水电站优化运行课件

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1、水电站优化运行与管理二0一一年九月二十七日 昆明 1.第一部分 小水电站优化运行导则 2.第二部分 水电站优化运行与管理 3.第三部分 水电站技术更新改造 4.第四部分 水电站运行组织管理 5.第五部分 水电站常见故障与事故处理第一部分 小水电站优化运行导则 综述：为什么要提倡优化运行，历史 与现实的结合，历史发展的必然； 体现 了人类的文明与进步； 为适应水电可持 续发展的需要，提高效率，节约资源，进 一步扩大可再生能源的作用。 农村水电站优化运行导则主要内容： 总则； 基本资料收集与分析； 农村水电站优化运行； 农村水电站群优化运行； 农村水电站优化运行与地方电力系统 优化调度； 附录A术

2、语； 附录B电站优化运行系统应用软件应具 备的主要功能。 1总则 1.0.1为了加强农村水电站(以下简称电站)运行管 理的科学性，实现电站的优化运行，充分利用水 能资源，提高电站经济效益，促进电网安全优化 运行，制定本导则。 1.0.2本导则适用于装机容量50MW0.5MW、出 线电压等级110kV及以下电站的优化运行。装机 容量小于0.5MW的电站可参照执行。 1.0.3电站优化运行应在保证电站枢纽工程运行安 全和电力系统电能生产安全可靠的前提下，利用 现有发电设备和水工建筑物，通过合理调度，使 电站和电力系统获得最佳经济效益。 1.0.4电站优化运行除应执行本导则的规定外，尚 应符合国家现

3、行有关标准的规定。 2基本资料收集与分析 1电站所属流域的水文、气象资料； 2电站水库特性资料； 3电站下游水位流量关系资料； 4电站引水系统、尾水系统及其水头损失资 料； 5电站历年运行资料； 6电力系统对电站运行的要求； 7电力市场交易的相关资料； 8综合利用的用水要求。 机组动力特性资料主要包括： 1水轮机运转特性曲线； 2机组功率损失特性曲线； 3机组功率特性曲线或流量特性曲线； 4机组效率特性曲线； 5机组耗水率特性曲线； 6机组流量微增率特性曲线。 3农村水电站优化运行 3.1一般规定 3.2长期优化运行 3.2.1编制水库调度方案和年度发电计划。 3.2.2电站水库调度图。 3.

4、2.3电站水库调度图的编制要求。 3.2.4编制电站水库调度方案的要求。 3.2.5编制电站年度发电计划应遵循统筹兼 顾的原则。 3.3短期优化运行 3.3.1应以长期优化运行方案确定的发电用 水量为依据。 3.3.2宜根据短期水文预报及有关电力市场 信息进行编制。 3.3.3有日调节库容的电站充分发挥水库的 调节作用。 3.4厂内优化运行 3.4.1根据出力、流量和水头平衡关系及机 组动力特性编制厂内优化运行总图或厂内 优化运行总表。 3.4.2最优负荷分配，可采用等微增率法或 动态规划法。 3.4.3实施机组无功负荷的优化分配。 3.4.4采用计算机实时监控。 4农村水电站群优化运行 4.

5、1一般规定 4.2电站群优化运行 4.3梯级电站优化运行 5农村水电站优化运行与电力系统优化调度 附录A术语 A.0.4电站优化运行：在满足电力系统的供电要求 及不改变现有发电设备和水工建筑物的前提下， 以充分利用水能资源，提高电站和系统经济效益 为目的，按照用系统分析理论和最优化技术编制 的电站最优调度方案运行的工作方式。 A.0.5电站长期优化运行：以水库优化调度为核心 ，并进行电力系统的长期电力电量平衡，将水电 站较长时期(季、年、多年)内的输入能量，最优 分配到较短时段(月、旬、周、日)的工作方式。 A.0.6电站短期优化运行：将长期优化运行 分配给当前时段的输入能量在更短的时段 间合

6、理分配，按照电站逐日、逐小时(或更 短时段)的最优负荷分配方案运行的工作方 式。 A.0.7电站厂内优化运行：根据电站设备的 动力特性和动力指标，按照厂内最优的运 行机组台数、组合和启动、停用计划，以 及机组间负荷的最优分配方案运行的工作 方式。 附录B电站优化运行系统应用软件应具备的 主要功能 1电站负荷的实时自动给定。 2使机组的启、停按最优化准则进行。 3对调频电站，进行最优分配和实时调节。 4进行负荷偏差的检测。 5适时对各机组当前的动力特性进行实测。第二部分 水电站优化运行与管理 1水电站运行 2水电站水库运行调度的意义和分类 从研究问题的范围来看，电力系统及其水电站的 经济运行可分

7、为厂内经济运行和厂间或电力系统 经济运行。厂内经济运行的主要任务是：研究厂 内工作机组的最优台数、组合及启停次序，机组 间负荷的最优分配，厂内最优运行方式的制定和 实施等。厂间或电力系统的经济运行，是研究电 力系统中水电站之间的负荷最优分配，制定和实 现各电站在不同历时运行期的最优运行方式。 短期运行调度对具有短期(周、日)调节性能 以上水库的水电站具有现实意义；长期最 优运行方式的制定对具有长期(季、年、多 年)调节性能水库的水电站才更为必要。 水电站厂内经济运行与厂间经济运行、短 期经济运行与长期经济运行间具有密切联 系，如图l所示。电力系统中水电站、火电厂经济运行方式的研制与实施关系结构

8、 当研制运行方案时，先进行厂内经济运行方案的 研究，获得电厂瞬时最优运行特性。为研制短期 最优运行方案和平均最优运行特性提供依据，再 以此平均特性为依据研制长期最优运行方案。当 实施调度时，则与运行方案研制过程相反。 为了充分发挥水电站及其水库的作用，合理利用 资源，获得尽可能大的综合运行效益，应当全面 开展水电站长期、短期及厂内经济运行研究。若 条件不具备时，可先单独开展其中的某项，也能 获得较明显的经济效益。 3常规调度与最优调度 水电站水库运行调度方法，按是否采用优化技 术可分为常规调度与最优调度。常规调度是根据 已有的实测水文资料，计算和编制水库调度图， 以此作为水电站水库控制运用的工

9、具。这种常规 调度图简单直观，能利用调度和决策人员的经验 ，对水库运行调度起到一定的指导作用。但是， 常规调度所利用的调度信息有限，理论上不够严 密，所确定的运行调度策略(方式)和相应决策只 能是相对合理的，难以达到全局最优，更难以处 理多目标、多维变量等复杂问题。因此，为了能 够利用所获得的各种调度信息，解决更复杂的水 电站水库调度问题，就需要采用水库最优调度方 法。 水电站水库最优调度，是运用系统工程的理论和 最优化技术，借助于电子计算机寻求最优准则达 到极值的最优运行策略及相应决策。通俗地说， 就是根据水库的人流过程及综合利用要求，制定 并实现水电站及其水库长期最优运行调度方式， 以获得

10、尽可能大的运行效益，使水电站及其水库 的设备能力得到充分发挥，使水能资源得到充分 合理的利用。与常规方法相比，优化调度在满足 多种约束条件、考虑不同优化准则上，以及在适 应当时负荷变化及水情变化上，处理比较灵活， 并能获得更大的运行效益。 4水轮发电机组经济与优化运行意义 4.1水电厂内经济与优化运行 4.2水电站短期经济与优化运行 4.3水电站长期经济与优化运行 5 梯级水电站水库优化调度 (1)梯级水电站群。 (2)并联水电站群。 (3)混合水电站群。 梯级水电站联合优化调度，3类有代表性的 方法。 一是逐次渐近法。 二是离散微分动态规划法。 三是聚合分解法。 6水轮发电机组经济与优化运行

11、准则 机组的经济、优化运行取决于短期经济运 行方式。对于电力系统中的水电站，其经 济、优化运行方式根据电力系统对水电站 的要求，合理确定水电站在日负荷图上的 工作位置，使国民经济总效益最大或国民 经济总费用最小，从而得某一时刻系统给 电站规定的出力值，并根据该出力值合理 确定在各机组间的最优分配，得出最优开 机方案。以使电站总流量最小。不同开机方案（一）方案一二三四机组ABABABAB 流量（m3/s）220002507512510090 出力（万kW）6.0006.01.54.52.53.5 总流量（m3/s ）220250200190总出力（万kW ）6.06.06.06.0例如某水电站2

12、60MW机组，系统给定出力 60MW，拟定以下4个开机方案，如表1所示。从表1可知，第四方案为最优。 另一方面，某水电站，在既定水头下，对 给定发电量时，以何种开机方案能使电站 总出力最大以产生最大经济效益具有重要 意义，例如上述电站在30m水头下，该日可 有250 m3/s流量供给发电，拟定以下4种开 机方案，如表15-2。不同开机方案（二）方案一二三四机组ABABABAB流量（m3/s）25000250130100 135 115出力（万kW ）6.4006.05.02.45 3.84.2总流量（m3/s ）250250200250总出力（万 kW）6.46.07.458.0由表2可见见，

13、以第四开机方案最优优。 综上所述，水电站机组经济运行准则为： 满足安全和电能质量要求，完成规定的日 发电任务，使耗用的水量最少。 7小型水电站在运行中的一些不确定因素 (一)水轮机工作特性不确定 (二)引水系统水头损失和尾水位不确定 (三)电站的日负荷计划不易确定 8水轮发电机组的经济与优化运行 水电站的经济与优化运行，应根据电力系统对水 电站分配的负荷，合理选择机组的运行台数和机 组间负荷的经济分配，用较少水发出较多的电能 。同类型、同容量的水轮发电机组，因制造工艺 上的差异或运行时间的长短不同，其效率也不尽 相同，特别是大型机组的效率相差一个很小的数 值，会引起经济效益的很大差别。如一台1

14、0万kW 的机组，效率提高1，按年运行4000h计算，则 每年就可多发电400万kWh。水轮轮机在不同水头头运行具有不同的耗水率。某水电电 站不同水头时头时 的耗水率见见表3。 某水电电站不同水头时头时 的耗水率水头（m）30405060708090耗水率 m3/(kWh)14.110.68.57.16.1 5.3 4.7 该水电站的设计平均水头为70m，年发电量为30 亿kWh，若平均水头上升为80m，则年耗水量要 少24亿m3。少耗的水量在设计平均水头以下，可 多发电量3.92亿kwh。因此，合理调度、保特高 水位运行是经济、优化运行的主要措施。 在同一水头下，不同的开度具有不同的耗水率

15、，在一定的负荷下，合理的选择开机台数，控制 机组在高效率区运行，或以有功功率、无功功率 成组调节装置按机组性能进行调节，可以获得较 为经济、优化的运行结果。 8.1水轮发电机组的动力特性 (1)动力平衡。水轮发电机组将水能转换成 电能过程中，存在能量损失，即输入的水 能与输出的电能及能量损失之间必须平衡 。 (2)动力指标。根据机组能量转换过程的动 力平衡原理，分析机组运行及电站运行的 动能效益及经济性，并据此选择最优运行 方式时，采用一些动力指标作为工具，常 有绝对动力指标、单位动力指标和微分动 力指标等。 1)绝对动力指标。用绝对单位表示动力数量 的指标，如机组段水头、流量、机组出力 和出力损失。 2)单位动力指标。用单位输入功率的输出功 率表示的指标称为单位动力指标，如效率 、单耗。 3)微分动力指标。机组 出力N与水轮机引用流 量Q之间的关系不是简 单的直线关系，而是曲 线关系，如图所示。为 表示机组在运行过程中 出力有微小变化时，水 轮机引用流量及输出功 率的相应变化情况，常 用微分动力指标表示， 称微增率。通常有微增 率和微增耗水量两个方 面。 (3)水轮发电机组典型动力 特性。在机组将水能转换电 能