水电站经济运行学习报告

水电能源系统优化运行

课 程 总 结

专 业： xxxx

学 号： xxxx 学 生： xxxx 指导教师： xxxx 完成日期： xxxx

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水电能源系统优化运行

水电能源系统经济运行学习报告

摘要

水电站经济运行是充分利用水能资源的一项增产措施，也是减少水能消耗的一项节能措施。但水电站经济运行涉及影响因素多,约束条件复杂,是一项较复杂的系统工程。不同水电站特征千差万别,加大了水电站经济运行的实施难度。在课程学习中，主要从厂内经济运行、短期优化调度、长期优化调度、预报模型与方法等方面对水电站经济运行这门课进行了学习。本文将从以下几个方面描述这门课的学习内容。第一概述了水电站经济运行；第二讨论了水电站经济运行的基本内容；第三总结全文。

关键词：水电站经济运行 内容 学习

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目录

摘要............................................................ 1 1.引言.......................................................... 3 2. 水电站经济运行概述........................................... 3 3. 水电站经济运行的基本内容..................................... 5

3.1水电站厂内经济运行 ...................................... 5 3.2 水库短期经济运行........................................ 6 3.3 水库优化调度............................................ 6 3.4 预报模型与方法.......................................... 7 4. 总结......................................................... 8 参考文献........................................................ 9

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1.引言

电力系统是现代社会最重要，最广阔的支柱产业之一，由于电能生产、输送、分配和使用的便捷性和多样性，电能正日益在社会生活的各方面发挥着越来越重要的作用，已成为现代社会发展的主要能源。电力系统是一个消耗大量煤炭、石油、天然气等一次性能源和可再生的水资源，同时又输出巨大电能系统工程，如何提高电力系统的运行效率，充分利用水资源，减少一次性能源的消耗，增加电能输出，这就是电力系统的优化经济运行问题。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，电力用户对电力主要提出供电可靠性和经济性两方面的要求。前者要求电力系统以一定数量和质量的电能对用户不间断地、安全可靠地供电，即满足一定时期负荷要求；后者是要求系统对用户的供电应尽可能经济、便宜。要做到安全可靠的供电，可以通过提高设备的制造、安装、运行、维护水平来实现；而要做到供电的经济性，就要努力降低电力系统的运营成本，重点就是降低发电成本，即降低火电站的燃料消耗和水电站的耗水率，节能增发。要降低水电站的发电耗水，充分利用有限的水量多发电，就要对水电站的机组运行进行优化，实现最优经济运行。

2. 水电站经济运行概述

水电站经济运行主要是研究水电站科学管理的优化技术和调度决策。在保证电能生产的安全可靠、连续优质以及多目标综合利用的要求下，合理地、有效地、最大限度地利用水能。它应用系统工程的理论和方法，以电子计算机为主要运算手段，研究电力系统中水电站的运行方式，最终达到研究系统整体最优的目的。水电站在电力系统中的最优运行方式，按照工作周期长短的不同，通常划分为三种方式，即长期运行方式、短期运行方式和厂内运行方式。每种方式有其独立性同时又互有一定的联系。在理论研究和分析水电站在电力系统中的运行方式时，认为全厂动力特性是按各动力设备运行工况最优化而得出的。在此基础上，明确长期经济运行方式，可以说是“先厂内，次短期，后长期”的关系。在实际制定各种经济运行方式的方案，并用以指导管理决策时，则是“先长期，次短期，后厂内”的顺序。长期运行方式、短期运行方式和厂内运行方式三者互相依从和制约，构成科学的整体关系。如图2-1所示：

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图2-1水电站经济运行运行方式

从研究问题的空间范围来看，水电站经济运行可划分为厂内经济运行和厂间或电力系统经济运行。本论文课题主要研究水电站厂内经济运行，即根据电网调度给定的某一时段电站的出力，按照一定的计算方法，确定水电站中机组的开、停机次序和机组间负荷的最优分配，使运行机组都在高效率区域运行，从而使全厂的发电耗水量最小，来达到增加发电量的目的。

从研究问题的时间范围来看，水电站经济运行可划分为瞬时（小时）、短期（周、日）和长期经济运行。长期经济运行的任务是将一段较长时期（季、年、多年）内的有限输入能量分配到其中较短的时段内（月、周、日）；短期经济运行的任务是将以上长期经济运行所分配的输入能量在短期内的各更短时段（小时）间合理分配，确定出水电站逐日、逐小时的负荷分配和机组的运行状态。瞬时经济运行的任务是将在相应小时或时刻分配到水电站的负荷，再落实分配到各台机组。短期经济运行方式的制定对具有短期（日）调节性能以上的水电站都有现实意义。而长期经济运行方式的制定只对长期调节性能水库（季调节以上的水库）的水电站才有意义。为了充分发挥水电站的作用，最大限度的利用水能，以获得尽可能大的运行效益，应全面开展水电站的长期、短期经济运行方式及厂内的经济运行调度。

水电站经济运行运行的基本原则是：在确保水电站水库大坝及其水工建筑物安全的前提下，分清发电与防洪及其它综合利用任务之间的主次关系，统一调度，使电站综合效益尽可能最大；当大坝及其水工建筑物的安全满足供电、上游与下游防洪及其它用水发生矛盾时，应当首先考虑大坝及其水工建筑物的安全；当供

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电的可靠性与经济性发生矛盾时，应当满足供电可靠性的要求。水电站的经济运行必须符合上述原则，否则安全运行保证不了，经济运行工作也就失去了意义。

3. 水电站经济运行的基本内容

3.1水电站厂内经济运行

水电站厂内经济运行（也叫优化运行）是在满足电能生产的安全、可靠、优质的前提下，合理地组织调度电厂的发电生产设备，以获得尽可能大的经济效益。与此相适应的水电站运行方式，称为水电站经济运行方式，也可称最优运行方式。水电站厂内优化运行主要是研究水电站的出力平衡、流量平衡、水头平衡、水电站的动力特性、机组最优启停顺序、工作机组的台数、机组间负荷或流量的最佳匹配方式、机组的最合理调节程序和电能生产的质量控制问题。

水电站厂内经济运行的基本任务是研究水电站在总负荷给定条件下其厂内工作机组最优台数、组合及启停次序的确定，机组间负荷的最优分配，即厂内最优运行方式制定和实现的有关问题，实际上也是研究其日内逐小时及瞬时经济运行问题。

水电站的出力、流量和水头平衡；机组间负荷的合理分配方案；最优的运转机组数和机组的起动、停机计划；机组的合理调节程序和电能生产的质量控制。它包含两个优化问题：空间最优化和时间最优化问题。所谓空间最优化，即是指对于某一发电任务合理地选择机组台数、台号，并在此组合中实行机组之间的最优负荷分配；而时间最优化则是在空间最优化的基础上，不仅考虑时段内的优化，同时计及时段之间由于负荷的变化可能产生的机组的开停对整个优化的影响。机组组合的变化会带来附加的耗水和其它以水当量计算的消耗。因此，时间最优化是一个计算优化周期内的最优，是全局的最优。

从研究问题的分析方法来看，国内外制定水电站厂内经济运行方式的方法有机组间负荷最优分配等微增率法、机组最优工作台数、组合及启停次序的耗量特性图解法、最优运行方式动态规划法以及机组最优启停组合和负荷最优经济分配的遗传算法等。

水电站厂内经济运行是一类典型的单目标优化问题，本文以水电站在给定发电负荷下耗流量最小作为最优化目标来探讨这一问题。它包含了两个子优化问题:机组负荷分配优化问题和机组组合优化问题。

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3.2 水库短期经济运行

短期经济运行的主要任务是指将长期经济运行所分配给本时段（周、日）的输入能在其中更短时段（日、小时和15min）间合理分配，以确定水电站逐日、逐小时或逐15min负荷及运行状态，制定水电站水库短期（最优）运行方式。它适用于具有日调节及以上性能水库的水电站短期调度。短期经济运行是实时经济运行的宏观控制，而实时经济运行是短期经济运行的具体体现，即短期经济运行在理论和技术上一般都包含实时经济运行。

水电站短期经济运行的内容主要包括：

1、制定计划期（未来一日或一周内多日）的经济运行方式（计划）。有“以电定水”和“以水定电”两种模式。

“以电定水”模式的基本课题是：对于计划期T（总时段数，时间范围为

t0-tT），在已知水电站总负荷过程和预测入库流量过程等条件下，寻求使所采

用的优化准则达到极值的水电站各时段工作机组的最优台数、组合及有功负荷在工作机组间的最优分配，以及相应的水库蓄泄状态变化过程和泄流设施控制过程。

“以水定电”模式的基本课题是：对于计划期T（总时段数，时间范围为

t0-tT），在已知预测入库流量过程和总用水量等条件下，寻求使所采用的优化

准则达到极值的水电站总负荷过程、各时段工作机组的最优台数、组合、有功负荷在工作机组间的最优分配，以及相应的水库蓄泄状态变化过程和泄流设施控制过程。

2、短期经济运行方式的实时控制与调整。以所编制的计划期内水电站经济运行方式（计划）为指导，根据面临时段及其后时段负荷等信息的可能变化，随时修正原计划（方式），以调整水电站及其各机组面临时段的决策和剩余计划期的经济运行方式，调整方法可以采用以上计划制定方法。同时，还须考虑电力频率和电压的变化情况，调整相应的无功功率。水电站负荷调整一般由厂内经济运行的自动控制系统实现。

3.3 水库优化调度

水电站水库调度是运用水库的调蓄能力，通过水电站的泄水建筑物和水轮机设备调节控制河川的天然径流，使之适应电力系统可靠供电和其它综合用水部门的需要。水库调度的基本依据是，根据河川径流特性及电力系统和综合用水部门

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的要求，按水库调度目的编制的水库调度图。水库调度图表示了在水库运行中，决策变量（水电站出力、供水量、下泄流量、水位等）与状态变量（入库流量、库水位等）在时间上的函数关系。它综合反映了各部门的要求和水库调度的基本原则。常规水库调度图是以实测的径流资料为依据，在综合考虑电力系统和综合用水部门要求的基础上，编制的水库调度基本规则。常规水库调度图具有概念清晰、使用方便的特点，在维持电站正常运行中发挥了巨大作用。但是，在应用常规水库调度图时未充分利用已知的有用信息，一般都不考虑水文预报，并且也没有充分利用河川径流的统计规律。因此常规水库调度图所提供的水库调度方案仅是一个合理解，而不是最优解。

水库优化调度是在满足各种约束条件下，应用优化理论与方法使水库运行中的某一个（或多个）目标函数取极值的调度方案。随着现代科学技术的发展，优化理论和方法逐渐成熟，计算机技术、数字通信技术的迅速发展及广泛应用，为水库优化调度的应用创造了条件。 水库优化调度的计算方法主要有：变分法、马尔柯夫决策过程、动态规划、非线性规划、对策论、模糊数学理论、遗传算法等。其中，随机动态规划方法应用最为普遍。

为了在水库调度的优化计算中反映设计保证率和保证出力的要求，可以在时段效益的计算公式中加入惩罚项，当时段出力小于保证出力时进行惩罚，降低其效益，使调度方案满足设计保证率的要求。

当采用不同的调度方案时，根据上式计算将会有不同的年效益期望值。水库优化调度的目的就是选取一个最优的调度方案，使水库按该调度方案运行时所得到的多年平均效益最大。

3.4 预报模型与方法

在水库的运行过程中，必须根据流域径流的信息，合理安排发电和泄洪计划，做到经济，合理，安全运行。水库调度的的依据就是径流预报。 径流预报是根据流域的水文要素（流量、水位等）或其影响要素（降雨、温度等）的过去或现在状态，对其未来状态做作出估计。要使发布的径流预报具有实际意义，就必须给出正确的预报值和预见期。预见期有理论预见期和有效预见期之分：理论预见期指按照水文要素变化或演变规律获得的预见期；有效预见期指在进行预报时，必须从理论预见期中扣除信息传递和分析计算花费的时间后剩余的预见期。显然，有效预见期小于或等于理论预见期。有效预见期才具有真正的实际意义。

水文现象是一种非常复杂的物理现象，它不仅受降雨的时空分布特性的影

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响，还受流域下垫面、人类活动等因素的影响。因此，多年来水文学者一直在不断探索和研究，以便揭示水文现象及其发展变化规律。但是，至今仍有许多问题没有解决。在没有完全弄清楚水文规律之前，水文学家总是试图通过建立模型对水文过程进行模拟。在对复杂的水文过程进行研究时，水文模型可以认为是描述水文现象和水文过程的有效工具。即：流域水文模型是对自然界中复杂水文现象的近似模拟，是水文科学研究的重要手段。

流域水文模型的发展主要经历了如下三个阶段： 1、概念、理论的确立以及系统黑箱模型阶段。 2、概念性水文模型阶段。 3、分布式水文模型阶段。

新安江模型是我国水文工作者经过多年的研究与实践，建立的流域短期径流预报模型，在水库运行的实践中得到了广泛地应用。新安江模型属分散性概念模

型，它把全流域分成若干个单元面积。新安江模型的输入为流域降雨量 和流域蒸散发能力；输出为单元面积蒸发量和单元面积出口断面流量过程。新安江模型的计算主要包括以下四个计算：产流计算；蒸散发计算；分水源计算和汇流计算。

4. 总结

水电站经济运行这门课围绕厂内经济运行、短期经济运行、优化调度和预报描述等这些方面进行讲解。让我知道了：在水库发电方面，对水资源的合理性利用；水电站在运行过程中机组间的合理组合；水库调度与电力系统之间的协调配合；水文预报的精确性对水库调度有重要的指导性作用。

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参考文献

[1] 李钰心.水电站经济运行.北京：中国电力出版社，1999 . [2] 虞锦江.水电能源学.武汉：华中工学院出版社，1987.10. [3] 黄强.水能利用.第四版.北京：中国水利水电出版社，2009.

[4] 张敬军.基于遗传算法的刘家峡水电站厂内经济运行：[硕士学位论文].西安：西安交通大学，2002.

[5] 张勇传.水电能优化管理.武汉：华中工学院出版社，1987.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1e02.html