水電站經濟運行的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢課件

1、歡迎同學來到水電站經濟運行1水電站經濟運行的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢主講人：馬躍先 教授2 中國的能源蘊藏量位居世界前列，同時也是世界第二大能源生產國與消費國。 2006年各國能源消費結構圖（單位：百萬噸油當量 ）1.1 能源現(xiàn)狀一、 水電站經濟運行的意義3能源以煤炭為主，可再生資源開發(fā)利用程度很低。能源消費總量不斷增長，能源利用效率較低。能源消費以國內供應為主，環(huán)境污染狀況加劇，優(yōu)質能源供應不足。 優(yōu)先發(fā)展水電是我國能源發(fā)展的重要方針。1.2 特點“十一五”規(guī)劃提出在保護生態(tài)基礎上有序開發(fā)水電 意 義4三峽水電站（2240萬千萬） 壩頂高程185米，蓄水高程175米，水庫長600余公里，安裝32臺單機

2、容量為70萬千瓦的水電機組，建成后將成為全世界最大的水力發(fā)電站。 意義5金沙江溪洛渡水電站(1260萬千瓦 ) 金沙江溪洛渡水電站位于四川省涼山彝族自治州雷波縣同云南省永善縣交界的金沙江溪洛渡峽谷，是金沙江下游4級開發(fā)的第3級。電站裝機容量l260萬千瓦，僅次于三峽電站，具有發(fā)電、攔沙、防洪和改善下游航運條件等功能。 意義6白鶴灘水電站（初步設計階段）（1200萬千瓦） 白鶴灘水電站位于四川省涼山彝族自治州寧南縣同云南省巧家縣交界的金沙江峽谷，是金沙江下游(雅礱江口宜賓)河段4個梯級開發(fā)的第二級?？傃b機容量1200萬kW，年發(fā)電量515億kWh，保證出力355萬kW。工程目前正在初步設計階段，

3、可望2020年前后下游溪洛渡和向家壩水電站投產后開始修建。 意義7烏東德水電站（處于可行性研究階段）（ 870萬千瓦）金沙江烏東德水電站是金沙江下游河段梯級開發(fā)的第一個梯級電站 。裝機870萬千瓦，保證出力328.4萬千瓦，年發(fā)電量394.6億度 。計劃2007年完成預可行性研究與可行性研究階段選壩工作；2009年前后完成可行性研究工作。 意義8向家壩水電站(600萬千瓦)向家壩水電站是金沙江梯級開發(fā)中的最末一個梯級電站，壩址位于向家壩出口處，左岸是四川省宜賓縣，右岸為云南省水富縣。向家壩水電站正常蓄水位380米，總庫容51.85億立方米，調節(jié)庫容9.05億立方米，為不完全季調節(jié)水庫。電站總裝

4、機容量600萬千瓦，多年平均發(fā)電量302.72億千瓦時。 意義91.3 意義 優(yōu)先發(fā)展水電，是我國能源建設的一項重要措施。解決我國能源問題，除積極開發(fā)能源外，還必須節(jié)能。隨著電力體制的改革和市場化的推進,水電走向市場,按照“公平、公正、公開”的原則參與競價上網,將是水電發(fā)展的必然。“廠網分開，競價上網”的電力市場運營機制的實施，使發(fā)電企業(yè)成了競爭的主體。在這種新形式下，發(fā)電企業(yè)只有挖掘一切可以挖掘的潛力，降低運行成本，才能在競爭中處于有利地位。 意 義10 水電站經濟運行，是從電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質、經濟發(fā)供電的目標出發(fā)，制定水電站的最優(yōu)運行方式，以一定的水電能源獲取水電站最大發(fā)電量。開展水電站優(yōu)

5、化調度工作，充分挖掘水庫的潛力、提高水電站水庫的運行管理水平，對增加水電站的收入，實現(xiàn)“工程水利”向“資源水利”轉變具有重要的現(xiàn)實意義。 意 義11 在這種新形勢下，開展水電站經濟運行工作，提高水電站運行的管理水平，挖掘潛力，對增加水電站的發(fā)電效益、確保電網的安全運行有著重要的現(xiàn)實意義，這也是充分利用水能資源的有效措施。中外實踐證明：中長期經濟運行可增加發(fā)電量2.05.5，短期發(fā)電優(yōu)化調度可增加發(fā)電量1.55.0。 意 義12二、 水電站經濟運行的發(fā)展現(xiàn)狀2.1 水電站經濟運行的內容 廠內經濟運行 水輪機在高效率區(qū)運行 短期經濟運行 水庫調度 長期經濟運行 徑流預報 13 廠內經濟運行，也是實

6、時調度（逐小時經濟運行），是將相應小時分配到的負荷落實到各臺機組，并根據負荷等因素的實際變化，調整各機組符合，進行實時操作控制。 短期（周、日）經濟運行的主要任務，是將長期經濟運行所分配給本時段的輸入能在更短時段（日、小時）間合理分配，制定出個電站短期最優(yōu)運行方式，即確定出短期內電站逐日、逐小時的負荷分配和運行狀態(tài)。 長期經濟運行是將較長時期（季、年、多年）內的有限輸入能最優(yōu)分配到較短時段（月、旬、周、日），制定出各電站的長期最優(yōu)運行方式。 現(xiàn)狀14三者之間的關系 三者相互聯(lián)系、影響、制約為一整體，又相對獨立，理論上講，研究應從先廠內，短期、再長期，而實際研究則次序相反。中長期短期廠內資料輸入

7、資料輸入 現(xiàn)狀15電力系統(tǒng)中水電站、火電站經濟運行方式的研制與實施關系結構圖 現(xiàn)狀16 現(xiàn) 狀2.2 水電站優(yōu)化運行應具備的條件172.3 目前水電站經濟運行存在的問題 在我國已建成的水電站中，目前實現(xiàn)水電站經濟運行功能的比重偏低，一方面，重建輕管的思想依然存在，另一方面也有其技術上的原因。技術原因主要體現(xiàn)在：一是水庫調度研究由于徑流預報精度問題進展緩慢，導致總體無法投入實際應用。二是沒有實測機組流量的儀器，而從模型特性曲線換算出來的機組運行特性曲線與實際情況有出入，影響了計算的精度。三是水電站經濟運行主要依賴其實時性，傳統(tǒng)的負荷分配等優(yōu)化算法會出現(xiàn)“維數(shù)災”，難以達到實時性要求。 現(xiàn) 狀18

8、 四是優(yōu)化計算為開環(huán)計算，當運行條件變化時，計算結果缺乏比較調整。這些都嚴重制約了水電站經濟運行功能的實施。 目前對水電站經濟優(yōu)化運行的研究方法不一而同，從等微增率法和動態(tài)規(guī)劃（DP），到現(xiàn)在的遺傳算法（GA），以及粒子群優(yōu)化算法（PSO）、逐步優(yōu)化算法（POA）、BP神經網絡等等，這些方法都有其自身的特點，每一個都不是十分的完美，針對不同類型的水電站，方法的運用也不盡相同，作者也曾對小型水電站提出了“遞推優(yōu)化算法”。 現(xiàn) 狀192.4 水電站廠內經濟運行 水電站廠內經濟運行是研究水電站在給定條件下廠內工作機組最優(yōu)臺數(shù)、組合及啟停次序的確定，機組間負荷的最優(yōu)分配，即廠內最優(yōu)運行方式制定和實現(xiàn)的

9、有關問題，實際上也是研究其日內逐時段及瞬時經濟運行的問題。概括起來就是：尋求在研究時期（一般為一天）及其中各時段（刻），在已知條件下使所采用的優(yōu)化準則達到極值的水電站工作機組的最優(yōu)臺數(shù)、組合及系統(tǒng)分配的有功負荷和無功負荷在工作機組間的最優(yōu)分配。 現(xiàn) 狀20水電站廠內經濟運行的優(yōu)化準則及負荷分配模型 現(xiàn) 狀21兩種優(yōu)化運行的數(shù)學模式：（1）定流量運行方式的數(shù)學模型： 目標函數(shù)： 約束條件： 出力約束: 流量約束: 流量平衡約束: 現(xiàn) 狀22（2）定負荷運行方式的數(shù)學模型： 目標函數(shù)： 約束條件： 機組出力約束: 機組流量約束 : 機組出力平衡約束: 現(xiàn) 狀232.5 水電站短期經濟運行最優(yōu)運行準

10、則：1.國民經濟效益最大或國民經濟費用最小準則2.梯級水電站發(fā)電量最大為最優(yōu)準則3.在滿足網調負荷要求下，以梯級水電站總耗水量 最小為最優(yōu)準則4.以梯級水電站總蓄能量最大為最優(yōu)準則5.以上游水電站耗水量最少為最優(yōu)準則 現(xiàn) 狀242.6 水電站長期經濟運行 預報和調度是水電站（群）優(yōu)化運行方式的核心。準確、可靠的預報信息直接關系和影響著調度決策,它們是調度成功的基礎。單庫電站長期優(yōu)化模型 : 梯級水庫群優(yōu)化調度模型 : 現(xiàn) 狀25三、水庫調度3.1 水庫調度綜述單庫調度（防洪、供水、發(fā)電等調度）梯級和聯(lián)合調度（多水庫、水庫群調度）流域統(tǒng)一調度（水庫作為流域水資源調度的重要環(huán)節(jié)參與流域統(tǒng)一管理）生

11、態(tài)調度（以滿足流域水資源調度和河流生態(tài)健康為目標的調度，正在開展相關研究 ）（調度的最新階段） 現(xiàn) 狀26洪水預報+氣象預報模型改進+新的理論、方法（混沌等）計算機技術進步+網絡技術模型理論+調度經驗+制度智能型決策支持系統(tǒng)多庫調度、流域調度、跨流域調度、全國水資源統(tǒng)一調度、生態(tài)調度精度、預見期最終目的發(fā)展趨勢提高效益少人值守無人值守 現(xiàn) 狀27BZ死Z正Z設Z校1-防破壞線；2-限制出力線；3-防洪調度線；4-防棄水線。214314BZ786月3.2 常規(guī)調度 現(xiàn) 狀28(1) A 區(qū)保證流量區(qū)。實際蓄水位落到此區(qū),水電站按保證流量工作;(2) B區(qū)加大流量區(qū)。實際蓄水位落在此區(qū),水電站按加

12、大流量調度線的流量工作;(3) C 區(qū)全流量工作區(qū)。實際蓄水位落在此區(qū),為減少棄水,水電站應全流量工作;(4) D 區(qū)限制流量區(qū)。實際蓄水位落到此區(qū),可按降低流量線的流量工作;(5) E 區(qū)和F區(qū)防洪限制區(qū)。實際蓄水位落到此區(qū),表明出現(xiàn)了大洪水,應開啟閘門泄洪,可按正常泄量(或安全泄量) 下泄。水庫調度全圖包括五個分區(qū) 現(xiàn) 狀293.3 水庫優(yōu)化調度概念 按一定的最優(yōu)準則，通過建立數(shù)學模型，采用優(yōu)化方法（系統(tǒng)工程），求解水庫調度問題。優(yōu)化模型 確定性模型：qt為確定過程（實測），確定值 隨機性模型：為隨機過程 ，期望值 隱隨機模型：為人工生成系列，確定值優(yōu)化方法 傳統(tǒng)的數(shù)學規(guī)劃法：線形規(guī)劃法、

13、混合整數(shù)規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、網絡 流規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法、遞推優(yōu)選法、拉格朗日松弛法、等 現(xiàn) 狀30現(xiàn)代啟發(fā)式智能算法：禁忌搜索算法、人工神經網絡、模擬退火算法、遺傳算法、免疫算法、粒子群算法、蟻群算法、渾沌優(yōu)化算法，等。優(yōu)化準則 (1) 國民經濟效益最大或費用最小：全面，但少用。 (2) 電力系統(tǒng)的總耗煤量最小:系統(tǒng)整體準則。 (3) 水電站發(fā)電量最大：缺電系統(tǒng)及一般常用，屬局部準則。 (4) Nfm或Efm最大，火主水輔的調峰調頻電站:屬局部準則。 現(xiàn) 狀31廠內經濟運行長期經濟運行短期經濟運行三者的有效結合四、水電站經濟運行的發(fā)展趨勢32DP(動態(tài)規(guī)劃法)POA(逐步優(yōu)化法)其它GA(遺傳算法)PSO(粒子群優(yōu)化)科學研究研究方法的綜合利用和改進科研人員的任務理論和實踐相結合 趨 勢Eg.水庫調度33 趨 勢運行方法的改進電站人員素質的提高電站管理制度的完善水力機械特性的提高水電政策的完善其它電站的和諧經濟運行34(1) 針對模型描述與系統(tǒng)間的差異以及模型輸入誤差對運行結果的影響，研究具有能利用實時信息自動修正的優(yōu)化調度模型，提高模型的實用性。(2) 考慮實際生產中水庫調度的復雜性和水資源系統(tǒng)的“非結構化”特點，引進系統(tǒng)辯識思想，采用模擬與優(yōu)化相結合的方法，給出“滿意解”的模擬優(yōu)化調度模型及求解方法。 趨 勢35(3)引進