水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢課件

1、歡迎同學(xué)來到水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行1水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(yùn)藏量位居世界前列，同時(shí)也是世界第二大能源生產(chǎn)國與消費(fèi)國。 2006年各國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖（單位：百萬噸油當(dāng)量 ）1.1 能源現(xiàn)狀一、 水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(fèi)總量不斷增長，能源利用效率較低。能源消費(fèi)以國內(nèi)供應(yīng)為主，環(huán)境污染狀況加劇，優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)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(diǎn)“十一五”規(guī)劃提出在保護(hù)生態(tài)基礎(chǔ)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(jī)

2、容量為70萬千瓦的水電機(jī)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(jī)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(yùn)條件等功能。 意義6白鶴灘水電站（初步設(shè)計(jì)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(gè)梯級開發(fā)的第二級。總裝機(jī)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(shè)計(jì)階段，

3、可望2020年前后下游溪洛渡和向家壩水電站投產(chǎn)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(gè)梯級電站 。裝機(jī)870萬千瓦，保證出力328.4萬千瓦，年發(fā)電量394.6億度 。計(jì)劃2007年完成預(yù)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(gè)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(diào)節(jié)庫容9.05億立方米，為不完全季調(diào)節(jié)水庫。電站總裝

4、機(jī)容量600萬千瓦，多年平均發(fā)電量302.72億千瓦時(shí)。 意義91.3 意義 優(yōu)先發(fā)展水電，是我國能源建設(shè)的一項(xiàng)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(jìn),水電走向市場,按照“公平、公正、公開”的原則參與競價(jià)上網(wǎng),將是水電發(fā)展的必然。“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”的電力市場運(yùn)營機(jī)制的實(shí)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(yùn)行成本，才能在競爭中處于有利地位。 意 義10 水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是從電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)供電的目標(biāo)出發(fā)，制定水電站的最優(yōu)運(yùn)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(diào)度工作，充分挖掘水庫的潛力、提高水電站水庫的運(yùn)行管理水平，對增加水電站的收入，實(shí)現(xiàn)“工程水利”向“資源水利”轉(zhuǎn)變具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 意 義11 在這種新形勢下，開展水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作，提高水電站運(yùn)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(wǎng)的安全運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，這也是充分利用水能資源的有效措施。中外實(shí)踐證明：中長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可增加發(fā)電量2.05.5，短期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度可增加發(fā)電量1.55.0。 意 義12二、 水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的發(fā)展現(xiàn)狀2.1 水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的內(nèi)容 廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 水輪機(jī)在高效率區(qū)運(yùn)行 短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 水庫調(diào)度 長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 徑流預(yù)報(bào) 13 廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也是實(shí)

6、時(shí)調(diào)度（逐小時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行），是將相應(yīng)小時(shí)分配到的負(fù)荷落實(shí)到各臺機(jī)組，并根據(jù)負(fù)荷等因素的實(shí)際變化，調(diào)整各機(jī)組符合，進(jìn)行實(shí)時(shí)操作控制。 短期（周、日）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要任務(wù)，是將長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所分配給本時(shí)段的輸入能在更短時(shí)段（日、小時(shí)）間合理分配，制定出個(gè)電站短期最優(yōu)運(yùn)行方式，即確定出短期內(nèi)電站逐日、逐小時(shí)的負(fù)荷分配和運(yùn)行狀態(tài)。 長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是將較長時(shí)期（季、年、多年）內(nèi)的有限輸入能最優(yōu)分配到較短時(shí)段（月、旬、周、日），制定出各電站的長期最優(yōu)運(yùn)行方式。 現(xiàn)狀14三者之間的關(guān)系 三者相互聯(lián)系、影響、制約為一整體，又相對獨(dú)立，理論上講，研究應(yīng)從先廠內(nèi)，短期、再長期，而實(shí)際研究則次序相反。中長期短期廠內(nèi)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(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的研制與實(shí)施關(guān)系結(jié)構(gòu)圖 現(xiàn)狀16 現(xiàn) 狀2.2 水電站優(yōu)化運(yùn)行應(yīng)具備的條件172.3 目前水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行存在的問題 在我國已建成的水電站中，目前實(shí)現(xiàn)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(shù)上的原因。技術(shù)原因主要體現(xiàn)在：一是水庫調(diào)度研究由于徑流預(yù)報(bào)精度問題進(jìn)展緩慢，導(dǎo)致總體無法投入實(shí)際應(yīng)用。二是沒有實(shí)測機(jī)組流量的儀器，而從模型特性曲線換算出來的機(jī)組運(yùn)行特性曲線與實(shí)際情況有出入，影響了計(jì)算的精度。三是水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行主要依賴其實(shí)時(shí)性，傳統(tǒng)的負(fù)荷分配等優(yōu)化算法會出現(xiàn)“維數(shù)災(zāi)”，難以達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。 現(xiàn) 狀18

8、 四是優(yōu)化計(jì)算為開環(huán)計(jì)算，當(dāng)運(yùn)行條件變化時(shí)，計(jì)算結(jié)果缺乏比較調(diào)整。這些都嚴(yán)重制約了水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能的實(shí)施。 目前對水電站經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等，這些方法都有其自身的特點(diǎn)，每一個(gè)都不是十分的完美，針對不同類型的水電站，方法的運(yùn)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(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是研究水電站在給定條件下廠內(nèi)工作機(jī)組最優(yōu)臺數(shù)、組合及啟停次序的確定，機(jī)組間負(fù)荷的最優(yōu)分配，即廠內(nèi)最優(yōu)運(yùn)行方式制定和實(shí)現(xiàn)的

9、有關(guān)問題，實(shí)際上也是研究其日內(nèi)逐時(shí)段及瞬時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題。概括起來就是：尋求在研究時(shí)期（一般為一天）及其中各時(shí)段（刻），在已知條件下使所采用的優(yōu)化準(zhǔn)則達(dá)到極值的水電站工作機(jī)組的最優(yōu)臺數(shù)、組合及系統(tǒng)分配的有功負(fù)荷和無功負(fù)荷在工作機(jī)組間的最優(yōu)分配。 現(xiàn) 狀20水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的優(yōu)化準(zhǔn)則及負(fù)荷分配模型 現(xiàn) 狀21兩種優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模式：（1）定流量運(yùn)行方式的數(shù)學(xué)模型： 目標(biāo)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(fù)荷運(yùn)行方式的數(shù)學(xué)模型： 目標(biāo)函數(shù)： 約束條件： 機(jī)組出力約束: 機(jī)組流量約束 : 機(jī)組出力平衡約束: 現(xiàn) 狀232.5 水電站短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最優(yōu)運(yùn)行準(zhǔn)

10、則：1.國民經(jīng)濟(jì)效益最大或國民經(jīng)濟(jì)費(fèi)用最小準(zhǔn)則2.梯級水電站發(fā)電量最大為最優(yōu)準(zhǔn)則3.在滿足網(wǎng)調(diào)負(fù)荷要求下，以梯級水電站總耗水量 最小為最優(yōu)準(zhǔn)則4.以梯級水電站總蓄能量最大為最優(yōu)準(zhǔn)則5.以上游水電站耗水量最少為最優(yōu)準(zhǔn)則 現(xiàn) 狀242.6 水電站長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 預(yù)報(bào)和調(diào)度是水電站（群）優(yōu)化運(yùn)行方式的核心。準(zhǔn)確、可靠的預(yù)報(bào)信息直接關(guān)系和影響著調(diào)度決策,它們是調(diào)度成功的基礎(chǔ)。單庫電站長期優(yōu)化模型 : 梯級水庫群優(yōu)化調(diào)度模型 : 現(xiàn) 狀25三、水庫調(diào)度3.1 水庫調(diào)度綜述單庫調(diào)度（防洪、供水、發(fā)電等調(diào)度）梯級和聯(lián)合調(diào)度（多水庫、水庫群調(diào)度）流域統(tǒng)一調(diào)度（水庫作為流域水資源調(diào)度的重要環(huán)節(jié)參與流域統(tǒng)一管理）生

11、態(tài)調(diào)度（以滿足流域水資源調(diào)度和河流生態(tài)健康為目標(biāo)的調(diào)度，正在開展相關(guān)研究 ）（調(diào)度的最新階段） 現(xiàn) 狀26洪水預(yù)報(bào)+氣象預(yù)報(bào)模型改進(jìn)+新的理論、方法（混沌等）計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步+網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模型理論+調(diào)度經(jīng)驗(yàn)+制度智能型決策支持系統(tǒng)多庫調(diào)度、流域調(diào)度、跨流域調(diào)度、全國水資源統(tǒng)一調(diào)度、生態(tài)調(diào)度精度、預(yù)見期最終目的發(fā)展趨勢提高效益少人值守?zé)o人值守 現(xiàn) 狀27BZ死Z正Z設(shè)Z校1-防破壞線；2-限制出力線；3-防洪調(diào)度線；4-防棄水線。214314BZ786月3.2 常規(guī)調(diào)度 現(xiàn) 狀28(1) A 區(qū)保證流量區(qū)。實(shí)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(shí)際蓄水位落在此區(qū),水電站按加

12、大流量調(diào)度線的流量工作;(3) C 區(qū)全流量工作區(qū)。實(shí)際蓄水位落在此區(qū),為減少棄水,水電站應(yīng)全流量工作;(4) D 區(qū)限制流量區(qū)。實(shí)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(shí)際蓄水位落到此區(qū),表明出現(xiàn)了大洪水,應(yīng)開啟閘門泄洪,可按正常泄量(或安全泄量) 下泄。水庫調(diào)度全圖包括五個(gè)分區(qū) 現(xiàn) 狀293.3 水庫優(yōu)化調(diào)度概念 按一定的最優(yōu)準(zhǔn)則，通過建立數(shù)學(xué)模型，采用優(yōu)化方法（系統(tǒng)工程），求解水庫調(diào)度問題。優(yōu)化模型 確定性模型：qt為確定過程（實(shí)測），確定值 隨機(jī)性模型：為隨機(jī)過程 ，期望值 隱隨機(jī)模型：為人工生成系列，確定值優(yōu)化方法 傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(wǎng)絡(luò) 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(jīng)網(wǎng)絡(luò)、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(zhǔn)則 (1) 國民經(jīng)濟(jì)效益最大或費(fèi)用最?。喝?，但少用。 (2) 電力系統(tǒng)的總耗煤量最小:系統(tǒng)整體準(zhǔn)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(zhǔn)則。 (4) Nfm或Efm最大，火主水輔的調(diào)峰調(diào)頻電站:屬局部準(zhǔn)則。 現(xiàn) 狀31廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行三者的有效結(jié)合四、水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(xué)研究研究方法的綜合利用和改進(jìn)科研人員的任務(wù)理論和實(shí)踐相結(jié)合 趨 勢Eg.水庫調(diào)度33 趨 勢運(yùn)行方法的改進(jìn)電站人員素質(zhì)的提高電站管理制度的完善水力機(jī)械特性的提高水電政策的完善其它電站的和諧經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(yùn)行結(jié)果的影響，研究具有能利用實(shí)時(shí)信息自動修正的優(yōu)化調(diào)度模型，提高模型的實(shí)用性。(2) 考慮實(shí)際生產(chǎn)中水庫調(diào)度的復(fù)雜性和水資源系統(tǒng)的“非結(jié)構(gòu)化”特點(diǎn)，引進(jìn)系統(tǒng)辯識思想，采用模擬與優(yōu)化相結(jié)合的方法，給出“滿意解”的模擬優(yōu)化調(diào)度模型及求解方法。 趨 勢35(3)引進(jìn)