径流式水电站汛期水库预报调度.doc

径流式水电站汛期水库预报调度
发表日期：2006-09-08　作者：不祥　来源：不祥　评论 4条
　　〔摘要〕　防洪与兴利对水库的运用是时有矛盾的。在确保工程防洪安全的前提下，根据不同的预报径流过程进行水库预报调度，可以减少最大下泄流量，增发短期电能；多蓄后期洪水，是提高径流式水电站发电效益的一条有效途径。
　　〔关键词〕　水库调度　预报调度　径流式水电站
1　径流式水电站汛期一般运行方式
　　大中型水电站都有一个不同调节周期的水库，其作用是：①将天然水能予以集中，形成人工湖泊；②对河川径流在时空上进行重新分配，改变日流量过程，人为地增加或减少出库流量，以满足防洪、发电及有关用水部门的需水要求。一个水库可以有不同的运用方式，因而会带来不同的效益，但是防洪与兴利对水库运用的要求通常是有矛盾的。对于以发电为主的径流式水电站，亦应在确保大坝安全的前提下，保持较高水头，减少弃水，尽量使电力系统中的水电发电量最大和火电燃料消耗量最小。在水库设计标准和工程规模已确定的前提下，按照水电站原规划设计，根据水库的水文特性、水工建筑物及设备运行的实际状况、以及水文气象预报和电力系统对水电站的要求等依据，选择合适的水库运用方式，合理地安排蓄泄关系，拟定不同入库流量条件下的水库控制水位，以达到发电效益和社会效益最大的目的。
　　根据水库调度的工作特点，一般可分洪水调度和电力(兴利)调度。就洪水调度而言，其基本任务是在确保工程安全的前提下，对调洪和兴利的库容进行合理安排，充分发挥水库的综合利用效益。任何水库，不管有无下游防洪任务，保证工程本身安全的防洪任务总是第一位的。对于以发电为主的径流式水电站，其水库库容一般较小，泄洪建筑物的泄洪能力，通常按照“来多少，泄多少”的洪水调度原则进行设计，要求有足够的泄洪能力。除必须保证工程本身的防洪安全外，一般无法承担上下游防洪任务，但要严格控制和消除工程本身带来的水库上游回水淹没和冲刷损失，同时不能恶化下游的防洪条件。
　　就电力调度而言，其基本任务是充分利用水库的蓄水调节能力，对天然来水进行重新分配，使之符合水电站的发电用水要求。由于径流式水电站蓄水能力小，仅能对一“日”内的径流进行有目的地重新分配，同时其发电水头一般较低，因此兴利发电完全受来水决定，在汛期主要受来水大小、洪水次数和洪水过程决定。通常情况下，在未发生洪水时，水电站水库可保持较高的运行水位，增加发电水头，以降低发电耗水量，多发电量；其次，利用不同预见期可靠的洪水预报信息，判断洪水大小，合理地控制水库运行水位，在洪水入库前加大出力腾库，有效地重复利用调节库容多发电；第三，洪峰过后退水期间，及时拦蓄洪水尾巴，充实水库，抬高库水位，多利用水头和水量来多发电；第四，对于无汛限水位的水库，当电网负荷处于低谷时段，在满足电网对水电站要求出力的前提下，可加大弃水预泄发电，降低库水位，腾空部分库容，待日负荷高峰前关闭溢流坝闸门(或部分关闭)，减少下泄流量，使库水位升高，尾水位回落，水头增大，提高出力多发电；第五，对于有汛限水位的水库，可在用电高峰前关闭溢流坝闸门(或部分关闭)，短时逼高库水位，降低尾水位，增加水头，提高机组出力。待到电网负荷处于低谷时段，再加大泄洪，降低库水位运行。
2　径流式水电站水库预报调度方法
　　水电站水库的调度运行，必须在安全可靠与经济合理的原则下进行，通常以水库调度图作为指导水库运行调度的工具。水库调度图是根据历史水文资料，选择有代表性的典型年为依据，以设计保证率和保证出力为基础拟定的。如果能够获得较准确的洪水预报，就可根据来水情况，用它指导水库调度运行，有效地利用发电水头，求得整个调节期内水电站的最优或较合理的发电和防洪工作方式。但是，在不能确知未来径流的情况下，单纯依靠调度图来控制水库运行，并不是最优的，因为它不能适应客观情况随着时间延续而发生的变化，易使调度人员判断失误而导致水能的浪费。例如，在汛期如遇到来水很丰时，不敢超越调度图的指示出力，及时加大出力，往往容易产生集中的大量弃水，使水量利用率降低，损失电能。为了避免上述错误和损失，在有条件的情况下，可使用预报径流过程来进行水库调度，即水库预报调度。
　　对于径流式水电站，水库预报调度的关键因素是水文预报。随着实时水文预报技术和水文信息的收集、传输、贮存、处理技术的日趋成熟和广泛应用，水文预报的水平也越来越高。实践证明，实时洪水预报成果具有较长的预见期和较高的预报精度，能够满足较高水平的水库运行调度需要，以提高其防洪、发电的综合能力。预见期增长，预报精度会下降而产生一定的误差，但它一方面可以在调度中根据实际来水情况结合当时水库水位的高低进行合理蓄泄；另一方面可根据降雨过程的变化而修正入库洪水预报过程，依此动态的实时入库洪水过程，可以不断地修正调度方案，消除部分预报误差，提高水库运行调度水平。应判定预报方案的误差分配，并按照一定的保证率来使用预报值。当预报误差以概率形式表示时，可取预报期望值的±1.96　δ为预报误差，作为确定预报来水的上、下限。当预报误差以相对误差表示时，可用预报期望值的±20%作为预报误差的上、下限。
　　采用水库预报调度，应根据不同预见期的洪水预报信息采用不同的预报调度原则，合理控制水库运行水位。通常情况下，大洪水仅占汛期中较短的时间，其余大部分时间入库流量小于电站额定发电流量，因此当未发生洪水时，水电站水库应进行科学的调度，合理抬高运行水位，增加发电水头，降低耗水率，对提高发电效益有明显作用。当预报流域内将发生洪水时，首先应根据水文信息判断洪水大小。当预报将发生的洪水在淹没标准以内时，则库区是安全的，不致增加水库临时淹没，但要进行回水计算，以判断回水淹没高程；若最高回水高程将超过规定范围，则须在预见期内提前均匀泄放汛限水位以上的水库蓄水量，降低库水位。当预报洪水将超过上游淹没标准，则须在预见期内按工程本身的防洪原则进行洪水调度，在洪水到来之前，尽早均匀地泄放水库蓄水量，逐步将库水位降至工程防洪要求的汛限水位以下。当发生大洪水时，按照“来多少，泄多少”的原则进行洪水调度，控制最大出库流量小于入库洪峰流量。发电量的确定，一般是由电网调度机构给定，应允许改变日出力计划。当电网要求的出力过程与水库水位控制相冲突时，应合理协调，解决矛盾，力争利用预报进行最优调度，增加水电的发电量，减少系统的燃料耗量，以获得最大的经济效益和社会效益。
　　根据预报来对水库进行调度操作，是提高径流式水电站发电效益的切实有效方法。短期的洪水预报，可以使水库提前放流，减少最大下泄流量，提前由正常出力转入最大出力，增发短期电能，并多蓄后期洪水。对于一次洪水过程，水库预报调度的基本方法如下：
　　(1)根据实测雨量过程作出短期预报。
　　(2)确定上游回水淹没对水库最高调节水位的要求。
　　(3)根据洪水预报，如库水位在该时期的控制水位之内，则无需泄洪，而只维持机组正常发电，或加大电站出力。在加大出力情况下，如库水位仍超出控制水位，则应尽可能提前逐步均匀地开闸泄洪，以减少最大下泄流量。
　　(4)在洪峰过后，根据退水预报，适时逐步均匀地关闭闸门，使水库充蓄至正常库水位。
　　在预报调度过程中，应当做出各种情况下的洪水预报值，切实掌握预报的误差，并按照一定的保证率来使用预报值，以供调度操作时可靠地选择运用，并能随时适当地调整计划方案，做到既提高发电效益，又确保工程安全。当发现丰水预报失效后，应能减发水电，保证水库蓄水。
3　拉浪水电厂的实践
　　拉浪水电厂控制流域面积9　299　km2，正常蓄水位177.00　m，相应库容1.24亿m3，死水位174.00　m，水库具有日调节性能。电站装机容量为60　MW，设计多年平均发电量2.41亿kW.h。水轮发电机组设计发电水头28.5　m，最大发电流量249　m3/s。水库大坝按50年洪水标准设计，100年洪水标准校核，库区土地征用线标准以2年一遇洪水回水线为界。由于水库库容较小，工程不承担下游防洪任务。
　　洪水调度和发电调度均需要比较准确的入库流量过程预报，以确保工程本身的防洪安全和尽量增加发电量。为此，拉浪水电厂在流域范围内建立了4个水位(水文)报汛站和12个雨量报汛站，正常预见期为6　h，相应的洪水径流过程预报精度可达到85%。同时，可依据不断修正的水文信息来调整水库水位，优化水库调度，提高水能利用率。为便于应用，根据不同的入库洪水洪峰流量以及水库运用的可行性，编制出不同入库流量条件下抬高水库运行水位的规则，用以指导水库的合理调度。
　　当流域内有降雨，预报将发生洪水时，可根据洪水预报进行合理的预报调度。例如1997年9月18日14时，气象预报可能有中雨，19日8时比较肯定，因此在9时电站出力由10　MW加大至
38MW；14时有了实测雨量，流域上游普降中雨，中下游无降雨，此时水库入库流量为70m3／s，库水位176.80　m。在20时电站出力再次加大至满负荷运行，预泄腾库。到20日21时，库水位降低至174.52　m，此时洪水开始入库，流量缓慢增加，库水位逐渐上涨。至21日8时，出现洪峰流量360　m3／s，水库水位176.29　m。洪峰过后，洪水开始消退，库水位仍继续上涨。至22日13时，入库流量减少至250　m3／s，与电站最大过水能力相当，出现最高库水位177.08　m，随后库水位开始消落。在这场小洪水调节过程中，由于正确地进行了水库预报调度，及时预泄发电腾库，故最终未发生弃水，充分利用了水量，比常规调度多发电约500　MW.h，取得可观的经济效益。1995～1997年汛期，拉浪水电厂采取可靠的措施，实施汛期水库预报调度运行方案，经过水库调度工作人员的精心调度，合理地抬高了水库水位，汛期增发电量分别为3　730，6　830，5　640　MW.h，3年汛期平均增发5　400　MW.h，提高了发电效益。
4　结语
　　水电站的水调度，应根据设计原则和规定，结合实际情况，在确保大坝等主要水工建筑物安全的原则下，正确解决防洪与兴利之间的矛盾，妥善处理蓄泄关系，考虑经济用水，以获得更多的兴利效益。对于库容较小、发电水头较低、调节性能较差的径流式水电站，在汛期开展水库预报调度，合理抬高水库运行水位，可明显地增加水电站的发电效益，促进水库经济调度水平的提高，几年来拉浪水电厂的实践已充分证明了这一点。