锦屏一级水电站第四阶段工程蓄水方案优化.pdf

第46卷第16期人民长江Vo1．46，No．162015年8月YangtzeRiverAug．，2015文章编号：1001—4179(2015)16—0083—04锦屏一级水电站第四阶段工程蓄水方案优化朱成涛(雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都610051)摘要：在分析锦屏一级水电站第四阶段工程蓄水设计方案的基础上，提出了新的蓄水方案优化思路，建立了该工程蓄水期梯级电站发电量最大模型，并采用POA法进行求解。对雅砻江近10a实际来水过程进行了优化调度计算，基于分析成果，提出了工程蓄水优化方案。采用2014年汛期实际来水进行设计方案和优化方案对比分析，结果表明，两方案均能满足工程蓄水要求，其中，优化方案发电用水量增加约9．5亿m，下游梯级电站发电量增加约8．6亿kW-h。关键词：工程蓄水；方案优化；POA法；锦屏一级水电站中图法分类号：TV697文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．201516．0201研究背景重要。2设计蓄水方案分析锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段的控制性水2．1设计蓄水方案电站，其下游梯级为锦屏二级、官地、二滩和桐子林水针对锦屏一级水电站第4阶段工程蓄水，提出了电站。锦屏一级水电站规模巨大，其混凝土双曲拱坝如下蓄水方案：2014年6月1日水库从死水位1800坝高305m，为世界第一高双曲拱坝。开发任务主要m开始蓄水，7月13日水库蓄水到1859m，以后维持是发电，汛期蓄水兼有为长江中下游防洪的作用。电该水位至8月20日进行观测，8月21日水库继续蓄站装机容量3600MW，多年平均年发电量166．2亿水，至9月10日水库蓄水到正常蓄水位1880m。来kW·h。水库正常蓄水位1880m，死水位1800m，正水保证率50％和75％两典型年的蓄水计划见表1。常蓄水位以下库容77．6亿m，调节库容49．1亿m，表1锦屏一级水电站第4阶段工程蓄水计划属年调节水库，对下游梯级电站的补偿效益显著。蓄水阶段保证率50％保证率75％保证率50％保证率锦屏一级水电站工程蓄水分为4个阶段：2012年75％保证率50％保证率75％8001859．06m06—0106—0lo7一l307一l342．742．811月正式开始蓄水，2012年11月～2013年11月逐维持lB59．06m383g步完成前3个阶段蓄水任务，2014年汛期进行第4阶08—2109一l009一l02l21段工程蓄水。该阶段蓄水任务是将水库从死水位由于锦屏一级水电站双曲拱坝为世界最高，对锦1800m逐步蓄至正常高水位1880m，总蓄水量约屏一级水库工程蓄水及正常运行期水位升降速率提出49．1亿m。由于锦屏一级水电站第4阶段蓄水为最了严格要求，见表2。后一次工程蓄水，蓄水工作直接关系到工程建设的成表2工程蓄水及正常运行期水位上升及下降速率控制要求败。而该阶段蓄水量很大，下游锦屏二级、官地和二滩水位区问／m上升(下降)速率／(m·d)几个大型电站均已投产发电，蓄水又将对梯级电站发l800～1840≤2．O电量产生重大影响。因此，锦屏一级第4阶段蓄水方1840～l860≤1．5案制定的是否科学合理，对工程建设和电力生产至关1860～1880≤1．0收稿日期：2015—03—20作者简介：朱成涛，男，高级工程师，硕士，主要从事水文预报与水库调度工作。E—mail：zhuchengtao@126．com 84人民长江2015生2．2方案存在的不足水期梯级电站发电量最大模型。该模型需要考虑工程蓄水要求、机组投产进度、电网约束等条件，通过优化(1)未考虑来水大小不同对工程蓄水方式的影计算，使整个蓄水期梯级电站发电量最大]。模型响。设计蓄水方案中50％和75％两种来水情况采用计算目标既要保证锦屏一级水电站工程蓄水任务圆满相同的蓄水方式，6月初锦屏一级水电站减少发电量完成，又要使下游梯级电站发电量尽可能大。这与一开始蓄水，6月30日需要蓄至1840m，7月1313则要般的优化调度模型有一定区别，要充分考虑工程蓄水蓄至1859m。对于来水偏少情况，由于水量不足，需实际情况，计算结果才合理可行。模型求解采用逐步要大幅削减发电量才能将水位蓄至1859m。假如正优化算法(POA)，该方法主要优点是算法本身收敛，好碰到前期来水不足，后期来水较多情况，这种蓄水方优化过程中可方便地加入约束条件，编程实现也比较式势必会给下游梯级电站造成不少的电量损失。另容易，经常应用于最优化求解问题。。外，方案中采用一定速率均匀上蓄的方式，但实际汛期由于在蓄水之前的2014年，汛期实际来水过程无来水过程是由多次洪水过程组成的，入库流量不同，拦法准确预测，这就成了一个不确定性的优化调度问题。蓄流量也是时大时小，实际蓄水进程时快时慢，所以难对于这一问题，本文除了对75％和50％典型水文年进以保证以一定的速率均匀上蓄。如果保证均匀上蓄，行分析外，还采用近10a雅砻江实际来水过程进行优必将造成梯级电站出力时大时小，将给发电运行造成化调度计算分析，从增加计算样本数量的角度减少计一定难度和电量损失。算结果的随机性。如果能从众多优化调度计算成果中(2)水位升降速率要求将限制锦屏一级水库调节总结出一种客观规律，便可以指导2014年汛期的实际性能。锦屏一级水库库容系数为12．8％，为年调节水蓄水过程。某种程度上来说，新的优化蓄水方案是一库。作为梯级电站龙头水库，锦屏一级水库可以使下种柔性蓄水控制策略，而并非刚性的水位控制计划。游梯级水库都实现年调节。但设计方案中水位升降速3．2优化蓄水方案率控制要求会使得其调节性能难以正常发挥。根据水库调度分析成果，表2中的水位升降速率要求会使流运用锦屏一级水电站第4阶段工程蓄水梯级发电量最大模型，采用雅砻江近10a汛期实际来水数据进量超过3000m／s的洪水资源都弃掉。而下游锦屏二级和官地水库为13调节性能，锦屏一级水电站弃水意行优化调度计算，水库蓄水进度和汛期梯级电量成果味着3个电站都将产生这部分弃水损失电量。如果第见表3。4阶段工程蓄水按照水位升降速率控制要求执行，极表3不同来水情况下第4阶段工程蓄水优化调度计算成果有可能出现流量大的时候不能多蓄，流量小时候又无水可蓄的局面。枯水年份，梯级电站会因为蓄水速率限制被迫弃水而损失电量；丰水年份，电站也会因为较长时间出力受阻而遭受一定电量损失。3蓄水方案优化3．1方案优化思路针对锦屏一级水电站第4阶段工程蓄水问题，本文提出了一种新的解决思路。此次蓄水实际有两个目标：①要保证锦屏一级水库汛末蓄满；②要做到整个汛期梯级发电量最大。这是一个比较特殊的梯级水库近108实际来水中，2005，2012年为丰水年份，优化调度的问题。对于一个已知的来水过程，既可以2004，2008，2009年为偏丰年份，2010年为平水年份，采用常规方法控制不同蓄水进程对比得出发电量最大2007，2013年为偏枯年份，2006，2011年为枯水年份，的蓄水过程，也可以采用数学规划中的最优化方法计对这10a的蓄水优化调度计算成果进行分析，可得如算得出最优蓄水过程，如果两种方法都能实现发电量下结论。最大，则计算的结果应该一致。但从减轻人工控制工(1)不同来水情况的蓄水进度差异较大，其中6作量的角度考虑，建议采用最优化数学方法解决问题。月末的蓄水水位差异最大，主要原因是6月份梯级电将雅砻江下游梯级电站概化为“两库四级”梯级站侧重于发电，利用多余水量蓄水，来水大小不同情况电站系统，可以建立锦屏一级水电站第4阶段工程蓄下蓄水量差异很大。 第16期朱成涛：锦屏一级水电站第四阶段工程蓄水方案优化85(2)7月末水位差异较小，主要原因是考虑在满，既保障实现工程蓄水目标又能提升梯级电站的发1859m要维持一段时间以进行稳定观测，7月末如不电效益。能蓄至足够的水位，就难以保证汛末蓄满。如来水多，3．3优化效益分析7月份可以正常蓄至1859m，如来水偏少，则需要适采用2014年汛期雅砻江下游梯级电站和区间的当削减电量来加快蓄水进度。实际来水数据，按照设计单位要求的蓄水速率(表2)(3)来水多少不同、水库蓄满的时间也有差异，来进行控制，分别进行设计蓄水方案和优化蓄水方案调水较多的年份，一般在9月份就可以蓄至1880m，来度计算。水少的年份，则需要到10月份才能蓄至1880m。(1)设计蓄水方案。6月1日水库从死水位1800(4)发电量与来水多少有直接关系，来水多的年m开始蓄水，由于6月上中旬来水偏少，为了蓄水，6份发电量大，来水少的年份发电量小，但与来水的各月月上中旬减少了一定发电量，7月13日水库蓄水到分配也有一定关系。1859m，按照原设计要求，维持该水位38d进行观在此基础上，本文提出锦屏一级水电站第4阶段测，8月2113水库继续蓄水，至9月1013水库蓄水到工程蓄水优化方案，将蓄水过程分为1800～1859、正常蓄水位1880m。1859—1880m两次过程，制定不同的蓄水控制策略。(2)优化蓄水方案。由于6月上中旬来水偏少，(1)第1次蓄水(1800～1859m)。6月初开始梯级电站按照来水发电，锦屏一级水库维持死水位蓄水，按照发电优先、兼顾蓄水的原则调度。当来水较1800m附近运行，从6月1313电站来水大于满发后多时，按锦屏两级电站最大出力发电，利用多余水量进(锦屏一级投产5台机组、锦屏二级投产6台机组)，行蓄水；当来水较少时，充分利用锦屏一级水库调节性水库从死水位开始蓄水，蓄水过程中基本维持最大出能，为下游梯级电站补水发电。水库水位从死水位1力运行，7月2613水库蓄水到1859m，按照原设计要800m逐步蓄水到1859m，蓄水速率按照优化后的指求维持该水位38d进行观测，9月313水库继续蓄水，标要求控制，多余水量通过闸门泄放。如果来水正常至9月26日水库蓄水到正常蓄水位1880m。或偏多，可在7月末蓄至1859m；如来水偏少则需适将两方案计算成果数据进行对比，成果分析如下。当削减电量，在7月末或8月上旬蓄至1859m。(1)两方案均在9月末之前将水库蓄至正常蓄水第1次观测时，库水位维持在1859m附近运行，位1880m，设计蓄水方案比优化蓄水方案要提前13d以便进行大坝安全检测，维持时间根据工程要求确定。蓄满，两方案都能完成工程蓄水任务。当来水较少时，锦屏两级电站按照来水发电；当来水较(2)6月上中旬来水偏少，设计方案为减电量蓄多时，按照锦屏两级电站最大出力发电，多余水量通过水，优化方案按照来水发电，整个蓄水过程中优化方案闸门泄放。基本维持最大出力运行，所以优化方案发电用水量比(2)第2次蓄水(1859～1880m)。按照蓄水优设计方案增加约9．5亿m，下游梯级电站总发电量比先、兼顾发电的原则调度。大坝安全检测完成后，锦屏设计方案增加约8．6亿kW·h。在梯级电站发电方一级水库再次蓄水。当来水较多时，仍按照锦屏两级面，优化方案明显优于设计方案。电站最大出力发电，利用多余水量进行蓄水；当来水较综上所述，本文提出的优化蓄水方案要更优，既满少时，按来水发电，保证水位不下降；当遭遇枯水情况，足了锦屏一级水库第4阶段工程蓄水的要求，同时又则需要削减电量进行蓄水。如果来水正常或偏多，可提升了下游梯级电站的发电效益。设计蓄水方案与优在9月末蓄至1880m；如果来水偏少，则需要减电量化蓄水方案成果对比数据见图1，2和表4。在10月蓄至1880ITI。第2次观测时，库水位维持在1880m附近运行，全面分析各种检测资料，并对各个部位的安全状态进行评价，维持时间根据工程要求确定。当来水较少时，■锦屏两级电站按照来水发电；当来水较多时，按照锦屏两级电站最大出力发电，多余水量通过闸门泄放。值得一提的是，优化蓄水方案和原设计方案最大的不同在于，根据实际来水大小不同确定不同的蓄水日期／(月一日)进程，蓄水初期先保障发电，蓄水中后期再保障蓄水，图1设计方案与优化方案水位过程对比来水多时就多蓄，来水少时就少蓄，最终实现汛末蓄 86人民长江2015年0舌}0蜘O蜘．0蚕^；t-∞O耋}名O耋v言＼O枷■填O姗Om0∞0∞设计方案利用流量—一优化方案利用流量一锦西入库水量行了优化调度计算，在对计算成果进行分析的基础上，提出了工程蓄水优化方案。采用2014年汛期雅砻江实际来水数据，进行了设计方案和优化方案调度计算对比分析，两方案均能满足工程蓄水要求，但优化方案发电用水量比设计方案增加约9．5亿In，下游梯级电站总发电量增加约8．6亿kw·h。参考文献：卒翠旱翠i串旱翠翠旱竿萃i；事=I翠[1]古家平．梯级水电站群短期协调发电优化控制研究及应用[D]．8鲁鲁昌兽宕窨鲁鲁害昌器兽蓦害害宕8日期／(月一日)成都：四川大学，2014．[2]冉钦朋．黄河上游梯级水电站群发电量预测和调度效果评价方法图2设计方案与优化方案利用流量对比研究[D]．成都：四川大学，2014．[3]邹祖建．瀑布沟下游梯级水电站调度方式研究[D]．成都：四)ll大4结论学。2014．[4]韩冰，张粒子，舒隽．梯级水电站优化调度方法综述[J]．现代电对锦屏一级水电站工程概况、第4阶段工程蓄水力，2007，(1)：78—83．设计方案进行了介绍，分析了设计方案存在的一些不[5]朱成涛，王小锋，代小龙．推求谢尔曼单位线的逐步滤波优化方法足。针对水电站工程蓄水这一特殊问题，提出了新的[J]．水力发电学报，2015，(2)：1—6．蓄水方案优化思路，建立了锦屏一级水电站第四阶段(编辑：李慧)工程蓄水期发电量最大模型，并采用逐步优化算法(POA)进行求解。对雅砻江近10a实际来水过程进OptimizationoffourthstageimpoundmentschemeofJinpingIHydropowerStationzHUChengtao-(YalongRiverHydropowerDevelopmentCompany，Ltd．，Chengdu610051，China)Abstract：BasedonanalysisofthedesignschemeofthefourthstageimpoundmentofJinpingIHydropowerStation，wepro—posedanewmethodtOoptimizetheimpoundmentscheme，inwhich，amaximumpoweroutputmodelofcascadehydropowersta—tionsduringimpoundingperiodwasestablishedandwassolvedbyPOAmethod．Basedonthepresentedoptimaldispatchingmod—elandthepracticalinflowprocessofYalongRiverforabout10years，thenewoptimizationschemewasputforward．Theopti—mizedschemewascomparedwiththeoriginaldesignscheme．Theresultshowsthatboththetwoschemescanmeettheimpound—mentrequirement，butthestoragecapacityoftheoptimizedschemecanincrease950millionm，andthegeneratingcapacityofdownstreamcascadehydropowerstationincreaseabout860millionkW‘h．Keywords：reservoirimpoundment；schemeoptimization；POA；JinpingIHydropowerStation