对于已给定总日负荷曲线的梯级小型水电站群的各水电站进行负荷最优分配 ZD

浅谈对已给定总日负荷曲线的梯级小型水电站群的各水电站制定日最优运行方式

摘要：从总负荷的最优分配和厂内优化方面，探讨提高小水电站经济效益的途径和方法。重视模型的建立和分析。构建计算机程序逻辑处理的过程并结合明星电力股份有限公司旗下的四座小型梯级水电站进行分析说明，为提高电站的经济效益提供可靠地依据。

关键词：总负荷的最优分配 厂内优化 数学模型 计算机程序逻辑处理过程 提高经济效益 问题的提出

根据电网需求制定总的日负荷曲线，但如何合理的制定梯级电站内各个小水电站的日负荷曲线，在满足总的发电负荷的前提下，又能使耗水率最小和储备水能最大，达到提高电站经济效益的目的，是我们研究的重点。

本文主要研究的对象为四川遂宁明星电力股份有限公司旗下的四座小型梯级水电站，上一级电站为日调节水库的过军渡水电站，与之并联并交汇的分别是小白塔水电站和龙凤峡水电站，这两座电站为径流式电站，在这三座小型水电站的交汇处为下一级电站，同样也是日调节水库的三星水电站。在实际运行中由于对各电站的负荷分配没有达到最优化，理论上造成了不同程度的能量损失，为加大能源利用率，提高电站的经济效益，本文主要研究了本梯级电站的最优日运行方式，内容包括：梯级电站间的日负荷优化分配；各级电站的场内经济运行。

梯级电站间日负荷分配的优化准则和方法

优化准则为，在梯级第一级水库的入库流量和两个径流电站的来流量以及一级和二级之间的区间来流量一致的情况下，梯级水电站按照系统给定的总负荷图运行，最优的运行方式为一个日调节周期内耗水量最小的运行方式，即实发电能和水库储存电能最大的运行方式。

由于一二级水库都为日调节水库，经过一个日调节周期，水库储存电能不会产生变化。因此研究产生的附加意义是在满足系统总日负荷图的最有运行状况下且会造成必然弃水的情况下，考虑在满足第二天安全运行的情况下保留合理的弃水，提高库水位。附加意义的实现是在对第二天来水预测准确地基础上。

在完成系统给定日负荷图的基础上，满足每个梯级电站耗水量最小且整个梯级电站的总耗水量最小的情况下，制定梯级水电站定复核运行的数学模型为：

目标函数：

11

min

n m

ij i j Q Q ===∑∑= （1—1）

约束条件：

负荷约束条件 11n

m

ij i j N N const

===∑∑= （1—2）

出力约束条件 max 0ij ij N N ≤≤ （1—3） 流量约束条件

max

0ij ij Q Q ≤≤ （1—4）

式中：Q 为梯级电站的总耗流量：i 为梯级电站编号，i =1,2,3,4···n ；j 为机组编号，

j

=,2,3,4···m ；N 梯级电站承担系统的总负荷；

ij

Q 为第i 级电站第j 台机组的耗水量；

ij

N 为

第i 级电站第j 台机组的出力；max

ij Q 为第i 级电站第j 台机组在当时机组段工作水头最大可

能的过流量，工作水头较高时，受机组的额定容量限制，工作水头较低时，受水轮机过流能

力限制；

max

ij N 为第i 级电站第j 台机组在当时机组段工作水头最大可能的出力，工作水头较

高时，受机组的额定容量限制，工作水头较低时，受水轮机过流能力限制。

由于这四座电站中跟第一级电站并列的两座小型电站为径流式电站，不具有调节能力，所以对他们应特殊处理，对这两座电站在已知来流量和区间来流量的前提下，重新制定数学模型。这两个电站发电量较小且不具有调节能力，发电时需要做的是在来流量一定的情况下多发电，因此数学模型为以水定电模型，即： 目标函数为：

1(,)max

n

i i i i N N Q H ==∑=

约束条件：

出力约束 max 0(,)i i i i N Q H N ≤≤

流量约束 max

0i i Q Q ≤≤

流量平衡约束

1

n

i i Q Q const

==∑=

式中：N 为单个径流电站的总发电量；i 为径流式电站的机组编号；(,)i i i N Q H 为在水头为i H 过流量为i Q 时第i 台机组的出力；max

i Q 为第i 台机组在当时机组段工作水头最大可能

的过流量；

max

i N 为第台机组在当时机组段工作水头最大可能的出力。

因为对两座径流式电站进行了单独的考虑，所以在做梯级电站日负荷分配时就需要用梯级电站的原定的总日负荷减去两座径流式电站通过机组间最优分配发电产生的负荷，即：

1N N N N =--总原来径流径流2

。

对于每个时刻每个梯级电站间的负荷应该如何最优分配，下面我将用计算机程序的逻辑进行说明，因为不再考虑两个径流电站，现在需要考虑的只有过军渡和三星两个电站间剩余负荷的最有分配，具体逻辑过程1-1如下

图1-1反映了在给定梯级电站系统总负荷P（已减去径流电站最优发电负荷）的情况下，首先假定第一级电站即过军渡电站承担的负荷为N1，通过定负荷方式下的厂内优化运行计算，求出第一级电站的最小耗水量Q1，扣除沿程损失水量再加上两个径流电站的下泄流量得到Q2,，用Q2作第二级电站即三星电站的工作流量，按求解定流量最大发电量的方法，进行第二级电站的厂内优化运行计算，求出对应于Q2时第二级电站的最大出力N2，取N=N1+N2。

如果N>P，说明假设的第一级电站负荷N1偏大，应减小N1，取N1=N1-ΔN重新计算。

如果N

如果|N-P|<ε，说明此时所假设的N1合适，第一级电站对应于N1以及第二级电站对应于Q2的运行方式均为最优运行方式。

厂内优化经济运行

场内经济运行一般分为两种方式：一种是在给定输出功率一定的情况下，电站耗用流量最小，即满足N=const且Q=min；另一种是在耗用流量给定的情况下，输出功率最大，即满足Q=const且N=max；以上两种方式都表达了水电站在进行电能生产的过程中，总的能量损失为最小的原则。

对于公司旗下的两座径流式电站需要考虑的是在流量一定的情况下，输出功率最大。而剩余的两座日调节水库电站，由于他们主要构成梯级电站的上下级，根据梯级负荷分配优化运行逻辑说明图可以看出两种场内优化运行方式都要考虑。

因为过军渡水电站拥有的是两台相同机组，三星水电站拥有三台相同的机组，在不考虑单台机组工作特性产生大的变化的前提下，过军渡的两台机组拥有相同的流量微增率曲线，