水电站装机容量

1、题目：无调节水电站装机容量的选择第一章 设计水电站的开发任务及设计要求11.1 自然条件11.1.1 流域概况11.1.2 水文气象条件11.2 工程地质11.3 设计要求1第二章 基本资料及数据22.1基本资料和数据22.1.1电力系统负荷资料及有火电站的资料：22.2某径流式水电站的基本情况32.3电力系统有关经济资料3第三章 径流调节与水能计算43.1 月平均出力及发电量的计算43.2保证出力的计算6第四章 保证出力的确定74.1 海森格纸的绘制74.2绘制经验频率曲线94.3绘制P-曲线94.4统计参数对理论频率曲线形状的影响104.5相关分析11第五章 装机容量选择125.1 最大工

2、作容量的确定125.1.1 水电站的最大工作容量125.1.2 火电站的最大工作容量125.2 备用容量与重复容量的选择135.2.1 备用容量135.2.2 重复容量13第六章 电力电能平衡分析156.1 电力电量的平衡分析：156.2 电力电能平衡图的绘制16第七章 水电站多年平均年发电量17第一章 设计水电站的开发任务及设计要求1.1 自然条件1.1.1 流域概况 该水电站位于河流中，河流全长较长，流域面积较大。流域面积内气候温和湿润，山脉多呈东西走向，地势东、西、北高，中南部低，海拨高程不高，属于深切割中山地貌。该河道属峡谷型河道，弯曲多，坡度大。控制流域面积大，总库容可到12.52亿

3、立方米，为无调节水电站。该水电站为无调节水电站，河流较长，流域面积大，年最大负荷可达到90万kW，因此可以建设水电站充分利用水资源发电，也同时可用于农业灌溉等方面，建设水电站可以提高整个地区的综合效益。1.1.2 水文气象条件 该流域属于亚热带暖湿季风区。受山脉影响，流域内气候温和湿润。根据气象站资料统计，多年平均气温15.6，气温随地面高程变化较大。流域内雨量较多，多年平均降雨量可达1524.0mm。每年3月到7月为雨季，降雨量占年降雨量的绝大部分。1.2 工程地质水电站所在的库区内地形切割强烈，地形较陡，库岸山体雄厚，山坡布局岩体完整性差，抗风化能力弱。两岸山体雄厚，地层走向与河流走向夹角

4、较大，同时岩石透水性较差，渗漏量较小。水库库岸即为现在河谷两岸山体，稳定性较好，局部地段会发生坍岸，但规模小，对工程施工、运行及环境地质影响较小。水电站的建设是为了充分利用我国的水能资源。要注意以下几点：（1） 要符合当地的地形地质条件，水文条件，考虑具体的经济条件。（2）考虑建设水电站的经济性和可行性。（3）建设的水电站主要任务是发电，同时考虑其他的效益，达到水电站的综合效益最大。（4）水电站的效益计算必须与电力系统负荷预测、电源规划、电力平衡等工作联系起来，根据电力系统拟建水电站的原则，比较电力系统整体效果的变化，对水电站效益进行经济评价。1.3 设计要求 毕业设计是本科四年中的一个重要环

5、节。毕业设计虽然不能涵盖这四年中的全部学科内容，但是是对某一类课程的系统总结，是综合检验学习成果和应用能力的手段。在设计中，要深入理解相关知识，总结相关学科内容，关注设计的每一个环节对整个设计的影响。某水电站水库水文水能规划设计的设计要求如下：1) 熟悉已知资料，查找相关规范，复习所学课程。2) 熟练掌握Excel的操作，学以致用。3) 掌握无调节保证出力的计算，熟练掌握有关公式及参数。4) 掌握无调节水电站保证电能的计算。5) 掌握无调节水电站最大工作容量的选择，了解火电站最大装机容量的选择，并根据实际情况及规范选择备用容量及重复容量。6) 了解电力电能平衡计算的目的，掌握电力电能平衡计算的

6、方法。7) 掌握多年平均发电量的计算。 通过以上内容的实际操作，不仅可以达到深入理解所学知识、熟悉行业规范的目的，而且能够培养认真、严谨的科学态度。认真完成毕业设计、积累实践经验对以后的工作或者深造具有极其重要的意义第二章 基本资料及数据2.1基本资料和数据2.1.1电力系统负荷资料及有火电站的资料：2.1、年负荷图情况见表2-1表2-1 典型年负荷图情况 万kW 季度冬春夏秋冬月份123456789101112最大负荷9895949290889093949698100图2-1 典型年负荷图2.2设计符合水平年的最大负荷为90万kW2.3典型日负荷图（最大负荷的百分比）见表2-2。表1-2 典

7、型日负荷图 （最大负荷百分比） 时序（小时）12345678910111212、1、2月7673737376787887969790823、4、5、9、10、11月6969697071737882909490816、7、8月676563616367717582807775时序（小时）13141516171819202122232412、1、2月82909690889710096888481783、4、5、9、10、11月8487908581818794908581736、7、8月7377798082869088848277702.4系统中已有火电站的总装机容量为31.5万kW，期机组为2台5.

8、0万kW，2台2.5万kW，6台2万kW，9台0.5万kW。2.2某径流式水电站的基本情况2.1 枢纽开发任务处发电外，还从引水渠道引水灌溉，6、7、8、9月份分别引用灌溉流量3、10、14、4 m3/s.2.2 坝址处设计代表年的径流资料（m3/s）见表1-3表2-3 坝址处设计代表年的径流情况月份345678910111212枯水年253537824953192114106105113112107149平水年477717483956305549176233367367337324丰水年454977150417657984442161881861861893752.3水电站下游水位流量关系曲

9、线如下表1-4表2-4 径流式水电站下游水位流量关系曲线水位（m）0.20.640.901.21.51.82.02.32.53.03.33.6流量m3/s20100156243330447519670776107712891564图2-2 水位流量关系曲线图水位零点的绝对高程为16米压力前池中正常蓄水位为46米计算N=AQH时，A=8.0水电站的设计保证率为90%2.3电力系统有关经济资料3.1 水电站增加千瓦投资K水=820元/kW3.2 水电站增加千瓦容量的年费用率P水=3%3.3 额定投资效益系数i=12%3.4 火电站单位电能消耗的燃料b=0.4kg/kWh3.5 燃料到场价格为95元

10、/吨3.6 =1.05第三章 径流调节与水能计算3.1 月平均出力及发电量的计算水电站的出力是指电站全部发电机组出线端的送出功率之和，通常以千瓦为计算单位。水电站发电量则为一定时段内水电站全部发电机组发出的电量之和，其值等于电站出力与相应时间的乘积，一般以千瓦时作为计算单位。由水电站出力方程可知，水电站在任一时刻t的出力决定于电站在该时刻的发电流量和水头，且与电站机电设备的能量损失有关，而该能量损失大小主要取决于水轮发电机组的效率。于是，实际进行水能计算时，按以下公式计算水电站出力：式中：Q为通过水电站水轮机的流量，m/s；H为水电站的净水头，m；和分别为水电站压力前池中正常蓄水位和尾水管出口

11、断面水位；为水电站发电引用水流通过拦污栅、进水口、引水管道流至水轮机，并经尾水管排至下游河道的流动过程中产生的各种水头损失，在这里不计算水头损失取为0；A为水电站出力系数，取为8；计算水电站的发电量：计算内容如下表：表3-1为设计枯水年无调节水电站的出力和发电量计算；表3-2为设计平水年无调节水电站出力及发电量计算；表3-3 为设计丰水年无调节水电站的出力和发电量计算；表3-1 设计枯水年无调节水电站各月出力及发电量计算月份径流情况（m/s)灌溉流量（m/s)正常蓄水位（m)下游水位(m)H(m)A月平均出力N(万kW)月发电量（万kWh)325304617.228.88.05.834255.

12、9453704618288.012.038781.9582404618.627.48.018.0613183.8695334618.8527.158.020.6315059.97192104616.9529.058.04.233087.98114144616.6429.368.02.351715.5910644616.6429.368.02.417521010504616.6529.358.02.471803.11111304616.6929.318.02.651934.51211204616.6929.318.02.631919.9110704616.6629.348.02.511832.3

13、214904616.8329.178.03.482540.4表3-2 设计平水年无调节水电站各月出力及发电量计算月份径流情况（m/s)灌溉流量 （m/s)正常蓄水位（m)下游水位(m)H(m)A月平均出力(万kW)月发电量（万kWh)347704617.8228.188.010.757847.5471704618.3627.648.015.8511570.5548304617.8228.188.010.897949.7695634618.8627.148.020.6915103.77305104617.3128.698.06.774942127.98.011.9487

14、16.2917644616.9129.098.0429201023304617.1228.888.05.383927.41136704617.5328.478.08.366102.81236704617.5328.478.08.366102.8133704617.528.58.07.685606.4232404617.428.68.07.415409.3表3-3 设计丰水年无调节水电站各月出力及发电量计算月份径流情况（m/s)灌溉流量（m/s)正常蓄水位（m)下游水位(m)H(m)A月平均出力N(万kW)月发电量（万kWh)345404617.828.28.010.247475.2497704

15、618.927.18.021.1815461.45150404619.626.48.031.7623184.86176534620.225.88.036.37265505227.488.017.3212643.68444144617.6928.318.09.747110.2921644617.0528.958.04.935771018804616.9729.038.04.373190.11118604616.9729.038.04.323153.61218604616.9729.038.04.323153.6118904616.9729.038.04.393204.7

16、237504617.628.48.08.526219.63.2 保证出力的计算所谓水电站保证出力，是指水电站在长期工作中符合设计保证率要求的一定计算期内的平均出力。由以上的综合考虑，选取正常蓄水位为46m，水位零点的绝对高程为16m，有所给资料可确定保证出力保证出力公式为： 式中：Q为分组的平均流量，单位：H为平均水头，A为水电站出力系数，根据材料所给，取8.0；为水库上游水位，由正常蓄水位确定；为水电站下游水位，可由水位流量关系得到；可根据水力学手册查的，由于缺乏电站的具体资料，本设计取0。 计算过程：（1） 将流量划分为若干个流量等级，统计各级流量出现的次数。（2） 计算各级流量的平均值Q

17、，查电站下游水位流量关系曲线，求得相应的下游水位，据以计算各级流量相应的水电站净水头H。（3） 按公式计算各级流量相应的电站出力N。（4） 以各级流量相应的出力N为统计对象，将N由大到小排序，并用经验频率公式P=m/(n+1)100%计算其相应的频率，据此绘制水电站N-P。 (5) 根据水电站选定的设计保证率P设，在N-P曲线上查取水电站保证出力N保计算内容如下表：表3-4 水电站保证出力计算表分组（m/s)出现次序平均流量Q(m/s)（m)（m）H(m)出力（kW)100-2001314816.834629.1734537.28201-300323417.124628.8854063.363

18、01-400634617.54628.578888401-500446517.854628600254318.14627.9121197.6701-800275818.454627.55167063.2801-900182418.64627.4180620.8901-1000396218.884627.12208715.521501-16001150419.584626.42317885.441701314625.69362742.8表3-5 出力频率计算表出力（kW)出力（万kW)次数频率（%）362742.836.271 9.093178

19、85.4431.792 18.18208715.5220.873 27.27180620.818.064 36.36167063.216.715 45.45121197.612.126 54.5510471810.477 63.64788887.898 72.7354063.365.419 81.8234537.283.4510 90.91第四章 保证出力的确定水利水电工程的规划设计，常常需要知道大于或等于某一特征值的频率是多少，也就是要提供一定频率的水文数值，这就需要绘制频率曲线。由实测资料所绘制的频率曲线称为经验频率曲线，而由数学方程式所表示的频率曲线称为理论频率曲线。选择哪一种频率曲线作

20、为理论频率曲线，主要取决于其与经验频率点据的配合情况。4.1 海森格纸的绘制在x轴和P轴都是等分分格的坐标纸上， P（）=G（x，）曲线是S形的，不便于配线和外延，因此，设计了一种专门的坐标纸，它的概率坐标不是等分的，而是能使（累积）频率曲线画在上面成为直线，这种坐标纸常称为概率格纸。水文上常用的是正态概率格纸（又称海森机率格纸），正态分布函数画在上面成为直线。绘制海森格纸运用到Excel中的公式NORMSINV(P%)，列出每一条网格线的坐标，如下表第一列（表中只选取了一部分），且每个坐标列两次。计算出概率对应的正态分布的分为点第二列，然后将分为点每项加上-3.71902，计算得第三列，第四

21、列(如表4-1)，为0和出力最大值。 表4-1 ：频率 PP标准正态分布分数位X 轴Y 轴0.01-3.719020.000 0.000 0.01-3.719020.000 50.000 0.02-3.540080.179 50.000 0.02-3.540080.179 0.000 0.03-3.431610.287 0.000 0.03-3.431610.287 50.000 0.04-3.352790.366 50.000 99.983.5400847.259 50.000 99.983.5400847.259 0.000 99.993.7190167.438 0.000 99.993.

22、7190167.438 50.000 利用表4-1的第三列和第四列制表，利用图表向导里的无数据折线散点图绘制表格。绘制好表格对横坐标进行调整。先清除横坐标，再选取一系列的坐标点，纵坐标为0。这样这些点都在横轴上，通过控制只显示点的横坐标来代替横轴。如表：表4-2：频率 PP标准正态分布分数位X 轴Y 轴0.01-3.719020.000 00.05-3.290530.428 00.1-3.090230.629 00.2-2.878160.841 0951.6448545.364 0982.0537495.773 0992.3263486.045 099.52.5758296.295 099.8

23、2.8781626.597 099.93.0902326.809 099.953.2905277.010 099.993.7190167.438 0将上表中第三和第四列的点通过数据源的形式加入到表格中。过程：右击表数据源系列添加，在名称栏输入“横坐标”，X值和Y值分别为对应的上述表中的第三列和第四列的坐标，再右击所做的表格，数据系列格式数据标志，选中“X值”的控制钮，单击确定。显示横坐标，再将横坐标的每个标注改为对应的频率值，这样海森格纸就绘制成功了。4.2 绘制经验频率曲线表4-3： Pm实测分位点实测横轴出力0.091-1.3346222872.38439771336.270.182-0.

24、907769532.8112504731.790.273-0.6037648383.11525516220.870.364-0.3477872043.37123279618.060.455-0.1130385413.60598145916.710.5450.1130385413.83205854112.120.6360.3477872044.06680720410.470.7270.6037648384.3227848387.890.8180.907769534.626789535.410.9091.3346222875.0536422873.45第二列由函数NORMSINV()得到，第三列由

25、第二列加上|-3.71902|得到。利用制作横坐标的方法加入散点。4.3 绘制P-曲线 绘制P-曲线所用的公式为：。 （1）其中，为样本平均值；为方差；为离差系数；， （2）为偏态系数，为的若干倍； 为各流量出现的概率。：利用AVERAGE()函数计算；：利用STDEV()函数计算；：；：=b（b为实数，一般为2.5，2，1.5等），计算结果如下：平均值方差偏态离势16.30410.897480.6681.0021.67计算出不同Pm所对应的理论出力值，如表：表4-4：Pm理论值1理论值20.09132.1837345532.163539780.18225.7307127924.7807606

26、20.27321.5940240920.329246030.36418.3976866317.076460390.45515.6903037614.472795550.54513.2795730412.290953830.63610.9742960110.343920360.7278.6823847518.56461210.8186.2482935196.8743401470.9093.326705675.168821519然后以实测横轴分别和上表中理论值1与理论值2为数据通过“数据源”的方式插入到海森格纸中，方法与插入横坐标的方法类似。4.4 统计参数对理论频率曲线形状的影响（1） 越大，说

27、明随机变量相对于均值越离散，因而频率曲线将越偏离K=1的水平线。随着的增大，频率曲线的偏离程度也随之增大，显得越来越陡。（2） 愈大时，频率曲线的中部愈向左偏，且上段愈陡，下段愈缓。当取=0.668时上部偏下太多，增大值，发现下部向下偏离，如果增大，则中向左偏很大。经过过反复调试。决定选取=0.75，=2=1.5。表4-5：Pm实测分为点理论值0.0912.38439771333.649840.1822.8112504725.841920.2733.11525516221.060760.3643.37123279617.515910.4553.60598145914.635220.5453.8

28、3205854112.180780.6364.0668072049.9476550.7274.3227848387.8570420.8184.626789535.8050440.9095.0536422873.6237954.5 相关分析对于相关的密切程度,通常以相关系数r来表示。（1） 若=1,则均方误=0，表示所有对应值、均落于回归线上，只有函数关系才能如此。因此，=1表示函数关系。（2） 若=0，则=。此时误差S达最大值，说明y的变化与x毫无直线关系，即这两种变量可能没有关系。（3） 若01，当r越接近1时，S越小。即r愈接近1，点据愈靠近回归直线，、间的关系愈密切。r为正值时，表示正相

29、关；r为负值时，表示负相关。运用到的公式： （3）当选取=0.75，=2=1.5时，进行相关分析： 计算得r=0.9908；当选取=0.668，=2=1.336时，进行相关分析：计算得r=0.9903；当选取=0.85，=2=1.7时进行相关分析：计算得r=0.9905。相比之下当=0.75，=2=1.5时r更接近1，另外从图中（附图1）可看出：在频率为90%时，也就是尾部，此理论频率曲线与经验频率曲线的重合度更高。综上所述，可知设计保证率为90%，则由图中可知（附图1）保证出力为3.85万kW。保证电能： 万kWh。第五章 装机容量选择5.1 最大工作容量的确定5.1.1 水电站的最大工作容

30、量无调节水电站一般只能担任电力系统的基荷。根据系统的可靠性和经济性要求，无调节水电站的最大工作容量应等于按历时设计保证率所求的保证出力，即 =式中：为无调节水电站的保证出力。无调节水电站最大工作容量为3.85万kW。5.1.2 火电站的最大工作容量由所给资料分析，每个月份的最大负荷已知，水电站的每个月份的最大工作容量已经确定出，可由此得到火电站的每个月的最大工作容量。下表为确定的火电站最大工作容量。表5-1 火电站的最大工作容量月份最大负荷无调节火电站1982.5195.492953.4891.523945.8388.1749212.0379.9759018.0671.9468820.6367

31、.377904.2385.778932.3590.659942.491.610962.4793.5311982.6595.35121002.6397.37得出火电站最大工作容量为97.37万kW。5.2 备用容量与重复容量的选择5.2.1 备用容量为了使电力系统正常工作，并保证其具有足够的供电可靠性，系统中各电站除了最大工作容量外，尚须具有一定的备用容量。水电站的备用容量需要考虑自身的规模大小、调节性能等技术经济特性与系统规模、负荷特性、电源组成等因素有关。（1）负荷备用容量当有突荷出现时，电力系统必须准备一部分备用容量，不致因系统容量不足而使周波降低到小于规定值，从而影响供电的质量。根据水利

32、水电工程动能设计规范的规定，调整周波所需要的系统负荷备用容量，可采用系统最大负荷的2%5%，大系统用较小比例值，小系统用较大比例值。该系统最大负荷为100万kW，取3%，则负荷备用容量为3万kW。由于本系统为火主系统，而水电站调节性能较好，可作为系统的主要调频电站，其承担的负荷备用容量拟按考虑，因此，取=2万kW。火电站的负荷备用容量为=1万kW。（2） 事故备用容量系统事故备用容量在水、火电站之间的分配，应根据各电站容量的比重、电站机组可利用的情况、系统负荷在各地区的分布等因素确定。根据水利水电工程动能设计规范的规定，电力系统事故备用容量采用系统最大负荷的10%左右，且不得小于系统中最大一台

33、机组的容量。因此可取事故备用容量是10万kW。水电站所分担的系统事故备用容量拟按计算，故取=0.2万kW。火电站的事故备用容量为=9.8万kW。（3）检修备用容量 由于火电站有燃料保证，故检修备用容量设置在火电站上。于是，水电站所承担的备用容量为=2.2万kW，火电站所承担的备用容量为=10.8万kW。5.2.2 重复容量 为选定无调节水电站的重复容量，首先，根据水电站径流资料，计算绘制其多年的日平均流量持续曲线；再利用水电站出力公式，换算得日平均出力持续曲线。然后，利用式： （4）式中：为水电站补充千瓦造价，元/kW。为额定资金年收益率；n为重复容量设备的经济寿命，n=25年；为水电站补充千

34、瓦容量的年运行费用率；为火电厂单位发电量所需的燃料费。（1） 为选定水电站的重复容量，根据水电站径流资料，计算绘制其多年的日平均流量持续曲线，如图5-2： （2）根据，换算得到日平均出力曲线，如图5-3：在图中由查的水电站装机容量，据此即可定出水电站重复容量。 =3237。水电站增加千瓦投资为820元/kW，水电站增加千瓦容量的年费用率为3%，额定投资效益系数12%，火电站单位电能消耗的燃料为0.4kg/kWh，燃料到场价格为95元/吨，查得=18.38万KW，所以=14.53万kW。第六章 电力电能平衡分析在上一章中分别求得水电站最大工作容量、备用容量和重复容量，即可得到水电站装机容量的初选

35、值，即。由上一章可得水电站的最大工作容量为3.85万kW，备用容量为2.2万kW，重复容量为14.53万kW，所以水电站机组的装机容量确定为21万KW。最终选定的水电站装机容量，必须满足设计水平年电力系统电力（容量）平衡和电量平衡的要求，为此需进行容量平衡分析。6.1 电力电量的平衡分析：在进行系统容量平衡时，主要检查下列问题：（1）系统负荷是否能被各种电站所承担，在那些时间内由于何种原因使电站容量受阻而影响系统正常供电；（2）在全年各个时段内，是否都留有足够的负荷备用容量担任系统的调频任务，是否已在水、火电站之间进行合理分配；（3）在全年各个时段内，是否都留有足够的事故备用容量，如何在水、火

36、电站之间进行合理分配，水电站水库有无足够备用蓄水量保证事故用水；（4）在年负荷低落时期，是否能使系统内所有机组按计划进行检修，要注意在汛期内适当多安排火电机组检修，而使水电机组尽量多利用弃水量，增发季节性电能；（5）水库的综合利用要求是否能得到满足，例如在灌溉季节，水电站下泄流量是否能满足下游地区灌溉要求，是否能满足下游航运要求的水深等，如有矛盾，应分清主次，合理安排。表6-1 是水电站的电力电能平衡分析，表6-2是火电站的电力电能分析：表6-1 水电站电力电能平衡计算表最大工作容量备用容量重复容量可用容量检修容量空闲容量受阻容量装机容量1月2.512.204.7106.5169.774212

37、月3.482.205.6806.1289.192213月3.852.214.5320.5800.1680.252214月3.852.214.5320.5800.1680.252215月3.852.214.5320.5800.1680.252216月3.852.214.5320.5800.1680.252217月3.852.214.5320.5800.1680.252218月2.352.204.5506.589.87219月2.42.204.606.569.842110月2.472.204.6706.5329.7982111月2.652.204.8506.469.692112月2.632.204

38、.8306.4689.70221表6-2 火电站电力电能平衡计算表最大工作容量备用容量重复容量可用容量检修容量空闲容量受阻容量装机容量1月95.4910.80106.2901.4842.2261102月91.5210.80102.3203.0724.6081103月90.1510.80100.9553.625.431104月88.1510.8098.9554.426.631105月86.1510.8096.9555.227.831106月84.1510.8094.9556.029.031107月86.1510.8096.9555.227.831108月90.6510.80101.4503.42

39、5.131109月91.610.80102.403.044.5611010月93.5310.80104.3302.2683.40211011月95.3510.80106.1501.542.3111012月97.3710.80108.1700.7321.098110通过该表所列数据，可更清楚地看出系统总体的容量平衡要求是否得到满足，包括：各月的系统工作容量是否与所有电站工作容量之和相等；系统备用容量是否已全部由各电站所承担；各电站所有机组是否已按计划安排检修等。此外，容量平衡表还反映了系统中各电站的容量平衡情况，如各电站每一时段的工作容量、备用容量、空闲容量、检修容量和受阻容量等各部分容量之和是否等于其装机容量。6.2 电力电能平衡图的绘制 在电力系统容量平衡图上有三条基本控制线： （1）系统最大负荷年变化线A，在此控制线下，各类电站安