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1、第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 1 - 四川电网水电调度辅助决策系统四川电网水电调度辅助决策系统 的研究与设计的研究与设计 张宏图 毛锐 李杜 四川电力调度中心 摘 要: 摘 要: 本文结合四川电网调度运行的特点和实际经验，在深刻分析网内水电调 度运行难点问题的基础上，提出了建立水电调度辅助决策系统的必要性，详细阐 述了该系统的设计思路、实现方法原理和具体功能，提出了与生产实践紧密结合 的实用性的设计要求。 关键词： 关键词：水电 调度 辅助决策 研究 设计 一、 引言一、 引言 四川省是水电大省，水电站总装机容量占全网装机的 60以上，数
2、量众多，仅省调统 调统分的就达到六十余家。分布在全省各地的为数众多的水电站，承担着电网调峰、调压、 维持事故和负荷备用等重要的任务，在电网运行中，起着非常重要的作用。但网内水电站大 多数为径流式电站，水库容量小，调节性能较差，大多数仅能达到日调节的要求，这也给电 网运行，尤其是枯水期的电网运行带来不少的困难和问题。在目前水电调度自动化系统尚不 完善的情况下，调度员只能依靠经验来进行判断，作出决策。这样一来，尤其在枯水期，值 班调度员在水电调度方面，常常感到力不从心，急需一套实用的系统来帮助进行科学分析， 科学决策。开发电网水电调度辅助决策系统，成为四川电网调度运行中一个需要尽快得到解 决的重要
3、课题。 二、 系统开发的背景和目的二、 系统开发的背景和目的 在四川电网实际调度运行中，尤其在枯水期，水电调度的问题突出，总结起来，表现在 以下几个方面： 1. 电力电量平衡问题。四川电网峰谷差大，必须依靠大量水电站参与调峰才能满足需 要。枯水期，如何合理运用电网内为数众多的水电站水库，将有限的水力资源充分发挥作用， 既不发生水库弃水及水库水位过低等不经济运行情况，又要保证电网高峰和低谷的电力电量 平衡，需要作出细致考虑、实时跟踪、科学定量分析，不能单纯依靠运行方式处的前一日计 划安排和值班调度员经验型的估算。 2. 水电电量低高比平衡问题。四川电网出台了丰枯峰谷电价机制，用经济手段促进各 水
4、电站参与调峰，取得了明显效果，也带来一些问题。枯水期，由于存在较大的峰谷电价差， 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 2 - 每个水电站从本厂利益出发，都希望低谷时段尽量降低出力甚至空载，高峰时段带满负荷， 所以出现了每天高峰时段时各水电站要求大量加负荷，低谷时段要求大量减负荷的情况。这 与电网运行的客观规律存在矛盾，各水电站应按照电网需要实时调整其有无功出力，合理分 配峰平谷段电力电量，共同承担调频调压调峰任务，才能保证电网平稳运行。基于此，值班 调度员只有根据情况对各水电站电力电量进行调整。 在目前缺乏有力而实用的计算分析工具、 且水调自动
5、化系统尚不完善的条件下，值班调度员不能准确掌握和估计水电站的水库运行情 况，只能依据经验和水电站的汇报被动、粗略地作出估算，难免出现偏差。在实际运行中， 不少水电站以“水库水位已达最高” 、 “水库水位已拖至最低”等理由来申请调整时，调度员 也无法作出正确判断，只能被动地同意。长此以往，将可能带来不公平的因素，造成各水电 站电量低高比不平衡，影响“三公”调度的有效性。 3. 局部电网安全问题。由于四川电网还比较薄弱，局部地区存在较严重的重载和过载 现象，有时候必须依靠多个水电站的联合调节才能保证安全稳定运行，这就必须解决多个水 电站水库水位的协调问题。如：枯水期，川西电网水电来水不足，不能保证
6、全天高出力运行。 川西用电负荷平衡只有依靠川西断面从川南大功率、远距离输送电能才能实现， 500KV 龙王 站主变下网负荷及龙王 220KV 出线潮流较重，其中龙大双回线、龙马双回线更是向成都地区 送电的重要重载线路，常常重载甚至过载运行，为减轻龙王主变及龙大双回线、龙马双回线 潮流，川西岷江流域等水电站必须按照主变和线路负荷实时调整出力，合理进行水库的协调 调度，才能保证局部电网的安全稳定。由于缺乏辅助决策系统，调度员要想在全天或者更长 的周期内协调好各水电站的发电，无疑是困难重重。 4. 梯级调度问题。四川电网内不少水电站是按流域梯级开发的，梯级电站之间的水库 调度与电网的要求的协调处理、
7、 上下游水电站电力电量的合理安排一直困扰着电网调度运行， 通过科学的测算方法，帮助值班调度员掌握梯级电站的运行特性和控制要求，合理安排梯级 电站的水库运行方式，是关系电网、电厂多方利益的值得研究的重要问题。 5. 调整计划曲线问题。在枯平水期，水电站来水变化较大时，或者在电网出现异常等 不可预见情况时，运行方式处按照前一天的预测水情、运行方式所作的水电站预计出力计划 曲线可能不能满足实际运行的条件，需要值班调度员实时作出调整，以修正计划曲线。但值 班调度员在修正时，缺乏科学的测算方法，给修正带来不便，同时，不少时候调整量相当大， 调度员在将调整命令登录进考核程序时容易出错，每月月末各水电站前来
8、省调核对负荷调整 命令时也需要耗费大量精力。如果值班调度员能依靠一套较实用的系统进行科学分析，对计 划曲线给于校核和调整修正，并及时校核调整修改后的曲线，自动登录考核程序，同时及时 将调整结果公布， 将对电网运行和经营结算带来积极的影响， 杜绝一些安全隐患和经济纠纷。 综上所述，开发一套实用的水电调度辅助决策系统，解决四川电网调度运行中的难点问 题，非常必要，也非常迫切。 三、 水库调度基础模型三、 水库调度基础模型 根据水库的基本知识，水库建成后，水位和库容存在一个相对固定的关系，用水库特性 曲线可以表达为： 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集
9、- 3 - () 1 11 22 3 VFF FFZ=+ （1） 式中 V相邻高程间（即相邻两水位间）的容积，万 3 m； 1F、2F相邻上、下水位对应的水库面积，万 2 m； Z高程间隔（相邻水位差） ，m。 而水电站发电出力与发电（下泻）流量也有一个相对固定的关系，用水轮机特性曲线可 以表达为： ()9.80NHH q= （2） 式中 N出力，单位为，kW； q水电站下泻流量； H落差，单位为 m； H各种水头损失的总和。 但在实际计算中，通常把机组效率作为常数来近似处理，这样，水能计算基本方程式便 为 ()( ,)Nkq ZZf q ZZ= 下下上上 （3） 式中 k机组效率的一个综合效
10、率系数； Z上上下游水位。 Z下下游水位，在无弃水的情况下，与下泻流量 q 是固定关系，可表达为 0 n Za q= 下 （4） 式中 0 a，n常数。 q和库水位的关系，则可以用水量平衡方程来表达，即 ( )( ) dv Q tq t dt = （5） 如果库容曲线也以库水位h的函数形式表示，例如三次多项式 32 Vahbhch=+ （6） 则把关系式（4） 、式（5） 、式（6）代入式（3） ，即可得出按时序t作为水电出力之基本方程 式： 00 ( )( )( ) n N tk Q tdv dtHa qh t=+ （7） 式中 ( )h t自库底起算之库水位高程或落差； 0 H下游水位基准
11、点距库底之高差。 因有 ( ) dvdh A h dtdt = （8） 式中 A(h)水库面积。 故利用式（7） 、式（8） ，可将微分方程式写成下列最终形式： 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 4 - 1 00 ( )( )( )( )( )( ) n dhdh N ta k Q tA hk Hh tQ tA h dtdt + = + （9） 四、 系统应达到的功能及界面要求四、 系统应达到的功能及界面要求 1. 检索功能模块。 该系统应具有全网水电站基本资料收录检索功能，且检索方式简单明了。用户可以通过 该系统检索全网各水电站概况，在主页
12、上设全网水电站一览表、全网水电站分布地理图、按 流域分类梯级电站分布地理图等直观的检索。点击一览表、地理图上水电站图标可显示本站 水工建筑、水库特性、模拟动态水情、开机方式、AGC 投运情况、电气设备（含并网点）概 况等等信息，帮助调度员熟悉并掌握全网水电站的实时运行状况和基本状况。 2. 决策支持功能模块。 A. 根据现有水情（水位、来水等） ，预测水电站维持某恒定出力运行至某时刻时水库的 水位。水电站维持恒定出力，可以缺省自动考虑开机方式，并保留手动置开机方式的输入条 件。 B. 根据现有水情（水位、来水等） ，预测水电站按某预定的出力曲线（含方式处所作的 计划曲线）运行至某时刻时水库的水
13、位。可以自动调用方式处计划曲线。如需要输入预定曲 线，可以按对话框式输入方式，允许鼠标点选、键盘录入、调用典型曲线等多种方式。水电 站开机方式可自动考虑。 C. 根据现有水情（水位、来水等） ，计算出为满足至某时刻水库水位达到某值，水电站 应遵循的恒定出力运行的参考值。期望水位可以采用鼠标点选方式，自动显示设计最高最低 水位间的水位值以供点选。 D. 根据现有水情（水位、来水等）和设定的区间高峰时刻，计算出为满足至某时刻水库 水位达到某值，水电站应遵循的出力曲线的参考值。设立区间高峰时点可以采用调用典型曲 线的方式实现，一般为日负荷曲线的极值点。 E根据调整后的曲线，如果仅调整一天中的某些时点
14、，则可根据需要选择与方式曲线或 上个值调整曲线整合成最终的曲线，计算水电站全天电量、低高比。 F. 梯级流域各水电站负荷分配模块。为满足梯级电站电量低高比相对平衡，保证上、下 游电站运行平稳，不发生弃水现象，给出各梯级水电站的负荷曲线参考值。 3安全校核功能模块。 根据电网结构，划分不同的发电区，根据调度员输入的发电区内出力总和的要求，结合 本区内的水电站情况，给出区内各水电站在特定时间段的出力曲线参考值，保证电网安全稳 定运行。 4. 考核及预结算功能模块。 实现与电力市场交易数据的接口，在电力市场运作下，根据调度员输入或选定的发电出 力曲线，自动连接考核结算程序，对各水电站的出力进行考核和
15、预结算。 5. 与其它生产自动化系统的接口功能模块。 保留与水调自动化系统的接口， 待水调自动化系统完善后， 直接将实时水情接入本系统， 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 5 - 这样可以更好为调度员决策服务；保持与方式计划曲线系统畅通，可相互调用生产数据和调 度信息；保持与经营报表数据系统的接口功能，可以让调度员实时查询到各水电站分年、月、 日电量计划与实际完成情况、低高比、不合格电量等信息。 6. 调度信息发布功能模块。 调度员调整后的曲线可以向调度信息数据网发送，各水电站可以通过自身登录权限查询 当月、天的调整记录，自行核对考核预结算结
16、果，避免月末进行实际经营结算时，累积大量 不合格电量，给水电站带来不必要的损失。 7. 显示界面 显示界面生动友好，各水电站水库特性、水情（计算值） 、负荷曲线参考值等都有多种显 示方式，如数值、柱状图、曲线图等并有报警功能，输入界面简单方便。 五、 结束语五、 结束语 以上从四川电网调度运行的实际出发，深入分析了四川电网水电调度所面临的困难和问 题，论述了建立四川电网水电调度辅助决策系统的必要性，对该系统的开发提出了设计思路 和实用化的功能界面要求。当然，系统的开发和完善是动态的，我们相信，只要在实践中不 断学习积累，不断完善该系统，切实帮助调度员实现从“经验型”向“分析型”过渡，四川 水电调度水平一定会达到一个新的高度。 参考文献参考文献 1. 河海大学
