什么是水电站运行调度?

[拼音]：shuidianzhan yunxing diaodu

[外文]：operation of hydroelectric power station

合理安排水电站的运行方式和水库的水位和水量调度，使水电站及其接入的电网得到最大可能的经济效益。综合利用的水电工程，其水库运行调度需从整个国民经济利益出发。

19世纪末叶水电站多为孤立的，或为某一用途如冶炼、造纸而建造，故其运行方式较单一。20世纪以来，建成一批大型水电站，并以高压输电线联入电网。电网内电源构成多样化，因而出现水火电站联合运行。1960年以来，由于大电网调峰和调相的需要，由于核电发展和石油价格上涨，抽水蓄能电站得到迅速发展。它的运行方式比常规水电站更为复杂。从水电站运行调度的发展过程来看，已从单一电站的发电运行发展到发电、 抽水、 备用以及水库综合利用等多目标运行；从局部电网内少数水电站水库发电调度，发展到大地区联合电网内多座水电站水库群补偿调节。为此必须发展各种实时优化运行的自动化技术，并对水库发电调度实行优化管理。

水电站运行方式的实时优化调度，现需发展各种可靠性高的自动控制、自动调节装置，加强水电站的水情预报以及与外部的通讯联系，发展各种可编程序控制器，以提高水电站的自动化水平、调节品质和安全程度，逐步将优化过的调度命令，全盘自动化地实时付诸执行。西欧、美国、日本几处新建的大型抽水蓄能电站，承担大电网的调频、调峰、调相、备用的多种任务。一天之内机组运行方式频繁变化，同时要求达到很高的调节品质，通过完善各种自动化元件，达到全盘优化运行调度。

1946年法国人P.B.P.马塞提出了水库发电调度的优化概念。其后美国人R.贝尔曼的动态规划理论被广泛运用。随着水文处理技术和计算机应用的发展，在制定优化水库发电调度中，增加了参数──预报入流量 Q，即N=f(z，Q，t)并进行递推计算，求得最优水位Z或最优出力N随时间t的变化过程。在中国湖南柘溪水电站的非汛期优化发电调度中，采用了几种实用的递推计算方法，取得了较好的效果。此外，为了解决多水库发电优化调度，曾研究了多种计算方法如微分动态规划等，以加速计算的收敛。同时在实现水库发电优化调度中，需结合各枢纽的具体情况，在满足一定的约束条件下进行。应按照国民经济效益最大的原则，而不宜局限于追求发电量最大。例如中国黄河上游梯级水库的优化调度，做过许多有益的探索。自1983年实施优化调度以来，按照国民经济效益最大的原则，统筹兼顾发电、灌溉要求，并根据实际径流情况进行实时修正，获得了梯级发电量较设计值增加2～5％和灌溉用水量增加的明显效益。美国大古力水电站及水库，除发电外亦负有灌溉任务，经过优化水库发电调度后，较之运用多年的常规调度图，能增加发电量1％。

通常由电网调度决定，通过通讯系统指挥水电站按基荷运行（即比较稳定连续性地发电），或调峰运行（按负荷变动或间歇性地发电），或调相运行(只发无功功率)，或作电网的备用。对于抽水蓄能电站还需安排作抽水方式运行，以利用电网剩余的电力。通过合理安排电网内各类电站的运行方式，特别是起主导作用的水电站和蓄能电站的运行方式，可以降低全网的生产费用。

水电站的运行方式可按电站的本身特点选定。具有调蓄水库和优良水道参数并靠近电网负荷中心的水电站，都被指定作电网的调峰电站。径流式水电站或缺乏调蓄库容的电站都被指定为基荷电站。按水文情况来选定时，水电站在汛期需按基荷运行，尽量少弃水，到枯水期改为按调峰运行。短期（日）运行方式一般是在已确定的日平均出力 N（或日发电量）下，安排电站的瞬时出力和机组的开停及负荷分配，因而短期运行方式需立足在中、长期水库发电调度的基础上。

运行方式是电网调度的组成部分。它的优化涉及网内各类电站的特性，包括火电站的机、炉特性，水电站机组动力特性，以及输电网损耗特性。目前在电网日调度中对于各类机组的实时出力安排，多采用“等微增率”为准则，并结合电网可靠性方面的要求；对水电站内机组的开停和负荷分配，逐步向全盘自动化方向发展。由于电网负荷是随机变化的，故须进行实时调度，以收到优化的实效。

日运行优化的常用准则是“等微增率”。其含义是在一天内任意时刻，电网内水电站费用微增率妧t与水电站耗水微增率妜t之间的比值，保持为一个常数λ。即：

式中


分别为一天内任意时刻t1，t2…tn（或任意n个电网负荷情况）的网内火电站的费用微增率和水电站的耗水微增率。它们既取决于机组的特性，也随出力而改变。它的检测运算可由控制机组的微处理机来实时完成。但在过去长时期内，是取自机组特性资料库，由人工来调用的。当一天或数天内的λ值确定后，目前已有条件通过一系列自动装置来实现优化日运行方式的实时调度。优化日运行方式的实时调度是水电站自动化中的一项重要内容。随着微型计算机的广泛应用，现在倾向于采用分层分布处理的方式来组成站内的计算机自动控制系统(图1)。

图中属于全厂性的计算机有水文水情计算机、经济调度计算机等。在其基层则有控制各机组的微处理机和控制泄洪闸门的微处理机等。按这种分层分布原则配置的计算机监控系统已在中国富春江水电站实现。其第一期工程除了实现实时监测外，还能够进行实时最优负荷分配的运算。选用了开环控制方式使电站在计算机指导下实现日运行方式的优化。随着各种自动装置和计算机可靠程度的提高，实现全盘自动化的闭环控制将是发展方向。

除发电调度外还需统筹兼顾防洪、灌溉、给水、航运、排沙、防凌等多个部门中一项或几项要求（见水库调度）。发电调度是旨在优化管理水库的蓄泄能力和调节库容。

按照充分利用水库的调蓄作用，最大可能地满足国民经济需要；或以电力系统效益最大为目标，进行水库发电调度的优化。常见的水库发电调度，分别按汛期和非汛期两类水文情况，研究其优化的内容。

（1）汛期水库发电调度需在满足工程安全和上下游防洪的前提下进行。此时电站以基荷运行为主，通过优化调度，力争多发电量，故在洪水期间，按准确预报的基础，实行洪水来前加大发电，汛末适时回蓄。

（2）非汛期水库发电调度一般按已确定的径流制定调度图。图中规定水电站出力N与库水位Z和时间 t两个参变数的关系，即N=f(z，t)。通过一系列径流调节计算，可以拟定出某个年调节水库在一年内各个时段库水位的过程线，称为水库调度图（图2）。

图中的防洪限制水位是由防洪调度决定的。图中所列的几条水位过程线称为调度线。它把调度图划分成几个调度区。当某一时期库水位落在某区时，就应按该区规划的出力N来发电（或放水）。从而实现N=f(z，t)。这种水库调度图在规划设计阶段广泛采用。

水库群发电调度需考虑有关梯级水电站和电网中的各个水电站进行可能的补偿调节，使电网获得最大可能的经济效益。水库群间的补偿调节效益，在设计阶段往往是不可忽视的。随着电网的扩大，不同流域上的水电站水库之间，常有水文补偿效益。另外在有调蓄库容的水电站和大批径流式水电站之间，常有可观的库容补偿效益。（见水库群补偿调节计算）

参考书目

华中工学院主编：《水电站经济运行》，电力工业出版社，北京，1981。张勇传编著：《水电站水库调度》，中国工业出版社，北京，1963。