第五章水能計(jì)算及水電站在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式

第五章水能計(jì)算及水電站在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式第一節(jié)水能計(jì)算的目的與內(nèi)容水能計(jì)算：是確定水電站的動(dòng)能指標(biāo)的計(jì)算，包括水電站的出力與發(fā)電量，以便選擇水電站的主要參數(shù)及其在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式等的重要手段。主要任務(wù)：①確定水電站的動(dòng)能指標(biāo)，包括保證出力、多年平均發(fā)電量和裝機(jī)容量。②配合水工和機(jī)電設(shè)計(jì)，確定水電站的正常蓄水位、死水位及水電站的主機(jī)設(shè)備等。③對(duì)水電站的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行計(jì)算和分析。1、水電站出力天然水流出力N天=9.81Q天H

水能E天=9.81Q天HT

水電站在計(jì)算時(shí)段內(nèi)平均出力為

2、水電站的發(fā)電量 水電站在t1，t2時(shí)間內(nèi)，因出力隨系統(tǒng)負(fù)荷要求，天然來水的變化及綜合用水的變化而不同，故發(fā)電量

實(shí)際計(jì)算時(shí)常采用下列簡(jiǎn)化式

3、水電站保證出力計(jì)算⑴水電站保證出力的定義：水電站在長(zhǎng)期工作中，枯水期所能發(fā)出相應(yīng)于設(shè)計(jì)保證率的平均出力。⑵年調(diào)節(jié)水電站保證出力計(jì)算①長(zhǎng)系列法：

②設(shè)計(jì)枯水年法：⑶無調(diào)節(jié)及日調(diào)節(jié)水電站保證出力計(jì)算⑷多年調(diào)節(jié)水電站保證出力計(jì)算多年調(diào)節(jié)興利庫容已定的情況下求N保先選擇設(shè)計(jì)枯水系列：求出該設(shè)計(jì)枯水系列的凈天然來水量W枯

4、水電站多年平均年發(fā)電量估算定義：多年平均年發(fā)電量指水電站在多年工作時(shí)期內(nèi)，平均每年所能生產(chǎn)的電能量。計(jì)算方法有詳算法和簡(jiǎn)化法。5、水能計(jì)算所需的基本資料①水庫特性曲線②水文資料③系統(tǒng)負(fù)荷資料④綜合利用要求第二節(jié)水能計(jì)算的基本方程和主要方法水量平衡方程出力計(jì)算公式電量計(jì)算公式水能計(jì)算的列表法三、根據(jù)既定興利庫容和水庫操作方案推求水庫運(yùn)用過程水庫操作方式：

⑴定流量操作：設(shè)各時(shí)段的調(diào)節(jié)流量為已知值。

⑵定出力操作：專對(duì)發(fā)電調(diào)節(jié)而言，即按照預(yù)定的出力值調(diào)節(jié)徑流。

水庫運(yùn)用過程：指水庫水位，用水流量，棄水流量隨時(shí)間變化情況。

定出力操作有兩種方式：

第一種：是供水期初V興蓄滿，算至供水期末；蓄水期初V興放空，算至蓄水期末。結(jié)果表明按定出力運(yùn)行，水庫在各種來水情況下實(shí)際蓄放水過程。

第二種：是自供水期末V興放空為起算點(diǎn)，自蓄水期末V興蓄滿為起算點(diǎn)分別逆時(shí)序算至起點(diǎn)。結(jié)果表明水電站按定出力運(yùn)行且保證V興在供水期末正好放空，蓄水期末蓄滿的條件下，各種來水年份各月水庫須具有的蓄水量。

1、等流量調(diào)節(jié)方式

供水期水電站的引用流量Q/引

式中：W供—供水期天然來水量[m3或（m3/s）·月]；V興—水庫興利庫容[m3或（m3/s）·月]；T供—供水期歷時(shí)（s或月）。設(shè)計(jì)枯水年蓄水期水電站的引用流量Q//引式中：W蓄—蓄水期天然來水量[m3或（m3/s）·月]；T蓄—蓄水期歷時(shí)（s或月）。

例題：設(shè)某年調(diào)節(jié)水電站的正常蓄水位Z蓄=760m，死水位Z死=720m。計(jì)算所依據(jù)的資料有：水庫水位容積曲線；水電站下游水位流量關(guān)系曲線；設(shè)計(jì)枯水年入庫徑流資料；出力系數(shù)K取8.2；假設(shè)水頭損失為定植，取△H=1.0m；無其他用水要求。本例不計(jì)水量損失，故未列出水庫面積曲線。按等流量調(diào)節(jié)方式，計(jì)算設(shè)計(jì)枯水年水電站的出力和發(fā)電量，以及供水期平均出力。

水庫水位容積曲線

水位Z上（m）630650670700710720730740750760770庫容V（億m3）00.21.04.25.97.910.513.417.021.426.7下游水位流量關(guān)系曲線

Z（m）625625.5626626.5627627.5628628.5629629.5630635.5Q（m3/s）97153226317421538670806950109012302620⑴由Z蓄和Z死，查庫容曲線得興利庫容V興。⑵確定供水期及其引用流量。⑶確定蓄水期及其引用流量。⑷利用水量平衡方程計(jì)算時(shí)段初蓄水量V初。⑸由時(shí)段平均蓄水量查庫容曲線，求上游平均水位Z上。⑹由引用流量，查水位流量關(guān)系曲線，求下游水位Z下。⑺計(jì)算平均凈水頭H=Z上-Z下-△H。⑻計(jì)算時(shí)段出力Ni=8.2QH。⑼計(jì)算水電站總出力和發(fā)電量。

△T月Q天m3/sQ引m3/s水庫蓄水或棄水Q棄m3/sW初億m3W億m3Z上mZ下mHmNi萬KW△Qm3/s△Wm3/s123456789101112525925900

7.97.9720626.292.819.767515841674.47.910.1729627.7100.34877925842085.5412.315.03744.5627.7115.855.487215841373.6517.7519.58755.5627.7126.860.6∑=512∑=13.594584580021.421.476062713249.7103403400021.421.4760626.7132.336.9112682680021.421.476062613329.212147194-47-1.2421.420.78758625.8131.220.9187194-107-2.8320.1618.75753.8625.812720.2279194-115-3.0317.3615.82746.7625.8119.919.1375194-119-3.114.3012.75737.6625.8110.817.6469194-125-3.311.209.55727625.8100.215.9∑=-513∑=-13.5∑=393.2計(jì)算步驟：⑴先假設(shè)時(shí)段出力為N0，計(jì)算精度為ε，從供水起初正常蓄水位開始順時(shí)序計(jì)算；

⑵假設(shè)時(shí)段水電站引用流量為Q引（也可以先假定水頭H）；

⑶由水量平衡方程，計(jì)算時(shí)段末庫容V末；⑷計(jì)算時(shí)段平均庫容為（V初+V末）/2，查庫容曲線得出水電站上游平均水位Z上；

⑸由Q引查水電站下游水位流量關(guān)系曲線得到水電站下游水位Z下；2、規(guī)定出力方式⑹計(jì)算時(shí)段平均凈水頭，即H=Z上-Z下-△H；

⑺計(jì)算誤差B=ABS（N0/KH-Q）。若B＞ε，則令Q/引=（N0/KH+Q）/2，替代上一次的引用流量Q引，返回步驟⑶；若B＜ε，該時(shí)段計(jì)算結(jié)束，繼續(xù)下一時(shí)段已知出力的計(jì)算；⑻經(jīng)過以上逐時(shí)段演算至供水期末，若期末水位降至死水位，則計(jì)算結(jié)束；否則，若期末水位高于死水位，說明假定出力太小，應(yīng)加大出力N0，若期末水位低于死水位，說明假定出力太大，應(yīng)減少出力N0，返回步驟⑴進(jìn)行下一輪迭代計(jì)算。

△t等出力Q天Q引△Q△WW初WZ上Z下H核驗(yàn)出力月萬KWm3/sm3/sm3/s億m3億m3億m3mmm萬KW

21.4

1218.4147170-23-0.6120.7921.10758.6625.613218.4118.487177.1-90.13-2.3618.4319.61753.2625.7126.618.38218.479187-108-2.6315.8017.12746.7625.7119.918.39318.475204.4-129.4-3.412.4014.10736.6625.8109.718.39418.469241.8-172.8-4.547.8610.13719.8626.192.7318.39供水期規(guī)定出力調(diào)節(jié)方式水能計(jì)算表

第三節(jié)電力系統(tǒng)及其容量組成一、電力系統(tǒng)及其戶1、電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)或電網(wǎng)：在各電站之間及電站與用戶之間用輸電線連結(jié)成的一個(gè)整體。2、電力用戶

⑴工業(yè)用電：⑵農(nóng)業(yè)用電：⑶市政用電：⑷交通運(yùn)輸用電：二、電力系統(tǒng)負(fù)荷圖電力系統(tǒng)負(fù)荷：在任何瞬時(shí)內(nèi)要求電力系統(tǒng)供應(yīng)的電力，稱為電力系統(tǒng)負(fù)荷。電力負(fù)荷圖：表示電力負(fù)荷隨時(shí)間的變化過程的圖形。表示負(fù)荷在一晝夜內(nèi)變化過程的圖形，成為日負(fù)荷圖；表示負(fù)荷在一年內(nèi)變化過程的圖形，成為年負(fù)荷圖。⑴日負(fù)荷圖①日負(fù)荷圖分區(qū)及負(fù)荷圖指數(shù)特征值：日最大負(fù)荷N//、日平均負(fù)荷及日最小負(fù)荷N/日用電量E日：日負(fù)荷圖所包圍的面積，它與日平均負(fù)荷的關(guān)系為：分區(qū)基荷：在N/以下的部分，全日24小時(shí)均均勻；腰荷：N/與的部分，部分時(shí)間變動(dòng)，部分恒定；峰荷：以上至N//之間的部分，一天內(nèi)不斷變化。日負(fù)荷圖指數(shù)α：α大表示基荷占負(fù)荷圖的比重大，也就是各用戶用電情況穩(wěn)定；日最小負(fù)荷率β：β越小，表示負(fù)荷圖中高峰與低谷差別大，日負(fù)荷越不均勻；平均負(fù)荷率γ：γ越大，表示日負(fù)荷的變化小，相反γ越小，表示負(fù)荷越不均勻。②日電能累積曲線⑵年負(fù)荷圖年負(fù)荷圖（a）月最大負(fù)荷曲線；（b）月平均負(fù)荷曲線年負(fù)荷圖的表示方法：①日最大負(fù)荷年變化曲線

②日平均負(fù)荷年變化曲線三、電力系統(tǒng)的容量組成及各類電站的工作特性1、電力系統(tǒng)的容量組成⑴電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量

N系裝=N火裝+N水裝+N核裝+N抽裝+N潮裝

⑵電力系統(tǒng)的工作容量、備用容量及重復(fù)容量

最大工作容量N//工：擔(dān)任系統(tǒng)最大負(fù)荷的容量，電網(wǎng)為滿足最大負(fù)荷的需要而裝設(shè)，等于最大年負(fù)荷圖上的最大負(fù)荷值。

備用容量N備：當(dāng)其它工作機(jī)組發(fā)生故障、停機(jī)檢修時(shí)備用的容量。①負(fù)荷備用容量N負(fù)備：②事故備用容量N事備：③檢修備用容量N檢：必須容量N必：最大工作容量和備用容量之和，是正常供電必不可少的容量。重復(fù)容量N重：棄水多的水電站，在必須容量外加裝額外容量利用棄水生產(chǎn)額外電能以節(jié)省煤耗。系統(tǒng)總裝機(jī)容量N系裝=N//系工+N系備+N系重

上述各種容量關(guān)系可用下式表示：N裝=N必+N季（重）

=N//工+N備+N季（重）

=N//工+N負(fù)備+N事備+N檢備+N季（重）⑶電力系統(tǒng)空閑容量及受阻容量空閑容量N空：受阻容量N阻：從運(yùn)行的容量平衡觀點(diǎn)看N系裝也可以下式表示：N系裝=N//工+N備+N空+N阻2、各類電站的工作特性

⑴水電站工作特性：①出力多變②起動(dòng)迅速③不消耗燃料④具有綜合利用任務(wù)的水電站，其工作方式受其他部門用水的影響。⑵燃?xì)廨啓C(jī)火電站的工作特性①出力穩(wěn)定②成本高③火電站工作的“惰性”大，不宜擔(dān)任峰荷。④火電站機(jī)組啟動(dòng)比較費(fèi)時(shí)。⑶核電站的主要工作特性需要持續(xù)不斷的以額定出力工作，總是承擔(dān)基荷部分，全部運(yùn)行時(shí)間內(nèi)約有5-15%時(shí)間計(jì)劃或事故停堆，故需較大的備用容量。⑷抽水蓄能電站的工作特性①日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站系吸收夜間系統(tǒng)低落處的多余電能抽水，使系統(tǒng)中其他電站如火電站、核電站等處在最有利工況下運(yùn)行，從而節(jié)省煤耗，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)。而季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站利用汛期多余的電能抽水，充分利用水能，改善電站運(yùn)行條件。②蓄能機(jī)組對(duì)負(fù)荷急劇變化的適應(yīng)性甚好，故最適宜于擔(dān)任日負(fù)荷圖的尖峰部分。③由于抽水蓄能電站運(yùn)行的高度靈活性與可靠性，它可代替水電機(jī)組擔(dān)任事故備用，使火電機(jī)組不必處于旋轉(zhuǎn)備用或熱備用狀態(tài)，從而減少煤耗。④可逆式機(jī)組也適宜于作為負(fù)荷備用來調(diào)整周波。離負(fù)荷中心較近的抽水蓄能電站也可多帶無功負(fù)荷，對(duì)系統(tǒng)起調(diào)相作用。第四節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式一、無調(diào)節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式⑴無調(diào)節(jié)水電站的一般工作特性運(yùn)行特征：任何時(shí)刻的電站出力主要決定于河中天然流量的大小，枯水期天然流量變化不大，故應(yīng)擔(dān)任日負(fù)荷圖的基荷部分，洪水期流量增加仍宜擔(dān)任基荷，只有當(dāng)天然出力大于系統(tǒng)最小負(fù)荷N′時(shí)，才擔(dān)任基荷和部分腰荷，且有棄水。豐水期在日負(fù)荷圖上的工作位置設(shè)計(jì)枯水年在系統(tǒng)中的工作情況豐水年在系統(tǒng)中的工作情況⑵無調(diào)節(jié)水電站在不同水文年的運(yùn)行方式設(shè)計(jì)枯水年：枯水期以最大工作容量或更大些出力運(yùn)行和其他電站聯(lián)合運(yùn)行，洪水期即使以全部裝機(jī)運(yùn)行仍有棄水。豐水年：可能全年內(nèi)天然水流出力均大于N裝，因而水電站全年均以裝機(jī)容量運(yùn)行，尚有棄水，汛期更多。二、日調(diào)節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中運(yùn)行方式㈠日調(diào)節(jié)水電站一般工作特性日調(diào)節(jié)對(duì)電力系統(tǒng)有三方面效益：⑴日調(diào)節(jié)枯水期擔(dān)任峰荷，火電站基荷出力均勻，效率高，節(jié)省煤耗，成本低；⑵日調(diào)節(jié)水電站的工作容量比無調(diào)節(jié)大，可更多的替代火電容量，因水電投資少，故有利；⑶洪水期全部裝機(jī)由峰荷逐步轉(zhuǎn)到基荷，減少火電煤耗，降低運(yùn)行費(fèi)。日調(diào)節(jié)水電站在設(shè)計(jì)枯水年的運(yùn)行方式

日調(diào)節(jié)水電站工作位置的決定

㈡日調(diào)節(jié)水電站在不同年份的運(yùn)行方式

⑴設(shè)計(jì)枯水年枯水期：洪水期：⑵豐水年圖（三）日調(diào)節(jié)水電站汛期工作位置確定：已知：N水裝，E水日①作輔助曲線E—將電能累積曲線向左平移，距離為E水日；②做輔助曲線N—將電能累積曲線向上平移，距離為N水裝；③N，E二線相交于a點(diǎn)，自a向下畫垂線交電能累積曲線于b點(diǎn)；④自a，b向左畫平行線與日負(fù)荷曲線相交，即工作位置。隨著天然來水的進(jìn)一步加大，E日加大，與N交于c點(diǎn)時(shí)，擔(dān)任基荷。圖三、年調(diào)節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式㈠年調(diào)節(jié)水電站的一般工作特性

㈡年調(diào)節(jié)水電站設(shè)計(jì)枯水年的運(yùn)行方式⑴供水期：⑵蓄水期：⑶棄水期：⑷不蓄不供期：

圖年調(diào)節(jié)水庫各時(shí)期的工作情況年調(diào)節(jié)水電站設(shè)計(jì)枯水年在1—天然流量過程線；2—調(diào)節(jié)流量過程線；年負(fù)荷圖上的工作位置3—蓄水量；4—棄水量㈢年調(diào)節(jié)水電站豐水年的運(yùn)行方式

供水期：洪水期：棄水期：圖

年調(diào)節(jié)水電站豐水年在年負(fù)荷圖上的工作位置

四、多年調(diào)節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式多年調(diào)節(jié)水電站一般年份在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式特點(diǎn)：多年調(diào)節(jié)一般都進(jìn)行年、日調(diào)節(jié)。時(shí)段劃分：一般年份內(nèi)只有供水期與蓄水期兩個(gè)時(shí)期，水庫只有在連續(xù)豐水年才能蓄滿，并可能發(fā)生棄