智能水电站优化运行培训课件

1、智能水电站的优化运行2021年6月水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。增加发电量，减少弃水电量。根据我国一些运行水电站经验，长期、短期和厂内优化运行可以使发电效益在原有的基础知识上提高3.03.75。一般小水电站实施优化运行，其发电效益更加显著，大约可以提高5-6%。一 水电站优化运行基础知识目标效益小水电站优化运行存在的问题多数小水电站库容小，调节能力较差，大多数为日调节或无调节水电站。多数电站无专门的水务人员，没有建立水情测报系统，水文资料缺失，水库调度水平较低，径流预报精度不高，难以制定中长期水库和短期调度计划，厂内优化运行计划质量较低。多数小水电站水工建筑物比较陈旧，机组设备落后，性能差，自动化程度低。大多数小水电站无有效、准确的机组流量实时测量装置，多数电站未做过真机试验，无在线机组状态监测系统，未能精确掌握水轮机工作特性，引水管道长，水力损失难以精确计算，从模型特性曲线换算出来的机组运行综合特性曲线与真机偏离大，影响了优化运行计算的精度。不少小水电站由于制

2、造商的机组模型试验资料不全或准确度不高，广西的汛期来水较大，发电量过于集中在汛期，制定优化运行方案难度大。一般年份，总来水量中48月占72%，13月占7%，912月占21%，来水过于集中，因此易造成年内丰、枯水期水力发电出力悬殊。一般小水电站自动化系统和监控系统难以满足优化运行的实时性要求。未能及时有效利用气象、水情信息。水电站弃水电量产生的主要原因及对策水情预测原因：因水情预测偏差导致水电站运行方式不合理而产生的弃水。主要对策：建立水情自动测报系统，加强与上下游水情互通，及时全面掌握气象、水情信息，提高预测准确性。综合利用原因：可与发电相结合的综合用水，但在电站运行中未完全与发电结合而产生的弃水。对策：加强与用水管理部门和用户沟通协调，制定与发电用水相结合的用水计划。电站自身原因：由于水电站主辅设备以及影响发电出力的其他设备及设施的检修、故障、试验等原因产生的弃水。对策：加强安全管理消除隐患，做好预防性试验，合理安排检修计划，低谷消缺等。输电设备原因：因送出通道不足及输电设备损坏、检修、试验等原因阻碍了水电站电力送出而产生的弃水。对策：加强安全管理消除隐患，做好事故预案和预防性试验，

3、及时消缺，与电网调度机构协调沟通。电网运行原因：为保证电网安全运行、负荷不足以及满足系统调峰需要而限制水电站出力所产生的弃水。对策：加强与电网公司协调沟通，力争少弃水。一 水电站优化运行基础知识1、水电站水库所在流域的水文、气象资料。2、水电站水库特性资料。3、水电站下游水位流量关系资料。4、水电站引水系统、尾水系统及其水头损失资料。5、水电站历年运行资料。6、电力系统对水电站运行的要求、电力市场交易的相关资料。7、水轮机运转特性曲线；8、机组功率损失特性曲线。9、机组功率特性曲线或流量特性曲线；10、机组效率特性曲线。11、机组耗水率特性曲线；12、机组流量微增率特性曲线。一 水电站优化运行基础知识优化运行需要的基础资料长期优化运行：长期最优运行：根据气象信息、来水预测以及系统负荷预测等，将较长时期（季、年、多年）内的有限水能按最优策略分配到较短时段（月、旬、周、日），制定出各电站的长期最优运行方式。短期优化运行：将长期优化运行所分配给（周、日）本时段的输入能在更短时段（日、小时）间合理分配，制定出个电站短期最优运行方式，即确定出短期内电站逐日、逐小时的负荷分配和运行状态。厂内优化运

4、行：研究出力或来水流量给定条件下，水电站内工作机组最优台数，组合及启停次序的确定。即是将相应小时分配到的负荷按最优方案分到各台机组，并根据负荷等因素的实际变化，调整各机组负荷，进行实时操作控制。三个层次之间的相互关系：长期优化运行制定初水电站的中长期最优运行方案，在此基础上结合近期流域来水和气象情况以及系统负荷要求，编制短期最优运行方案。根据该方案在面临日的负荷安排进行厂内优化运行，制定出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的方案。优化运行的三个层次（类型）一 水电站优化运行基础知识水电站优化运行的结构图机组动力特性测定长期优化运行短期优化运行厂内优化运行负荷预测长期水文预测系统日负荷预报短期水文预测日平均动力特性水电站动力特性水电站优化运行实现的主要途径1、提高调度期发电水头；2、充分利用水量；3、减少机组损耗，提高机组发电效率。高水位对优化运行具有非常重要的意义，尤其是径流式水电站，机组出力对水头十分敏感。高水位对优化运行具有非常重要的意义，尤其是径流式水电站，机组出力对水头十分敏感。但也不能简单地保持高水位，理由是：但也不能简单地保持高水位，理由是：

5、1、机组长时间处于高水位，会失去机组负荷优化调整空间。2、由于来水的不确定性，高水位运行加大了弃水风险。3、某些工况下，高水位与机组出力会造成机组效率很低。水轮机出力公式一 水电站优化运行基础知识式中：Q通过水轮机的流量（立方米/秒）H水轮机的工作水头（米）水水轮机的工作效率（）N水轮机出力（千瓦）因此，水电站机组优化运行的主要流量,水头和机组效率这三个者之间的关系，使统计时段内的水电站发出的电能（注意不是功率）电能（注意不是功率）最多。在汛期，由于需要考虑时间的因素，主要考虑发电水量，为了提高机组出力，尽量增大机组过流量，提高水量利用率。评价指标是发电水量利用率。在枯水期和汛期的来水稳定期，从上述公式来看，主要考虑提高机组水头，然后才是水轮机效率。即在一定的流量下，尽可能使水轮机处于高水头、中高效率区域运行，减少耗水率，使机组出力最大。评价指标是耗水率。N=9.81QH水机组出力公式N机组=9.81QH发水式中：Q通过水轮机的流量（立方米/秒）H水轮机的工作水头（米）水水轮机的工作效率（）发水轮发电机的工作效率（）（一般来说，在95%-98%范围，变幅不大）N机组机组出力（千瓦）优化

6、运行的效果评价指标指水电厂的实际发电量与考核发电量相比的提高程度，用节水增发电量占考核发电量的百分比来表示。是水电站优化运行的综合评价指标。考核发电量：评价期内水电厂按设计运行的理论发电量。节水增发电量：评价期内水电厂实际发电量与考核发电量的差值。计算公式一 水电站优化运行基础知识水能利用提高率该指标反映水电厂发电运行的能耗水平。定义：统计时期内水电厂发出单位电能所消耗的发电水量。计算公式式中：WE统计时段内的发电用水量；E该时期的总发电量。H-电站毛水头该指标反映水电厂在一定时期内可发电水量的利用程度。定义：指水电厂的实际发电水量与时段库容差之和占总可发电水量的百分比。计算公式式中：WE 水电厂在统计时段内的发电水量；W水电厂在统计时段期末与期初的库容差；Wkf水电厂在统计时段内的可发电水量。可发电水量指所有应发电的水量及水库蓄能。可用水量利用率优化运行的效果评价指标耗水率一 水电站优化运行基础知识二 水电站厂内优化运行1 组织机组动力特性试验（真机效率试验）；2.计算和编制机组动力特性曲线；3.计算和编制全厂的最优动力特性曲线；4.制定面临日的厂内优化运行方式；5.进行实时控制、实

7、现厂内经济运行。机组动力特性曲线一般以水头为参数。在水头一定条件下表示两个动力指标（Q N E q(流量微增量）)的函数关系。即Q-N N-N-N -N q N)5条曲线计算和编制机组动力特性；1、做真机效率试验，2、从水轮机综合运转特性曲线获取。数学模型的求解方法包括两大类：1、传统的利用流量微增率特性曲线和流量特性曲线的图解法；2、数学优化方法。包括动态规划法等微增率法是根据总出力与总耗水量的函数关系由微分学的极小值定理导出的,要求微增率相等,但由于微增率法是根据数学理论推导而来,造成它的实用性一般。按照每台机组效率的不同，确定其开停机的先后顺序，先开效率高的机组，后开效率低的机组；先停效率低的机组，后停效率高的机组。对于水头损失小、效率高的机组运行时间相对增加，以达到降低发电水耗的目标。最优机组开停机顺序厂内优化运行内容效率最大、出力最大、损失最小、发电用水量最小优化准则水电站基本动力指标绝对动力指标水头H流量Q功率N,P电能E微分动力指标流量微增率q0单位动力指标效率单位耗水率q0二 水电站厂内优化运行水电站基本动力指标厂内优化运行结构框图特性曲线绘制机组可用情况机组日负荷机组

8、开停机计划实时负荷测定实时负荷在机组间优化分配机组状态测定频率电压测定负荷调整和实时控制二 水电站厂内优化运行水电站机组效率试验的一些成果二 水电站厂内优化运行水电站机组效率试验的成果只列出一条水头的曲线机组真机试验获取机组特性曲线如果未做机组性能试验，可以从水轮机运转综合特性曲线获取特性曲线二 水电站厂内优化运行二 水电站厂内优化运行设电站总负荷为N，选定某n台机组共同完成任务，决定负荷在机组之间的最优分配，使全厂工作流量最小。数学模型为：作Lagrange乘子函数Lagrange乘子法n台机组的流量微增率相等是最优性必要条件，称为等微增率原则。等微增率法两台机组流量微增率曲线的交点a1是满足 的点此交点横坐标便是两台机组最优运行时，所应分别承担的负荷值N1*和N2*。二 水电站厂内优化运行等微增率法q1q2二 水电站厂内优化运行功率损失和机组段效率特性曲用线确定机组组合方案在一些情况下，由于机组流量特性曲线的曲率较小，过渡点附近的流量特性曲线交点不明显，因此用前述方法确定机组的最优组合和工作台数误差较大。为提高精度，也可1采用机组的功率损失特性曲线和2机组效率特性曲线进行计算。功率

9、损失特性曲线机组段效率特性曲线n根据机组段效率特性曲线确定机组的最优组合及工作台数 下图为两台特性不同的机组，曲线I和II为单机效率特性曲线，I+II为两台机组组合的效率特性曲线，交点a和b即为机组的投入点。有三台水电机组，其中两台机组的类型和特性曲线相同。(1)当NNa时，机组I或II应投入；(2)当NaNNb时，应I，II，III台机组并列运行。二 水电站厂内优化运行机组组合特性曲线机组流量特性曲线的绘制QHN1、取某一水头H=h,读取与水轮机综合运转曲线上各等效曲线的各交点处的出力值Nk和效率k.，将点描绘在坐标系内，用光滑曲线连接，即是该水头下的效率特性曲线。2、计算各交点处对应的流量Qk，将点(Nk,Qk)描于坐标系中；用光滑曲线连接各点，即是机组流量特性曲线。对所有可能水头，重复上述过程。二 水电站厂内优化运行机组最优投入次序及工作台数的确定机组最优投入次序及工作台数的确定（1）将各种机组段水头下的机组投入点连接起来，就构成了机组的最优投入线。（2）当机组型号相同时，不同机组组合只与台数有关，与台号无关。（3）对同型号机组，按等微增率原则意味着等出力原则。二 水电站厂内优化

10、运行水电站厂内经济运行总图是水电站厂内最优运行方式的综合图。它是根据水电站上游水位、水电站出力、机组段水头、工作流量、同时工作机组的台数、组合方式以及微增率特性之间的综合关系绘制而成的，用于指导水电站在具体条件下实现厂内经济运行。（1）根据水电站的负荷Ni和当时上游水位Zshi在以机组段水位为参数的上游水位与出力之间的关系图上求得工作机组的最优台数以及机组段水头Hdi；（上游水位和库容的关系可根据实测的水位库容关系曲线获得）（2）根据电站出力Ni和机组段水头Hdi，在以机组段水头为参数的流量微增率曲线上，查得微增率 q；（3）根据Hdi和q，在各机组段的微增率曲线上求得各机组段的出力；（4）根据电站出力Ni和机组段水头Hdi，在Q=Q(N,Hdi)曲线上可查电站所消耗的流量Qi。二 水电站厂内优化运行厂内经济运行总图的应用厂内经济运行总图二 水电站厂内优化运行厂内经济运行总图厂内经济运行总图日发电量计划编制步骤 a、收集本日发电负荷安排、预计该日入库流量、预计该日平均水头。b、根据日发电负荷、平均水头在HNQ曲线查出本日发电流量。c、由发电流量和入库流量求出本日24时水库水位。d、收集

《智能水电站优化运行培训课件》由会员费***分享，可在线阅读，更多相关《智能水电站优化运行培训课件》请在金锄头文库上搜索。