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1、全国大中型水电厂技术协作网第四届年会论文集经济运营与优化调度114三峡葛洲坝梯级枢纽水库优化调度欧阳德和 易长春（三峡水利枢纽梯级调度通信中心）摘要：针对梯级枢纽运行特点，在保证梯级枢纽安全运行的前提下，采取一系列水库调度措施，开展水库优化调度，充分发挥梯级枢纽的经济效益。 关键词：梯级枢纽；水库优化调度1 梯级枢纽概述三峡水库 2003 年 6 月 1 日开始蓄水，6 月 10 日库水位蓄至 135.0m，标志三峡工程进入围堰发电期；7 月 10 日三峡电站首台发电机组并网发电，三峡工程开始发挥发电效益。2006 年 10 月 27日，库水位蓄至 156.0m，三峡工程首次初期蓄水工作圆满结
2、束，工程进入初期运行期，2007 年汛期工程开始发挥发电效益。截止 2007 年 7 月底，三峡电站已有 16 台机组先后投产并网发电，装机容量 1120 万 kW，相当于 4 个葛洲坝电站装机容量，已累计发电 1773.0902 亿 kWh，工程开始发挥防洪、发电和航运等综合效益。梯级枢纽初期运行期调度规程规定，三峡水库汛期正常运行范围为（143.9145.0）m，汛限水位 144.0m,汛末自 10 月 1 日开始蓄水，10 月底前蓄至汛末蓄水位 156.0m，在第二年 6 月 10 日，将库水位消落至汛限水位运行。葛洲坝水利枢纽位于三峡水利枢纽坝址下游 40km 处，为径流式电站；三峡水
3、利枢纽三期截流后，在正常蓄水位 66m 时，相应库容 7.11 亿 m3，仅为三峡截流前（相应库容 15.8 亿 m3）的45；电站共有 21 台机组，装机容量 271.5 万 kW，自 1981 年首台机组投产发电以来，截止至2007 年 7 月底，已累计发电 3512.6128 亿 kWh。葛洲坝水利枢纽作为三峡水利枢纽的反调节航运梯级，主要任务是对三峡电站日调节下泄的非恒定流过程进行反调节，在保证航运安全和畅通的前提下，充分发挥发电效益。2003 年 6 月三峡工程蓄水至 135m 后进入围堰发电期，三峡水库开始运行，葛洲坝水库和三峡水库亦开始联合运用。2 合理控制葛洲坝库水位，提高梯级
4、电站发电效益葛洲坝水利枢纽与三峡水利枢纽相距仅 40km，三峡大坝就位于葛洲坝库区里，两坝之间没有大的支流加入，三峡水库出库流量基本就是葛洲坝水库入库流量，两个水库水力学联系紧密，葛洲坝库水位的变化直接影响三峡电站尾水位的变化。在围堰发电期，由于三峡水库水位运行范围为（135139）m，初期运行期汛期，三峡水库水位运行范围为（143.9145.0）m，三峡电站机组出力一直处于受阻状态，葛洲坝库水位的变化将直接影响三峡电站机组水头的变化，从而引起三峡电全国大中型水电厂技术协作网第四届年会论文集经济运营与优化调度115站机组出力的变化，见下图。葛洲坝电站机组设计水头 18.6m，因此在葛洲坝电站机
5、组水头大于18.6m 后，适当降低葛洲坝库水位运行，既不影响葛洲坝电站机组出力，又可有效地增加三峡电站发电水头，增加三峡机组出力。梯调规程规定，围堰发电期和初期运行期，葛洲坝库水位运行范围为（6366.5）m。仅以三峡 VGS 机组为例，根据设计和实际运行情况，水头每变化 0.1m，机组出力变化 0.12 万 kW；当三峡电站尾水降低 1m 时，每台机可增加出力 1.2 万 kW，16 台机就是 19.2 万 kW，相当于一个中型水电站。我们分析了三峡水库蓄水后梯级水库实际运行资料，葛洲坝库水位的变化直接影响三峡电站尾水位的变化，不同流量级下葛洲坝库水位的变化对三峡电站尾水位变化的影响也不同，
6、流量越大影响随之减小，15000 m3/s 流量以下影响基本是 1:1， （1500020000 ）m3/s 流量影响是1：0.96， （2000035000 ）m3/s 流量影响为（0.960.45） ，35000m3/s 流量以上影响较小；随着三峡下泄流量的进一步增大，葛洲坝库水位的变化对三峡电站尾水位的变化更加减小，葛洲坝电站机组出力已受阻，而此时抬高葛洲坝水库运行水位，既对三峡电站机组出力影响不大，又可大幅提高葛洲坝电站机组出力。根据葛洲坝电站多年来实际运行情况，当入库流量大于 24000m3/s 时，机组出力开始受阻。通过对宜昌站（18822003）年日平均流量资料进行统计分析，12
7、2 年来每年日平均流量小于 24000 m3/s 天数为 295.8 天，最多的为 1994 年，为 348 天，最少的为 1883 年和 1949 年，为 247 天。因此，一年中的大部分时间都可通过合理控制葛洲坝库水位运行来有效增加三峡电站机组出力。但当流量小于 17400 m3/s 后，葛洲坝电站已不能满出力运行，此时，过于降低葛洲坝库水位运行又将使葛洲坝电站耗水率增大而减小机组出力。根据统计，流量（1500026000）m3/s 天数占 1 年天数的22.1，此阶段合理降低葛洲坝库水位运行梯级枢纽效益最大。在实际调度中，根据开发的梯级水库优化调度模型，以梯级电站发电效益最大化为约束条件
8、，选择合理、最优的葛洲坝水库水位并控制运行，充分发挥梯级枢纽发电效益。在 2004 年 9 月初出现的自 1998 年以来最大洪水调度过程中，涨水初期，葛洲坝库水位控制在65.0m 左右运行，9 月 6 日 20 时入库流量涨至 45000m3/s，相应三峡电站尾水位 70.44m，此时葛洲坝库水位的变化对三峡电站尾水位变化影响较小。为提高葛洲坝机组水头，增加机组出力，葛洲坝全国大中型水电厂技术协作网第四届年会论文集经济运营与优化调度116库水位抬升至 66.20m 运行，相应增加葛洲坝机组出力 20 万 kW。3 控制三峡水库水位偏上限运行，提高三峡机组出力三峡水库水位的高低直接影响三峡电站
9、的发电水头，控制三峡库水位偏上限运行，将有效增加机组出力。围堰发电期和初期运行期，汛期三峡水库运行范围为分别为（134.9135.7）m 和（143.9145.0）m，在准确预报水库来水，加强对坝址以上流域水雨情和枢纽运行状况的监视，确保枢纽安全运行的前提下，控制库水位偏上限运行，将直接增加三峡电站机组出力，增发电量。下面以 2005 年（69）月三峡水库实际运行水位为例说明，仅抬高三峡库水位运行较库水位 135m运行时可增加出力，见表 1。表 1 2005 年（69）月抬高库水位增发出力表月份实际平均库水位（m）较库水位 135m 时增加水头（m）相应增加单机出力（万 kW）三峡机组台数 相
10、应全厂增加出力(万 kW）6135.520.520.6127.27135.500.500.6127.28135.50 0.500.6137.89135.500.500.6148.44 利用三峡调节库容进行小洪水优化调度围堰发电期和初期运行期，汛期三峡水库运行范围为分别为（134.9135.7）m 和（143.9145.0）m，相应调节库容分别为 3.5 亿 m3和 5.49 亿 m3，在来水小于葛洲坝机组全部满发用水的情况下，对小洪水可充分利用这有限调节库容进行优化调度，节水增发。在调度上，利用水库调度自动化系统和上游流域水情报汛系统，密切监视水雨情变化，在来水小于三峡机组发电用水的情况下，提
11、前加大三峡机组出力，将三峡库水位下降；在来水大于三峡机组发电用水的情况下，开启三峡泄洪深孔，加大葛洲坝机组出力，在洪水到来前将库水位降至下限运行；洪水过后拦洪水尾巴，又将三峡库水位蓄至上限运行。为确保梯级枢纽安全运行，实际调度中，围堰发电期和初期运行期，汛期三峡水库水位实际控制范围为分别为（135.0135.6）m 和（144.0144.9）m，相应调节库容分别为 2.6 亿 m3和 4.44 亿 m3；在此范围利用库容一次如三峡水库无弃水，三峡电站可分别增发电量 4624.6 万 kWh 和 6830.8 万 kWh，葛洲坝电站可增发电 1515.3 万 kWh，梯级电站可分别增发电量 61
12、39.9 万 kWh 和 8346.1 万 kWh；如调度期间，来水一直大于三峡机组满发引用流量，则梯级电站可增发电量 1515.3 万 kWh。如在汛前消落水位和汛末蓄水调度过程中，在出现小洪水过程时开展优化调度，因此时可调库容增大，发电效益将更加显著。2006 年 5 月（712）日的小洪水调度中，当时三峡库水位是按非汛期要求控制在 139m 运行；根据预报 7 月 12 日入库流量将达到 19000 m3/s， 5 月 7 日开始进行小洪水优化调度，提前加大三峡电站出力控制库水位下降， （910）日三峡库水位维持在 138.10m 运行，最低水位 138.05m；三峡电站满出力运行后，三
13、峡库水位逐步回升，洪峰期间，三峡库水位维持在 138.90m 运行，最高库水位 138.95m。三峡电站增发电量 7128 万 kWh，葛洲坝电站增发电量 2210 万 kWh，梯级电站增发电量 9338 万 kWh。5 推迟三峡水库汛期消落水位的时间全国大中型水电厂技术协作网第四届年会论文集经济运营与优化调度117根据围堰发电期梯级调度规程，三峡水库水位从 5 月 10 日起开始降低运行，5 月底前降至135m 运行范围。但我们如果根据当时气候预测和长江中上游来水形势，推迟降低库水位时间，每天可增发电量（400500）万 kWh。在 2004 年汛期消落水位调度中，当时全国用电形势十分紧张，
14、国务院发改委与国资委在召开的全国生产会议上，要求各大发电公司增加发电出力， “迎峰度夏” ，支持国民经济发展。我们根据中长期水文气象预报和长江上游来水形势，认为三峡水库推迟 20 天降水位，能保证防洪安全。三峡建设委员办公室同意三峡库水位 6 月 10 日前维持在 138.0m 运行，6 月 10 日后水位逐步下降，6月 20 日前达到 135m 运行。我们据此重新修订了水库水位消落计划，6 月 10 日 0 时水库水位从137.72m 开始下降，6 月 20 日 0 时库水位降至 135.60m。此次三峡库水位推迟 20 天下降，既没有增加下游防汛压力，又增发电量 8606 万 kWh，对电
15、网“迎峰度夏” ，充分发挥梯级枢纽经济效益都有十分重要的意义。进入初期运行期后，三峡发电机组进一步增多，运行水头进一步提高，根据中上游来水形势和预测，在不增加荆江河段防汛压力的情况下，推迟三峡库水位消落时间，发电效益将更加显著。6 掌握好三峡水库汛末蓄水时机根据围堰发电期梯级枢纽调度规程，水库汛后蓄水开始时间为 10 月上旬，10 月中旬允许蓄至139.0m，蓄水期间应保证葛洲坝出库流量不低于 7000 m3/s。宜昌站（18822002）年 10 月上、中旬多年平均流量分别为 22600 m3/s 和 19300 m3/s，葛洲坝库水位 66.2m 时葛洲坝电站满发所需流量17400 m3/s，因此大部分时间进行汛后蓄水不会影响葛洲坝电站发电量。但当出现 2002 年类似来水情况时，进行汛后蓄水将严重影响葛洲坝电站发电量。2002 年 8 月 19 日出现洪峰流量 47000 m3/s后，流量即持续下退，8 月 31 日 14 时退至 20000 m3/s，9 月份平均流量只有 12000 m3/s，10 月上、中旬平均流量也只有 10800 m3/s 和 10200 m3/s。在这种来水条件下 10 月份进行蓄水不仅影响葛洲坝电站发电量，还不能保证 10 月中旬按期蓄至 139.0m。在 2006 年首次 156m 蓄水调度中，根据当时来水偏枯的特点，经国务院三峡建
