金牛岭水电工程防洪优化调度运用探讨

金牛岭水电工程防洪优化调度运用探讨

结合金牛岭水电工程的实际情况，对龙头水库的防洪调度原则进行了简单探讨，通过分析对比不同调度方式下梯级水电站的发电效益，简要地制定了水库电站防洪及发电调度的基本运用规则。实际应用表明，该成果可以在确保水库安全度汛的情况下，实现水库电站发电效益的最大化，较好地指导电站的实际运行。

标签：金牛岭水电工程；调度原则；防洪优化调度；运用规则

前言

在中国，有近1/2的地域、1/3的县市、1/4的人口主要靠小水电供电，小水电在我国能源结构中占有非常重要的地位[1]。伴随着我国水电行业发展的不断完善，大型水电工程市场趋于饱和，中小型水电工程开发建设已成为热点。与目前火热的开发建设局面相比，其优化管理调度的运用研究尚不完善，造成水资源的分配不够合理[2]。因此，构建合理的防洪发电调运规则，解决调度管理存在的问题，是充分发挥小水电工程综合效益的关键。

位于河南省栾川县境内的金牛岭水电工程，隶属于伊河流域，工程任务以发电为主，兼顾防洪、旅游、水产养殖等功用。对金牛岭水电工程实施科学管理，进行合理调度，可以“一库多用，一水多用”，实现水资源的合理调配、高效使用。

1 水库调度原则

依据规划设计要求，科学处理防洪与兴利之间的对立关系，合理调配水量，充分发挥水库的综合效益，是水库兴利调度的首要任务。在进行水库兴利调度时，要遵守以下基本调度原则：确保工程安全；妥善处理防洪与兴利的关系，做到统筹兼顾；贯彻“一水多用，梯级联合调度”的基本原则，充分发挥水库调节功能，提高水的重复利用率；兴利调度方式，要满足既定的防洪、兴利任务和要求，根据水库调节性能和兴利各部门用水特点及效益最大的原则制定；非汛期利用水库的调蓄功能，最大限度满足下游各梯级电站流量互相匹配，联合运用；汛期防洪弃水时，充分利用弃水进行发电，提高防洪效益。

防洪调度的任务则是根据规划设计确定的防洪标准及调洪原则，在确保枢纽工程安全可靠运行的前提下，尽量避免或减轻洪水灾害。在进行水库防洪调度时，要遵循“安全第一”的原则，按既定的方案进行调度。

因金牛岭水库是栾川县伊河防洪体系的一部分，应从整个防洪系统着手，运行时充分考虑整个系统内外的水情信息，按照防汛部门的统一部署进行合理调度。

2 优化调度

2.1 单库优化调度

金牛岭水电工程作为伊河梯级开发规划的一部分，其水库调度方式是否合理，直接影响到整个枢纽工程的效益。在对该水库进行合理调度时，可采用常规调度和优化调度[3]两种方式：常规调度，即根据现有的水库常规调度图对水库进行调

度；优化调度，即采用优化算法，使水库达到最优运行的一种调度方法。优化调度能更大程度、更有效地利用水库的调洪蓄水能力，在保证水库合理调度的前提下，获得更大的经济效益。

为分析对比水库优化调度后的效果，需对以上两种调度方式进行对比计算：常规调度是按供水期、蓄水期进行等流量调节，不蓄不供期来多少放多少的方式进行调节，同时需要考虑水电站的装机容量及过水能力的限制，分别对丰水、平水、枯水三个典型年的水能进行计算；优化调度是首先选取丰水、平水、枯水三个典型年设计径流过程，以年发电量最大化为基准目标，综合考虑水库水位、库容及电站最大过水能力、装机容量、水量平衡等约束条件，初步建立数学模型，然后根据书库调度过程的多阶段决策的特点，采用动态规划数学模型对其进行求解。

两种调度方式下的计算结果对比如表1所示。

对表1中的计算结果进行对比可以发现，金牛岭水电工程（装机容量为5000.00kW）优化调度比常规调度多年平均增发电量173.99万度，增发率为12.97%。因此，对金牛岭水库电站进行优化调度，效果显著。

2.2 梯级优化调度

金牛岭水库的调度运用效果直接影响下游水电站的发电效益。对伊河流域的梯级电站实行联合优化调度，统一进行管理，有利于水能资源的高效利用，充分发挥梯级枢纽工程的综合利用效益[4]。

为分析梯级电站联合优化调度的效果，下面分别从金牛岭水电工程联合调度情况下金牛岭水电站发电量的减少及整个梯级水电站发电量的增加两个方面进行计算。

首先选取丰水、平水、枯水三个典型年分别进行梯级水电站的联合优化调度，计算结果见表2。同时列出表1中金牛岭水库单库优化调度的结果以分析年发电量的减少情况。

表2 水电站梯级优化调度与非梯级优化调度计算结果对比表

注：表中电量单位为万度。

由表2中的计算结果可以发现：金牛岭水电工程梯级联合优化调度（装机容量为5000.00kw）相比单库优化调度时，年发电量减少74.09万度，减少率为4.89%。

表3汇总了金牛岭水库梯级电站联合优化调度下的计算结果及梯级电站非联合优化调度下的梯级电站总发电量。

表3 水库梯级电站联合优化调度与梯级非联合优化

调度计算结果对比表

注：表中电量单位为万度。

由表3可以得出：水库梯级电站联合优化调度相比非联合优化调度时，总发电量增加了163.94万度，增发率为2.63%，发电效益优势明显。

3 防洪优化调度运用规则

水库调度图及其相应的调度运用规则是指导水库调运的基本依据，水库调度图的上、下基本调度线是水电站保证出力时，水库运行的边界条件[5]。

通过综合对比分析水库调度图、单库优化调度图及梯级联合优化调度图可知，供水期按电站保证出力运行方式计算，其上、下基本调度线基本重合；蓄水期及不蓄不供期按常规运行方式或优化运行方式计算，其上下调度线有所不同。为充分利用水资源，在确保水库安全渡汛情况下实现水库梯级电站发电效益最大化，建议按梯级调度线指导水库调度。根据水库蓄水的状态、所处的运行区及不同的来水等外在条件，决策水电站运行时按什么出力，再对按水库调度图作出的各种决策进行分析总结，得到如下的调度规则，以便指导水库电站的实际运行。

（1）当水库的实际蓄水位在上、下基本调度线之间的保证出力区时，供水期水电站将按保证出力运行，即水电站出力N=Np。

（2）当水库的实际蓄水位在上基本调度线以上时，供水期水电站将按加大出力运行，即水电站出力N>Np。

（3）当水库的实际蓄水位在下基本调度线以下（即限制出力区）时，供水期水电站将按降低出力运行，即水电站出力N

（4）由于水库库容相对较小，汛期很容易蓄满，因此，可结合天气预报，在保证水库防洪安全的条件下，采用早蓄方案，使电站能在大多数月份处于高水位运行状态。在蓄水期及不蓄不供期，水电站尽量保持高水头运行。

（5）为安全起见，在汛期，水库水位不得超过汛期限制水位；在非汛期，水库水位不得超过正常蓄水位。