对小型水电站运行方法的研讨

对小型水电站运行方法的研讨

郑文辉

郑文辉（河源市龙川县石来口水电站）

摘要:随着经济的发展，我国小型水电站发展迅速，但是其实现优化运行的数量较少。本文笔者通过实例对小型水电站的运行状况进行分析，旨在说明优化调度后，小水电站的经济效益将明显增大。

关键词:小型水电站运行方法存在问题运行实例

引言

小型水电站规模相对较小，技术人才缺乏，不少电站对实施优化运行能产生的经济效益认识不足，在运行中往往凭习惯或经验进行操作，造成发电效益不高、水能资源浪费严重等。水利部的统计数据显示，截至2006年底，全国已建成小型水电站年发电总量1500亿kW·h，若按实施厂内优化运行可使电站发电效益平均提高2%计，则全国每年可增发电量超过30亿kW·h，效益巨大。

1优化运行的方法

1.1按等流量微增率原则实现并列运行的机组负荷优化分配。以3台机组并列运行为例，3台机组的流量微增率曲线见图1。任意等流量微增率(dQ/dN)1平行于N轴，交Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线于a1、b1、c1，对应的出力分别为N1、N2、N3，则N=N1+N2+N3，由N(dQ/dN)1得点d1，同理可得到d2、d3、…dn，用光滑曲线将其连接起来，得到3台并列运行机组的总流量微增率曲线。当电力系统给定负荷N时，由总的流量微增率曲线查出d1点，过d1作水平线分别交Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线于a1、b1、c1，它们的横坐标分别为N优1、N优2、N优3，即为并列运行的3台机组最优负荷分配。

1.2动态规划法实现并列运行的机组间负荷最优分配。动态规划法可解决多阶段多决策过程优化问题。某一水电站有m台并列运行的机组，总负荷为N，已知第i台机组的负荷为Ni(0≤Ni≤Nmaxi，ΣNi=N)，可由其流量特性曲线求得一个耗水量Qi，用Qi=Qi(Pi，Ni)表示(Pi为输入状态变量)，剩余负荷N-Ni应在其余(m-1)台机组间进行分配。若(m-1)台机组对负荷(N-Ni)分配为最优，则耗水量Qm-1为最小，记为Q3m-1。水电站的总耗水量为Q=Qi+Q3m-1，于是便得到动态规划的基本递推关系式Q3i=min[Qi+Q3m-1]，由初始状出发，用迭代法确定其最优解。

2优化运行实例

某水电站的设计装机容量为6万kW。为了最大限度地提高水资源的利用率，加强电站经济管理，优化电站的运行，1999年4月从瑞士苏尔寿公司引进2台新转轮对原重庆水轮机厂生产的3号、4号水轮机进行更新改造，并按等流量微增率原则进行优化调度，2台机组的优化调度结果。

3小水电站经济运行存在的问题

目前我国的AGC(自动发电控制)应用主要基于电网调度，针对水头变化小(即大库容)的电站，根据网上的需要确定其负荷，然后用微增率法在机组间分配负荷，从即定负荷到最小化流量来实现优化运行。从使用的情况来看，由于软件编制的出发点不是基于水轮发电机组运行工况，而是根据数学理论推导而来，在工程实用中就面临很大的实现难题，从而导致有些电站的应用效果不理想。

4实现经济运行的探讨

在实际发电生产中，厂内水轮机组经济运行与电站的来水量有关、运行水头有关、与在一定的水头下带负荷的多少有关、与厂内各机组的合理组合与进行负荷分配有关，以及与各机组的开机顺序和停机顺序有关。下面就这几个方面进行一下探讨。

4.1确定当日的负荷大小在水库流域面积内安装水文测报系统，并通过对预报与实测结果的对比，校正有关参数。简单的方法是根据天气预报、上游电站、泄水设施等引起本站水量的变化、水位变化。并根据水位及库容曲线关系来算出单位时间的入库水量、流量。根据电力系统的调度计划、水库的当时水位或来水量预测等情况，以及运转特性曲线，来综合确定水电站的日负荷计划，并在实际运行中实时的自动给定发电机负荷(微机自动的或人工手用的都是可以行的)。

4.2确定厂内各机组的实际效率，制定开机方案在给定的全厂负荷下，进行运行机组台数和组合的最优化计算，并按最优化原则选择运行机组的台数和机组号，同时实现运行机组间负荷的最优分配。同一水位下，分别开启不同的机组，计算一下同样的负荷各机组的导水叶开度的大小。开度最小的就是效率最高的了。也就是我们的运行员通常说的“××号机省水”。如果再比较一下各机组的空载开度，这时这个说法就是更准确的了。我们也可以将导水叶开度换算成流量，这时就可以计算出其效率了。此时我们也知道了哪台机组是效率最高的。同时也为开机顺序和停机顺序的确定提供了依据。上图2所示，这三台水轮机组虽然型号都一样，但由于制造、安装等原因，它们的效率也不都一样。图中可以看出1号机的空载流量Q01和出力流量Q1，在一定水头下，N1出力时都比2号、3号机要大，所以说1号机用水最多、效率最低，3号机用水最少、效率最高。而2号机则介于两者之间。

根据现场实测的结果开启机组效率高且空载流量最小的机组。在满足负荷要求的情况下，尽量不要开效率低、空载流量大的机组运行。

4.3确定不同水头下合理的开机方案和负荷分配方案当水头一定时，水轮机的出力不同，它的效率也是不同的。我们要做到经济运行就是使得水轮机工作在高效率区。可以人为的控制其工作在高效率区运行。从出力公式:N=9181×Q×H×η，可以看出当出力一定时，水头H和效率η越大，则用水量Q就越小。这就是经济运行，并且经济运行的目的也在于此。在各机组参与生产的过程中要经常的调整负荷分配。不能使负荷一层不变的一直带到底。要根据水头的变化适时调整各机组的负荷，以使水轮机工作在高效率区。在电站最大水头与最小水头之间，取若干个水头(比如每5厘米为一个水头单位)，做出几个水头段的最高效率运行曲线图。也可以不同的负荷为调节单位(比如100kW或200kW)来调节负荷。总的原则是不能使机组离开高效率区运行；分别作出每台机组和多台机组并联运行的优化运行总图，以便确定在不同水头及给定的全厂负荷时投入运行的机组台数、组合方式以及负荷在投入运行机组之间的分配。

4.4不同来水期的优化运行原则丰水期以机组出力最大为运行调节原则。枯水期以高水头(水位)运行，效率最高调节机组出力为原则。

4.5机组间的优化运行根据水电站的日负荷计划或即将面临的负荷预测资料，事先进行机组启、停最优化计算，确定改变运行机组组合的合理性，使机组的启、停按最优化准则进行。开机、停机顺序和加负荷分析。这里以额定出力为3000kW机组、该电站有三台同型号机组，并设其最高效率区在出力为2500kW至2800kW之间的一座电为例说明如下:图3说明了电站根据来水量变化情况，制定的开机顺序和负荷从0至9000KW变化时的最优开机顺序和加负荷情况。

当负荷小于3000kW时先开启3号机，运行在2800kW附近的工况，使机组在高效率区工作；当负荷于大3000kW、小于6000kW时，再开启2号机，总负荷为5500kW，总负荷由两台机平均分配使两机组在总的高效率工况工作；同理当负荷于大6000kW、小于9000kW时，再开启1号机，总负荷为7500kW至9000kW之间，总负荷由三台机平均分配使三台机组在总的高效率工况工作；只有当为了满足负荷要求时，才将各机组运行在3000kW的满出力工况。制定的机停顺序和负荷从9000KW至0变化时的最优停机顺序和减负荷分配。当负荷于大6000kW、小于9000kW时，平均对三台机组减负荷，或将总负荷定为8400kW至7500kW，使三台机组在总的高效率工况工作；当总负荷等于6000kW时，先停1号机，使各机组都带3000kW。当负荷于大3000kW、小于6000kW时，平均对两台机组减负荷，或将总负荷定为5500kW，使两台机组在总的高效率工况工作；当总负荷等于3000kW时，再停2号机，使机3号机组带3000kW负荷运行。当小于3000kW时对3号机减负荷，运行在2800kW附近的工况，使机组在高效率区工作。直至负荷为0时，最后停掉3号机组。

5结束语

以上是根据多年来的一些小水电站的运行管理经验，对一些小型的农村水电站的经济运行是有一定帮助的，所产生的经济效益也是很大的。