基于Excel的挂治电厂经济运行分析.pdf
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1、116第 46 卷 第 9 期2023 年 9 月Vol.46No.9Sep.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation1 概述挂治水电厂处于贵州省黔东南州锦屏县境内,距上游三板溪水电厂 18 km,距下游白市水电厂56.3 km。厂房装机 3 台轴流转桨式机组,总装机容量为 350 MW,多年平均发电量为 4.021 亿 kW h,正常蓄水位 322.00 m,相应库容 4184 万 m3,死水位320.00 m,调节库容 706 万 m3,是一座以发电为主,兼有改善航运条件等综合利用要求,并作为上游三
2、板溪水电厂的反调节电厂。2 现状2.1 挂治电厂特性分析(1)挂治水库可调节库容较小,上下游水位变化较快。挂治总库容 5 859 万 m3,当净入库流量达到 1 000 m3/s 时,挂治从死水位至正常蓄水位仅需 117 min。通过图 1 可知,当出库流量为 277m/s(单机满发流量)时,下游尾水位 296.41 m,出库流量为 831 m/s(3 台机组满发流量)时,下游尾水位299.18 m,两者相差 2.77 m。(2)水头对机组耗水率影响较大1。挂治电厂为轴流转桨式机组,挂治水头 NHQ(耗水率)曲线见图 2 所示。挂治电厂机组发电流量计算公式如下:h=Z-Hh损=P进1 0009
3、 800h净=h-h损Q=f(N,h净)Q实=K1K2Q式中:Z 为上游水位,m;H 为下游水位,m;h 为水头,m;h损为拦污栅压差损失水头,m;P进为机组进水口拦污栅压差,kPa;h净为计算净水头,m;N 为机组出力,万 kW;收稿日期:2023-05-15作者简介:江 湘(1996-),男,助理工程师,从事集控运行工作。基于 E x c e l 的挂治电厂经济运行分析江 湘1,2(1.五凌电力有限公司,湖南 长沙 410004;2.湖南省水电智慧化工程技术研究中心,湖南 长沙 410004)摘 要:挂治电厂属于湖南省调调度电厂,机组并网状态下 AGC 投入导致负荷不断变化,发电方式的不确
4、定性导致无法精确判断水位超限时间,无法发挥水库最大经济效益。本文建立了挂治水库调度 Excel 模型,可以直观地反映不同发电计划方式下挂治上游水位的变化,还可便捷计算出整个调节过程中的耗水率。通过模型研究不同运行方式下挂治电厂耗水率的变化,并比较三种水位控制思路的发电效益,得到了机组最优水位控制方案,为挂治电厂经济运行提出了具象性的指导意见和策略。关键词:挂治;经济运行;耗水率中图分类号:TV742文献标识码:B文章编号:1672-5387(2023)09-0116-05D O I:10.13599/ki.11-5130.2023.09.036图 1 挂治尾水-流量曲线图117第 9 期江 湘
5、:基于 Excel 的挂治电厂经济运行分析Q 为不考虑白市水电厂顶托作用的发电流量,m3/s;Q实为实际发电流量,m3/s;K1为机组流量补偿系数,根据历史数据计算该值取 1.055;K2为总流量补偿系数,根据历史数据计算该值取 1.012。根据实际运行过程中,拦污栅压差 P进会导致机组发电效率降低,耗水率随之增加,故按照一定比例换算为水头损失 h损。且下游白市水电厂 2013年全部投产发电后,对挂治尾水位产生顶托作用,通过原 NHQ 曲线得到的发电流量 Q 较实际流量Q实偏低,经实际分析历史数据计算,应将发电流量Q 乘以机组流量补偿系数 K1和总流量补偿系数 K2得到实际流量 Q实。通过分析
6、计算水头 h 与实际发电流量 Q实关系,机组在设计水头(20.7 m)下带最低负荷(20 MW)与最高负荷(50 MW)时耗水率分别为 20.71 m3/kW h、19.85 m3/kW h,在最大水头(25.29 m)下带最低负荷(20 MW)与最高负荷(50 MW)时耗水率分别为17.72 m3/kW h、16.56 m3/kW h,在最小水头(12.9 m)下带最低负荷(20 MW)时耗水率为 33.58 m3/kW h,可见水头变化对机组耗水率有较明显影响。图 2 挂治水头耗水率曲线(20.6 MW 负荷)图 3 挂治水头耗水率曲线(51.5 MW 负荷)(3)负荷调节频繁,经济运行控
7、制手法单一。挂治电厂属于湖南省调调度电厂,省调中心计划处会根据集控中心申报的次日总发电量来制定次日发电计划。在实际运行过程中,挂治电厂开、停机操作由集控中心向省调申请或省调直接下令,并网后机组AGC 投入省调远方控制,由省调根据系统方式、水情等因素以全厂总负荷给定值的方式下达负荷调节指令,不会按照次日发电计划方式运行。发电方式的不确定性导致无法精确判断水位超限时间,无法发挥水库最大经济效益,运行值班人员仅能通过各自的经验进行水库调度,缺乏系统性的算法,无法形成具象性的指导意见和策略2。因此,提供一个合理的开停机时间及发电运行方式,对提高发电运行水头、降低耗水率、增加发电效益,具有十分重要的意义
8、。2.2 挂治水库调度模型研究(1)挂治水电厂水源有上游来水与区间降雨产流。上游来水:挂治上游来水分为三板溪出库来水与八洋河来水。三板溪电厂属于华中分中心直调电厂,正常情况下按照当日的发电计划方式运行,且三板溪库区容量大,具有多年调节能力,所以相较于下游的挂治电厂,三板溪电厂具有更高的计划性与稳定性,20182022 年 5 年平均出库流量为 257.4 m3/s。八洋河历年来水量较小,查 20182022 年 5 年平均出库流量为 7.05 m3/s,对挂治来水影响较小。区间降雨产流:挂治电厂坝址以上流域面积为11 372 m2,三板溪坝址以上流域面积为 11 051 m2,三板溪与挂治之间
9、流域面积仅 321 m2。贵州省暴雨洪计算实用手册 中,贵州黔东南地区产流系数平均值 0为 0.31,20182022 年 5 年平均降雨量 P为 1 442.95 mm,20182022 年 5 年平均入库流量 Q为 267.2 m3/s,当区间发生降雨时,降雨量换算为入库流量计算公式:Q降=P32110310336002436510-30 4.55 m3/s(Q-Q降)/Q 1.7%由上式可知,由于三板溪与挂治之间流域面积小,挂治电厂入库流量受降雨影响仅为 1.7%,且当降雨量小时,土壤未达到蓄满产流条件,产流系数会随降雨量减小而愈发减小,故挂治来水受降雨影响很小,起到决定性因素的是上游三
10、板溪电厂来水。(2)简化模型:综上所述,可以作出挂治电厂水位-时间过程线如图 4,通过过程线对挂治经济运行进行分析。118第 46 卷水 电 站 机 电 技 术图 4 挂治电厂时间-水位过程线三板溪电厂正常情况下按照当日的发电计划方式运行,三板溪开始增加负荷至最大负荷的过程可以看做斜率逐渐上升的一段弧线,三板溪开始减负荷至停机的过程可以看做斜率逐渐下降的一段弧线,带最大负荷的过程可以看做斜率恒定的一条直线。因为增减负荷过程是按照网调 AGC 指令进行调节,调整速率基本一致,为便于后续计算,将调节负荷过程的两段虚线面积互补。因此,可将三板溪电厂发电计划换算成挂治电厂入库水量从而得到挂治电厂不开机
11、调节情况下的时间-水位过程线x1。通过分析历史运行数据,三板溪机组开始发电到引起挂治电厂水位变化的时间约为 30 min,故:Tmin-T三开=Tmax-T三停=0.5 h由图 4 可以看出,挂治水位最优控制方式表达的含义就是确定一个控制水位 x0,并通过控制挂治电厂机组的开机时刻 T挂开,使 Tmax时刻的水位达到控制水位 x0,且满足挂治上游水位在任何时间段内均不超过正常蓄水位 322 m 的边界条件。挂治电厂机组 AGC 投入省调远方控制,负荷调节频繁,所以实际运行过程中时间-水位过程线并不会是一条斜率恒定的直线。因此根据挂治 3 台机组,可设定 1 台机带最低负荷 20 MW、1 台机
12、带最高负荷 50 MW、2 台机带最低负荷 40 MW、2 台机带最高负荷 100 MW、3 台机带最低负荷 60 MW、3 台机带最高负荷 150 MW 共 6 种边界值。当机组运行机组台数确定时,机组负荷恒在该运行机组台数下的最高、最低两种边界值之间,所以实际运行过程线x实是介于 x2与 x3之间的一条变斜率的曲线。将三板溪电厂机组首台机组开机 T三开到机组全停 T三停的这段时间看做是一次调节过程。挂治经济运行分析的一个重要指标是计算整个调节过程中耗水率,但在这段时间内,挂治水位是在不断变化的,每个时刻的耗水率都有所不同,整个调节过程的耗水率需要很大的计算量,所以根据上述条件建立挂治水库调
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