水電站裝機容量

題目：《無調節(jié)水電站裝機容量的選擇》第一章 設計水電站的開發(fā)任務及設計要求 1自然條件 1流域概況 1水文氣象條件 1工程地質 1設計要求 1第二章基本資料及數(shù)據(jù) 2基本資料和數(shù)據(jù) 2電力系統(tǒng)負荷資料及有火電站的資料： 2某徑流式水電站的基本情況 3電力系統(tǒng)有關經濟資料 3第三章 徑流調節(jié)與水能計算 4月平均出力及發(fā)電量的計算 4保證出力的計算 6第四章 保證出力的確定 8海森格紙的繪制 8繪制經驗頻率曲線 9繪制P-Ⅲ曲線 10統(tǒng)計參數(shù)對理論頻率曲線形狀的影響 11相關分析 12第五章裝機容量選擇 13最大工作容量的確定 13水電站的最大工作容量 13火電站的最大工作容量 13備用容量與重復容量的選擇 13備用容量 13重復容量 14第六章電力電能平衡分析 16電力電量的平衡分析： 16電力電能平衡圖的繪制 17第七章水電站多年平均年發(fā)電量 19PAGEPAGE3第一章 設計水電站的開發(fā)任務及設計要求自然條件流域概況該水電站位于河流中，河流全長較長，流域面積較大。流域面積內氣候溫和濕潤，ft脈多呈東西走向，地勢東、西、北高，中南部低，海撥高程不高，屬于深切割中ft地貌。該河道屬峽谷型河道，彎曲多，坡度大。控制流域面積大，總庫容可到12.52億立方米，為無調節(jié)水電站。90萬kW設水電站充分利用水資源發(fā)電，也同時可用于農業(yè)灌溉等方面，建設水電站可以提高整個地區(qū)的綜合效益。水文氣象條件該流域屬于亞熱帶暖濕季風區(qū)。受ft均氣溫15.61524.0mm。每年37工程地質水電站所在的庫區(qū)內地形切割強烈，地形較陡，庫岸ft體雄厚，ft能力弱。兩岸ft體雄厚，地層走向與河流走向夾角較大，同時巖石透水性較差，滲漏量較小。水庫庫岸即為現(xiàn)在河谷兩岸ft響較小。水電站的建設是為了充分利用我國的水能資源。要注意以下幾點：要符合當?shù)氐牡匦蔚刭|條件，水文條件，考慮具體的經濟條件?？紤]建設水電站的經濟性和可行性。建設的水電站主要任務是發(fā)電，同時考慮其他的效益，達到水電站的綜合效益最大。電力系統(tǒng)擬建水電站的原則，比較電力系統(tǒng)整體效果的變化，對水電站效益進行經濟評價。設計要求《某水電站水庫水文水能規(guī)劃設計》的設計要求如下：熟悉已知資料，查找相關規(guī)范，復習所學課程。熟練掌握Excel掌握無調節(jié)保證出力的計算，熟練掌握有關公式及參數(shù)。掌握無調節(jié)水電站保證電能的計算。選擇備用容量及重復容量。了解電力電能平衡計算的目的，掌握電力電能平衡計算的方法。掌握多年平均發(fā)電量的計算。第二章基本資料及數(shù)據(jù)基本資料和數(shù)據(jù)電力系統(tǒng)負荷資料及有火電站的資料：2-1表2-1 典型年負荷圖情況 萬kW季度冬春夏秋冬月份123456789101112最大負荷9895949290889093949698100圖2-1 典型年負荷圖100100萬（荷負大最月各806040典型年負荷圖200123456月份789101112設計符合水平年的最大負荷為90kW典型日負荷圖（最大負荷的百分比）見表2-2。時序（小時）12、1、2月時序（小時）12、1、2月35910、11月6、78月時序（小時12、、2月35910、11月6、7、8月1234567891011127673737376787887969790826969697071737882909490816765636163677175828077751314151617181920212223248290969088971009688848178848790858181879490858173737779808286908884827770系統(tǒng)中已有火電站的總裝機容量為31.5kW2臺×5.0kW，2臺×2.56臺×2萬kW，9臺×0.5kW。2.2某徑流式水電站的基本情況、789、10、14、4m3/s.壩址處設計代表年的徑流資料1-3表2-3 壩址處設計代表年的徑流情況月份345678910111212枯水年253537824953192114106105113112107149平水年477717483956305549176233367367337324豐水年45497715041765798444216188186186189375水電站下游水位流量關系曲線如下表1-4表2-4 徑流式水電站下游水位流量關系曲線水位水位（m）流量m3/s0.20.640.901.21.51.82.02.32.53.03.33.620100156243330447519670776107712891564圖2-2水位流量關系曲線圖1800180016001400y=197.26x1.4995s1200R2=0.9955（1000量流800600水位流量關系曲線400200000.511.52水位2.533.5416米46計算N=AQH時，A=8.0水電站的設計保證率為90%2.3電力系統(tǒng)有關經濟資料水電站增加千瓦投資K水=820元/kW水電站增加千瓦容量的年費用率P=3%額定投資效益系數(shù)i=12%火電站單位電能消耗的燃料b=0.4kg/kWh95元/噸3.6α=1.05

第三章 徑流調節(jié)與水能計算月平均出力及發(fā)電量的計算t的出力決定于電站在該時刻的發(fā)電流于是，實際進行水能計算時，按以下公式計算水電站出力：N AQHAHZZ上 下式中：Q為通過水電站水輪機的流量，m3/s；H為水電站的凈水頭，m；Z

和Z分別為水電站上 下H8；計算水電站的發(fā)電量：計算內容如下表：

E730N3-13-2為設計平水年無調節(jié)水電站出力及發(fā)電量計算；表3-3 為設計豐水年無調節(jié)水電站的出力和發(fā)電量計算；PAGEPAGE6表3-1 設計枯水年無調節(jié)水電站各月出力及發(fā)電量計算徑流情況3（m3/s)3（m3/s)253（m3/s)0（m)46(m)17.2(m)28.88.0N(萬kW)5.83（萬kW·h)4255.9453704618288.012.038781.9582404618.627.48.018.0613183.8695334618.8527.158.020.6315059.97192104616.9529.058.04.233087.98114144616.6429.368.02.351715.5910644616.6429.368.02.417521010504616.6529.358.02.471803.11111304616.6929.318.02.651934.51211204616.6929.318.02.631919.9110704616.6629.348.02.511832.3214904616.8329.178.03.482540.4

灌溉流量

正常蓄水位

下游水位 H

月平均出力A

月發(fā)電量表3-2 設計平水年無調節(jié)水電站各月出力及發(fā)電量計算徑流情況3（m3/s)3（m3/s)477（m3/s)0（m)46(m)17.82(m)28.188.0(萬kW)10.75（萬kW·h)7847.5471704618.3627.648.015.8511570.5548304617.8228.188.010.897949.7695634618.8627.148.020.6915103.77305104617.3128.698.06.774942127.98.011.948716.2917644616.9129.098.0429201023304617.1228.888.05.383927.41136704617.5328.478.08.366102.81236704617.5328.478.08.366102.8133704617.528.58.07.685606.4232404617.428.68.07.415409.3

灌溉流量 正常蓄水位

下游水位 H

月平均出力A

月發(fā)電量表3-3 設計豐水年無調節(jié)水電站各月出力及發(fā)電量計算徑流情況3（m3/s)3（m3/s)454（m3/s)0（m)46(m)17.8(m)28.28.0N(萬kW)10.24（萬kW·h)7475.2497704618.927.18.021.1815461.45150404619.626.48.031.7623184.86176534620.225.88.036.37265505227.488.017.3212643.68444144617.6928.318.09.747110.2921644617.0528.958.04.935771018804616.9729.038.04.373190.11118604616.9729.038.04.323153.61218604616.9729.038.04.323153.6118904616.9729.038.04.393204.7237504617.628.48.08.526219.6

灌溉流量

正常蓄水位

下游水位 H

月平均出力A

月發(fā)電量保證出力的計算46m16m，有所給資料可確定保證出力保證出力公式為：NAQHHZZ上 下H可根式中：Q為分組的平均流量，單位：H為平均水頭，A為水電站出力系數(shù)，根據(jù)材料所給，取8.0H可根ZZ上

為水電站下游水位，可由水位流量關系得到；據(jù)水力學手冊查的，由于缺乏電站的具體資料，本設計取0。計算過程：將流量劃分為若干個流量等級，統(tǒng)計各級流量出現(xiàn)的次數(shù)。計算各級流量的平均值Q各級流量相應的水電站凈水頭。NAQH計算各級流量相應的電站出力。以各級流量相應的出力N為統(tǒng)計對象，將N由大到小排序，并用經驗頻率公式P=m/(n+1)×100%計算其相應的頻率，據(jù)此繪制水電站N-P。(5) 根據(jù)水電站選定的設計保證率P設，在N-P曲線上查取水電站保證出力N保計算內容如下表：表3-4水電站保證出力計算表分組（m3/s)

出現(xiàn)次序

平均流量Q(m3 Z（m)（m）（m)（m）100-2001314816.834629.1734537.28201-300323417.124628.8854063.36301-400634617.54628.578888401-500446517.854628600254318.14627.9121197.6701-800275818.454627.55167063.2801-900182418.64627.4180620.8901-1000396218.884627.12208715.521501-16001150419.584626.42317885.441701314625.69362742.8表3-5出力頻率計算表出力（kW)出力（萬kW)次數(shù)頻率（%）362742.836.2719.09317885.4431.79218.18208715.5220.87327.27180620.818.06436.36167063.216.71545.45121197.612.12654.5510471810.47763.64788887.89872.7354063.365.41981.8234537.283.451090.91

Z上 H(m)

出力（kW)第四章 保證出力的確定經驗頻率點據(jù)的配合情況。海森格紙的繪制在x軸和P軸都是等分分格的坐標紙上，，…， ）曲線是S形的，不便于配線和外延，因此，設計了一種專門的坐標紙，它的概率坐標不是等分的，而是能使（累積）頻曲線畫在上面成為直線這種坐標紙常稱為概率格紙水文上常用的是正態(tài)概率格（又稱海森機率格紙），正態(tài)分布函數(shù)畫在上面成為直線。繪制海森格紙運用到Excel中的公式（表中只選取了一部分-3.719024-10表4-1：頻率PP標準正態(tài)分布分數(shù)位X軸Y軸0.01-3.719020.0000.0000.01-3.719020.00050.0000.02-3.540080.17950.0000.02-3.540080.1790.0000.03-3.431610.2870.0000.03-3.431610.28750.0000.04-3.352790.36650.000…………99.983.5400847.25950.00099.983.5400847.2590.00099.993.7190167.4380.00099.993.7190167.43850.000利用表4-1的第三列和第四列制表，利用圖表向導里的無數(shù)據(jù)折線散點圖繪制表格。繪制好表格對橫坐標進行調整。的橫坐標來代替橫軸。如表：表4-2：8PAGEPAGE16頻率PP標準正態(tài)分布分數(shù)位X軸Y軸0.01-3.719020.00000.05-3.290530.42800.1-3.090230.62900.2-2.878160.8410…………951.6448545.3640982.0537495.7730992.3263486.045099.52.5758296.295099.82.8781626.597099.93.0902326.809099.953.2905277.010099.993.7190167.4380將上表中第三和第四列的點通過數(shù)據(jù)源的形式加入到表格中。過程：右擊表——數(shù)據(jù)源——系列值和Y值分別為對應的上述表中的第三列和第四列的坐標，標，再將橫坐標的每個標注改為對應的頻率值，這樣海森格紙就繪制成功了。4-3：Pm實測分位點實測橫軸出力0.091-1.3346222872.38439771336.270.182 -0.907769532.8112504731.790.273-0.6037648383.11525516220.870.364-0.3477872043.37123279618.060.455-0.1130385413.60598145916.710.545 0.1130385413.83205854112.120.636 0.3477872044.06680720410.470.727 0.6037648384.3227848387.890.818 0.907769534.626789535.410.909 1.3346222875.0536422873.45第二列由函數(shù)NORMSINV()得到，第三列由第二列加上|-3.71902|得到。利用制作橫坐標的方法加入散點。P-Ⅲ曲線繪制P-Ⅲ曲線所用的公式為： C 4 2 X 1C( sGAMMAINV(1P, ,1) )X。 （1）p v 2其中，X為樣本平均值；為方差；

mC2 CS SC為離差系數(shù)；VC ，v x

（2）C為偏態(tài)系數(shù)，為C的若干倍；S VP 為各流量出現(xiàn)的概率。mX：利用AVERAGE()函數(shù)計算；：利用STDEV()函數(shù)計算；C：CV

；xC：CS

=bCV

（b為實數(shù)，一般為2.5，2，1.5等），計算結果如下：平均值平均值16.304方差10.89748偏態(tài)離勢0.6681.0021.67計算出不同Pm所對應的理論出力值，如表：表4-4：Pm理論值1理論值20.09132.1837345532.163539780.18225.7307127924.780760620.27321.5940240920.329246030.36418.3976866317.076460390.45515.6903037614.472795550.54513.2795730412.290953830.63610.9742960110.343920360.7278.6823847518.56461210.8186.2482935196.8743401470.9093.326705675.168821519然后以實測橫軸分別和上表中理論值1與理論值2法與插入橫坐標的方法類似。統(tǒng)計參數(shù)對理論頻率曲線形狀的影響CV

越大，說明隨機變量相對于均值越離散，因而頻率曲線將越偏離K=1的水平線。隨著CV的增大，頻率曲線的偏離程度也隨之增大，顯得越來越陡。CS

愈大時，頻率曲線的中部愈向左偏，且上段愈陡，下段愈緩。當取CV

=0.668時上部偏下太多，增大CV

值，發(fā)現(xiàn)下部向下偏離，如果增大CS

，則中向左偏很大。經過過反復調試。決定選取CV

=0.75，CS

=2CV

=1.5。表4-5：Pm實測分為點理論值0.0912.38439771333.649840.1822.8112504725.841920.2733.11525516221.060760.3643.37123279617.515910.4553.60598145914.635220.5453.83205854112.180780.6364.0668072049.9476550.7274.3227848387.8570420.8184.626789535.8050440.9095.0536422873.623795相關分析對于相關的密切程度,通常以相關系數(shù)r來表示。若r2=1,則均方誤S=0，表示所有對應值x、y均落于回歸線上，只有函數(shù)關系才能如y i ir2=1表示函數(shù)關系。若r2=0，則S= 。此時誤差S達最大值，說明y的變化與x毫無直線關系，即這兩種y y變量可能沒有關系。0r2r1r、y間i i的關系愈密切。r為正值時，表示正相關；r為負值時，表示負相關。運用到的公式：xyi ix2x22yii

（3）當選取C=0.75，C=2C=1.5時，進行相關分析：V S V計算得r=0.9908；當選取C=0.668，C=2C=1.336時，進行相關分析：V S V計算得r=0.9903；當選取C=0.85，C=2C=1.7時進行相關分析：V S V計算得r=0.9905。相比之下當C=0.75，C=2C=1.5r1，另外從圖中（1）90%V S V時，也就是尾部，此理論頻率曲線與經驗頻率曲線的重合度更高。90%，則由圖中可知（1）3.85kW保證電能：ENT3.8530.524123.38104kW·h。第五章裝機容量選擇最大工作容量的確定水電站的最大工作容量無調節(jié)水電站一般只能擔任電力系統(tǒng)的基荷。根據(jù)系統(tǒng)的可靠性和經濟性要求，無調節(jié)水電站的最大工作容量N"水工

應等于按歷時設計保證率所求的保證出力，即N" =N水工 保無式中：N保無

為無調節(jié)水電站的保證出力。3.85kW。火電站的最大工作容量此得到火電站的每個月的最大工作容量。下表為確定的火電站最大工作容量。表5-1火電站的最大工作容量月份最大負荷無調節(jié)火電站1982.5195.492953.4891.523945.8388.1749212.0379.9759018.0671.9468820.6367.377904.2385.778932.3590.659942.491.610962.4793.5311982.6595.35121002.6397.3797.37kW。備用容量與重復容量的選擇備用容量負荷備用容量當有突荷出現(xiàn)時，電力系統(tǒng)必須準備一部分備用容量，不致因系統(tǒng)容量不足而使周波降低到小于規(guī)備用容量，可采用系統(tǒng)最大負荷的2%—5%，大系統(tǒng)用較小比例值，小系統(tǒng)用較大比例值。該系統(tǒng)最大負1003可作為系統(tǒng)的主要調頻電站，其承擔的負荷備用容量擬按

負備，水

2/3N負備

考慮，因此，取N =2kW。火電站的負荷備用容量為負備，水

=1kW。負備，火事故備用容量系統(tǒng)事故備用容量采用系統(tǒng)最大負荷的10%左右，且不得小于系統(tǒng)中最大一臺機組的容量。因此10萬kWN事備，水

N"水工

/N"總

N 事備

事備，水

=0.2萬kW?；痣娬镜氖鹿蕚溆萌萘繛镹 =9.8kW。事備、火檢修備用容量由于火電站有燃料保證，故檢修備用容量設置在火電站上。于是，水電站所承擔的備用容量為 N =10.8kW。備、火

備、水

=2.2萬kW，火電站所承擔的備用容量為重復容量為選定無調節(jié)水電站的重復容量，首先，根據(jù)水電站徑流資料，計算繪制其多年的日平均流量持續(xù)曲線

f(h)；再利用水電站出力公式

NA

H，換算得日平均出力持續(xù)曲線

Nf(h)。然后，利用式：

i1in? h

s s p/f經濟 水

1in1 水 s （4）k式中：

i水為水電站補充千瓦造價，元/kW。s為額定資金年收益率；n為重復容量設備的經濟壽命，n=25p水為水電站補充千瓦容量的年運行費用率；f為火電廠單位發(fā)電量所需的燃料費。5-2：140014001200)s1000/3m（量流均平日800日平均流量持續(xù)曲線60040020000100020003000 40005000600070008000年持續(xù)時間t(h)根據(jù)

AQH，換算得到日平均出力曲線，如圖5-3：3030)W25k萬（力出均平日2015日平均出力持續(xù)曲線105001000 2000300040005000600070008000年持續(xù)時間t(h)在圖中由

h 經濟查的水電站裝機容量

N裝，據(jù)此即可定出水電站重復容量重

NN"裝 水。i1in? h

s s p/f經濟

1in1 水 s 0.1210.1225 820

25

0.031

1.050.095

=3237。 水電站增加千瓦投資為820元/kW，水電站增加千瓦容量的年費用率為3%，額定投資效益系數(shù)12%，火電站單位電能消耗的燃料為0.4kg/kW·h，燃料到場價格為95元/噸，N N查得=18.38KW，所以=14.53kW。第六章電力電能平衡分析在上一章中分別求得水電站最大工作容量、備用容量和重復容量，即可得到水電站裝機容量的初選N值，即

N"水工

N備、水

N重。由上一章可得水電站的最大工作容量為3.85萬kW，備用容量為2.2萬kW，重復容量為14.53萬kW，所以水電站機組的裝機容量確定為21萬KW。最終選定的水電站裝機容量，必須滿足設計水平年電力系統(tǒng)電力（容量）為此需進行容量平衡分析。電力電量的平衡分析：在進行系統(tǒng)容量平衡時，主要檢查下列問題：正常供電；電站之間進行合理分配；火電機組檢修，而使水電機組盡量多利用棄水量，增發(fā)季節(jié)性電能；區(qū)灌溉要求，是否能滿足下游航運要求的水深等，如有矛盾，應分清主次，合理安排。表6-1是水電站的電力電能平衡分析，表6-2是火電站的電力電能分析：表6-1水電站電力電能平衡計算表最大工作容量備用容量重復容量可用容量檢修容量空閑容量受阻容量裝機容量1月2.512.204.7106.5169.774212月3.482.205.6806.1289.192213月3.852.214.5320.5800.1680.252214月3.852.214.5320.5800.1680.252215月3.852.214.5320.5800.1680.252216月3.852.214.5320.5800.1680.252217月3.852.214.5320.5800.1680.252218月2.352.204.5506.589.87219月2.42.204.606.569.842110月2.472.204.6706.5329.7982111月2.652.204.8506.469.692112月2.632.204.8306.4689.70221表6-2火電站電力電能平衡計算表最大工作容量備用容量重復容量可用容量檢修容量空閑容量 受阻容量裝機容量1月95.4910.80 106.2901.484 2.2261102月91.5210.80 102.3203.072 4.6081103月90.1510.80 100.9553.62 5.431104月88.1510.80 98.9554.42 6.631105月86.1510.80 96.9555.22 7.831106月84.1510.80 94.9556.02 9.031107月86.1510.80 96.9555.22 7.831108月90.6510.80 101.4503.42 5.131109月91.610.80 102.403.04 4.5611010月93.5