水电站优化运行策略研究

水电站优化运行策略研究

赵刘飞

中国大唐集团有限公司重庆分公司集控中心  重庆市江北区  400020

摘要：近些年，随着“双碳”目标的提出，增加水电发电量、减少火电碳排放是每一个水力发电企业的重要历史责任。通过深入挖掘设备潜力，优化水库调度和机组运行方式，提高水量利用率，提高水电机组运行经济性水平和企业效益是一个重要的研究课题。

关键词：水电优化运行；水能利用率；耗水率

引言

本文以银盘水电站优化运行策略为研究方向，总结运行管理经验，具体分析提出水库调度优化、运行方式优化、两个细则管理优化、通航及泄洪设施管理优化等措施，实现水能利用率不断提升和发电耗水率持续降低，增加清洁能源发电量，有力提升企业效益，助力国家节能减排。

1 水电站简介

银盘水电站是日调节电站，是兼顾上游电站的反调节任务和渠化航道的枢纽工程，以发电为主，航运为辅。水库正常蓄水位为215.00m，死水位为211.5m，总库容为3.2亿m3，调节库容为0.371亿m3。电站装机容量为645MW，由4台161.25MW轴流转桨式水轮发电机组组成，采用“两机一变”的扩大单元接线方式，220kV系统为四角形接线，通过“双线共塔”的形式送至对侧变电站。

2 水库调度优化

优化水库调度的基本策略是：丰水期以水量利用为主，充分利用水库的调节库容，提高水量利用率；枯水期以水头利用为主，尽可能抬蓄水库水位,在少机组、高水头的方式下运行，以降低发电耗水率。

2.1 库容重复利用

银盘水电站调节库容为0.371亿m3，一次库容重复利用最大增发电量约265万kWh，造成的收益颇为可观。

（1）要密切监视库区及上游各水库的天气和水情，在洪水入库前进行预报并通过加大发电流量进行腾库，从而增加水量利用率；

（2） 在汛期应抓住时机进行大发满发，利用洪水间隙期消弱库容，可潜在减少下一场洪水入库后的弃水量或勿需弃水；

（3）做好洪水退水阶段预测和分析，洪水退去时库水位一般应回蓄至214.5m以上，力争回蓄至214.8m。

2.2 水库联合调度

银盘水电站及上游彭水水电站同属大唐重庆分公司，日常由大唐重庆集控中心统一调度。银盘水电站是日调节电站，水库调节性能较差，但上游彭水水电站为不完全年调节电站，具备一定的调节性能，日常调度过程应当充分利用联合调度的优势，辅助电站优化运行。

（1）彭水水电站的水库调度要充分考虑下游银盘水电站，当银盘水电站有可能发生弃水时，若彭水水电站无泄洪风险且具有为银盘水电站调蓄能力时，应适当控制彭水水电站出库，以减少或防止银盘水电站发生弃水。

（2）从分公司收益最大化角度出发，银盘水电站电价和归母利润均高于彭水水电站，可充分利用区域集控中心具有负荷二次分配的优势，当银盘水电站已发生或将要发生弃水，不论彭水水电站是否泄洪，优先保障银盘水电站按预想出力（最大发电能力）运行。

3 发电方式优化

发电方式优化着主要从提高机组运行水头、减少水量损失、降低发电耗水率和厂内经济运行等方面着手，通过发电方式的优化运行，达到“度电必争”的效果。以电站单机150MW运行工况为例，每增加1米运行水头，过机流量减少约16m³/s，耗水率降低约0.38m³/kW.h，单机日节水量折算电量约11万kW.h。受尾水顶托的影响，每增加350m³/s的出库，下游水位上涨约1米，故增加机组水头不仅要从抬高上游水位、减少水头损失方面考虑，还需从优化机组运行方式，减少总体开机台数考虑。

3.1 优化日内负荷曲线

银盘水电站是日调节电站，同时作为上游彭水水电站的反调节电站，为保障下游生态流量和通航安全，实时最小出库流量不得低于345m³/s。结合重庆电网峰谷差大、凌晨负荷空间不足、彭水电站凌晨机组需全停等特点，凌晨低谷上游电站全停前，尽可能抬蓄电站水位运行，若白天持续顶峰运行或长时间发电需求不超过三台机组，凌晨低谷尽量单机调峰运行，一方面尽可能保持机组高水位运行，另一方面减少参与火电调峰辅助服务的费用分摊。

3.2 降低耗水率

在满足电网调功（峰）需要的前提下，应尽可能减少电站机组总体开机运行台数。在同等条件下，单位耗水量小的机组及漏水量大的机组应先开，提高水量利用，减少停备水耗。

正常情况开停机时优先下达“停机—发电” 和“发电—停机”命令，使机组应尽量避免空载、空转运行，缩短开停机时间，减少状态转换过程水耗；同时尽快避开振动区运行。

加强机组运行水头监视，及时对机组拦污栅前垃圾进行清理，提高机组运行效率。同时，机组调速器采用自动采集水头，机组水头异常，将直接导致导叶、桨叶协联异常，降低机组运行效率，甚至增加机组振动，威胁机组安全。

3.3 开展经济运行

根据机组水轮机效率曲线和机组耗水率曲线表，经济运行总结如下：

（1）机组水头低于27米，当机组负荷大于150MW运行时，水轮机效率降低较快，机组耗水率明显上升。故当机组运行水头低于27米时，尽可能不安排单机负荷超150MW运行。

（2）当机组负荷小于100MW运行时，随着负荷的降低，机组耗水率呈明显上升趋势。因此，电站负荷增长或需要安排增长时，应以100MW为单位基本负荷，逐步增加开机台数，避免长时间处于非经济运行区域；电站负荷削减时，各单机负荷从150MW递减或接近100MW时，逐步停机。

（3）两台机组以下运行时，尽可能控制单机负荷在80MW-120MW之间运行；三至四台机组运行时，尽可能控制单机负荷在70MW-100MW之间运行，以及全厂450MW以下负荷尽可能不开第四台机组运行。

3.4 降低主变损耗

电站发变组采用“两机一变”的扩大单元接线方式，运行过程中，要合理安排机组和系统运行方式，提高主变压器运行负荷和负荷平衡分配。原则有2台机组运行时每台主变下运行1台机组，以降低损耗和增加可靠性。

4 两个细则管理优化

因调节性能不达标，银盘电站两个细则考核主要以一次调频考核和AGC考核，其中又以AGC日均调节性能指标小于1导致每日30MWh考核电量为首。两个细则补偿主要有AGC服务补偿、无功补偿和AVC补偿，其中以AGC服务补偿为首。从近三月的两个细则考核补偿结果可以看出（详见表2），两个细则整体呈盈利状态，尤其AGC服务补偿收益颇为可观，且AGC性能考核电量与机组发电量无关。

表2 两个细则考核及补偿明细

目前，电网对AGC/AVC的投入容量要求较高，无特殊情况要求具备相关功能的厂站必须投入AGC/AVC运行，不得擅自退出并网机组的AGC/AVC功能。AGC的月投运率必须达到90％以上，每低于1个百分点，每台次记考核电量50MWh。各机组AVC投运率不低于85%，每降低一个百分点按全厂容量×0.2小时的标准进行考核，每个月的考核电量不高于当月上网电量的1%。经调度机构同意退出AGC/AVC的时间段，不纳入考核范围。

重庆市调主站 AGC 模式参与调节的有三种：AUTO-R（无条件承担调节功率）、AUTO-A（次紧急和紧急区承担调节功率，调节范围为75MW-150MW）、AUTO-E（紧急区承担调节功率：调节范围为 150MW 以上）; 在 AGC 固定调节模式为 BASE-O模式,此模式下为机组的基点功率为当时的给定值,不承担调节功率。自动发电控制（AGC）对单元所在控制区频率或者联络线偏差控制调节，按照其贡献电量进行补偿。补偿费用计算如下所示，其中ΔP为单次有效调节过程调节幅度，k为调节综合性能指标。

通过典型运行方式关键参数分析研究（详见表3），9月3日全天单机参与AGC调节运行为主，9月27日全天单机投入AGC由调度侧固定负荷运行。9月3日AGC补偿收益达7.8297万元，查询机组耗水率曲线表，投入AGC调节运行下的9月3日耗水率，基本与日均负荷、日均水头下的设计耗水率一致，由此可见单机投入AGC调节运行基本不影响机组经济运行。机组参与AGC调节运行主要影响为设备磨损增加，以及辅机启动频率增加导致厂用电增加。通过两日厂用电对比，9月3日较9月27日增加厂用电为0.16万kW.h，电价以0.32元/kW.h计算，折合费用为0.0512万元，AGC服务补偿获得的费用远高于增加的厂内损耗。

表3 AGC投退期间关键参数对比表

综合分析，为达到增加盈利目的，可从以下三个方面优化两个细则管理：

（1）机组并网运行后及时投入AGC、AVC运行，确保投运率满足要求。同时尽量承担网内主要调功调频任务，即将AGC投入AUTO-R模式。

（2）电站单机运行时AGC调整范围为100MW-161.25MW，两台及以上机组运行时，单机负荷低限为70MW，综合分析机组效率曲线和耗水率曲线表，银盘电站轴流转浆式机组具有较为宽泛的的高效率运行区，高水头（大于额定水头26.5米）、少机组运行条件下，AGC调节运行对经济运行造成的影响甚微。但日常AGC调节运行过程中需加强运行水头和全厂负荷区的监视，尤其三台及以上机组投入AGC调节运行时，若AGC在橙色区域长时间运行，及时联系调度调整负荷。

（3）持续深入研究AGC、一次调频调节性能方面存在的问题，调研、借鉴其他公司经验，开展分析试验，优化控制策略，减免性能考核，增加补偿。

5 通航及泄洪设施管理优化

银盘水电站船闸闸室有效尺寸为120m×12m（长×宽），可以一闸次通过2艘500t级货船。以上游水位213米，下游水位180米为例开展通航工作，一次通航用水量约4.752万m³，折合发电量约3960kW.h。

5.1 要求电站加强与通航管理处的协调与联系，在收到过闸申请后，尽可能汇聚更多船只一并过闸，适当延长船只待闸时间，小型船只可与大型船只一并过闸，提高闸室充满率，减少开闸次数，节省用水、用电。

5.2 尽量选择水库低水位控制阶段过闸，减少通航引起的水量损失。

5.3 船闸上闸首采用人字门型式，下闸首采用一字门型式，输水门采用反弧门型式。上闸首人字门尺寸较小且水封效果好，如果3天以上没有通航计划，船闸应处于上行备用状态，以减少渗漏水量。

5.4 加强船闸、泄洪设施、坝体渗漏监测管理，发现挡水设施水封损坏渗水、坝体渗漏时，及时进行渗漏治理。

6 结语

水电站优化运行工作要做到“外增内节”，既要想方设法增发抢发电量、提高收益，又要落实站内节能降耗，做到“滴水必珍、度电必争”，让效益助力企业更好地高质量发展。