一种梯级水电站智能运行方法

1.本发明涉及水利领域，具体涉及一种梯级水电站智能运行方法。


背景技术：

2.在同一河流上，利用上下游的落差形成梯级水电站开发模式，是较为常见的水力发电布置形式，对于梯级水电站而言，其一般修建有较大调节能力的上游水库，作为龙头水库，上游水库修建有水库水电站，其具有对来流的调节能力，水库水电站下游依次修建有若干径流式水电站，径流式水电站对来流无调节能力，其处于和水库水电站发电流量匹配的运行模式，对于该运行模式，合理确定水库水电站的发电流量和运行方案对于梯级水电站的效益发挥具有重要作用。
3.梯级水电站在承担电网负荷时，需要对电网负荷进行分解，形成梯级水电站各站的运行方案，但梯级水电站存在明显的水力匹配关系，一旦方案运行不科学，会造成水资源的浪费，梯级水电站的水能效益不能有效发挥，因此对于梯级水电站的定负荷运行，需要制定合理科学的运行调度模式和科学运行方法，在满足梯级水电站负荷分配的基础上，尽可能发挥梯级水电站的整体运行能效，提高梯级水资源的整体利用效率。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的问题，提供一种梯级水电站智能运行方法，为梯级水电站定负荷运行工况下的合理开机提供科学指导。
5.本发明提供一种梯级水电站智能运行方法，所述智能运行方法适用于定负荷运行，所述梯级水电站包括上游的水库水电站以及下游的n-1座径流式水电站，所述n为大于或等于2的正整数，所述水库水电站和下游径流式水电站之间均无汇流，所述水库水电站与上游水库连接，所述水库水电站设置有径流预报系统和库水位监测装置，其特征在于：所述运行方法包括如下步骤：s1：电网系统下达所述梯级水电站的总负荷任务n0，所述总负荷任务n0为日运行负荷，其中总负荷任务n0允许上下波动一定范围，根据上下波动一定范围，确定梯级水电站允许运行的负荷区间为n01到n02，其中n01为梯级水电站允许运行的最小负荷，n02为梯级水电站允许运行的最大负荷；s2：获取电网总负荷下达时刻的上游水库的库水位h1，所述径流预报系统计算未来24小时的上游水库的平均来流流量qin；s3：估算总负荷任务n0对应的梯级发电流量qg，所述估算方法为：qg=n0/k/（h01+h02+
……
h0n） ，其中k为梯级的综合出力系数，h01等于上游水库的库水位h1减去水库电站的正常尾水位；h02—h0n分别为下游径流式水电站的正常运行水位减去正常尾水位；s4：按照步骤s3获取的qg上下波动50%，获取梯级水电站的分配流量q11—q12，其中q11为梯级水电站分配的最小流量，q12为梯级水电站分配的最大流量，对q11—q12进行离散，获得分配流量q1i，计算梯级水电站的分配负荷nzi，所述分配负荷nzi的计算方法为：
s41：根据上游水库库水位h1和水位库容曲线，计算水库库容v1，根据平均来流流量qin和分配流量q1i，计算水库平均存库流量，并根据日时段数计算存库库容vi，根据库容v1和存库库容vi，计算末时段的库容v2i，根据末时段库容v2i和水位库容曲线，计算末时段水库库水位h2i，得到上游水库的平均库水位h3i，所述平均库水位h3i=（h1+h2i）/2；s42：以上游水库的平均库水位h3i，结合对应的分配流量q1i，进行水库水电站的厂内优化计算，得出水库水电站的最优总出力n1i和水库水电站的开机方案；s43：以下游各径流式水电站的正常运行水位，结合对应的分配流量q1i，进行下游各径流式水电站的厂内优化计算，得出各径流式水电站的最优总出力n2i—nni和各径流式水电站的开机方案；s44：累加n1i—nni，得到不同分配流量q1i对应的梯级水电站的分配负荷nzi，并得到不同的分配流量q1i对应的梯级水电站的耗水指标yi，所述耗水指标yi=nzi/q1i；s5：根据梯级水电站的分配负荷nzi选出在负荷区间为n01到n02的分配流量q1i，对得出的分配流量q1i，选出对应的耗水指标yi最大对应的分配流量q1i作为梯级运行流量qy；s6：根据梯级运行流量qy，找出对应的步骤s42-s43中的水库水电站和各径流式水电站的开机方案，并按照所述水库水电站和各径流式水电站的开机方案开机运行。
6.作为优选，所述总负荷任务n0允许上下波动一定范围为
±
5%。
7.作为优选，所述梯级的综合出力系数取值范围为7-8.5。
8.作为优选，所述下游径流式水电站为引水式水电站，其均包括压力前池，所述正常运行水位为是压力前池正常运行时的水位值。
9.作为优选，所述压力前池均设置溢流堰，正常运行时的水位值为低于溢流堰5-10cm的水位值。
10.作为优选，所述水库电站以及下游径流式水电站的正常尾水位为水库电站以及下游径流式水电站满发时对应的尾水位。
11.作为优选，所述水库水电站和各径流式水电站的开机方案包括开机组合以及开机机组的负荷分配，在所述步骤s4中还存储不同分配流量q1i对应的所述水库水电站和各径流式水电站的开机方案。
12.本发明的工作原理如下：本发明适用于梯级水电站，其中上游的水库为龙头水库，具有日调节以上的调节能力，例如年调节或季调节，下游径流式水电站无调节能力，仅能实现与上游水库水电站发电水量相匹配的运行模式，在各级电站之间既没有汇流，也没有区间用水要求，即可以认为上游电站的发电水量可以全部提供给下游水电站发电利用。
13.水库水电站装设库水位监测装置和径流预报系统，径流预报系统具有短期预报功能，可以计算未来24小时的上游水库的平均来流流量qin，对于梯级水电站承担的电站负荷，可以具有一定的波动性，例如上下波动5%或10%，梯级水电站的总负荷在该波动区间内运行，即认为满足电网的负荷要求。
14.对于梯级水电站的分配负荷，需要确定梯级对应的发电流量，并利用该发电流量进行各级电站开机方案的确定，在计算发电流量时，先进行发电流量的离散，为了提高计算效率和精度，每次离散不再从0到最大发电流量之间进行离散，而是先估算发电流量，估算
发电流量为梯级总负荷除以梯级综合出力系数再除以梯级各电站的水头和，其中梯级综合出力系数代表水电站的机组运行性能，一般可以取7-8.5，各电站发电水头均为上游水位减去正常尾水位，即满发时对应的尾水位，其中水库电站采用实时库水位，径流式水电站采用正常运行水位。
15.得出估算发电流量后，使其上下波动50%作为流量离散区间，对于任一离散流量，计算其对应的梯级总负荷、耗水指标以及梯级各站的开机方案，其中计算是均对电站进行厂内优化计算，求出各站的最优负荷分配方案和最优出力值，其中上游水库水电站的库水位采用日均水位，即采用初时刻水位和末时刻水位的平均值，其中末时刻水位采用水量平衡方程计算得到，根据发电流量、入库流量，计算其存库流量，得出存库库容，继而得出末时刻水位。
16.在得出各离散流量对应的梯级总负荷、耗水指标以及梯级各站的开机方案后，根据允许波动的负荷，找出其对应的离散流量值，对于所有符合的离散流量值，找出其耗水最小的流量值，找出的方法是根据耗水指标yi=nzi/q1i，该耗水指标越大，说明发出单位千瓦电量需要的水量越小，梯级整体能耗最小，因此，找出耗水指标yi最大的离散流量值，作为开机流量值，并找出其对应的开机方案和开机组合，需要注意的是对于水库电站，其开机方案是日平均水位对应的开机方案，对于调节能力较强的水库而言，其库水位在一日内变化较小，日均水位和初时刻水位几乎相等。
17.本发明的优点在于：本发明提供一种梯级水电站智能运行方法，所述梯级水电站包括上游的水库水电站和下游的径流式水电站，所述梯级水电站承担的负荷具有一定的波动区间，在所述波动区间内，对梯级水电站拟承担的负荷进行流量分配试算，找出在承担的负荷波动区间内，梯级水电站的整体最优耗水运行模式，提高梯级水电站之间的匹配性能和运行效益，实现梯级最优运行模式。
18.具体实施方式：以下对本发明限定的内容，进行具体的解释说明。
19.本发明提供一种梯级水电站智能运行方法，所述智能运行方法适用于定负荷运行，所述梯级水电站包括上游的水库水电站以及下游的n-1座径流式水电站，所述n为大于或等于2的正整数，所述水库水电站和下游径流式水电站之间均无汇流，所述水库水电站与上游水库连接，所述水库水电站设置有径流预报系统和库水位监测装置，其特征在于：所述运行方法包括如下步骤：s1：电网系统下达所述梯级水电站的总负荷任务n0，所述总负荷任务n0为日运行负荷，其中总负荷任务n0允许上下波动一定范围，根据上下波动一定范围，确定梯级水电站允许运行的负荷区间为n01到n02，其中n01为梯级水电站允许运行的最小负荷，n02为梯级水电站允许运行的最大负荷；s2：获取电网总负荷下达时刻的上游水库的库水位h1，所述径流预报系统计算未来24小时的上游水库的平均来流流量qin；s3：估算总负荷任务n0对应的梯级发电流量qg，所述估算方法为：qg=n0/k/（h01+h02+
……
h0n） ，其中k为梯级的综合出力系数，h01等于上游水库的库水位h1减去水库电站的正常尾水位；h02—h0n分别为下游径流式水电站的正常运行水位减去正常尾水位；
s4：按照步骤s3获取的qg上下波动50%，获取梯级水电站的分配流量q11—q12，其中q11为梯级水电站分配的最小流量，q12为梯级水电站分配的最大流量，对q11—q12进行离散，获得分配流量q1i，计算梯级水电站的分配负荷nzi，所述分配负荷nzi的计算方法为：s41：根据上游水库库水位h1和水位库容曲线，计算水库库容v1，根据平均来流流量qin和分配流量q1i，计算水库平均存库流量，并根据日时段数计算存库库容vi，根据库容v1和存库库容vi，计算末时段的库容v2i，根据末时段库容v2i和水位库容曲线，计算末时段水库库水位h2i，得到上游水库的平均库水位h3i，所述平均库水位h3i=（h1+h2i）/2；s42：以上游水库的平均库水位h3i，结合对应的分配流量q1i，进行水库水电站的厂内优化计算，得出水库水电站的最优总出力n1i和水库水电站的开机方案；s43：以下游各径流式水电站的正常运行水位，结合对应的分配流量q1i，进行下游各径流式水电站的厂内优化计算，得出各径流式水电站的最优总出力n2i—nni和各径流式水电站的开机方案；s44：累加n1i—nni，得到不同分配流量q1i对应的梯级水电站的分配负荷nzi，并得到不同的分配流量q1i对应的梯级水电站的耗水指标yi，所述耗水指标yi=nzi/q1i；s5：根据梯级水电站的分配负荷nzi选出在负荷区间为n01到n02的分配流量q1i，对得出的分配流量q1i，选出对应的耗水指标yi最大对应的分配流量q1i作为梯级运行流量qy；s6：根据梯级运行流量qy，找出对应的步骤s42-s43中的水库水电站和各径流式水电站的开机方案，并按照所述水库水电站和各径流式水电站的开机方案开机运行。
20.作为优选，所述总负荷任务n0允许上下波动一定范围为
±
5%。为了保证足够的安全裕量，对于电网下达的梯级水电站的总负荷任务n0的波动采用一定的安全裕量，例如其上下允许波动a%，则进行该运行方法计算时，选择允许上下波动b%，其中b%小于a%，例如选择a%的80%，从而保证相应的安全裕量，对于龙头水库库容较大的梯级水电站而言，也可以选择b%等于a%进行计算，由于龙头水库库容较大，其库水位几乎在一日内不变，因此，其发电流量、开机方案可以保持恒定，可以保持相对稳定的运行方式。
21.作为优选，所述梯级的综合出力系数取值范围为7-8.5。该综合出力系数可以根据机组运行性能进行确定，也可以多年实际运行数据进行推算。
22.作为优选，所述下游径流式水电站为引水式水电站，其均包括压力前池，所述正常运行水位为是压力前池正常运行时的水位值。作为优选，所述压力前池均设置溢流堰，正常运行时的水位值为低于溢流堰5-10cm的水位值。在无资料时，可以根据多年的实际运行正常水位进行推算。
23.作为优选，所述水库电站以及下游径流式水电站的正常尾水位为水库电站以及下游径流式水电站满发时对应的尾水位。
24.作为优选，所述水库水电站和各径流式水电站的开机方案包括开机组合以及开机机组的负荷分配，在所述步骤s4中还存储不同分配流量q1i对应的所述水库水电站和各径流式水电站的开机方案。
25.对于梯级水电站设置集控中心，可以借助集控中心实施本发明的具体技术，集控中心可以远程控制梯级水电站的开停机和机组负荷调节，所述集控中心还可以获取电网下达的负荷任务，并根据该负荷任务进行本发明的运行方法计算，从而实现对梯级水电站的
智能控制。
26.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

技术特征：
1.一种梯级水电站智能运行方法，所述智能运行方法适用于定负荷运行，所述梯级水电站包括上游的水库水电站以及下游的n-1座径流式水电站，所述n为大于或等于2的正整数，所述水库水电站和下游径流式水电站之间均无汇流，所述水库水电站与上游水库连接，所述水库水电站设置有径流预报系统和库水位监测装置，其特征在于：所述运行方法包括如下步骤：s1：电网系统下达所述梯级水电站的总负荷任务n0，所述总负荷任务n0为日运行负荷，其中总负荷任务n0允许上下波动一定范围，根据上下波动一定范围，确定梯级水电站允许运行的负荷区间为n01到n02，其中n01为梯级水电站允许运行的最小负荷，n02为梯级水电站允许运行的最大负荷；s2：获取电网总负荷下达时刻的上游水库的库水位h1，所述径流预报系统计算未来24小时的上游水库的平均来流流量qin；s3：估算总负荷任务n0对应的梯级发电流量qg，所述估算方法为：qg=n0/k/（h01+h02+
……
h0n），其中k为梯级的综合出力系数，h01等于上游水库的库水位h1减去水库电站的正常尾水位；h02—h0n分别为下游径流式水电站的正常运行水位减去正常尾水位；s4：按照步骤s3获取的qg上下波动50%，获取梯级水电站的分配流量q11—q12，其中q11为梯级水电站分配的最小流量，q12为梯级水电站分配的最大流量，对q11—q12进行离散，获得分配流量q1i，计算梯级水电站的分配负荷nzi，所述分配负荷nzi的计算方法为：s41：根据上游水库库水位h1和水位库容曲线，计算水库库容v1，根据平均来流流量qin和分配流量q1i，计算水库平均存库流量，并根据日时段数计算存库库容vi，根据库容v1和存库库容vi，计算末时段的库容v2i，根据末时段库容v2i和水位库容曲线，计算末时段水库库水位h2i，得到上游水库的平均库水位h3i，所述平均库水位h3i=（h1+h2i）/2；s42：以上游水库的平均库水位h3i，结合对应的分配流量q1i，进行水库水电站的厂内优化计算，得出水库水电站的最优总出力n1i和水库水电站的开机方案；s43：以下游各径流式水电站的正常运行水位，结合对应的分配流量q1i，进行下游各径流式水电站的厂内优化计算，得出各径流式水电站的最优总出力n2i—nni和各径流式水电站的开机方案；s44：累加n1i—nni，得到不同分配流量q1i对应的梯级水电站的分配负荷nzi，并得到不同的分配流量q1i对应的梯级水电站的耗水指标yi，所述耗水指标yi=nzi/q1i；s5：根据梯级水电站的分配负荷nzi选出在负荷区间为n01到n02的分配流量q1i，对得出的分配流量q1i，选出对应的耗水指标yi最大对应的分配流量q1i作为梯级运行流量qy；s6：根据梯级运行流量qy，找出对应的步骤s42-s43中的水库水电站和各径流式水电站的开机方案，并按照所述水库水电站和各径流式水电站的开机方案开机运行。2.如权利要求1所述的梯级水电站智能运行方法，其特征在于：所述总负荷任务n0允许上下波动一定范围为
±
5%。3.如权利要求1所述的梯级水电站智能运行方法，其特征在于：所述梯级的综合出力系数取值范围为7-8.5。4.如权利要求1所述的梯级水电站智能运行方法，其特征在于：所述下游径流式水电站为引水式水电站，其均包括压力前池，所述正常运行水位为是压力前池正常运行时的水位值。
5.如权利要求4所述的梯级水电站智能运行方法，其特征在于：所述压力前池均设置溢流堰，正常运行时的水位值为低于溢流堰5-10cm的水位值。6.如权利要求1所述的梯级水电站智能运行方法，其特征在于：所述水库电站以及下游径流式水电站的正常尾水位为水库电站以及下游径流式水电站满发时对应的尾水位。7.如权利要求1所述的梯级水电站智能运行方法，其特征在于：所述水库水电站和各径流式水电站的开机方案包括开机组合以及开机机组的负荷分配，在所述步骤s4中还存储不同分配流量q1i对应的所述水库水电站和各径流式水电站的开机方案。

技术总结
本发明提供一种梯级水电站智能运行方法，所述梯级水电站包括上游的水库水电站和下游的径流式水电站，所述梯级水电站承担的负荷具有一定的波动区间，在所述波动区间内，对梯级水电站拟承担的负荷进行流量分配试算，找出在承担的负荷波动区间内，梯级水电站的整体最优耗水运行模式，提高梯级水电站之间的匹配性能和运行效益，实现梯级最优运行模式。实现梯级最优运行模式。


技术研发人员：王磊 刘艳 王国强 李昱亮 邢耀政 张钧宇 王利卿
受保护的技术使用者：河南水利与环境职业学院
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/7