（水利工程专业论文）三峡梯级短期优化调度和实时优化调度研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 三峡水利抠纽工程与葛洲坝水利枢纽相距仅3 8 公里 葛洲坝水利枢纽是三峡水利枢 纽下游的一个反调节水库 与三峡水利枢纽形成梯级电站 为了充分发挥三峡 葛洲坝梯 级水利枢纽工程在防洪 发电 航运等综合利用效益 研究制定梯级优化调度方式是十分 必要的 随着电力工业的解除管制 电力市场的逐步形成 各发电实体实行竞o r 上网 其调度 的目标也逐步发生了转变 以追求各自发电效益最大为目标 这样使得水电系统的独立调 度成为可能 不再仅仅为火电系统的调度做 配套服务 特别地 对于梯级水电系统 由于其调度目标的变化以及梯级各电站间的复杂的水 电联系 给梯级优化调度带来了新 的研究内容 三峡水利枢纽的中长期调度按枢纽运行规程执行 本文没有进行讨论 而是着重研究 了三峡梯级短期优化调度和实时优化调度问题 对于三峡梯级电力来讲 优化调度的实质 就是经济调度 即在一定的来水情况下 通过调度获得最大的发电效益 或者在满足给定 发电量的情况下 使用水量最小 在短期优化调度中 分两个周期进行了研究 即周滚动 优化调度和日滚动优化调度 在实时优化调度中 研究了自动发电控制 a g c 问题 并 提出了周滚动优化调度 日滚动优化调度和自动发电控制 a g c 的数学模型 阐述了相 互之间的关系 关键词 三峡葛洲坝梯级调度优化模型 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h et h r e eg o r g e sp r o j e c t t g p i ss i t u a t e do n l y3 8 k i nf r o mt h eg e z h o u b ac o n s e r v a n c y p r o j e c t t h eg e z h o u b ap r o j e c ti sad o w n s t r e a mr e v e r s e r e g u l a t i n gr e s e r v o i ro ft g p i no r d e rt o m a k ea f u l l u s e o f t h e g e n e r a l u t i l i t y o f t h r e e g o r g e s g e z h o u b a c a s c a d e h y d r o j u n c t i o n p r o j e c t i n f l o o dp r o t e c t i o n p o w e rg e n e r a t i o na n d n a v i g a t i o n i ti si 峨龉a r y t od e v e l o pt h ec a s c a d eo p t i m a l d i e p a t c h w i t h t h e d e r e g u l a t i o n o f t h ee l e c t r i c p o w e r i n d u s t r y t h ee l e c t r i c i t y m a r k e t i s b e i n g g r a d u a l l y f o r m e d t h eg e n e r a t o rs e l l si t se n e r g yw i t hc o m p l e t i v eb i d d i n g a n di t so p t i m a ls c h e d u l i n g o b j e c t i v ei sc h a n g i n g t h e r e f o r e t h ei n d e p e n d e n to p e r a t i o no ft h eh y d r o p o w e rs y s t e mi sp o s s i b l e a n dw h i c hi sn o tm e r e l ya na c c e s s o r ys e r v i c et ot h ep o w e rs y s t e ma n yl o n g e r e x t r a o r d i n a r y i n t h ec a s c a d eh y d r o p o w e rs y s t e m b e c a u s eo ft h ev a r i a b i l i t yo ft h eo b j e c t i v ea n dt h ec o m p l i c u t e d h y d r a u l i ca n de l e c t r i cr e l a t i o n s h i pa m o n gt h ec a s c a d eh y d r op o w e rs t a t i o n s t h en e wf i e l do f r e s e a r c hi sc o m ef o r t h t h i st h e s i sf o c u s e so f tt h er e s e a r c ho ft h ec a s c a d es h o r t t e r ma n dr e a l t i m eo p t i m a l d i s p a t c h t ot h ec a s c a d es t a t i o n s o p t i m a ld i s p a t c hi se c o n o m i cd i s p a t c hi ne s s e n t i a l t h a ti s t og e t t h em a x i m u mg e n e r a t i n gp r o f i tb ym e a n so fd i s p a t c hu n d e rt h ec o n d i n o no fc e r t a i ni n f l o w o r u n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo fm e e t i n gt h ec e r t a i ng e n e r a t i o np l a n c o s tt h em i n i m u mw a t e r t h e a u t h o rs e p a r a t e st h es h o r t t e r mo p t i m a ld i s p a t c hi n t ot w op e r i o d s w e e k l y o p t i m a ld i s p a t c ha n d d a i l y o p t i m a ld i s p a t c h i nr e a l t i m eo p t i m a ld i s p a t c h r e s e a r c h so na u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l a g c a n dp r e s e n t st h e m a t h e m a t i c sm o d e l so f w e e k l y c i r c u l a t i n go p t i m a l d i s p a t c h d a i l y c i r c u l a t i n go p t i m a ld i s p a t c ha n d a g c e x p o u n d a s t h e i ri n t e r r e l a t i o n s k e y w o r d s t h et h r e eg o r g e s g e z h o u b a c u s c u d ed i s p a t c h o p t i m a lm o d e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果尽我所知 除文中已标明引用的内容外 本论文不包 含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡 献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法 律结果由本人承担 学位论文作者签名 物 撅 j 如6 年 f 月i o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定 即 学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论 文被查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文 保密口 在 年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密时 请在以上方框内打 4 学位论文作者繇匀娘指剥雠 阿建寸 如6 年f f 月f d 日 鲥z 年7 月 a 日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1 绪论 1 9 9 4 年1 2 月1 4 日 在三峡工程坝址 国务院总理李鹏宣布当今世界上最大的水利枢 纽工程一长江三峡工程开工 一个宏伟壮丽的跨世纪世界超级工程将巍然屹立于中华大 地之上 三峡水利枢纽是具有防洪 发电 航运 供水等巨大综合利用效益的特大型工程 工 程由拦河大坝及泄水建筑物 水电站厂房 通航建筑物等组成 采用 一级开发 一次建 成 分期蓄水 连续移民 的方案实施 拦河大坝为混凝土重力坝 坝顶高程1 8 5 m 坝长2 3 0 9 4 7 m 溢流坝段居中 两侧为 发电厂房坝段及非溢流坝段 正常蓄水位高程1 7 5 m 汛期防洪限制水位1 4 5 m 相应的总 库容 防洪库容分别为3 9 3 亿m 3 2 2 1 5 亿m 3 三峡水利枢纽建成后能有效地拦蓄宜昌以 上的洪水 使荆江地区的防洪标准由目前的1 0 年一遇提高到1 0 0 年 遇 保障荆江河段 的安全 并增加武汉市防洪调度的灵活 胜 1 三峡工程位于我国西南部地区这个重要的能源生产基地 是长江流域丰富的西部水能 资源点中最靠近中部和东部经济中心的巨型水电站 三峡工程按正常蓄水位1 7 5 m 方案 电站装机2 6 台 装机总容量1 8 2 0 0 m w 年均发电量8 4 7 亿k w h 是当今世界上最大的 水力发电站 三峡的装机容量相当于2 1 世纪前1 5 年全国新增装机额的1 1 5 占华中 华 东两电网新装机组容量的1 5 三峡年电量约占2 1 世纪前1 5 年全国新增水电量的l f 3 1 2 1 可见 三峡工程在2 1 世纪初我国一次能源的平衡和电力平衡中占有重要的地位 对华中 和华东地区的能源和电力平衡有着举足轻重的作用 1 2 优化调度问题 三峡水库正常蓄水位1 7 5 m 总库容为3 9 3 亿 电站装机2 6 台 单机7 0 万k w 总装 机容量1 8 2 0 万k w 保证出力4 9 9 万k w 多年平均发电量8 4 7 亿k w h 在电力系统中将 承担调峰 调频任务 三峡电站由左岸电站 右岸电站 地下电站 规划 组成 其中左 岸电站装机1 4 台 右岸电站装机1 2 台 规划右岸地下电站装机6 台 三峡电力送华中 华东 广东电网 华中科技大学硕士学位论文 葛洲坝水利枢纽距三峡坝址约3 8 k m 是三峡水利枢纽下游的反调节枢纽 与三峡水 利枢纽形成三峡 葛洲坝梯级水库 葛洲坝水电站为径流式电站 水库容积为1 5 8 亿 电 站装机容量为2 7 1 5 万k w 保证出力7 6 8 万k w 多年平均发电量1 5 7 亿k w h 葛洲坝 电站由大江电站 二江电站组成 共装机2 l 台 其中大江电站装机1 4 台 每台1 2 5 万 k w 二江电站装机7 台 2 台1 7 万k w 5 台1 2 5 万k w 葛洲坝电力送华中 华东电网 三峡工程建成后 葛洲坝水库日来水量基本上是三峡枢纽的发电和泄洪等日下泄水量 葛 洲坝枢纽将成为三峡水库的反调节水库 长江流域土地面积占全国土地面积的1 9 人口占全国总人口的3 5 工农业总产值 占全国工农业总产值的4 0 沿岸有上海 重庆 武汉 南京等大城市和工业基地 防洪 任务非常重大 三峡梯级系统的调度 不仅影响三峡总公司的经济利益 电力系统运行 的安全稳定 而且对长江航运 防洪乃至国民经济都有重大的影响 研究三峡梯级系统的 优化调度具有极其重大的意义 长江水系年运输量占全国内河运输量的7 8 素有 黄金水道 之称 保证长江航道的 畅通 改善航道的条件和状态 具有重要的意义 三峡梯级规模大 机组多 运行复杂 操作频繁 在电网中有举足轻重的特殊地位 其日调节对航运尤其是两坝间及葛洲坝下游 的航运会产生一定不利影响 需全面兼顾 优化调度 三峡水利枢纽是中国乃至世界上最大的水利枢纽工程 在调度管理上也是最复杂的工 程 目前世界范围内的如美国大古力 南美洲巴拉那河上的伊泰普 加拿大的拉格朗德梯 级 委内瑞拉的古里等大型水利枢纽工程要么是多年调节水库 要么不涉及航运等问题 没有一个像三峡这样复杂 面临如此多的实际困难和运行限制条件 三峡水库不仅是季调 节水库 而且还涉及到航运 泥沙等多方面的问题 因此 三峡水利枢纽本身的调度管理 问题就是一项复杂的系统工程 国际国内没有成熟的经验可以借鉴 再加上其下游相距 3 8 k i n 的葛洲坝径流式电站 要进行联合优化调度 就更加复杂了 三峡工程进展迅速 2 0 0 6 年三峡大坝已全线贯通 三峡工程已开始发挥重要效益 对三峡 葛洲坝联合调度优 化问题的研究将是一个亟须研究的课题 并且在今后一个很长的时间范围内会在实践中不 断摸索 理论上不断深入而逐步趋于完善 2 华中科技大学硕士学位论文 1 3 课题的研究意义及主要研究内容 1 3 1 课题研究意义 三峡电站 葛洲坝电站形成的两个梯级电站无论在水力还是在电力方面都有着密不可 分的联系 因此 只有实行梯级联合优化调度才能真正发挥梯级的综合效益 其一 三峡水利枢纽是长江中下游防洪体系中的关键性骨干工程 防洪调度关系到长 江中下游广大地区国民经济及人民生命财产的安全 三峡枢纽防洪调度不仅要确保枢纽大 坝的安全 尽可能减轻长江中下游的洪水灾害 而且应尽量不损害枢纽发电 航运 供水 等兴利效益 需实行水库的优化调度 其二 三峡水库正常蓄水后 初期与后期分别有8 9 亿立米和1 6 5 亿立米的调节库容 具有一定的调峰能力 三峡电站进行日调节时 其下泄流量造成的不恒定流将对航运产生 一定的不利影响 为满足正常通航的要求 需利用下游的葛洲坝水库进行反调节 但葛洲 坝水库反调节库容有限 不能完全调平三峡水库的下泄过程 因此 需进行优化调度的研 究 其三 三峡电站是世界上最大的水力发电站 三峡水利枢纽与葛洲坝枢纽相距仅3 8 公里 其间无大支流 葛洲坝的来水 基本上就是三峡的下泄水量 水力联系非常密切 葛洲坝为径流式电站 三峡则为季调节水库 运行条件 特点各异 但它们都向华中华东 电网供电 随着我国社会经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高 电能的需求日益增 长 负荷的峰谷差也不断增加 不仅如此电力生产正逐步走向市场 在市场经济条件下 电力企业必须不断地提高经济效益 使自身稳步持续发展 正因为如此 对于三峡梯级水 电系统 在满足防洪 航运等综合利用前提下 实现梯极联合优化调度就具有极其重要的 意义 对此进行探讨也具有很大的实用价值 1 3 2 主要研究内容 关于三峡枢纽与葛洲坝枢纽联合调度的关系 实际上是综合利用的协调关系 在综合 利用上 要合理调度用水 既满足航运用水的需要 又要预留出防洪库容 并在此基础上 实现发电用水的经济调度 关于电力调度与防洪调度的关系 在汛期防洪时 要求电力调 度应服从于防洪调度 其它情况下则应以发电调度为主 但必须满足航运的用水要求 电 3 华中科技大学硕士学位论文 水 航三者之间谁服从谁的问题 因时而异 但应统一协调 实现梯级综合最优调度 三峡梯级联合优化调度的出发点和落脚点都是提高三峡电站与葛洲坝电站的发电效 益 这就要求对各种运行状态进行实时优化 解决联合运行的有关问题 降低发电成本 以使联合运行的经济效益最大化 而其效益的主要来源就是售电 随着电力体制改革的不 断深入 我国将逐步建立竞争 开放的电力市场 2 0 0 5 年已全面实现厂网分开 竞价上网 三峡水利枢纽地处华中 华东 川渝电网联网的中心 一个发电企业同时涉及到三个电网 调度关系复杂 在新的电力环境中 三峡与葛洲坝水利枢纽如何争取主动 充分发挥水电 调峰能力的优势 利用电网的峰谷差价 在满足各项限制条件的情况下 实现经济效益最 大化 是 项摆在我们面前的新问题 也是本课题的探讨重点和研究的主要内容 鉴于防洪调度的带有行政命令的特殊性 本课题拟在满足防洪限制水位的条件下展开 探讨 因此本课题的优化目标就是用较少的水而获得最大的发电量或最大的经济效益 在课题具体的研究过程中 从以下方面进行研究 1 三峡梯级周运行优化 这一部分的主要任务是 以 来 水定 发 电 即根据三峡水库水位及径流预报结 果 结合电力负荷预测情况 制定梯级系统一周的发电计划 使梯级经济效益最佳 并向 上级调度部门 电网 申报计划 2 三峡梯级日运行优化 根据上级调度部门下达的梯级系统的生产任务 日负荷曲线 在保证航运要求和完 成生产任务条件下 使从三峡水库放水最少 即以电定 用 水 将整个梯级的生产任 务经济合理地分配到各个电站 大江 二江 左岸 右岸 并向各电站下达生产指标 同时 根据梯级系统的实际运行情况及电网的实时要求 制定梯级系统中各电站的实 时运行方案 修正各种误差 计算预报和运行产生的误差 进一步优化梯级系统的运行 3 三峡梯级自动发电控制 a g c 在日负荷曲线范围内 实时跟踪电网运行状态 电压 频率等 并与机组状态 水 机 电 磁 监测 故障诊断系统连接和协调 在电网运行稳定要求的精度内 分配 调 整 控制机组的有功功率 以满足电力系统的运行要求 保障发电设备地安全 在本课题分析研究中 三峡电站以正常运行后的装机1 8 2 0 0 m w 枯水期1 7 5 m 汛期 1 4 5 m 的上游库水位为基本研究条件 并未考虑地下电站6 台机的作用和影响 葛洲坝电 站以正常装机2 7 1 5 m w 为基本研究条件 并没考虑扩容 扩机的作用和影响 4 华中科技大学硕士学位论文 2 1 三峡工程 2 三峡梯级电力概况 三峡水利枢纽是治理长江水害 开发长江水资源的主体工程 它具有防洪 发电 航 运等综合利用效益 拦河大坝为混凝土重力坝 坝项高程1 8 5 m 坝长2 3 0 9 4 7 m 溢流坝段居中 两侧为 发电厂房坝段及非溢流坝段 正常蓄水位高程1 7 5 m 汛期防洪限制水位1 4 5 m 枯季消落 最低水位1 5 5 m 相应的总库容 防洪库容和兴利库容分别为3 9 3 亿m 3 2 2 1 5 亿m 3 1 6 5 亿m 3 泄洪坝段位于河床中部 总长4 8 3 m 设有2 2 个底孔 2 3 个深孔和2 2 个表孔 三 峡水利枢纽建成后能有效地拦蓄宜昌以上的洪水 使荆江地区的防洪标准由目前的1 0 年 遇提高到1 0 0 年一遇 保障荆江河段的安全 并增加武汉市防洪调度的灵活 l 生v l 电站系坝后式厂房 分置溢洪坝段两侧坝后 共安装2 6 台单机额定功率为7 0 0 m w 额 定容量7 7 7 8 m v a 最大容量8 4 0 m v a 的水轮发电机组 总装机容量1 8 2 0 0 m w 年发 电8 4 7 亿k w h 主要供电华中 华东 华南等 其中左岸厂房装机1 4 台 1 8 机成为 左一段 9 1 4 机成为左二段 左一段有5 0 0 k v 出线5 回 左二段有5 0 0 k v 出线3 回 左一 左二段间通过母线断路器连接 右岸厂房装机1 2 台 1 5 2 0 机为右一段 2 1 2 6 4 机为右二段 右一段有5 0 0 k v 出线4 回 右二段有5 0 0 k v 出线3 回 右一 右二段间 通过母线断路器连接 在右岸留有将来扩机的一座地下厂房 可安装额定功率为7 0 0 m w 的机组6 台 三峡水利枢纽的水库为不完全年调节水库 水库按防洪 发电 航运的综合 利用要求进行调度 基于水库调度方式 汛期电站在电力系统中担任基荷和腰荷 非汛期 电站在电力系统中担任峰荷和腰荷 枯水期机组启停频繁1 3 1 通航建筑物设于左岸 永久通航建筑物为双线五级船闸 每级闸室有效尺寸为 2 8 0 m x 3 4 m x s m 及一座可通行3 0 0 0 t 船队的单线一级垂直升船机 通航建筑物年单向通过 能力5 0 0 0 万吨 工程建成后可改善航道约6 5 0 k m 万吨级船队可由武汉直达重庆 2 1 水库移民涉及湖北 重庆两省市的1 9 个县市 根据1 9 9 1 1 9 9 2 年调查 主要淹没实 物指标为 淹没区人1 58 4 4 6 万人 淹没耕地和柑桔地2 5 9 万k r n 2 工程分三期施工 主体工程施工 包括准备工程 的总工期为1 7 年 第1 1 年 2 0 0 3 年 永久通航建筑物启用 第一批机组并网发电 三峡工程静态总投资 不含输变电工程造价 物价上涨及施工期贷款利息等 按1 9 9 3 5 华中科技大学硕士学位论文 年5 月末价格计算为9 0 0 9 亿人民币 其中包括枢纽工程5 0 0 9 亿元人民币 水库移民工 程4 0 0 亿元人民币 但考虑物价 利息等因素 动态所需投资为2 0 3 9 亿元人民币 三峡 工程建设第1 1 年 2 0 0 3 年 首批机组并网发电后开始有发电收入 三峡水电站建成后所 发电量巨大 具有强大的还贷能力 三峡工程的兴建 促进了长江的综合治理和开发 也必将加快中国现代化建设进程 2 1 1 三峡工程特征水位及流量 根据三峡工程初设报告 三峡工程的特征水位和流量的主要数据如表2 1 表2 1 三峡工程特征水位及流量表 项目特征值备注 坝顶高程1 8 5 m 正常蓄水位 1 7 5 m 初期1 5 6 m 防洪限制水位 1 4 5 m 初期1 3 5 m 枯季消落最低水位 1 5 5 m 初期1 4 5 m 1 0 0 年一遇洪水位1 6 6 9 m 设计洪水位1 7 5 m1 0 0 0 年一遇洪水位 校核洪水位 1 8 0 4 m 1 0 0 0 0 年一遇洪水加l o 总库容 3 9 3 亿m 3 正常蓄水位1 7 5 m 以下 防洪库容2 2 1 5 亿m 3 兴利调节库容 1 6 5 亿m 3 水库库面面积 1 0 8 4 k m 枯季调节流量 5 8 6 0m 3 s 初期5 1 3 0 m 3 s 改善库区航道里程 5 7 0 6 5 0 k m 初期5 0 0 5 7 0 k m 枢纽控制流域面积1 0 0 万k m 2 2 1 2 三峡水利枢纽的主要任务 根据长江流域综合利用规划 三峡工程是治理开发长江的关键性骨干工程 工程主要 开发任务是解决长江中下游 特别是荆江河段的防洪 向华中 华东和华南地区提供巨大 的电力 改善宜昌至重庆河段以及中游的通航条件 2 1 2 1 防洪 三峡工程地理位置优越 它紧邻长江防洪形势最为严峻的荆江河段 可以直接控制荆 6 华中科技大学硕士学位论文 江河段洪水来量的9 5 以上 武汉以上洪水来量的功左右 利用三峡工程2 2 1 5 亿i n 3 的 防洪库容调节洪水 可防止荆江两岸发生毁灭性的灾害 使荆江河段防洪标准从现在的约 1 0 年一遇提高到1 0 0 年一遇 遇千年一遇或类似1 8 7 0 年洪水 可控制荆江入口枝城站流 量不超过8 0 0 0 0m 3 s 配合分蓄洪工程的运用 可保证荆江河段的行洪安全 可减轻长江 洪水对洞庭湖地区的洪水威胁 并延缓洞庭湖区淤积 为湖区的全面治理创造条件 可降 低长江中下游洪水淹没损失 减轻武汉市的洪水威胁 并极大地提高长江中下游防洪调度 的可靠性和灵活性 1 2 1 2 1 2 2 发电 三峡水电站装机容量1 8 2 0 0 m w 年平均发电量8 4 7 亿k w h 约相当于1 9 9 1 年全国 总发电量的1 8 与火电相比 相当于建成1 5 座装机容量为1 2 0 0 m w 的大型火电站和3 个年1 5 0 0 万吨规模的特大型煤矿 以及相应的运输工程 z l 三峡水电站主要供电华中 华 东地区 华中 华东地区是我国经济比较发达的地区 随着以浦东为龙头的长江沿江经济 带的发展 华中和华东地区的发展速度必将加快 对电力能源的需求必将加大 而华东地 区的水能资源己开发殆尽 华中地区剩余的水能资源7 0 集中在三峡河段 三峡水电站的 发电能力巨大 在地区能源和电力系统的电力 电量平衡中将发挥巨大的作用 同时三峡 水电站地处我国腹地 距国内电力负荷中心的输电距离多在1 0 0 0 k m 以内 三峡工程的建 设将促进全国跨区域大电网的联网 大大提高电网运行的质量和效益 2 1 2 3 航运 长江是我国东西交通的大动脉 目前长江水系货运量约占全国内河运量的8 0 随着 长江沿江经济带的发展 对发挥长江水运优势也提出了更高的要求 重庆至宜昌长约 6 0 0 k m 的长江航道 流经丘陵和高山峡谷地区 落差约1 2 0 m 水流湍急 沿程有主要碍 航险滩1 3 9 处 单行控制段4 6 处 航道条件差 仅能通过3 0 0 0 吨级的船队 运输成本也 较高 该河段每马力拖带能力仅为下游的1 1 0 运输成本较下游高2 4 倍 按交通部门预测 2 0 3 0 年川江下水货运量将达5 0 0 0 万吨 而目前由于航道条件的限 制 下水通过能力仅约1 0 0 0 万吨 修建三峡工程后 回水可改善航道里程5 7 0 6 5 0 k m 由于险滩淹没 航深增大 坡降变缓 流速减小 航道加宽 万吨级船队可实现汉一渝直 达 三峡库区万吨级船队直达重庆的保证率达5 0 左右 结合港口建设和船舶现代化 大 7 华中科技大学硕士学位论文 型化 下水年通过能力可达5 0 0 0 万吨 运输成本可降低3 5 3 7 同时 由于水库调节 宜昌以下枯水季节流量可增加1 0 0 0 2 0 0 0 立方米 眇 提高了航深 将显著改善中游航道 枯季航运条件 2 1 2 1 2 4 其他 三峡工程除在防洪 发电和航运方面具有巨大作用外 还可增加长江中下游枯水期流 量 有利于发展灌溉 水产和旅游事业 促进库区经济发展 并有利于南水北调 兴建三 峡工程 对促进长江流域乃至全国经济建设和社会发展都具有十分重要的意义 2 1 3 水库基本调度运行方式 三峡水库按照满足防洪 发电 航运和排沙的综合要求 进行水库调度 每年5 月末至6 月初 水库水位降至防洪限制水位1 4 5 m 整个汛期6 9 月 水库一 般维持此低水位运行 超过电站发电过流能力的水量 通过泄洪坝段下泄 仅当入库流量 超出下游河道安全泄量时 水库拦蓄洪水 库水位抬高 洪峰过后 库水位仍降至1 4 5 r n 运行 1 0 月份 水库蓄水 库水位逐步y n 至1 7 5 m 运行 少数年份 蓄水要延续到1 1 月 份 1 1 月至次年4 月底 水库应尽量维持在高水位 水电站按电网调峰要求运行 当入库 流量低于电站保证出力或维持葛洲坝下游最低航深对流量的要求时 动用调节库容 库水 位开始下降 但4 月末以前库水位最低高程不低于1 5 5 m 翻 2 1 4 三峡电站机电设备参数 长江三峡水利枢纽由大坝 水电站 通航设施等主要建筑物组成 泄洪坝段位于河床 中部 左 右岸两侧分别设坝后式电站厂房各一座 其中左岸厂房装机1 4 台 右岸厂房 装机1 2 台 电站水轮发电机组主要技术参数如表2 2 表2 3 所示 8 华中科技大学硕士学位论文 表2 2 左岸电站发电机技术参数 名称 v g sa l s t o m 结构型式立轴半伞式 冷却方式半水冷方式 定子绕组水冷 额定容量 m v a 7 7 7 8 最大容量 m v a 8 4 0 额定电压 k v 2 0 额定电流 a 2 2 4 5 3 8 额定频率 k 5 0 额定功率因数 c o s o 0 9 额定转速 转 分 7 5 r p m 飞逸转速 转 分 1 5 0 r p m 临界转速 转 分 1 8 7 5 r p m 磁极对数 4 0 定子槽数 5 l o5 4 0 并联支路数 5 表2 3 左岸电站水轮机技术参数 名称单位参数 型式竖轴 单转轮混流式 台数8 转轮名义直径 出口直径 9 8 0 0 0 最大水头 m1 1 3 0 运行水头额定水头m8 0 6 最小水头 m6 1 0 额定出力m w7 1 0 额定流量蠢h s9 9 1 8 最大连续运行出力m w7 6 7 0 相应发电机c o s o l 的水轮机最大出力m w 8 5 2 9 华中科技大学硕士学位论文 名称 单位 参数 额定转速 r m i l l7 5 比转速 m k w2 6 1 7 比速系数 2 3 4 9 吸出高度 m 5 装机高程 m 5 7 0 旋转方向俯视 顺时针旋转 蜗壳型式 金属蜗壳 尾水管型式弯肘型 叶片数 1 5 固定导叶数 2 3 导叶个数 2 4 水轮机总重 t 3 3 0 8 水轮机惯性力矩 t m 28 0 0 0 2 2 葛洲坝水利枢纽 葛洲坝水利枢纽位于长江三峡出口南津关下游2 3 k m 长江上中游的分界处 它是三 峡工程的航运梯级 距上游的三峡水利枢纽3 8 k m 担负着渠化三峡大坝至宜昌间天然河 道 对三峡电站日调节非恒定流进行反调节和利用河段落差发电的任务 工程沿坝轴线全 长2 6 0 6 5 m 设航道2 线 船闸3 座 电站2 座 泄水闸1 座 冲沙闸2 座及混凝土和土 石挡水坝等建筑物 总工程量计土石开挖5 7 9 9 万立方米 土石填筑3 0 8 8 万立方米 混凝 土及钢筋混凝土1 0 4 2 万立方米 金属结构安装7 3 8 万吨 钢筋制安2 3 5 7 万吨 帷幕灌 浆5 7 9 万米 固结灌浆2 3 8 2 万米 总投资1 9 8 4 年5 月国家计委核定数与1 9 9 1 年9 月决 算均为4 8 4 8 亿元人民币 总造价4 2 7 6 亿元人民币 泄水闸 孔加冲沙闸1 5 孑l 总过 流能力可满足设计流量s 6 0 0 0 m 3 s 和校核流量1 1 0 0 0 0m 3 s 船闸航道可通行万吨级船队 单向年通过能力5 0 0 0 万吨 电站装机2 1 台 总装机容量2 7 1 5 m w 年均发电量1 5 7 亿 k w h 1 9 8 0 年1 2 月二江泄水闸开始过水 1 9 8 1 年1 月大江截流 6 月三江航道船闸通航 7 月三江冲沙闸第一次过水泄洪 7 月底二江电站1 号机组并网发电 1 9 8 3 年7 月二江7 台机组全部投产发电 1 9 8 6 年6 月大江电站的第一台机组8 号机组并网发电 1 9 8 8 年3 华中科技大学硕士学位论文 月大江冲沙闸过水冲沙 1 9 9 0 年5 月大江航道船闸开始营运性试航 1 9 9 1 年1 1 月工程通 过国家验收 f 2 1 j 2 2 1 枢纽布置及运行 葛洲坝水利枢纽采用 一体两翼 总布置方案 即从南津关以下n 江泄水闸的长江主 体为 一乖妒 两侧的大 三江航道为 两翼 在这主泓下端 接近二江泄水闸部位 两侧 为大 二江电站的进水渠 是为第二个俩翼 这样布局 把河道及过水建筑物在内组成 一个整体 整个枢纽包括以下建筑物 大江电站 二江电站 5 0 0 k v 变电所 2 2 0 k v 开关 站 1 号船闸 2 号船闸 3 号船闸 二江泄水闸 三江冲沙闸和大江泄水冲沙闸等 葛洲坝水电站为河床式径流电站 其发电量受长江来水量的影响较大 一般是中水年 份发电量较大 枯水年份因受水量限制较小 丰水年份因受水头限制亦较小 但各年的变 化值不大 一般在1 0 以内 由于没有调蓄库容 在 年之内 电站的出力也随来水流量 的变化而变化 带有明显的季节性 一般是l 3 月份为枯水期 电站出力变化在7 6 8 1 0 0 0 m w 之间 4 月和1 2 月出力变化在1 0 0 0 1 5 0 0 m w 之间 5 1 1 月份为中水期和汛 期 出力变化在1 5 0 0 2 7 1 5 m w 之间 高峰与低谷出力变化幅度较大 但汛期出力变幅 不大 由于电站的枯水流量和洪峰流量相差悬殊 使电站的水头变化也相差甚大 从最大水 头2 7 o m 到异常最小水头6 3 m 葛洲坝电站在单独运行 与三峡联合运行时 其最大水头分别为2 7 m 2 5 8 m 最小 水头为8 3 m 1 4 9 m 平均水头为2 0 5 m 1 9 5 m 设计水头均为1 8 6 m 葛洲坝电站单独运 行时 异常最小水头为6 3 m 三峡联合运行的最大水头已考虑下游河床冲刷2 o m 的影 响 2 2 2 葛洲坝电站机电设备参数 二江电站装有2 台1 7 0 m w 5 台1 2 5 m w 的水轮发电机组 大江电站装有1 4 台1 2 5 m w 的水轮发电机组 分别由东方和哈尔滨电机厂制造 葛洲坝电站水轮发电机组主要技术参 数如表2 4 表2 5 所示 1 1 华中科技大学硕士学位论文 表2 4 葛洲坝电站水轮机参数 名称 单位 1 聋 硝机3 2 1 机 型号 z z 5 6 0 一u 王 1 1 3 0z z 5 0 0 一l h 1 0 2 0 型式混凝土蜗壳轴流转桨式混凝土蜗壳轴流转桨式 最大水头 m 2 3 02 7 0 设计水头 n a 1 8 61 8 6 最小水头 m l o 68 3 转轮直径 m 1 1 31 0 2 额定出力 万千瓦 1 7 61 2 9 设计流量 m3 s 1 1 3 08 2 5 正常转速 转 分 5 4 66 2 5 飞转速 转 分 1 2 01 4 0 最大轴向力 t 2 8 0 02 5 0 0 导叶关闭时间 秒 1 11 1 最大水压上升值 1 1 1 水柱 3 0 1 最高转速上升值 1 5 2 1 1 5 0 导叶数 个 3 23 2 轮叶数 片 4 5 轮叶最大转角 1 0 2 4 1 0 0 2 0 导叶最大开口 毫米 1 0 0 08 4 0 表2 5 葛洲坝电站发电机参数 3 1 1 襻 1 2 1 5 散 名称 单位 1 2 机 1 6 1 9 机 2 0 2 1 机 型号 t s l 7 6 0 2 0 0 1 1 0 s f l 2 5 9 6 1 5 6 0 0 型式 立轴半伞式 立轴半伞式 容量 m v a 1 9 4 21 4 3 额定功率 m w 1 7 01 2 5 额定电压 k v 1 3 81 3 8 额定电流 1 溘 8 1 2 55 9 8 华中科技大学硕士学位论文 3 1 1 社 1 2 1 5 名称 单位 1 静 2 机 1 6 1 9 机 2 0 2 1 机 额定功率因数 c o s o o 8 7 50 8 7 5 额定励磁电流 k a 2 0 7 71 6 5 3 额定转子电压 v 4 9 44 8 34 8 8 7 5 c 转子电阻 f 1 0 2 0 20 2 5 7o 2 4 8 短路比 1 3 31 1 转子磁极数 个 1 1 09 6 定子槽数 9 9 07 9 2 结线方式 5 y3 y 绝缘等级 bb 额定频率 h z 5 05 0 定转子间隙 r a m 2 11 8 设计效率 9 7 59 7 5 旋转方向俯视顺时针俯视顺时针 转动惯量 t m 2 1 7 2 0 0 09 0 0 0 0 制造厂家东方电机厂 哈尔滨电机厂 东方电机厂 2 3 三峡梯级电力与电力改革 三峡工程是一项综合效益巨大的水利枢纽工程 水库调度要兼顾防洪 发电 航运和 排沙等各项要求 协调好发电与兴利 兴利各部门之间的关系 使三峡工程发挥最大的综 合效益 其发电效益是三峡工程经济合理性的重要体现 三峡工程是我国重大的能源开发 项目 其装机容量1 8 2 0 0 m w 年平均发电量8 4 7 亿k w h 相当于开发一个年产4 0 0 0 5 0 0 0 万吨煤炭的矿区和相应的运输工程 根据长江水利委员会的 长江三峡水利枢纽初步设计报告 在汛期6 9 月份 发电 与防洪 排沙在水库运用上存在一定矛盾 应以满足防洪与排沙要求为主 发电服从防洪 与排沙 水库一般维持在防洪限制水位1 4 5 m 运行 以保留防洪库容准备调节可能发生的 洪水 同时 使库区维持较大水面比降 以利排沙 电站将根据来水流量和维持水库1 4 5 m 运行得到的水头发电 不得为了多发电而抬高水库运行水位 由于汛期来水量大 根据 华中科技大学硕士学位论文 1 9 4 6 1 9 7 6 年3 0 年长系列还流调节计算资料 有4 5 8 的时间电站为避免调峰弃水 只 宜在系统中担负基荷 按机组预想出力发电 其余时间电站可进行不同程度曰调节 在系 统中担负下腰荷 但为避免弃水损失电量 调节幅度不能太大 在非汛期l o 月至次年5 月 水库主要按照发电与航运要求进行调度 从1 0 月初开始 电站一般按保证出力发电 担负系统峰荷 多余水量存入水库 在一般年份 水库于1 0 月末蓄至正常蓄水位1 7 5 m 少数年份1 0 月份来水量较小 蓄水过程将延续到1 1 月份 枯水期1 2 月至次年4 月底 为了使库尾航道保持较大航深以及电站维持较高的水头多发 电 在电站发足保证出力前提下 水库尽可能维持较高水位运行 当来水流量小于电站发 保证出力所要求的流量时 动用水库存蓄的水量 库水位逐步消落 一般年份到4 月底 水库水位都高于设计的枯水期最低消落水位1 5 5 m 只有遇到设计枯水年和特枯水年 水 库才消落至1 5 5 m 从5 月份开始水库来水量增大 至6 月份进入汛期 因此在6 月上旬 为腾空防洪库容 水库须消落至防洪限制水位1 4 5 m 在丰水年份 当水库水位落在调度 图上的i i 区时 电站应加大出力发电 以避免弃水 相反 在特枯水年份 当水库水位下 降到调度图上的 区时 电站应降低出力发电 以避免电站运行严重破坏 并尽快恢复正 常运行 见图2 1 同 i i i i d 保证出力区 i v 降低出力区 霎 i 防洪区 九十i 十一i 十二i 一 二i 三l 四 五 六l 七l 八 月份 图2 1 三峡水库调度图 1 4 m m 虽 虽 啪 蛳椭 华中科技大学硕士学位论文 2 3 1 三峡电站计划装机进度及电力外送 根据三峡工程建设计划 三峡电站已于2 0 0 3 年9 月开始发电 其逐年装机进度及库 水位如表2 6 表2 6 三峡工程年装机进度及库水位 年份安装机组 台 水库蓄水位单机预想最大出力 m w m 2 0 0 3 4 1 3 55 5 0 2 0 0 491 3 55 5 0 2 0 0 51 41 3 55 5 0 2 0 0 61 41 3 5 1 5 65 5 0 7 0 0 2 0 0 71 8 1 5 6 7 0 0 2 0 0 82 21 5 67 0 0 2 0 0 92 6 1 7 5 7 0 0 2 0 1 02 61 7 57 0 0 三峡电力主要线路外送 三龙线 龙泉至江苏常卅i 镇平上华东电网 这条长9 6 0 公里 的5 0 0 k v 直流输电线路已建成投运 三江线经湖北荆门 河南南阳接入华北电网 另外 国家已批准三峡电力东送第二条线路方案 三峡一红花套一常熟一华东电网的5 0 0 k v 直 流输电线路 2 0 0 3 年底开工建设 此前葛洲坝已有 条通往上海的直流输电线路 三峡电 力东送将有三条5 0 0 k v 直流输电线路 三峡 华中 至广东直流输电工程起自湖北荆州 落至广东惠州 线路长约9 7 5 公里 每极电压5 0 0 千伏 总输送容量3 0 0 万千瓦 已于2 0 0 4 年2 月单极投运 2 0 0 4 年6 月双 极投运 西电东送是我国一项重大能源发展战略 可使东西部资源共享 优势互补 实现更大 范围内资源优化配置 以取得更大经济效益和社会效益 广东经济持续 快速 稳定的发 展 必然带动电力需求的快速增长 积极利用西部的能源资源 是广东能源发展的基本方 针 而三峡 华中 在2 0 0 5 年前后有电力富裕 且二滩部分电力也可通过三峡至四川通 道送至华中 置换华中部分电力到广东 使广东电力供需矛盾得到缓解 消纳部分三峡和 二滩电力 合理利用了电力资源 同时 三峡 华中 至广东直流输电工程的建设 实现 了华中与南方电网联网 除取得输电效益外还可获得联网效益 华中科技大学硕士学位论文 三峡至万州五十万伏输变电工程起于三峡电站 止于重庆市万州的五十万伏变电所 线路全长2 9 5 3 1 公里 整个输电工程于2 0 0 2 年初建成 2 3 2 三峡电站与电力系统的联结 三峡电站以5 0 0 k v 电压接入电力系统 主要供电华东 华中 华南 重庆等地区 左岸和右岸电站在电气上无直接联系 且左 右岸两厂高压母线均设分段 通过分段联络 断路器连接 接入各段母线的机组台数自左至右为8 6 6 6 与之相配的交流出线回路数为 5 3 4 3 即左 母线段接有8 台机组 5 回出线 分别有3 回线接至左岸直流换流站 线 路长度约5 5 k m 的 换流站至华东为直流线路 长度约9 6 6 k m 送电容量3 0 0 0 m w 正常 最大潮流为3 x 1 9 0 毗8 0 0 m w 2 回线至重庆电网 线路长度约3 2 0 k i n 正常最大潮 流为2 x 1 0 0 0 2 0 0 0 m w 左二母线段接有6 台机组 3 回出线 送至华中电网 正常最 大潮流为3 x 1 5 0 0 脚0 m v l 右一母线段接有6 台机组 4 回出线 分别有2 回线送至 葛洲坝直流换流站 正常最大潮流为3 1 2 0 0 偿4 0 0 m w 2 回线至华中电网 正常 最 大潮流为2 x 1 1 0 0 2 4 0 0 m w 右二母线段接有6 台机组 3 回出线接至右岸直流换流站 正御最大潮流为3 1 4 0 0 2 1 加 m w 正常运行时 整个三峡电站分成四段母线运行 枯水方式运行时母联断路器有可能合闸运行 华中科技大学硕士学位论文 万县 图 2 2 三峡电站电力外送系统图 左 右岸电站采用发电机变压器联合单元接线方式 变压器高压侧设置有断路器 发 电机侧暂未装断路器 5 0 0 k v 高压配电系统采用3 陀接线方式 三峡左岸电站电气主接线 图见附图1 2 3 3 葛洲坝电站与电力系统的联结 葛洲坝电站采用2 2 0 k v 和5 0 0 k v 两种电压向外输电 如图2 3 1 7 一 孟 左埘 左煳 8 6 1 詈 二伽 右埘 右埘 6 6 华中科技大学硕士学位论文 二江电站 9 6 5 m w 大江电站 1 8 5 0 m w 溪 冲 坡 冲 南桥 图2 3 葛洲坝电站电力外送图 二江电站采用2 2 0 k v 电压级 发电机变压器为单元接线 配电系统采用双母带旁母的 接线 共有8 回出线 晓雁溪1 回 陈家冲l 回 远安1 回 当阳长板坡1 回 东山桔城 1 回 犹亭自家冲