水电站装机容量

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 1自然条件 1流域概况 1水文气象条件 1工程地质 1设计要求 1第二章基本资料及数据 2基本资料和数据 2电力系统负荷资料及有火电站的资料： 2某径流式水电站的基本情况 3电力系统有关经济资料 3第三章 径流调节与水能计算 4月平均出力及发电量的计算 4保证出力的计算 6第四章 保证出力的确定 8海森格纸的绘制 8绘制经验频率曲线 9绘制P-Ⅲ曲线 10统计参数对理论频率曲线形状的影响 11相关分析 12第五章装机容量选择 13最大工作容量的确定 13水电站的最大工作容量 13火电站的最大工作容量 13备用容量与重复容量的选择 13备用容量 13重复容量 14第六章电力电能平衡分析 16电力电量的平衡分析： 16电力电能平衡图的绘制 17第七章水电站多年平均年发电量 19PAGEPAGE3第一章 设计水电站的开发任务及设计要求自然条件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，ft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ft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12.52亿立方米，为无调节水电站。90万kW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。水文气象条件该流域属于亚热带暖湿季风区。受ft均气温15.61524.0mm。每年37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ft体雄厚，ft能力弱。两岸ft体雄厚，地层走向与河流走向夹角较大，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ft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：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。考虑建设水电站的经济性和可行性。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。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。设计要求《某水电站水库水文水能规划设计》的设计要求如下：熟悉已知资料，查找相关规范，复习所学课程。熟练掌握Excel掌握无调节保证出力的计算，熟练掌握有关公式及参数。掌握无调节水电站保证电能的计算。选择备用容量及重复容量。了解电力电能平衡计算的目的，掌握电力电能平衡计算的方法。掌握多年平均发电量的计算。第二章基本资料及数据基本资料和数据电力系统负荷资料及有火电站的资料：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100100万（荷负大最月各806040典型年负荷图200123456月份789101112设计符合水平年的最大负荷为90kW典型日负荷图（最大负荷的百分比）见表2-2。时序（小时）12、1、2月时序（小时）12、1、2月35910、11月6、78月时序（小时12、、2月35910、11月6、7、8月1234567891011127673737376787887969790826969697071737882909490816765636163677175828077751314151617181920212223248290969088971009688848178848790858181879490858173737779808286908884827770系统中已有火电站的总装机容量为31.5kW2台×5.0kW，2台×2.56台×2万kW，9台×0.5kW。2.2某径流式水电站的基本情况、789、10、14、4m3/s.坝址处设计代表年的径流资料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45497715041765798444216188186186189375水电站下游水位流量关系曲线如下表1-4表2-4 径流式水电站下游水位流量关系曲线水位水位（m）流量m3/s0.20.640.901.21.51.82.02.32.53.03.33.620100156243330447519670776107712891564图2-2水位流量关系曲线图1800180016001400y=197.26x1.4995s1200R2=0.9955（1000量流800600水位流量关系曲线400200000.511.52水位2.533.5416米46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水电站增加千瓦投资K水=820元/kW水电站增加千瓦容量的年费用率P=3%额定投资效益系数i=12%火电站单位电能消耗的燃料b=0.4kg/kWh95元/吨3.6α=1.05

第三章 径流调节与水能计算月平均出力及发电量的计算t的出力决定于电站在该时刻的发电流于是，实际进行水能计算时，按以下公式计算水电站出力：N AQHAHZZ上 下式中：Q为通过水电站水轮机的流量，m³/s；H为水电站的净水头，m；Z

和Z分别为水电站上 下H8；计算水电站的发电量：计算内容如下表：

E730N3-13-2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；PAGEPAGE6表3-1 设计枯水年无调节水电站各月出力及发电量计算径流情况3（m³/s)3（m³/s)253（m³/s)0（m)46(m)17.2(m)28.88.0N(万kW)5.83（万kW·h)4255.9453704618288.012.038781.9582404618.627.48.018.0613183.8695334618.8527.158.020.6315059.97192104616.9529.058.04.233087.98114144616.6429.368.02.351715.5910644616.6429.368.02.417521010504616.6529.358.02.471803.11111304616.6929.318.02.651934.51211204616.6929.318.02.631919.9110704616.6629.348.02.511832.3214904616.8329.178.03.482540.4

灌溉流量

正常蓄水位

下游水位 H

月平均出力A

月发电量表3-2 设计平水年无调节水电站各月出力及发电量计算径流情况3（m³/s)3（m³/s)477（m³/s)0（m)46(m)17.82(m)28.188.0(万kW)10.75（万kW·h)7847.5471704618.3627.648.015.8511570.5548304617.8228.188.010.897949.7695634618.8627.148.020.6915103.77305104617.3128.698.06.774942127.98.011.948716.2917644616.9129.098.0429201023304617.1228.888.05.383927.41136704617.5328.478.08.366102.81236704617.5328.478.08.366102.8133704617.528.58.07.685606.4232404617.428.68.07.415409.3

灌溉流量 正常蓄水位

下游水位 H

月平均出力A

月发电量表3-3 设计丰水年无调节水电站各月出力及发电量计算径流情况3（m³/s)3（m³/s)454（m³/s)0（m)46(m)17.8(m)28.28.0N(万kW)10.24（万kW·h)7475.2497704618.927.18.021.1815461.45150404619.626.48.031.7623184.86176534620.225.88.036.37265505227.488.017.3212643.68444144617.6928.318.09.747110.2921644617.0528.958.04.935771018804616.9729.038.04.373190.11118604616.9729.038.04.323153.61218604616.9729.038.04.323153.6118904616.9729.038.04.393204.7237504617.628.48.08.526219.6

灌溉流量

正常蓄水位

下游水位 H

月平均出力A

月发电量保证出力的计算46m16m，有所给资料可确定保证出力保证出力公式为：NAQHHZZ上 下H可根式中：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8.0H可根ZZ上

为水电站下游水位，可由水位流量关系得到；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：将流量划分为若干个流量等级，统计各级流量出现的次数。计算各级流量的平均值Q各级流量相应的水电站净水头。NAQH计算各级流量相应的电站出力。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（m³/s)

出现次序

平均流量Q(m³ Z（m)（m）（m)（m）100-2001314816.834629.1734537.28201-300323417.124628.8854063.36301-400634617.54628.578888401-500446517.854628600254318.14627.9121197.6701-800275818.454627.55167063.2801-900182418.64627.4180620.8901-1000396218.884627.12208715.521501-16001150419.584626.42317885.441701314625.69362742.8表3-5出力频率计算表出力（kW)出力（万kW)次数频率（%）362742.836.2719.09317885.4431.79218.18208715.5220.87327.27180620.818.06436.36167063.216.71545.45121197.612.12654.5510471810.47763.64788887.89872.7354063.365.41981.8234537.283.451090.91

Z上 H(m)

出力（kW)第四章 保证出力的确定经验频率点据的配合情况。海森格纸的绘制在x轴和P轴都是等分分格的坐标纸上，，…， ）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（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（表中只选取了一部分-3.719024-10表4-1：频率PP标准正态分布分数位X轴Y轴0.01-3.719020.0000.0000.01-3.719020.00050.0000.02-3.540080.17950.0000.02-3.540080.1790.0000.03-3.431610.2870.0000.03-3.431610.28750.0000.04-3.352790.36650.000…………99.983.5400847.25950.00099.983.5400847.2590.00099.993.7190167.4380.00099.993.7190167.43850.000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。的横坐标来代替横轴。如表：表4-2：8PAGEPAGE16频率PP标准正态分布分数位X轴Y轴0.01-3.719020.00000.05-3.290530.42800.1-3.090230.62900.2-2.878160.8410…………951.6448545.3640982.0537495.7730992.3263486.045099.52.5758296.295099.82.8781626.597099.93.0902326.809099.953.2905277.010099.993.7190167.4380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，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。4-3：Pm实测分位点实测横轴出力0.091-1.3346222872.38439771336.270.182 -0.907769532.8112504731.790.273-0.6037648383.11525516220.870.364-0.3477872043.37123279618.060.455-0.1130385413.60598145916.710.545 0.1130385413.83205854112.120.636 0.3477872044.06680720410.470.727 0.6037648384.3227848387.890.818 0.907769534.626789535.410.909 1.3346222875.0536422873.45第二列由函数NORMSINV()得到，第三列由第二列加上|-3.71902|得到。利用制作横坐标的方法加入散点。P-Ⅲ曲线绘制P-Ⅲ曲线所用的公式为： C 4 2 X 1C( sGAMMAINV(1P, ,1) )X。 （1）p v 2其中，X为样本平均值；为方差；

mC2 CS SC为离差系数；VC ，v x

（2）C为偏态系数，为C的若干倍；S VP 为各流量出现的概率。mX：利用AVERAGE()函数计算；：利用STDEV()函数计算；C：CV

；xC：CS

=bCV

（b为实数，一般为2.5，2，1.5等），计算结果如下：平均值平均值16.304方差10.89748偏态离势0.6681.0021.67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20.09132.1837345532.163539780.18225.7307127924.780760620.27321.5940240920.329246030.36418.3976866317.076460390.45515.6903037614.472795550.54513.2795730412.290953830.63610.9742960110.343920360.7278.6823847518.56461210.8186.2482935196.8743401470.9093.326705675.168821519然后以实测横轴分别和上表中理论值1与理论值2法与插入横坐标的方法类似。统计参数对理论频率曲线形状的影响CV

越大，说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CV的增大，频率曲线的偏离程度也随之增大，显得越来越陡。CS

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CV

=0.668时上部偏下太多，增大CV

值，发现下部向下偏离，如果增大CS

，则中向左偏很大。经过过反复调试。决定选取CV

=0.75，CS

=2CV

=1.5。表4-5：Pm实测分为点理论值0.0912.38439771333.649840.1822.8112504725.841920.2733.11525516221.060760.3643.37123279617.515910.4553.60598145914.635220.5453.83205854112.180780.6364.0668072049.9476550.7274.3227848387.8570420.8184.626789535.8050440.9095.0536422873.623795相关分析对于相关的密切程度,通常以相关系数r来表示。若r2=1,则均方误S=0，表示所有对应值x、y均落于回归线上，只有函数关系才能如y i ir2=1表示函数关系。若r2=0，则S= 。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y y变量可能没有关系。0r2r1r、y间i i的关系愈密切。r为正值时，表示正相关；r为负值时，表示负相关。运用到的公式：xyi ix2x22yii

（3）当选取C=0.75，C=2C=1.5时，进行相关分析：V S V计算得r=0.9908；当选取C=0.668，C=2C=1.336时，进行相关分析：V S V计算得r=0.9903；当选取C=0.85，C=2C=1.7时进行相关分析：V S V计算得r=0.9905。相比之下当C=0.75，C=2C=1.5r1，另外从图中（1）90%V S V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。90%，则由图中可知（1）3.85kW保证电能：ENT3.8530.524123.38104kW·h。第五章装机容量选择最大工作容量的确定水电站的最大工作容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N"水工

应等于按历时设计保证率所求的保证出力，即N" =N水工 保无式中：N保无

为无调节水电站的保证出力。3.85kW。火电站的最大工作容量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1982.5195.492953.4891.523945.8388.1749212.0379.9759018.0671.9468820.6367.377904.2385.778932.3590.659942.491.610962.4793.5311982.6595.35121002.6397.3797.37kW。备用容量与重复容量的选择备用容量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1003可作为系统的主要调频电站，其承担的负荷备用容量拟按

负备，水

2/3N负备

考虑，因此，取N =2kW。火电站的负荷备用容量为负备，水

=1kW。负备，火事故备用容量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机组的容量。因此10万kWN事备，水

N"水工

/N"总

N 事备

事备，水

=0.2万kW。火电站的事故备用容量为N =9.8kW。事备、火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 N =10.8kW。备、火

备、水

=2.2万kW，火电站所承担的备用容量为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

f(h)；再利用水电站出力公式

NA

H，换算得日平均出力持续曲线

Nf(h)。然后，利用式：

i1in? h

s s p/f经济 水

1in1 水 s （4）k式中：

i水为水电站补充千瓦造价，元/kW。s为额定资金年收益率；n为重复容量设备的经济寿命，n=25p水为水电站补充千瓦容量的年运行费用率；f为火电厂单位发电量所需的燃料费。5-2：140014001200)s1000/³m（量流均平日800日平均流量持续曲线60040020000100020003000 40005000600070008000年持续时间t(h)根据

AQH，换算得到日平均出力曲线，如图5-3：3030)W25k万（力出均平日2015日平均出力持续曲线105001000 2000300040005000600070008000年持续时间t(h)在图中由

h 经济查的水电站装机容量

N装，据此即可定出水电站重复容量重

NN"装 水。i1in? h

s s p/f经济

1in1 水 s 0.1210.1225 820

25

0.031

1.050.095

=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/kW·h，燃料到场价格为95元/吨，N N查得=18.38KW，所以=14.53kW。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N值，即

N"水工

N备、水

N重。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）为此需进行容量平衡分析。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：正常供电；电站之间进行合理分配；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；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2.632.204.8306.4689.70221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95.4910.80 106.2901.484 2.2261102月91.5210.80 102.3203.072 4.6081103月90.1510.80 100.9553.62 5.431104月88.1510.80 98.9554.42 6.631105月86.1510.80 96.9555.22 7.831106月84.1510.80 94.9556.02 9.031107月86.1510.80 96.9555.22 7.831108月90.6510.80 101.4503.42 5.131109月91.610.80 102.403.04 4.5611010月93.5