小水电集群调度分析与联合调度方法的研究李颉毅

小水电集群调度分析与联合调度方法的研究李颉毅

李颉毅

（德宏供电局电力调度控制中心678400）

摘要：随着大规模的小水电项目的开发和利用，受制于地理、自然、电网规划等各方面影响因素制约，在空间上小水电按照各种因素导向逐渐形成一定的群落，主要还是按照地理流域分布形成具有一定的规模，集群化的小水电运行电力系统，集群化后在小水电发电的随机性累计效应将变得异常突出，现代电网中风电及光伏发电等不确定性电源接入，加剧了电网稳定的不确定性，两者的随机性在数量累计到一定程度后将变得十分明显，给电网安全稳定运行带来威胁。如何既能发挥小电集群化发电优势，又要消除集群化对电网的不利影响是值得思考的问题。由于就地消纳和外送问题造成小水电弃水、窝电问题也始终伴随着电网的发展，投资收益率低下，直接挫伤投资者的信心，这就与小电开发建设的初衷不付，不利于小电生态环境的良性发展，也难以适应充分利用清洁可再生能源发电和节能环保的要求。因此，亟待解决的是调度机构如何对小水电集群发电强化控制及管理，充分发挥小水电集群在地区电网调峰、调压中的作用。

关键词：优化调度；小水电集群；发电预测；集群调控

1.引言

在国家政策的正确引导下，由于小水电工程建设开发自身的优越条件、投资收益的可靠性、资源稀缺性等有利因素，促成了小水电在一定历史时期内规模化的开发和利用。作为国际上公认的清洁可再生能源小水电因其规模小、投资少、见效快、无污染、有效的推动地区经济建设，集群化、规模化的小电入网作为对大电源发电的一种有益的补充。然而，小水电受自身装机规模、运行特性的影响和限制，也存在着诸多的缺陷以及问题，亟待解决，特别是规模化的集群小水电在电网运行方面，将自身缺陷量化累计后，放大作用于接入电网，在电网网架结构薄弱，负荷需求小的中小规模电网中其问题表现的尤为突出。例如小水电在集群化后的一项明显缺陷就是存在量化累计放大了来水发电的不确定性对电网运行和调控的影响，同一梯级流域或同一片区小水电接入电网受到影响主要表现在时间维度和空间维度上。来水富裕时发，小电集中发电上网。此时，可能在电网用电低谷时间段，也就是电网消纳能力最弱的时间段。有功功率、无功功率需求最少，小电发电集中大量上网后，一方面表现是区域电网功率过剩问题，另一方面就是电压过高无功功率过剩的问题。功率过剩可能造成的突出问题就是某些通道断面受阻，造成电网联络断面压极限运行，势必给电网稳定运行造成一定的影响。在通道断面受阻时小水电存在大量弃水、电网窝电情况。小水电群集群发电的这一缺陷无疑放大了电力调度控制管理的技术难度。本文仅在调度运行管理控制方面对小水电运行特性和发电控制进行分析及研究、提出集群化小水电短期联合调度管理控制方法，优化地区电网小水电调度运行管理，最大限度的消弱集群化后小水电发电特性不确定、不稳定问题的集中量化放大问题，防止对电网造成不利影响，解决区域电网就地的供需消纳平衡，减少小水电弃水、电网窝电“卡脖子”等问题。

2.小水电发电时域和空间维度的分析

2.1单一小水电站的分析。小水电站单站装机容量较小，调节性能较弱，容易受到外界不确定性因素，例如降雨、前池堆渣、机组维护不利、截流灌溉等的影响。很难有较为稳定的发电规律，其发电运行往往呈现出强随机性和强波动性。单站在群落中呈现出离散特性，梯级流域内又在时域维度表现集中特性。统计研究表明某一时段内小水电单站发电能力在全部统计小电序列中存在离群情况，与均值偏差较大，表现为离散振荡性。反映出小水电具有较强的随机性与波动性。

2.2时域维度和空间维度小水电的集群分析。小水电电站的库容一般较小，调蓄能力非常有限甚至根本没有调蓄能力，这样的径流式电站往往受气象条件影响较大。在一定的时域维度反映出不同的发电特性，例如一年内对小水电发电特性跟踪研究发现，受降水影响，在降雨丰沛的季节小水电的发电能力较强，集群的调节能力较好。而在枯期小水电的发电能力较差，集群的调节性能也较弱。此外，受到微气象条件的影响，同一时域内不同的区域小水电的发电能力也不尽相同，按地理分布明显存在不同区域在同一时域下发电能力的不同。小电的分布多富集于偏远山区，涉及的流域较少，受各自地形、地貌影响造成区域小水电发电能力在空间维度上表现出明显的差异。然而，区域集群的小水电发电能力在水文气象条件影响下又表现出某种不约而同的相似性。即某一流域或区域内的集群小水电表现出整体性，个体与整体差异较小。

3.通过分析我们在小水电集群化发电调节控制上可以进行优化并加以利用，弱化小电集群发电对电网的影响，发挥小水电集群优势，统一协调并加以控制，发挥集群小水电整体优势。有效的利用空间、时间关系将小水电群落统一协调，发电能力量化后甚至将等同于一个中型或大型水电站。集群化的水电优化调度通过负荷预测及区域、流域联合调度手段可大大发挥小水电的集群优势。

3.1小水电发电能力的预测

大水电预测体系已臻于成熟完整，小水电发电能力预测却尚未形成较为完整的理论及模型方法。不同于大水电预测，小水电中长期发电能力预测面临诸多困难。小水电受到气象、水文、地形、装机等多方面的影响，发电能力的预测呈现出离散非线性的特点，诸多因素交织重叠，加上小水电数量巨大，加大了预测的难度和准确性。本文利用气象信息及水文信息预测建立模型，并结合历史运行规律对地区小电群落按流域区域时域进行划分，对小电发电能力进行预测。首先，结合运行规律将小电按照不同的流域或入网情况进行划分，建立统一的流域预测模型，将不同流域集群小水电分类，收集装机、广域水文及气象信息。将小水电站流量监控、水位监控等信息收集系统纳入调度自动化系统。为流域集群水电的发电能力进行预测，集中进行调控。在小电集中区域建立气象采集系统，收集就近气象站的关键气象信息，或是利用就近的变电站气象观察站设备收集气象信息。为调度端提供小水电发电能力实时监视和短期预测。按照流域电站的发电相似性，可以集中进行发电能力的预测，按照流量信息作为模型参数统一计算某一区域或流域内小水电短期发电能力。除此之外，还可以借助已成功应用并取得良好效果的大小水电回归模型，实现有效利用预先筛选的具有代表小电集群特性的大水电预报值对小水电发电能力进行预报。

3.2小水电集群短期联合调度

结合集群小电的发电特性和电网用电规律。小水电集群联合调度优势在于，首先将小电集群化的优势发挥在区域电网的调峰和调压上，其次是提高区域小水电的整体利用效率。

结合对小水电发电能力的预测和实时水文分析，调度员在满足调度“三公”原则下，结合历史运行规律和历史数据分析，在预先规划的小电群落区域内，按照模型计算出梯级或流域内各小水电的各自合理的发电出力，根据不同的流域调蓄能力从上到下梯级的进行调蓄控制，维持该梯级流域的总体出力稳定并满足电网的用电需求，选择流域内调蓄能力较强的电站参与到关键断面的潮流控制，并在发电入网进行相应的政策优惠和倾斜。例如，在区域内装机较大的电站可使用AGC进行断面控制，其余电站则按照定量进行统一的出力调整。上下游电站在不同的来水情况下投入或退出基准负荷调整，使区域内小电综合出力进行平滑过渡，防止大幅度跃升和跌落。例如为保证高峰时段的用电和小水电消纳，上游电站在预计的时间节点开始维持一定的出力，蓄水。下游电站则因为来水的原因也就将发电出力维持在一定的水平。在用电高峰时段，上游电站按照一定的时间节点开始增加出力，那么下游电站在高峰时段恰好可以在来水充足的情况下增加出力，流域内上下游较为集中小水电集群即可顶峰运行，发挥群落量化优势，短期进行集中联合调度，既能满足电网的用电需求，也能保证减少弃水。

4.结语

小水电的集群调度特性分析代表了小水电优化调度发展方向，为电网经济调度的优化向精益化调度运行管理发展提供了思考方向。通过对多特性小水电群进行区域划分归类，形成具有共性相似的小电集群，应用模糊类聚和回归模型研究成果对小电发电能力进行预测，提高了小水电的发电能力预测水平。通过梯级集群小水电短期联动调度，有效的发挥了小水电的集群优势，有效的支援电网的调峰、调压，控制断面潮流，保证电网稳定运行，提高清洁可再生能源利用效率。

参考文献

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