)智能化的高級(jí)應(yīng)用軟件,使水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用功能更加實(shí)用。

b. 加強(qiáng)水文預(yù)報(bào)技術(shù)的研究。提高預(yù)報(bào)精度和延長(zhǎng)預(yù)見期是水電廠、電網(wǎng)生產(chǎn)調(diào)度的需要,應(yīng)特別加強(qiáng)中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)技術(shù)的研究,力爭(zhēng)在預(yù)報(bào)模型和方法上取得較大突破,以適應(yīng)智能電網(wǎng)發(fā)展對(duì)水文預(yù)報(bào)工作的要求。

c. 加強(qiáng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的管理。應(yīng)做好水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的安全工作,系統(tǒng)安全是水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。水情測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)是水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)直接信息來(lái)源,其準(zhǔn)確程度直接影響水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行水平,應(yīng)做好水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的維護(hù)和管理工作,從源頭和根本上提高水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平,確保其安全、可靠運(yùn)行。

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