流域梯级电站优化发电方案

西溪河流域梯级电站优化发电方案
1梯级电站概况
根据西溪河流域梯级电站开发进度安排，以下为在建和近期陆续投入运行的四个梯级电站概况。

洛古水电站：西溪河流域水电梯级近期开发的龙头水库电站，采用混合式开发。

水库正常蓄水位2043.00m，非汛期校核洪水位2043.00m，相应库容3730 万m3，调节库容2771万m3，具有不完全年调节能力；汛期校核洪水位2041.94m，相应库容3102万m3。

电站装2台55MW水轮发电机组，总装机容量110MW。

该电站开发对大幅增加下游梯级电量和保证出力，改善四川电网水电丰枯出力悬殊，优化电源结构，增强调峰、调频能力具有重要作用。

联补水电站：西溪河干流第二级电站，闸坝引水式开发。

正常蓄水位 1674.00m，相应库容208万m3，调节库容87.8万m3，具有日调节能力。

电站装2台65MW水轮发电机组，总装机容量130MW。

近期（库依电站建设前）保证出力18.81MW，年发电量5.72亿kW・h；远期（库依电站建设后）保证出力46.04MW，年发电量7.28亿kW - h。

地洛水电站：西溪河干流梯级第四级电站，闸坝引水式开发。

开发任务主要为发电，兼顾下游生态环境用水要求。

水库正常蓄水位1217.00m，总库容为 272万m3，调节库容27万m3，具有日调节性能。

电站装机2台47.5MW水轮发电机组，总装机容量95.0MW，多年平均年发电量4.30亿kW・h。

青松水电站：西溪河干流梯级第五级电站，闸坝引水式开发。

水库正常蓄水位897.00m，总库容为251. 0万m3，调节库容16万m3，具有日调节性能。

电站装机
2台50MW水轮发电机组，总装机容量100MW，多年平均年发电量4.53亿kW・h
2目前发电调度方案
西溪河流域水情自动测报系统中优化发电调度功能不完善，西溪河公司与四川省水力发电协会合作开发的西溪河流域梯级电站联合优化调度系统正在研制中。

目前西溪河流域主要采取以下发电调度方案。

与流域所处4个县气象局签订了气象服务协议，由气象局提供中长期、月、旬、日天气预报。

根据天气预报和流域历史水文资料做出流域中长期、月、旬、日径流预报。

根据来水预报及各水库可调水量，以弃水量最小为目标函数，制定发电计划，发电计划兼顾考虑多发高峰电，并由此向省电力调度中心申请负荷。

根据省调下发的流域总负荷曲线，以弃水量最小为目标函数，对流域各站进行负荷分配。

在无弃水情况下，根据各站峰、平、谷电价差，对电价差较大的洛古站尽量安排多发高峰电。

目前流域各站水位-负荷-引用流量关系尚不明确，故目前优化调度做得不够细致。

另天气预报精度不高，造成流域发电优化程度不高。

3新研制的梯级优化调度系统技术方案
3.1系统构架设计
3.1.1系统功能划分原则
（1）多层次的模块化、结构化原则
信息管理、径流预测、中长期和短期优调及厂间分配等子系统与模块之间、模块与子模块之间应保证良好的功能关联性；整个系统应呈现以子系统、模块和子模块为单位的多层次结构。

（2）高聚合、低耦合，影响范围在控制范围之内的原则
各子系统和模块内部要有充分的内在联系，内部功能单一，有较强的独立性。

模块之间、子系统之间的关联应尽量少。

（3）适应系统扩充和便于系统分阶段实施的原则
系统分析、系统设计的核心问题是如何以最简单的程序实现用户的业务处理要求。

系统功能划分应以便于系统分阶段实施、便于程序实现为原则，同时必须充分考虑到系统变化和系统扩充的需要。

3.1.2系统总体结构
该优化调度系统拟按业务的处理功能不同划分系统总体功能结构模式，确定梯级站群优调信息管理、径流情势分析及预测、中长期优调和短期优调等四大子系统和数据录入与存储、预处理、查询等若干功能模块，如图1所示。

西溪河流域梯级电站联合优化调度
图1西溪河流域梯级水电站联合优化调度系统层次结构图
3.1.3系统软硬件平台
（1） 系统软件平台
系统软件平台是启动和支持电子信息技术和产品的基础，本着经济、适 用、高效的原则选择Microsoft 软件平台，软件基于Web 和GIS 技术构建，系统软 件平台主要包括Microsoft Windows 2003、Microsoft SQL Server 2005后台数 据库、Web 服务器IIS6.0、Microsoft Office 、Visual 2005、 ArcGISServer9.3等，软件客户端为基于IE 浏览器和Flash 的富客户端，利用具 有强交互性的富客户端技术来为用户提供一个更高和更全方位的网络体验。

软 件平台配置设计如表1。

（2） 系统硬件平台
系统硬件平台提供安全、可靠、高效以及可管理的网络基础结构，主要考 虑网络上信息组织与应用、系统运作顺畅实时、计算分析高效以及系统安全可 靠。

系统硬件主要包括服务器、计算机等。

硬件平台配置设计如表2所示。

（3） 网络系统
系统通过Internet 网，提供远程用户服务功能，减少信息传递时间，提高 工作效率。

系统计算机之间要成功进行通讯，必须共同遵守一套相同的协议， 拟采用应用广泛的标准TCP/IP 协议。

表1软件平台配置设计 位置
Web 服务器 配置信息 操作系统：Windows2003 Server Enterprise
Edition+ IIS6.0
调度信息管理系统 径流情势分析及预测系统 中长期优化调度系统 短期优化调度系统
.Net框架平台.Net Framework v2.0
系统平台：Windows2003 Server Enterprise 数据库服务器Edition
关系数据库：MS SQL Server2005
系统平台：Windows2003 Server Enterprise GIS服务器Edition
GIS服务器：ArcGISServer9.3
客户机系统平台：Windows XP
浏览器：IE7.0以上版本浏览器表2硬件平台配置设计
位置服务器配置信息
建议采用Pentium IV 2.4GHz以上处理器，4GB以上内存，200GB以上硬盘空间
建议采用Pentium III 800Hz以上处理器，1GB以上内存，80GB以上硬盘空间
PC机
交换机建议具有两个以上千兆端口
3.2基础数据平台建设
梯级水电站联合优化调度为复杂大系统问题，涉及数据信息量大，因素庞杂。

受降水、径流、温度、大坝防洪、泄水与引水系统、发电机组、用电负荷、市场出清价、分时电价等众多自然环境、工程设备及市场因素制约。

因此，要实现及时、准确、快速的收集、整理、统计、分析、管理数据，实时科学调度，建设一个基础数据共享平台则显得十分必要。

该数据平台主要包括：
（1）天气数据（温度、降水）的收集整理、实时查询及对比分析，并为径流预测提供基础数据；
（2）径流资料（年、月、日、洪水）的收集整理、实时查询，并为径流预测与水库优化调度提供基础数据；
（3）工程设备参数收集整理、实时查询，并作为梯级水电站联合优化调度的边界条件。

该子系统拟采用Microsoft Office Access2003或SQL Server构建基础数据库平台。

3.3水文径流情势分析及预测系统
针对西溪河流域实际情况，利用有关水文站现有的历史径流序列，采用定性和定量相结合（即根据天气趋势的定性预报，结合来水频率曲线及典型过程进行预
报）以及过程与总量相结合的方法，建立洛古水电站入库流量、各梯级区间不同时间段来水的预测模型。

主要研究内容：
（1）年径流预测；
（2）月（或旬）径流及其滚动预测；
（3）日流量及其滚动预报；
（4）上下游径流相关分析；
（5）径流预测的计算机实现。

该系统拟采用的主要算法：自回归模型，趋势预测模型，分期平稳自回归模型，季节性自回归模型。

结合西溪河流域水情自动测报系统，采用相关降雨一径流模型。

3.4西溪河流域梯级水电站集中控制调度方案研究
对西溪河流域梯级水电站集中控制调度的必要性和可行性进行分析和论证。

并在此基础上，结合流域梯级水电站远程集控电力生产方式的发展趋势，对西溪
河流域梯级水电站的集中控制调度方案进行研究。

3.5西溪河流域梯级水电站中长期发电优化调度研究
西溪河梯级水电站群中长期优化调度以年为周期，以月、旬、周为调度时段，研究年内各月、旬、周西溪河梯级水库电站的优化运行方式。

主要研究内容：（1）梯级水电站群中长期发电优化调度模型构建及优化调度方案研究。

主要包括优化目标选择、水库电站约束条件处理、优化方法选择等。

优化目标可选全梯级计算期发电量最大、发电收入最大、枯水期保证出力最大等。

联合优化调度还需考虑各电站机组的年度检修计划、送出线路、变电站、开关站的最大工作容量等。

（2）在全面考虑来水趋势、年度检修计划及用电负荷分析预测的基础上，计算梯级水电站群全年发电量并合理分配到年内各月。

（3）梯级水电站群年内逐月滚动实施方案研究：根据中长期径流预测，滚动调整梯级电站调度方案，使余留期效益最大。

（4）梯级联合调度发电效益分析。

（5）梯级电站中长期优化调度软件开发。

该系统拟采用主要数学模型：建立梯级电站发电量最大模型、梯级电站等效发电量最大模型、梯级电站最小出力最大化下发电量最大模型或梯级系统发电收入最大模型。

梯级电站发电收入最大模型构架如下：
目标函数：MaxE = Ma忘T（A -Q -H -M f）k G NN i i ,t i ,t t i,t i=1 t =1
式中，E——电站最大化年发电收益（元）；
M --- 第七时段小时数；
t
L t——第1个电站在第t时段的电价；
其它符号意义同前。

水量平衡约束：七广尚广RQ i「Q i「S i,t V七G T
式中，Ls1—第［个电站第t时段末水库蓄水量（m3/s' M t）；
V ——第1个电站第t时段初水库蓄水量（m3/s,M t）；i ,t
RQ.t——第1个电站第t时段入库流量（m3/s）；
S日——第1个电站第t时段弃水流量（m3 /s）；
其它符号意义同前。

水库蓄水量约束：Vt min J V.t < V it ma V t G T
式中，V——第［个电站第t时段应保证的水库最小蓄水量（m3/s*M t ）；
it ,min
V
*M t ）；
.,t——第1个电站第t时段的水库蓄水量（m3/s
V
* M t，如汛期it,max——第1个电站第t时段允许的水库最大蓄水量（m3/s
防洪限制等）;
其它符号意义同前。

水库下泄流量约束：Q it,min - Q i ,t - Q it,max
S > 0 V t G T
式中，。

.，心——第1个电站第t时段应保证的最小下泄流量（m3 /s）；
Q gax——第[个电站第t时段最大允许下泄流量（m
3 /s）；其它符号意义
同前。

电站出力约束：N . < A「Q.• H < N V t e T
式中，N.min——第1个电站电站允许的最小出力（MW，取决于水轮机的种类与特性）；
N i ,max——第1个电站电站装机容量（MW）；
其它符号意义同前。

非负约束：上述所有变量均为非负变量（> 0）。

3.6西溪河流域梯级水电站群短期发电优化调度研究
3.6.1短期优化调度子系统
短期发电优化调度有汛期和非汛期之分。

当出现洪水时，汛期短期发电优化调度应结合防洪优化调度进行，本次研究暂不考虑防洪优化调度。

短期发电优化调度是以日为周期，以电力市场竞价上网为背景，在由中长期优化调度确定或已知的各水电站水库初、末水位，径流来水已知及检修计划给定的条件下，确定日内96点各水电站发电及水库调度计划。

（1）洛古、联补、地洛、青松四站联合日前交易电量优化研究。

在报价及梯级日拟总发电量给定的条件下，研究日交易电量在四电站96点的最优分配，提出日内四电站联合运行方式。

（2）在日拟发电量给定的前提下，同时优化96点报价和发电量。

（3）重大节假日如春节、五一、国庆节的发电计算方式，输变电线路、设备检修情况下的特殊发电方式计算。

拟采用主要数学模型：在报价及梯级日拟总发电量给定的条件下，研究日交易电量在梯级电厂96点的最优分配，使调度期内梯级电站总的发电收入最大。

目标函数：J = max 空T（A - p - Q - H - M）
i t i ,t i ,t t i=1 t=1
水量平衡约束：V.1= k + （q + g ] ,—Q - S） A t V t e T
水库蓄水量约束：V
it ,min < V < V
i ,t it ,max
V t G T
水库下泄流量约束：Q
it ,min
< Q < Q
i ,t it ,max
V t G T
电站出力约束：N
i ,min
< A i• Q i,t• H i,t < N i,max Vt G T 总用水量约束：3600寸Q < W
i ,t i
t=1
式中，J——梯级电站控制期内发电收入；
Ai——第1个电站综合出力系数；
pt --- 1时段报价；
Qi,t——第1个电站在t时段发电流量（m3s-i）；
H ——第1个电站在t时段平均发电净水头（m）；i,t
T——日内计算总时段（计算时段为日，T=96）；
Mt --- 第七时段小时数（0.25小时）；
V——第1个电站第t时段末水库蓄水量；
i,t+1
V——第［个电站第t时段初水库蓄水量；
i,t
q ——第1个电站第t时段平均入库（区间）流量；
i,t
q T—第i-1个电站第t-T时段平均下泄流量（T为流达时间）；
i-1,t-T
S ——第［个电站在t时段弃水流量；
i,t
V.——第［个电站第t时段应保证的水库最小蓄水量；
i,t,min
V——第［个电站第t时段水库蓄水量；
i,t
V——第［个电站第t时段允许的水库最大蓄水量
i,t,max
Q ——第i个电站第t时段应保证的最小下泄流量；
i,t,min
Q ——第i个电站第t时段允许的最大下泄流量；
i,t,max
N .——第］个电站允许的最小出力；i,min
% max—第i个电站的最大出力限制。

3.6.2西溪河流域梯级电站日负荷厂间分配子系统
电力调度中心以“直调梯级”方式给定梯级水电站日负荷计划，在保证水电系统净出力与水电负荷平衡的情况下，梯级水电站日负荷厂间分配根据流域水情和梯级各电厂的实时情况，按照经济和安全准则，二次分配梯级各水电厂间的负荷计划，优化有调节性能水电厂的用水量，相互补偿调节，满足电网安全、优质运行与可靠供电的要求，达到梯级电站经济运行的目标。

(1)目标函数
梯级电站日负荷分配是在中长期优化调度的基础上，在总发电效益最大化的前提下，考虑梯级日用水量最小为目标。

Min j £Q (t) f dt 0 0 i 式中，门——系数；
Q j(t) ——t时刻i级水库的出库流量。

(2)动力(负荷)平衡约束
1LP = P i,t t
i=1
式中，P it——第]电厂第t时段内的出力；
Pt——系统在第t时段内对梯级总的出力的要求。

(3)水量平衡约束
[Q = q - S + (V - V )/900
1,t1,t1,t1,t-1 1,t
Q = q + Q + S - S + (V - V )/900(t =T , (96)
V Q「2" Q1,t -T + S二t -T m,96 +1「I"：- V2,t)/900( t= L…，T ) …
Q N ,t = q N,t+ Q N-1,t -T +M-1,t-T-% ,t -T + (V N ,t-1-V ,t)/900( t=T，-，96)
Q
N广q N ,t + Q
N-1,t-T
+
M-1,96 +1 -T-M ,96 + t-T +(V N ,t-1 一'^…^
式中，q.——第1个电站第t时段的天然径流量；
Vi,t——第1个电站第t时段的库容。

(4)电站出力约束
P, m. < P t < P, max
式中，P i,tmin' P i,tmax一分别为第i个电站的最小出力和最大出力。

(5)电站水量约束
V . min ' V.如,max ^2®
式中，匕tmin、V itmax——分别为第i个电站的最小库容和最大库容。

3.7梯级水电站群联合优化调度软件研制
(1)流域梯级电站优化调度信息管理子系统软件编制；
（2）水文径流情势分析及预测子系统软件编制；
（3）流域梯级水电站中长期预发电计划优化调度子系统软件编制;
（4）流域梯级水电站短期预发电计划优化调度子系统软件编制；
（5）子系统软件集成与调试。

（6）发电预计划编制系统预留后续的电力营销系统的数据接口。