（水利水电工程专业论文）李家峡双排机水电站优化运行研究.pdf

攘要 黄渭e 游求窀资源丰密，是我圜有名的水电“寓矿”之一。李家蛱承魄菇是 目自“世界上最大的双排机水电站，装机1 6 0 0 ( 4 4 0 0 ) m w ，是西北电网中的骨干 调频、调蜂电厂。在国家深化电力体制改革的形势下，探讨李家峡水电站的优化 运行方式，是为今羼黄溽上游水电的梯级开发研究所微的基础王传，不仅与西北 电网安全运行息怠相关，而且与提商西北电网经济运行水平关系重大，将对黄河 上游瘩邀资源弱合理秀发熬到积极静键进终瘸。 在电站的运行优化研究同时考虑电站的运行效率的优化、运行状态的优化和 奄阏安全瓣题是崧要豹，镑对李家蛱双攥裁靛承亳麓豹往玩运孬润髓开震竣下死 方面的研究： ( 1 ) 总结近凡年来李家峡电站的运行经验，分析电潮对李家蛱电菇逡行的 要求，提出了运行存在的问题和优化运行的研究方向。 ( 2 ) 开展李家峡机组和厂房结构的现场振动测试，研究杌组掀动特性和不 剥王况区，提出了李家峡双接朝电邂辊组运行的蘩j t 运行医、限制运行区j 耱稳定 运行区。 3 ) 繇究李家蛱双撵提东鬯旗运嚣效率秘运行状态翳露爨铯运行方式。裂 用遗传算法和蚂蚁算法建立了李家峡水电站在带圊定负荷和调频工况f 的厂内 受箍挽纯分配模型，并与蜜际运芎亍工况进行对浇分辑。该模壅麓较簿笼反敬电站 的实际情况，而且简单易懂，计算结果可作为电网调度人员及运行操作人员的决 繁依据，熬有较高的实用价值。 关键词：双排机水电站、遗传算法、机缀振动、忧化运弦 a b s t r a c t y e l l o wr i v e ru p s t r e a mi so n eo ft h ef a m o u sh y d r o p o w e rb a s ei nc h i n a a st h e b i g g e s th y d r o p o w e r s t a t i o no ft w o r o w p l a c e d u n i t si nt h e w o r l d ，l o i a x i a h y d r o p o w e rs t a t i o n ( i n s t a l l e dc a p a c i t y1 6 0 0 ( 4 4 0 0 ) m w ) o fy e l l o wr i v e ru p s t r e a m i st h ec h i e fs t a t i o nf o rh j m dm o d u l a t i o na n df r e q u e n c ym o d u l a t i o ni an o r t h w e s ta r e a u n d e rn e wp o l i c yo fe l e c t r i cs y s t e m ，t h ei n v e s t i g a t i o nf o rt h eo p t i m a ! o p e r a t i o nm o d e o fl i j i a x i ah y d r o p o w e rs t a t i o ni st h eb a s i ct a s kn e e d e di nh y d r o p o w e rc a s c a d e d e v e l o p m e n to fy e l l o wr i v e ru p s t r e a m i tn o t , o n l yl i n k sc l o s e l yw i t h t h es a f e o p e r a t i o no fn o r t h w e s te l e c t r i cp o w e rs y s t e m ，b u ta l s oh a sag r e a td e a lw i t hu t i l i z i n g r e a s o n a b l yt h eh y d r o p o w e rr e s o u r c e si nn o r t h w e s ta r e aa n di m p r o v i n gt h el e v e lo ft h e e c o n o m i co p e r a t i o no f t h en o r t h w e s te l e c t r i cp o w e rs y s t e m w h i l er e s e a r c h i n gt h eo p t i m a lo p e r a t i o no fh y d r o p o w e rs t a t i o n ，i ti se s s e n t i a lt o c o n s i d e rt h eo p t i m i z a t i o no f o p e r a t i n ge f f i c i e n c y ，v i b r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f u n i ta n d t h es a f e t yo f e l e c t r i cp o w e rs y s t e mm e a n w h i l e t h er e s e a r c h e so f o p t i m a lo p e r a t i o no f l i j i a x i ah y d r o p o w e rs t a t i o no ft w o r o wp l a c e du n i t sa r ea sf o l l o w s ： 1 s u m m a r i z e st h eo p e r a t i o ne x p e r i e n c eo fl i j i a x i ah y d r o p o w e rs t a t i o ni nr e c e n t y e a r s ，a n a l y s e st h ed e m a n d s t ot h eo p e r a t i o no fs t a t i o n ，p r o v i d e st h ep r o b l e m se x i s t e d a n dt h er e s e a r c hd i r e c t i o no f o p t i m a lo p e r a t i o n 2 c a r r i e so u tt h ei n s i t uv i b r a t i o nt e s t i n go fu n i t sa n db u i l d i n gs t r u c t u r eo f l i j i a x i ah y d r o p o w e rs t a t i o n ，s t u d i e s t h ev i b r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fu n i t sa n d u n f a v o r a b l eo p e r a t i n gd i s t r i c t ，s t a n d si nt h ep r o h i b i t i o no p e r a t i n gd i s t r i c t ，r e s t r i c t i o n o p e r a t i n gd i s t r i c ta n ds t e a d yo p e r a t i n gd i s t r i c to f l i j i a x i ah y d r o p o w e r s t a t i o n 3 s t u d i e st h eo p e r a t i o nw a yo fo p t i m i z i n gt h eo p e r a t i o ne f f i c i e n c ya n dm o d e s i m u l t a n e o u s l yo fl i j i a x i ah y d r o p o w e rs t a t i o n b a s e do nt h eg e n e t i ca l g o r i t h ma n d a n ta l g o r i t h m ，a no p t i m a lm o d e lf o ru n i tl o a da s s i g n m e n ti se s t a b l i s h e da tt h e c o n d i t i o no fr e g u l a ru n i tl o a da n df r e q u e n c ym o d u l a t i o no p e r a t i n gc o n d i t i o n t h i s s i m p l ea n de a s i l yu n d e r s t o o dm o d e lc o u l dr e f l e c tt h e a c t u a lc o n d i t i o n so ft h e h y d r o p o w e rs t a t i o na p p r o p r i a t e l y , i t sr e s u l t sh a v eh i g h e rp r a c t i c a lv a l u et o b et h e d e c i s i o ns u p p o r to f d i s p a t c h e ra n do p e r a t o r k e y w o r d s ：h y d r o p o w e rs t a t i o n ，g e n e t i ca l gr i t h m ，u n i tv i b r a t i o n ，o p t i m a lo p e r a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文疋本人在导师指导下进行的研究：【：作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得墨凄盘堂或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 学位敝储躲濒签字日期：沪甲嘶月搿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘堂：有关保留、使用学位论文的规定。特 授权鑫洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 一躲炀 签字日期：斗年尸月谚日 导师签名： 签字日期：d 乒年。月舻 第一章概述 第一肇概述 1 ， 问题的提出 耨中蠲藏立娃来，我鄹壹数力予黄溺承惠瀚理耪承煞开发翻攘的骈究。早 期的设想是在黄河上修筑梯级水库，用以拦蓄洪水、调节河道水擐，以达到消除 永惑添西的，两时y 聱j 鬻永霹的永能发电，供给当戆使稻，促进当地经济的发展。 故先赡在黄海上游建成了盐锅蛱、青锾峡、刘家姨、八盘峡、龙羊蛱、大块、李 容液等7 廉承邀站。7 痊承邀站装枫容量为5 9 4 4 。5 m w ，占该溪段慧装橇容基豹 3 5 。这些电站水库的修建拦蓄了大量河水，通过对下泻流蠼的控制调节，黄河 中下凌汛灾害及水患灾害已鲜有发生，确实达到了当初设想的目酌。水电站优质 淼徐的电力供应键遴了邈方经漆的快速发靛，对改变嚣 e 落矮的经浇弱貌起瓣了 举足轻重翡律臻 。 改革嚣放后，髓羞国家灼经滚发展，怠力翥求蹬激增搬，垂予备方嚣静琢因， 目前电源建设的增长速度息不能满足国家经济发展对电力需求的增长速度，电力 蛮场供求矛矮突出，特剐是孛东帮经济发达地区，不褥不袋壤拉阉黢瞧故掺麓夔 缓瓣电网的供求矛j 爵，保证电网的安全，阻碍了当越经济的发展。这种供求矛盾 黪辩决，不仅蔽赣兴建囊翦邀源王稷，嚣虽锿蕻运掰瑷代秘攀技术，不凝攥褒毫 建媳源的管理水平、提高现商资源的利用攀，增加其综合效蕴。 李家蛱拳电辩莛彝蘩嚣l 电弼孛容量豢大鹣电滚，在嚣宅弱孛熬重要撂臻 不畜而喻，方丽它承担巨大的发电任务，一方面慰主要的澜频电站，因此它既 要带露定受耱蕊予笈电，又要醚薅键整受赫孺予调颓，运行方式复杂多样。藩然 黝定负荷韵疆北弼调直接灞酬电站，但楚俸抟枫缓遂学方式投橇维负荷分配蠡邀 懿运行久爨掌搓，遮藏为电旗豹伉纯运行掇供了蘸稳条静。弼丑幸龟灏在遴雩亍调频 工作时，是由运行人员根据电网频率的变动趋势隧慰增城亳嚏缜负萄求完成，耐基 前这种机组负荷的增减，是南运行人员根据以往工作经验而行，随意性大，难以 僳诞规缀运行方式矮援，饯忧潜力较大。遭避伐纯遂孬研究，提出不霹运行方式 下的机缀负错，为运行人员的操律撬供依据，能够提高电空占的经济教益。而鼠西 l l 电网中其链窳毫蜓魏逶露方式多霉羼每李家蛱永曦站，李家装承魄港懿爨亿磺 究成果爵以为其今屠运彳亍提供参考，提嵩黄浏上游水电站的缎济效益，露很大静 瓒安意义1 2 l 。 第章概谶 另夕 ，李骞曦承逛漆蠢蓠是整羚上孳氍密量最大翡双耩撰形式布置静毫菇， 装机4 台4 0 0 m w 机缀，自发电运行以来，由于机组搬动原因，多次发生转轮叶片 开裂、定子镄芯脱落攀故，逡成检修工作升级，一方面增丽了检修工作的强陂， 延长了捡掺辩阕，邵缩短了瓤缀运舒发电对矧，降低了经济效豢。舅方甄，援 动降低了设穰弱健康水平，缭短了设备的健羽寿命。邋过对视娥振动特性能分援， 技幽撬缀运嚣靛不利工援区，侵电逡潍缀运行傀纯黠，避开瓤缀振动较丈熬不聱j 工况隧，以提离设备的健康水平，发挥工程的最大缀济效益。 承邀肇瓣运行蕊纯霰要综合考虑寒承、税缝、亳瓣等诸多要素，终寒条髂复 杂，调度目标形式多样，本文将通过总结近几年来李窳蛱电站的运行经验，分析 奄辩对李家蛱奄菇运行懿要求，疆究穰缀振动特性鞍幂舔工溉嚣，探讨李家姨双 排槐水窀姑运行戎优方式。 1 。2整内及黄河上游水电站 j ；i 化逶张皇要和部分磷究成聚概述 。2 1 国内永邀站谯化遮行主要磺窕蔽栗 我国开展水电站优 乏运行豹研究与应用始予豹年代。1 9 6 3 年，谭维炎、黄 守傣等，嘏据动态勰燃理论，建立了个长期调节本魂站农库静优佬调度模型搏 在狮子滩基墩站的优化调度巾终型应雳1 7 ；1 9 7 9 年，张勇转、熊斯毅等在建立糖 溪水电站水库优化调度模型时，用时空离散简单马可夫过程描述径流过程，将时 羧入滚由短麓蓣摄捺供，寻傀方法采建胃变方淘探索法 s j 。最然绘割往纯调度鬻 仍用贝尔曼优化原理，但由于弓l 迸了惩罚项，因而提离了调度图的可靠性；茇不 多闲一时辩，薰子敖簿久在磷究翊家秧承亳辩承库稼纯调度嚣雩，提出了国瑟瑟济 效益媛大的强挥函数，在寻优技术方两采雕了满足保证率癸求豹改变约束法， 跌控镶l 破坏深度 9 1 ；1 9 8 2 年，施熙烟、耱翔岳簿在研究枫树壤求奄站优化 避凄时， 提出了援证零约束下的马可夫决策规魁模型忡】；1 9 8 3 年，张鹦煲、憾昭阳等人 提出了建立在对策论藏础上的水库优化调度圈f l n 。同年，髻：予林等应用增爨动悉 巍划，势臻会缀霸漤承强羧搂瑟，实施了褰豢汪水电懿熬甓纯谖度，获穗了平均 每年增发电能2 4 7 0 万千瓦时的效益【l z j ；1 9 8 6 年，李寿声、彭世彰等，结合一些 遗医农瘴溺爱实际瀚簇，瓠订了一个 # 线往麓翻攘鍪嘲多维动态援麓模型，凰予 艇决满足多魏水源分配的水艨最优引z k 量翔慰【1 3 1 0 同年，王艨谋等为对汉江中、 下游i = l 承避幸亍最优控谁，建立了丹汪瞄承库阮洪优化调度模黧，鞋舔函数为各种 2 第一章概述 控制目标的罚函数之和，最优策略的求解方法采用线性规划法【。1 9 8 6 年，张 玉新、冯尚友建议了一个多维决策的多目标动态规划模型，以多目标中某一目标 为基本目标，而将其它非基本目标作为状态变量处理，求解方法仍基于一般的动 态规划原理，该法实质上是单目标动态规划法在多目标问题中的应用，因此，随 着维数的增加计算工作量必然增加较多。为克服这问题，张玉新、冯尚 友又于1 9 8 8 年提出了一个称之为多目标动态规划迭代法的求解方法，该法的核 心是构造一个三级段函数，计算效率有所提高。在研究以发电量和淤积量为目标 的水沙联合优化调度中，用该法求出非劣解集后再随用均衡规划法选出满意的调 度方案。 随着水资源和水电的不断开发利用，水库群己成为最常见的水利水电系统。 水库群优化调度虽以单一水库优化调度的理论和方法为基础，但也不断有新的方 法出现，我国在这方面的研究成果也比较丰富。研究开始于8 0 年代初，当时谭 维炎、刘健民等人在研究四川水电站水库群优化调度图和计算方法时，提出考虑 保证率约束的优化调度图的递推计算方法【2o 】；1 9 8 1 年，张勇传利用大系统分解 协调的观点，对两并联水电站水库的联合优化调度问题进行了研究，先把两库联 合问题变成两个水库的单库优化问题，然后在两水库单库最优策略的基础上引入 偏优损失最小作为l f l 标函数，对单库最优策略进行协调，以求得总体最优2 1 】； 1 9 8 2 年，熊斯毅根据系统分析思想，提出了水库群优化调度的偏离损失系数法 z 2 1 ，采用马可夫模型描述径流过程，偏离损失系数是通过逐时段求解最优递推 方程求得的，因此能反映面i 临时段效益和余留期影响，不仅形式简单，使用方便， 而且理论上比较完善，该法在湖南拓溪一风滩水电站水库群的最优调度中得到了 应用；同年，叶秉如等提出了并联水电站水库群年最优调度的动态解析法，该法 以古典优化法为基础，结合递推计算，应用在闽北水电站水库群优化调度的模拟 计算中，可增加发电量6 6 【23 j ；同时期，黄守信、方淑秀等提出了以单库优化 为基础的两库轮流寻优法，用于并联水库群的优化调度计算【2 4 】；1 9 8 3 年，鲁子 林将网络分析中最小费用算法，用于水电站水库群的优化调度【2 5 】1 9 8 6 年，董 子敖等提出了计入径流时空相关关系的多目标多层次优化法，该法的基本思想 是：采用分区推求条件频率的方法，把一维动态规划逐步逼近法用于二维状态， 并采用参数迭代法实现降低维数求出单目标最优解，以克服“维数灾”障碍【2 “。 第一章概述 1 9 8 8 年，叶秉如等提出了一种空间分解算法，并将多层动态规划法和空间分解 法分别用于研究红水河梯级水电站水库群的优化调度问题f 2 ”。同年，胡振鹏、 冯尚友提出了动态大系统多目标递阶分析的分解一聚合方法，将库群多年运行的 整体优化问题分解为按时间划分的一系列运行子系统，在各子系统优化的基础 上，将各水库提供的年内运行策略聚合成上一级系统，并由聚合模型描述和确定 水库群的多年运行过程和策略，该法为解决跨流域供水水库群联合运行中多库、 多目标、多层次、调节周期长和计算时段多等复条情况提供了有效方法，在解决 丹江口水库防洪与兴利两个目标的优化调度时也应用了该法 2 8 1 。1 9 9 8 年，解建 仓也利用大系统分解协调方法对水库群的联合调度问题作了研究，并且应用于黄 河上游的龙羊峡和李家峡水库1 3 2 1 。1 9 9 1 年，吴保生等提出了并联防洪系统优化 调度的多阶段逐次优化算法，该法由三阶段于模型和跨阶段子模型组成，以时间 向后截取的防洪控制点过程的峰值最小为目标函数，成功地解决了河道水流状态 的滞后影响【2 ”。1 9 9 4 年，都金康等以针对上述吴保生等提出的方法寻优速度较 馒的缺点，提出了一种简便高效的水库群防洪调度逐次优化方法f 3 “。1 9 9 8 年， 邵东国提出自由化模拟技术解决多目标决策问题，他建立了具有大系统递阶结构 的多目标实时优化调度模型，提出了用水库经济蓄水线和防破坏线分别反映多个 不同目标要求的多目标实时优化决策方法。 1 9 9 7 年，王黎和马光文利用二进制遗传算法对水电站优化调度进行了研究， 其假定对象是主要以发电为主的水电站，兼顾其他用途，但是在他们的计算中并 为考虑到其他过多用途，仅是一个个部分的主要约束作为基本约束条件，比如发 电量或流量限制条件，但这是一种对水电站优化调度方法的新的尝试【3 卯，同时 王黎针对四川省某大型水利枢纽的调度运行进行了具体的验证，得到了较好的计 算效果。但是应当注意到，采用二进制数编码，需进行二进制数与十进制数之间 的转换，增加了编程和计算的工作量：尤为突出的缺陷是，在求解高维优化问题 时，二进制编码串将非常之长，扩大了算法的按索空间，因而大大降低了算法的 按索效率。因此，在水资源中应用的遗传算法一般采用的是十进制编码，即符点 编码。2 0 0 1 年，畅建霞利用十进制的遗传算法对水电站水库进行了优化调度研 究，另一方面，她将适应度函数作了幂变换，使之更加离散，便于遗传操作，取 得了良好的效果 3 “。2 0 0 2 年，王大刚等也利用十进制的遗传算法对水电站水库 进行了优化调度研究，其将惩罚系数引入到适应度的计算当中，可以较为准确的 限制适应度的收敛范围，得到更好的结果f 3 ”。1 9 9 9 年，林焰等研究了基于模糊 优选的多目标遗传算法，是将遗传算法结合模糊评判解决多目标问题的一种尝试 4 兰二：兰垫堕 p 。2 0 0 2 年，沈军利用遗传算法研究了水资源模糊优化配置模型，主要是在适 应度函数的描述中引入了动态变化的效益系数，以此表示个时期不同的需求，以 达到随时间而变的模糊效应，这种变化是利用遗传算法解决非确定性规划问题的 一种新的尝试【3 。2 0 0 3 年，王小安利用遗传算法研究了发电站短期调度问题， 取得了不错的效果 4 。张金良、练继建等结合三门峡、万家寨水库等开展多沙 河流多目标综合化调度，将遗传优化算法与神经网络快速预测淤积量计算模型相 结合，建立了水库多目标优化调度计算模型，并提出了黄河水沙联合调度水库群 等的多种基本联合模式和调度关键技术路线。 1 2 2 黄河上游水电站部分优化研究成果概述 西北电网公司调度通信中心在已投入的自动化系统中研究建立了黄河上游 梯级水电站短期优化调度模型，其中包括机组开停机历时约束、用水量、水库蓄 水位约束，提出了等微增率原则与专家规则相结合的一种迭代解法。实例研究表 明该算法可行，计算快捷，适应性强。甘肃电力调度通信局针对目前黄河上中游 梯级水电站的合理调度问题，研究了电站调度和西北电网安全运营的关系，对调 度系统和调度员提出了新的要求。武汉水利电力大学和西北电业管理局联合开发 了黄河上游龙羊峡、李家峡、刘家峡梯级水电站短期( 日) 调度软件依据先进的计 算机系统，及时采集传输系统的水情、气象、工程和电力信息、经过实时处理分 析，制定和实施水电站水库运行调度方式，以获得尽可能大的经济效益和社会效 益。其基本任务是在满足电网给定的梯级水电站日负荷和各项综合利用要求的条 件下，按照梯级水电站总能量损失最小的优化准则，制定和实现梯级水电站最优 日运行调度方式及相关厂内最优运行方式。根据实际调度资料仿真优化计算，其 结果满足要求。北京市水文总站的研究者应用大系统分解协调理论，对串联水电 站水库群的优化调度问题进行了分析和研究，以黄河上游龙羊峡、刘家峡两个串 联水电站水库群的优化调度为依据，建立了相应的优化调度模型，并进行了实例 计算与分析，得出了较好的结果。北京水文总站的研究者在通过对黄河上游梯级 水电站群考虑预报误差情况下的电能状况进行分析和探讨。考虑水电站水库已备 有的短期或中长期预报方案，建立其优化调度模型。以该模型所确定的调度方案 为依据，对黄河上游5 座水电站的各种可能来水进行调度，从而对这些水电站的 期望电能及其抽样误差作出分析。结果表明，预报信息对于合理地预估总电能具 有一定意义。西安理工大学的研究者对龙羊峡电站节水增发电量考核有关技术问 第一苹概述 题进行了研究，提出库存水量转换成电量的方法，将计算电量与库存电量之和作 为考核电量，并在此基础上开发了考核软件，实例计算结果表明，多年调节电站 节水增发电量考核方法是合理可行的。目前，黄河上游水电开发有限责任公司梯 级调度中心正在以周新光的研究成果黄河上游水电开发及优化运用研究1 】 为基础开发应用软件。 1 2 3 李家峡水电站优化运行的研究工作 李家峡水电站在设计之初是按照传统的单排机组排列方式考虑的，由于其坝 址和厂房所处的河床狭窄，两岸地质结构复杂，边坡开挖后又可能引发坝肩稳定 性下降的问题。经过反复论证后，决定采用双排机组排列布置形式。这是我国首 次采用双排机组排列布置形式的水电站，也是目前世界上三座采用双排机组布置 方式的大型水电站中单机容量最大的一座。电站自投产发电以来，尤其是2 0 0 2 年水库水位达到正常蓄水位以后，其优化运行研究工作也提到了议事议程。以往 的黄河上游水电站优化运行研究工作只是把李家峡水电站作为梯级水电站中的 一部分，从宏观的角度来加以分析，而针对其具有日周调节水库、高水位和双排 机组排列的特性来研究的较少。2 0 0 3 年，天津大学建筑工程学院对李家峡水电 站双排机厂房开展了真机试验 3 i ，通过现场真机试验和理论分析，在把握双排机 厂房结构的动力特性，明确水电站水力、机械、电磁振源及其与厂房结构的耦联 作用机制的基础上，确定了李家峡水电站机组和，一房结构运行的不利工况区，为 同时优化电站机组运行效率和运行状态提供了充足的依据。 1 3本文的研究工作 以往的水电站优化运行研究中，多数是考虑水库和电站的运行效率的优化问 题，而考虑电站运行状态的优化和电网安全约束较少，水电站的运行优化需要综 合考虑来水、机组、电网等诸多要素，本文针对李家峡双排机的水电站的优化运 行问题开展以下几方面的研究： ( 1 ) 总结近几年来李家峡电站的运行经验，分析电网对李家峡电站运行的 要求，提出运行存在的问题和优化运行的研究方向。 ( 2 ) 开展李家峡机组和厂房结构的现场振动测试，研究机组振动特性和不 利工况区。 ( 3 ) 研究李家峡双排机水电站运行效率和运行状态同时优化运行方式。利 第一章概述 用遗传算法和蚂蚁算法建立了李家峡水电站在带固定负荷和调频工况下的厂内 负荷优化分配模型，并实际运行工况进行对比分析。 第二章李家峡水电站实际运川情况分析 第二章李家峡水电站实际运用情况分析 2 1黄河上游水电站建设规划的基本情况 黄河发源于青海省巴颤喀拉山北麓。流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙、 陕西、山西、河南、山东等九省( 区) ，于【i 东垦利注入渤海，全长5 4 6 4 公里， 流域面积7 9 5 0 0 0 平方公里，是我幽第二大河流。黄河水系水能资源缔减量度其 可开发水能资源分别为3 0 0 0 2 mw 和2 2 0 2 9 3 m w ，其中干流龙羊峡至青铜峡河 段水能资源尤为丰富，开发条件优越，是全国著名水电“富矿”，已被国家列为重 点开发的水电基地之一。河段全长9 1 9 k m ，落差1 3 2 4 m ，规划大中型水电站2 5 座，总装机容量1 6 0 5 0 m w ，年发电量5 9 3 亿k w h 。目前己建成水电站有龙羊峡、 李家峡、刘家峡、盐锅峡、八盘峡、大峡、青铜峡7 座，共装机5 6 1 8 m w ，仅占 可开发容量的1 3 ，尚有1 0 2 6 0 m w 有待开发，其中大型电站4 座，即拉西瓦 3 7 2 0 m w 、公伯峡l5 0 0 m w ( 首台机组3 0 0 m w 已于2 0 0 4 年9 月投入运行) 、积 石峡1 0 0 0 m w 、寺沟峡2 5 0 m w ：中型电站7 座，即尼那1 6 0 m w 、山坪1 6 0 m w 、 直岗拉 1 9 0 m w 、康扬2 8 0 m w 、苏只2 1 0 m w 、黄丰2 4 0 m w 和大河家 1 8 7 0 m w ，龙羊峡以上河段尚有1 4 座5 4 2 0 m w 的水电资源，其中具有开发条件 好，海拔在3 0 0 0 m 以下有2 7 6 0 m w 。青铜峡以r 宁夏中卫河段的黑山峡水电站 总装机2 4 4 8 0 m w ，也待开发1 2 1 。 2 2 李家峡水电站的基本情况 李家峡水电站是黄河t 游龙一青段中的第三个大型梯级水电站，位于青海省 尖扎县与化隆县交界的李家峡峡谷中段，是我国第一座，也是唯的座双排机 布置的水电站，同时足世界上单机容量最大，总容量最大的烈排机水电站。设计 装机容量2 0 0 0 m w ，单机容量4 0 0 m w 。一期工程装机1 6 0 0 m w ，已全部建成发 f 邑。年设计发电量5 9 2 3 亿k w h ，坝高1 6 5 m ，库容1 6 5 亿1 1 1 3 , 具自日、周调 节功能。李家峡水电站是西北电网中的调蜂、调频骨干电厂之一。李家峡水电站 1 9 9 7 年丌始发电，发电初期因工程尚未完工，水位控制在2 1 5 5 m 左右，以后逐 年上升，2 0 0 2 年达到正常高水位。李家峡位于龙羊峡下游，区间没有大的支流 汇入柬水主要依赖于龙羊峡水电站。由于李森峡为日调节水库，在正常情况下 是以水定电，来多少水，发多少电。李家峡水屯站的调度权归西北电山公卅，后 是咀水定电，米多少水，发多少电。李家峡水电站的调度权归西北电力公司，后 第二章李家峡水电站实际运用情况分析 第二章李家峡水电站实际运用情况分析 2 1黄河上游水电站建设规划的基本情况 黄河发源于青海省巴颜喀拉山北麓。流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙、 陕西、山西、河南、山东等九省( 区) ，于t l j 东垦利注入渤海，全长5 4 6 4 公里， 流域面积7 9 5 0 0 0 平方公里，是我幽第二大河流。黄河水系水能资源蕴藏量度其 可开发水能资源分别为3 0 0 0 2 mw 和2 2 0 2 9 3 m w ，其中干流龙羊峡至青铜峡河 段水能资源尤为丰富，开发条件优越，是全国著名水电“富矿”，已被国家列为重 点开发的水电基地之一。河段全长9 1 8 k m ，落差1 3 2 4 m ，规划大中型水电站2 5 座，总装机容量1 6 0 5 0 m w ，年发电量5 9 3 亿k w h 。目前已建成水电站有龙羊峡、 李家峡、刘家峡、盐锅峡、八盘峡、大峡、青铜峡7 座，共装机5 6 1 8 m w ，仅占 可开发容量的1 3 ，尚有1 0 2 6 0 m w 有待开发，其中大型电站4 座，即拉西瓦 3 7 2 0 m w 、公伯峡1 5 0 0 m w ( 首台机组3 0 0 m w 已于2 0 0 4 年9 月投入运行) 、积 石峡1 0 0 0 m w 、寺沟峡2 5 0 m w ；中型电站7 座，即尼那1 6 0 m w 、山坪1 6 0 m w 、 直岗拉卡1 9 0 m w 、康扬2 8 0 m w 、苏只2 1 0 m w 、黄丰2 4 0 m w 和大河家 1 8 7 0 m w 。龙羊峡以上河段尚有1 4 座5 4 2 0 m w 的水电资源，其中具有开发条件 好，海拔在3 0 0 0 m 以下有2 7 6 0 m w 。青铜峡以上宁夏中卫河段的黑山峡水电站 总装机2 4 4 8 0 m w ，也待开发【2 1 。 2 2 李家峡水电站的基本情况 李家峡水电站是黄河上游龙一青段中的第三个大型梯级水电站，位于青海省 尖扎县与化隆县交界的李家峡峡谷中段，是我国第一座，也是唯一的一座双排机 布置的水电站，同时是世界上单机容量最大，总容量最大的双排机水电站。设计 装机容量2 0 0 0 m w ，单机容量4 0 0 m w 。一期工程装机1 6 0 0 m w ，已全部建成发 电。年设计发电量5 9 2 3 亿k w h ，坝高1 6 5 m ，库容1 6 5 亿1 1 1 3 , 具有日、周调 节功能。李家峡水电站是西北电网中的调蜂、调频骨干电厂之一。李家峡水电站 1 9 9 7 年开始发电，发电初期因工程尚未完工，水位控制在2 1 5 5 m 左右，以后逐 年上升，2 0 0 2 年达到正常高水位。李家蛱位于龙羊峡下游，区间没有大的支流 汇入来水主要依赖于龙羊峡水电站。由于李家峡为日调节水库，在正常情况下 是以水定电，来多少水，发多少电。李家峡水电站的调度权归西北电力公司，后 第二章李家峡水电站实际运用情况分析 者可以直接调度到机组，而且调度往往从用水用电要求出发，极不合理，以致使 电站运行6 年多来，曾发生过多次把李家峡的库水位调到死水位以下的情况，减 少了发电效益。 2 21 李家峡水库电站的主要技术指标 李家峡水电枢纽工程属大i 型电站工i 呈，其主要技术指标见表2 1 。 表2 1 李家峡水电站枢纽工程主要技术指标 项目单位数值 全流域km2 7 5 2 4 4 3 流域面积 坝址以上kin2 1 3 6 7 4 7 校核洪水位m 2 1 8 2 6 设计洪水位 n l 2 1 8 1 3 水库水位正常蓄水位 n l 2 1 8 0 防洪限制水位 i n 2 1 8 0 死水位m 2 1 7 8 正常蓄水位时水库面积k m 23 1 5 8 同水长度 k m 4 15 水库库容校核洪水位时总库容亿m 3 1 7 5 正常高水位库容亿m 3 1 6 5 调洪库容亿m 3 1 调节库容亿m 3 0 6 死库容亿m 3 1 1 1 设计洪水位时下泄流量 m 3 s4 1 0 0 下泄流量校核洪水位时下泄流量 m 3 s 6 3 4 0 最大引水流量( 4 台及过水能力) m 3 s1 4 5 0 最大引流量时相应下游水位 1 1 1 2 0 5 9 水库调节特性日、周 装机容量m w 2 0 0 0 保证出力 m w 5 8 1 年利用小时数h 2 9 2 5 多年平均设备发电量亿k w h约5 9 坝型双曲拱坝 大。坝最大坝高m 1 6 5 坝顶高程 1 1 1 2 1 8 5 第二章李家峡水电站实际运用情况分析 李家峡机电设备主要技术指标见表2 2 表2 2 李家峡水电站机电设备主要技术指标 型号 主要技术参数 出力 设计流量 水轮机 设计水头 最高水头 水头正常晟低水头 极限最低水头 加权平均水头 型号 发电机 功率 i t l d 2 0 3 一u 一6 0 3 4 0 8 2 m w 3 6 2 3 8 n f s 1 2 2n l 1 3 5 ，6m 1 1 4 5r n 9 0 m 1 2 7 4 m s f 4 0 0 - 4 8 1 2 8 0 0 4 4 4 4 4 4 4 0 0 n ， 儡i v 2 。2 2 李家峡水电站水库库容资料 李家峡水电站水库库容资料见表2 3 及图2 1 。 表2 3 李家峡水电站水位一库容关系表( 水量单位：亿m 3 、水位单位：m ) 水位 2 0 6 02 0 7 02 0 8 02 0 9 02 1 0 02 1 1 02 1 2 02 1 3 02 1 4 0 库容 0 0 2 l0 0 9 l0 2 9 607 8 ll5 725 73 7 952 56 9 6 水位 2 1 5 0+ 2 1 6 02 1 7 02 l8 0 库容 89 21 l1 31 3 61 64 8 库2 2 0 0 水 位2 1 8 0 ( m ) 024681 01 21 41 61 8 库容( 亿m 3 ) 图2 1 李家峡水电站水库水位一库容实测曲线 水库下游的e 水流量与水位的特征关系采用2 0 0 1 年西北勘测设计研究院计 算值绘制，详见表2 4 和图2 2 。 0 如 舯 | 耄 第二章李家峡水电站实际运用情况分析 表2 4 李家峡水电站尾水流量水位关系( 流量单位：m 3 s 、水位单位：m ) l 流量 1 9 2 2 7 55 9 41 3 0 02 4 4 04 1 5 05 1 6 06 1 3 0 l 水位 2 0 4 52 0 4 72 0 5 02 0 5 4 2 0 5 8 2 0 6 2 2 0 6 42 0 6 6 尾水2 0 7 2 水位 ( m ) 2 0 6 8 2 0 6 0 2 0 5 2 z 0 4 8 2 0 4 4 3 5 0 04 2 0 04 9 0 05 6 0 0 6 3 0 07 0 0 0 尾水流量( m 3 s ) 图2 2 李家峡水电站尾水流量一水位关系计算曲线 2 3 李家峡水电站在电网中的作用、地位和运行方式 2 3 1 李家峡电站在西北电网中的作用 李家峡水电站1 9 9 7 年2 月至1 9 9 9 年1 2 月卜4 4 号机相继投产发电，电站装 机容量为1 6 0 0 m w ，单机容量4 0 0 m w ，它是西北电力系统单机和总装机容量最大的 水电站，所以电站具有良好的负荷调节性能和宽阔的调节裕度，是西北电网骨干 发电企业，在西北电网中担负着主力调峰、第二调频、调压及事故备用任务，有 时还担任第一调频厂的任务。电站保证出力5 8 1 万千瓦，设计年发电量5 9 亿千 瓦时。电站李官i 、i i 回线承担着甘肃电网和青海电网的重要联络功能，目前也 承担着公伯峡电站发电量顺利送入电网的作用。 2 3 2 李家峡电站的地位 李家峡电站作为西北电网中单机容量和装机容量最大的水电站，在电网中有 负荷调节裕度大等特点，其特点及其在西北电网中的作用，决定了西北电网对其 在开机速度、运行可靠性、负荷调整等方面都有很高的要求。按西北电网调度 规程规定，西北电网的事故备用容量是按照全网单机容量最大的机组考虑，所 以西北电网备用容量的设置由李家峡电站的单机容量决定。机组的安全可靠运行 第二章李家峡水电站实际运用情况分析 直接影响着系统的频率合格率、电压合格率和全网的稳定运行。作为水电站，其 开机速度和开机成功率直接决定着事故情况下电网恢复正常运行的速度。从长期 的运行方式可以看出，电网事故备用容量大多数情况下都有水电厂担任，而西北 电网的事故备用容量大部分都有李家峡电站承担，所以，西北电网要求李家峡电 站运行人员在异常频率下要反应速度快，要求设备在异常频杰下调整速度也要 快。作为大容量机组，其电压调整能力直接影响着系统电压，所以电网要求李家 峡电站要有足够的电压调整能力。自从公伯峡电站发电以来，由于电网建设目前 尚不完善，李家峡电站李硝线长期处于大负荷运行状态，李硝线的正常运行决定 着公伯的电站电能可靠的向电网输送。由此可见，西北电网对李家峡电站从主设 备方顽要求其可靠高，二次设备方面要求调节和动作灵敏，对运行人员要求反应 要快、监视严细认真。 2 3 3 李家峡水电站的基本运行方式 1 ) 固定出力：即按电网调度要求在不同时段全厂机组带固定出力。 2 ) 第一调频：我国规定的电力频率合格范围为4 9 8 5 0 2 h z ，现各大电网 一般按4 9 9 5 0 1 t l z 控制。担任第一调频任务，就是根据频率的变化及时增减机 组出力，使频率始终在合格范围之内。 3 ) 第二调频：当频率超出合格范围时，第一调频厂可能已无力调整，此时， 担任第二调频任务的电站可不待调度命令及时调整机组出力，使频率恢复到合格 范围之内。 2 4 李家峡水电站实际运用情况分析 李家峡水电站1 9 9 7 年开始发电，发电初期因工程尚未完工，水位控制在 2 1 5 5 m 左右，以后逐年上升，2 0 0 2 年达到正常高水位。李家峡位于龙羊峡下游， 区问没有大的支流汇入，来水主要依赖于龙羊峡水电站。李家峡水电站运行6 年，共发电2 2 9 2 4 亿k w h ，耗用水量8 9 4 7 4 亿m 3 平均耗水率3 9 m 3 k w h 。 由于李家峡水电站调节库容小，正常情况下是以水定电，即来多少水，发多少电。 但黄河水电公司没有调度权，西北电力公司可以直接调到机组，调度往往从用水 用电要求出发，对黄河水电公司的利益关注甚少，曾多次发生把李家峡的水位调 到死水位以下的情况。李家峡电站运行实况见表2 5 。 l i 。l l 。lf 。l 。i _ 1 i | 一 l ， 一 t i ooooooooooooooooooooooo o 口“o t “o “o n “ 口n n n n nn h “h h r f r p ( 删) 瓣谭坼呻 鼎 皋 曲 矗 i 。il l 。i i l。i l 。f - 旺 n 蠹 却 “ - 兰三三 一 = = 一。 一 _ l ；，。一 二星。o 一 。1 乙 一 一 - _ 1 f = ； - o口ooooooooooooooooooooo h o h o t “o m “o o “h t nn n n n “nnnhrr p r 一 ( 删) 垃酉饼1 辟 鼎 g 心 霉求露晕j睡_至监林播羽*鹫垛卅_枣躲 l ll l 1 i 1 l l l l l l i 1 l i 一 - 弓 - r 一 j i l l _ h“ t “ 口 毒r 1 手hen ：； 耋； 专n_ = j 日 ：3 。 垂誊 n ； ，、 “e 积 i 赛 。 心 口# 团 一 h _ 。 t h “ 。 jo t ：，一： r 。 。 口 l l = 一i i tt -1 i ? | | | | | | _ j | | ? | | ；| | o | | i ；lj | | | | i g | | | | | | | | | | | | | | | | j 薅遒瘴妪靼野暴每回n_)器篙摆按脚*些搽件nh圃 舞幂妒川uv 。“h n h 。 t “ 。h 。 “b 口t n tn匾n n 善 h 。_ “ n 口r r 。 t 彗求略堙匠喜蝮林耨脚*彗搽悱褂瓣 芦毫_ 旺 宾 叶 一 ；重量k 一 、一 - j 鼎 嚣 心 可 iq 士h 。i i 。i = j 譬= = = 毒 r = = 蕾 。i l 。 i 。l ! ：= 一 。：= e i 一 _ ! r 三=。” 。 3一 旺 ；掣宴